Geophysics and Geophysical Exploration ISSN:1229-1064(Print) 2384-051X(Online) 지구물리와 물리탐사

본 연구에서는 울산항 해역에서 취득한 천부지층탐사(Chirp SBP)와 해양 자력탐사 자료를 통합하여, 음향상 기반암 심도와 자기이상의 공간적 상관관계를 정량적으로 분석하였다. 음향상 기반암 심도와 자기이상을 0–10 범위로 정규화한 후, 대표 측선에서 두 변수의 변화 양상을 비교하였다. 세 대표 측선 통합 자료에서 Pearson 상관계수 r = −0.802, Spearman 순위상관계수 ρ = −0.845로 나타나 강한 음의 상관관계가 확인되었다. 이는 기반암이 얕을수록 자기이상이 크게 나타나는 반비례적 공간 관계를 의미한다. 다만 퇴적층이 두껍고 반사면 연속성이 약한 구간에서는 음향상 기반암 해석의 불확실성이 증가할 수 있으므로 추가 검증이 필요하다. 이러한 한계를 고려하더라도, 천부지층탐사와 해양 자력탐사의 병행은 항만 및 연안 지역에서 천부 지층과 기반암 구조 해석의 신뢰성을 높이는 데 유효한 접근법임을 보여준다.

이산화탄소 포집 및 저장(Carbon capture and storage; CCS) 기술에서 저장된 이산화탄소(carbon dioxide; CO₂)가 천부 대수층으로 누출될 경우 지하수 환경에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 지하수 내 CO₂ 누출을 탐지하기 위한 전기비저항 모니터링의 적용 가능성을 평가하였다. 충북 음성군에 구축한 포화대 인공조절 누출 시험시설을 활용하여, 심도 21~24 m 스크린 구간에 설치된 주입정을 통해 CO₂ 포화수를 5.5 m³/d의 유량으로 28일간 연속 주입하였다. 전극 간격 5 m, 총 연장 100 m의 지표 전기비저항 측선을 구성하고 단극-쌍극자 배열로 모니터링 자료를 취득하였으며, 선별된 9개 시기(T1~T9)의 자료에 대하여 4차원(4D) 역산을 수행하였다. 기준 시기(T1) 대비 차이영상 분석 결과, 양수 개시에 따른 지하수위 하강 효과로 양수정 하부(A지점)에서 전기비저항 증가가 확인되었으며, 주입 개시 약 81시간 이후(T4)부터 주입정 인근(B지점)에서 CO₂ 포화수 유입에 기인한 전기비저항 감소가 관찰되었다. T6~T9 기간 동안 B지점의 비저항 감소 영역이 점진적으로 확대되어 비저항 비가 최소 0.74까지 감소하였다. 장마 기간의 집중 강우와 전극 단선 등 현장 여건으로 인해 연속 자료 취득에 제약이 있었으나, 4D 전기비저항 모니터링이 지층 내 CO₂의 분포 및 거동을 효과적으로 탐지할 수 있음을 확인하였다.

고준위방사성폐기물 심층처분시설의 부지 확보는 장기간의 안전성을 입증하기 위해 다양한 평가가 요구되는 단계적인 과정이며, 부지선정 초기 광역 조사 단계에서 고려되어야 할 다양한 지질 인자들 중, 선형구조 분석 결과는 기반암의 구조적 안전성과 단층 및 파쇄를 파악하는 데 중요한 자료로 활용된다. 본 연구에서는 선형구조에 의해 구획되는 안정적 암반 블록을 도출하는 핀란드 적용 사례를 고찰하고, 이를 국내 수치표고모델(DEM), 항공 자력 및 중력탐사 자료를 예비적으로 적용하여 전국 규모의 선형구조를 도출하였다. 도출된 선형구조에 대하여 선형구조의 연장에 비례하는 영향거리(Respect Distance)를 적용하여 살펴보았다. 본 연구는 광역 규모 단위에서 구조적 배제 요건 판단을 위한 일관된 예비 분석 절차를 확립했다는 데 의의가 있으나, 광역 지구물리 및 지형 자료가 내포하는 해상도의 한계를 극복하고 도출된 선형구조의 실제 제원을 검증하기 위해서는, 향후 부지선정 및 상세 특성화 단계에서 고해상도 현장 조사와 다중 스케일 자료 분석이 병행되어야 한다.

국내 필댐·저수지의 85% 이상은 50년 이상 경과된 노후 댐으로, 내부침식 및 세굴 현상에 의한 누수현상이 가속화되고 있으며, 잠재적 붕괴 위험에 직면하고 있다. 전기비저항 탐사는 댐의 전반적인 상태 파악은 물론 누수대의 발달 여부 탐지가 가능한 비파괴, 실시간, 현장 조사법으로 필댐·저수지 안전진단에 널리 사용되고 있다. 그러나 전기비저항 탐사에서는 단순히 저비저항대를 누수대로 해석하며, 모니터링의 경우에도 전기비저항 변화율을 영상화하여 단순 비교하는 해석 단계를 벗어나지 못하고 있다. 이 연구에서는 전기비저항 모니터링 자료에서 얻어진 전기비저항 시계열을 분석하여 누수량과 직결된 수분함량을 추출하고, 이에 근거한 정량적 누수지수 산출법을 개발하였다. 또한 개발된 누수지수 산출법을 현장자료에 적용하여 그 타당성을 검토하였다.

최근 무인 시스템 기술의 발전에 따라 탐사 분야에 큰 변화가 발생하고 있으며, 특히 무인 멀티콥터를 활용한 탐사는 저비용으로 접근이 어렵거나 험준한 환경에서도 고효율의 탐사가 가능하여 널리 활용되고 있다. 드론 기반의 자력 탐사에는 일반적으로 스칼라 및 벡터 자력계가 이용된다. 그 중 벡터 자력계인 플럭스게이트 자력계는 소형 이동체 탑재가 용이하다는 장점이 있다. 반면, 잡음이 상대적으로 크고 측선 간의 오차가 뚜렷하게 나타난다. 우리는 이러한 오차의 원인을 분석하고 효과적으로 제거하기 위해 교차점에서 오차 보정을 수행하였다. 드론 탐사는 비행 시간이 1-2시간 이내로 짧고, 플랫폼 특성상 상자성체로 구성되어 있어 점성자화의 영향이 미미하여 선형 오차가 크게 두드러지지 않는 것으로 여겨진다. 따라서 측선 간 레벨링 보정만으로 교차점 오차가 효과적으로 보정됨을 확인하였다. 또한 벡터 성분이상의 교차점 오차는 스칼라 이상의 교차점 오차보다 크게 나타났으며, 이는 자세 센서의 내재된 오차로 인해 발생한 것으로 회전 불변량의 스칼라 오차와는 본질적으로 기원이 다름을 정량적으로 규명하였다. 본 연구는 드론 기반 플럭스게이트 자력 탐사에서 교차점 보정의 효과를 정량적으로 평가 및 검증함으로써, 향후 벡터 자료의 신뢰도와 정확도를 향상시키는 데 기여할 것으로 기대된다.