Research Article

Geophysics and Geophysical Exploration. 28 February 2026. 1-14
https://doi.org/10.7582/GGE.2026.29.1.001

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 자료 획득

  • 접지저항 및 주입전류

  • 중합오차

  • 상반성오차

  • 결론 및 토의

서 론

전기비저항 탐사(electrical resistivity method)는 지하공간을 연속적으로 영상화하는 데 널리 사용되는 비파괴 물리탐사법으로 자원탐사, 지반조사, 환경 오염대 조사, 수문 지구물리학적 특성 파악 등 다양한 분야에 광범위하게 적용되고 있다. 전기비저항 탐사는 상대적으로 간편하고 경제적인 자료 획득, 잘 정립된 자료처리 및 해석 기술에 힘입어 국내외에서 가성비가 뛰어난 물리탐사법으로 그 입지를 공고히 하고 있다.

다른 물리탐사와 마찬가지로 전기비저항 탐사 자료는 잡음을 포함하며, 보다 정확한 해석을 위해서는 잡음을 정확히 이해하고 가능하다면 정량화할 필요가 있다. 일반적으로 탐사자료에 내포된 잡음은 불규칙 잡음(random noise)과 시스템 잡음(systematic noise)으로 구분된다. 대개 현장 탐사에서는 검증된 탐사 장비를 사용하며, 송수신기 및 각종 케이블이 적정하게 설치되었는가를 점검한 다음, 자료획득이 이루어진다. 따라서 정상적인 탐사에서는 장비 결함이나 잘못된 전극 설치, 전선 연결 등에 의한 시스템 오류는 없어야 한다. 그러나 전력선 접지 등과 같은 지속적인 잡음원에 기인한 측정 오차(measurement error)도 시스템 오차의 원인이 된다. 한편 현장에서 측정된 자료는 역산을 통하여 지하의 전기비저항을 추정하므로, 측정자료의 잡음수준 및 불확실성(uncertainty) 평가는 역산결과의 신뢰도를 결정하는 핵심 요소이다(Khabaz et al., 2024). 따라서 측정자료의 잡음분석과 불확실성 평가는 단순한 연구목적이 아닌 전기비저항 탐사의 신뢰도 확보를 위해 기본적으로 수행되어야 하는 중요한 탐사절차 중 하나로 인식되어야 한다.

전기비저항 탐사에서 측정잡음과 불확실성 평가는 그 중요성에 비하여 연구는 미흡한 실정이다. 측정 오차 및 잡음원(Parsekian et al., 2017; Tso et al., 2017), 전극 위치 오류(Oldenborger et al., 2005; Nimmer et al., 2008), 전극-전선 연결 오류(Butler et al., 2015), 전극 분극(Dahlin, 2000; Wilkinson et al., 2012), 배열 오차(Doyoro et al., 2022), 전극 재질에 따른 오차(LaBrecque and Daily, 2008), 접지저항(contact resistance)이 측정잡음에 미치는 영향(Binley, 2015; Tso et al., 2017; Doyoro et al., 2022; Li et al., 2025) 등에 관한 연구가 발표된 바 있다. 전기비저항 탐사에서 잡음수준은 다양한 방법으로 측정된다. 가장 간단하고 효과적인 방법은 중합오차(stack error)를 이용하는 것이지만, 중합오차는 시스템 잡음의 식별이 불가능하다는 단점이 있으므로, 상반성오차 측정이 좀 더 확실한 잡음 평가 방법인 것으로 알려져 있다(Parsekian et al., 2017; Li et al., 2025). 중합오차(stack error), 반복오차(repeatability error) 및 상반성오차(reciprocal error)를 사용한 측정 잡음의 정량화(Binley, 2015; Parsekian et al., 2017; Tso et al., 2017; Doyoro et al., 2022; Li et al., 2025)에 관한 다수의 연구가 발표된 바 있다. 그러나 전기비저항 탐사가 널리 사용되고 있는 국내에서는 측정잡음이나 자료의 불확실성에 대한 연구는 거의 전무한 실정이다. 수동측정이 일반적일 때에는 일부 품질이 의심되는 개별 자료에 대하여 자료의 질 평가를 위하여 현장에서 상반성 측정을 수행하였으나, 자동 측정 시스템이 도입되면서 이마저도 점점 간과되는 실정이다.

이 논문에서는 비교적 잡음수준이 높은 댐에서 중합오차와 상반성오차를 측정하고, 이들에 영향을 미치는 전극의 접촉 저항, 주입 전류, 겉보기 전기비저항과의 상관관계를 분석하였다.

자료 획득

경상남도에 위치한 사력댐에서 잡음수준 평가를 위하여 전기비저항 탐사를 수행하였다. 댐 마루부와 하류사면에 설치된 측선에서 순방향 자료(forward data)와 상반성 자료(reciprocal data)를 순차적으로 획득하였다. 마루부 측선은 길이 230 m, 측점간격 5 m, 측점수 47 개, 하류사면 측선은 길이 200 m, 측점간격 5 m, 측점수 41개이다, 사용된 전극배열법은 쌍극자 배열이며, 가탐심도 증대를 위하여 배간격(double spacing) 자료를 함께 획득하였다. 측정 시스템은 10 채널 자동 측정 장비인 Iris사의 SyscalPro를 사용하였으며, 모든 전극을 미리 설치하고 다중 전선(multi-core cable)을 사용하여 측정 시스템에 연결한 다음, 중합횟수를 4회로 설정하고 자동측정 방식으로 자료를 획득하였다.

접지저항 및 주입전류

전기비저항 탐사에서 전극의 접지저항은 측정자료의 품질을 결정하는 중요한 요인 중 하나이다. 접지저항이 지나치게 높으면 전류 주입량이 작아지며, 이는 측정자료의 질을 저하시킨다. 따라서 양질의 자료획득을 위해서는 접지저항을 최소화해야 하며, 이를 위해서는 전극을 매질에 긴밀히 밀착시켜야 한다. 필요한 경우에는 여러 개의 전극을 병렬 연결하거나, 소금물 주입 등을 통하여 접지저항을 최소화하려는 노력이 요구된다.

Fig. 1은 마루부 측선에 설치된 전극의 접지저항, 각각의 측정에서 주입된 전류와 겉보기 전기비저항 가단면도이다. 단일 간격(single spacing) 및 배 간격(double spacing) 자료를 하나의 가단면도에 표시하였다. 자료 도시점(plotting point)은 x=C1+C2+P1+P2/4, 전극전개수 n=P1+P2-C1-C2/2-1이며, 전류전극쌍과 전위전극쌍 각각의 중앙에서 45° 각도로 연장된 두 직선의 교차점이다. 우선 접지저항은 Fig. 1(a)에 나타난 바와 같이 13번 전극을 제외한 모든 전극에서 5 kΩ 이하의 양호한 값을 보이고 있다. Fig. 1(b)에 나타낸 주입 전류량은 50~500 mA 범위내의 값을 보이며, 접지저항이 작은 전류전극을 사용한 측정에서는 전류 주입량이 크며, 반대 경우에는 전류 주입량이 작다. 겉보기 전기비저항은 100~1000 Ωm 범위의 값을 보이며, 측선 좌측에 고비저항대가 분포하고 있다.

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Fig. 1

(a) Contact resistance (kΩ), (b) injected current (mA), and (c) apparent resistivity pseudosection measured at the crest of an earth-fill dam.

Fig. 2는 하류사면 측선에서의 접지저항, 주입전류 및 겉보기 전기비저항 가단면도를 도시한 것이다. 댐 하류사면은 사석이 두껍게 덥혀있어 전극설치가 쉽지 않은 조건이다. 접지저항 최소화를 위하여 사석 하부의 토사층까지 굴착하고 전극을 설치하였으나, 측선의 좌측에 해당하는 1~11번 측점 구간에서는 상당히 높은 접지저항을 보인다. Fig. 2(b)에 나타난 바와 같이 높은 접지저항으로 인하여 측선 좌측에 주입전류가 50 mA 이하인 자료가 다수 출현한다. 마지막으로 Fig. 2(c)에 주어진 겉보기 전기비저항 가단면도에 사석을 지시하는 1000 Ωm 이상의 고비저항층이 천부에 위치하고 있으며, 마루부에서와 마찬가지로 측선 좌측에 고비저항대가 발달하고 있다.

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Fig. 2

(a) Contact resistance (kΩ), (b) injected current (mA), and (c) apparent resistivity pseudosection measured at the down-slope of an earth-fill dam.

중합오차

중합은 하나의 자료획득에서 여러 번 반복측정을 통하여 획득한 측정값의 평균을 구하는 신호처리 방법으로, 그 주된 목적은 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR) 향상에 있다. 즉 반복 측정값의 합산과정에서 무작위 잡음은 상쇄되는 반면, 일관성을 보이는 신호는 강화되므로 중합은 불규칙 잡음억제에 효과적인 신호처리 방법이다, 기본적인 통계 원리에 따르면, 중합횟수가 N이면 불규칙 잡음은 1/√N에 비례하여 감소한다. 따라서 중합은 신호 대 잡음비를 향상시켜 더 안정적이고 정밀한 측정을 가능케 한다. 현재 대부분의 상업용 전기비저항 탐사 장비는 중합 기능을 탑재하고 각 측정 자료의 중합오차를 제시하므로, 이를 측정 자료의 불확실성 평가에 편리하게 사용할 수 있다. 하지만 중합은 시스템 오류에 의한 잡음문제를 해결할 수 없다. 시스템 오류는 대개 측정 장비 오류, 전극위치 부정확성(기하학적 오류), 케이블 누전, 전극불량, 지속적인 인공 잡음원 등에 의해 발생한다. 이러한 오류는 측정 시스템의 기능 및 전극 및 케이블 설치와 같은 탐사 절차와도 관련되며, 지속성을 가지므로 중합과 같은 간단한 평균화를 통해 제거할 수 없다. 중합오차는 측정자료에 내포된 잡음 중 일부인 불규칙 잡음만을 반영하므로, 실제 잡음수준을 저평가한다는 문제가 있다. 따라서 중합오차가 자료의 신뢰도를 충분히 보장하지 못한다(Tso et al., 2017). 또한 중합은 잡음이 불규칙하고, 잡음에 비하여 신호가 더 크다는 조건을 만족해야 그 의미를 갖는다. 만약 이러한 조건을 충족하지 못하면 중합은 그 의미를 상실하며, 오히려 잡음을 증폭시킬수도 있다. 중합오차는 자료의 품질 평가에는 유용하지만 이러한 문제점 때문에 역산에서 자료가중값 산출에는 제한적으로 이용된다.

Fig. 3은 댐 마루부에서 측정된 자료에 대한 중합오차를 가단면도상에 나타낸 것이다. 전체적으로 1% 이하의 작은 오차를 보이나 일부 측점에서는 3% 이상의 오차를 보이기도 한다. 특히 전극전개수가 증가할수록 중합오차가 커지는 경향을 보이며, 접지저항이 큰 전극과 관련된 자료, 즉 주입전류가 작은 자료의 중합오차도 큰 값을 나타내고 있다.

중합오차는 접지저항, 주입전류, 매질의 전기비저항, 조사지역의 잡음수준 등 다양한 요소에 의해 영향을 받는다. Fig. 3의 가단면도는 중합오차의 전반적 분포양상을 파악하는데 효과적이지만, 중합오차에 영향을 미치는 다양한 요소들과의 상관관계를 제시해 주지는 않는다. 여기서는 중합오차에 영향을 미치는 다양한 요소들과 중합오차의 상관관계를 산점도(scatter plot)를 통하여 분석하였다.

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Fig. 3

Stack error pseudosection measured at the crest of an earth-fill dam.

Fig. 4는 댐 마루부의 접지저항(kΩ)과 중합오차(%) 사이의 상관관계를 나타낸 산점도이다. 참고로 그림에서 겉보기 전기비저항이 큰 자료는 붉은색, 작은 자료는 파란색 점으로 나타내었다. Fig. 4(a)에서 접지저항이 2 kΩ 이하인 자료는 대개 1% 이하의 중합오차를 보이며, 접저저항이 증가함에 따라 전반적으로 중합오차가 증가하는 양상을 보인다. 즉 중합오차는 접지저항에 대하여 양의 상관관계(positive relation)를 나타낸다(Parsekian et al., 2017). Fig, 4(b)는 주입전류와 중합오차의 산점도이다. 자료획득시 적어도 50 mA 이상의 전류가 주입되었으며, 대부분의 경우 100 mA 이상의 전류가 주입되었음을 확인할 수 있다. 예상한 바와 같이 주입전류가 커지면 중합오차는 명확하게 감소하는 양상을 보인다. 이는 접지저항이 낮으면 강한 전류주입, 신호의 크기가 증가, 잡음의 영향이 감소하는 과정을 통하여, 결과적으로 중합오차가 작아지는 것으로 해석된다. 따라서 주입전류와 중합오차는 역의 상관관계를 보이는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 4(c)에서 겉보기 전기비저항은 대개 100~1000 Ωm, 중합오차는 0.01%~10% 사이의 값을 가지며, 겉보기 전기비저항과 중합오차는 역의 상관관계(inverse relationship)를 나타내고 있다. 이는 겉보기 전기비저항이 200 Ωm 이하인 경우에는 분산은 크지만 상대적으로 중합오차가 큰 자료가 집중되고 있으며, 겉보기 전기비저항이 증가함에 따라 0.1% 이하의 낮은 중합오차를 보이는 자료가 집중되는 양상에 근거한다. 전기비저항 탐사에서 전류전극을 통하여 지하에 전류 I를 주입하고, 두 전위전극 사이의 전위차(V)를 측정한다. 이후 이 값에 거리계수(geometric factor)를 곱하여 겉보기 전기비저항으로 변환하여 해석에 사용한다. 겉보기 전기비저항은 측정되는 전위차에 비례하므로, 겉보기 전기비저항이 작다는 것은 전위차, 즉 측정되는 신호가 작다는 것을 의미한다. 작은 신호는 작은 잡음에도 크게 왜곡된다. 따라서 작은 겉보기 전기비저항 자료는 큰 중합오차를 보일 가능성이 높다. 반대로 큰 겉보기 전기비저항 자료는 측정되는 전위차가 큰 값을 가지므로 잡음의 영향이 작아지며, 중합오차는 작아지게 된다. 따라서 겉보기 전기비저항과 중합오차는 역의 상관관계를 보이는 것으로 해석된다.

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Fig. 4

Scatter plots of stack error against (a) contact resistance, (b) injected current, and (c) apparent resistivity measured at the crest of an earth-fill dam.

댐의 하류사면은 사석으로 인하여 전극설치가 용이하지 않았으며, 결과적으로 측정자료는 접지저항이 높고 주입전류량이 작다는 특징을 보인다. 따라서 하류사면에서 얻어진 자료는 잡음수준이 상당히 높을 것으로 예상된다. 이와 같이 잡음이 심한 환경에서 얻어진 측정자료에 대한 분석을 통하여 중합오차의 분포 특성을 파악하고자 하였다. Fig. 5는 하류사면에서 측정된 자료의 중합오차를 가단면도상에 도시한 것이다. Fig. 3의 마루부 중합오차와 비교해 보면, 전체적으로 중합오차의 크기가 증가한 것을 확인할 수 있다. 단면에서 전극전개수 8 이하의 자료는 중합오차가 비교적 작게 나타나고 있으나, 그 이상의 전극전개수에서는 중합오차가 큰 영역이 다수 출현하고 있다. 특히 높은 접지저항, 낮은 전류주입량, 큰 전극전개수에 해당하는 자료는 매우 큰 중합오차를 보이는데, 이는 신호의 크기가 작아 잡음의 영향이 크게 반영되었기 때문으로 해석된다.

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Fig. 5

Stack error(%) pseudosection measured at the down-slope of an earth-fill dam.

하류사면 자료의 경우에도 중합오차에 영향을 미치는 다양한 요소들과 중합오차의 상관관계를 산점도를 통하여 분석하고 그 결과를 Fig. 6에 도시하였다. 하류사면 자료의 가장 큰 특징은 큰 접지저항, 작은 주입전류, 큰 중합오차로 대표되는 자료의 수가 마루부 자료에 비하여 매우 많다는 점이다. 그럼에도 불구하고 하류사면의 중합오차는 마루부에서와 유사한상관관계를 나타낸다. 하류사면의 경우에는 사석 때문에 접지저항이 5 kΩ 이상인 자료가 많지만, 접지저항과 중합오차가 양의 상관관계를 보인다는 점은 확연하다. 또한, 겉보기 전기비저항의 경우에도 마루부 자료와 마찬가지로 중합오차와 역의 상관관계를 보인다. 특히 겉보기 전기비저항이 작은 자료는 중합오차의 폭이 넓게 분산된 특성을 보이는데, 이는 측정신호의 크기가 작기 때문에 잡음의 크기에 따라 중합오차의 변화폭이 커진 것으로 해석된다.

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Fig. 6

Scatter plots of stack error (%) against (a) contact resistance, (b) injected current, and (c) apparent resistivity measured at the down-slope of an earth-fill dam.

상반성오차

상반성 측정(reciprocal measurement)은 전기 비저항 탐사에서 자료의 품질 평가에 유용하며, 시스템 오류도 식별하고 정량화할 수 있는 강력한 측정 오류 평가 방법이다(LaBrecque et al., 1996; Slater et al., 2000; Zhou and Dahlin, 2003; Tso et al., 2017). 상반성 측정에서는 순방향 측정(forward measurement)의 송신원(전류전극)과 수신원(전위전극)을 서로 바꾸어 측정한다. 상반성오차는 순방향 측정과 상반성 측정(저항 R 혹은 겉보기 전기비저항)값의 차이 혹은 그 백분율로 표현된다(Slater et al., 2000).

(1)
R=Rforward-Rreciprocal(Ω),R=Rforward-RreciprocalRaverage×100(%)

상반성 원리(principle of reciprocity)는 지하 전기비저항 분포와 관계없이 성립해야 하는 근본적인 물리 법칙이다. 따라서 상반성 측정에서 관찰되는 유의미한 오차는 단순히 불규칙 잡음만에 의한 것이 아니며, 측정 시스템과 측정 방법의 오류로 인한 시스템 오류도 반영한 잡음을 나타낸다.

전기비저항 자료획득에서 상반성오차는 중합오차에 비하여 측정 자료의 품질 평가에 더 유리하다. 상반성오차는 불규칙 잡음수준을 나타내는 중합오차와는 달리 시스템 오차도 반영하므로 좀 더 포괄적으로 측정 오차를 정량화할 수 있다(Parsekian et al., 2017; Tso et al., 2017; Li et al., 2025). 상반성오차는 접지저항, 불량전극, 시스템 오류, 지속적 인공잡음 등의 다양한 요인에 의해 발생한다. 일반적으로 접지저항이 높으면 상반성오차는 증가한다. 따라서 건조한 사막, 암반 지역, 동토대 등에서 높은 접지저항으로 인하여 상반성오차가 크게 나타난다. 또한, 전극 설치 상태가 불량하면 큰 접지저항 때문에 상반성오차가 증가하기도 한다. 특히 상반성오차는 종종 중합오차에는 나타나지 않는 시스템 오차를 반영한다는 강점이 있다. 예를 들어 고정된 위치에 시간적으로 지속적인 잡음원이 존재하면, 반복측정에서는 매 측정에서 같은 값이 측정되며, 결과적으로 중합오차는 매우 작은 값을 나타낸다. 반면 상반성 측정에서는 잡음원이 전위전극 근처에 있을 경우의 측정값이 잡음원에 영향을 더 받으며, 결과적으로 큰 상반성오차가 측정된다. 따라서 잡음수준이 높은 도심지역이나 산업시설 주변에서 탐사를 수행할 경우, 잡음수준 파악 및 측정자료의 품질 평가에 상반성 측정이 효과적임을 알 수 있다. 한편 상반성오차는 순방향 측정과 상반성 측정을 순차적으로 수행해야 하므로 측정시간이 순방향 탐사만 수행할 때보다 2배 더 소요된다. 하나의 전극조합에 대하여 순방향과 상반성 측정을 연이어 측정하면, 이전 측정에서의 충전효과(charge-up effects)에 의한 오차가 발생할 수 있다(Dahlin, 2000; Ramirez et al., 2005; Wilkinson et al., 2012). 따라서 연속적 측정은 피해야 하며, 충분한 시간이 경과한 후에 측정해야 한다. 또한, 두 측정 사이에 지하모델 변화도 상반성오차가 유발할 수 있다. 그러나 최근의 전기비저항 탐사 장비는 자동측정을 지원하므로 매우 신속한 측정이 가능하다. 따라서 하나의 측선에서 자료획득이 이루어지는 단 시간내에 지하의 물성변화는 무시할 수 있으며, 상반성 실험을 위하여 2회 측정을 한다고 해도 측정시간이 큰 부담이 되지는 않는다.

Fig. 7은 마루부에서 측정된 자료의 백분율 상반성오차를 가단면도에 도시한 것이다. Fig. 3의 중합오차와는 달리 전반적으로 큰 상반성오차를 나타내고 있다. 따라서 상반성오차가 중합오차보다 더 많은 잡음을 포괄적으로 내포하는 것을 알 수 있다. 접지저항이 높아 주입전류가 100 mA 이하이고, 전극전개수가 큰 자료들이 강한 상반성오차를 보이는 것으로 해석된다. 이들 자료는 모두 신호의 크기가 작아 잡음에 쉽게 영향을 받는 것으로 보인다.

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Fig. 7

Reciprocal error,(%) pseudosection measured at the crest of an earth-fill dam.

Fig. 8은 마루부에서의 접지저항, 주입전류, 겉보기 전기비저항, 중합오차와 백분율 상반성오차와의 상관관계를 나타낸 산점도이다. 우선 접지저항과 주입전류는 중합오차와 유사한 상관관계를 나타내고 있다. 즉 접지저항과는 양의 상관관계를, 주입전류와는 역의 상관관계를 보인다. 반면 상반성오차는 겉보기 전기비저항과는 양의 상관관계를 보이며, 이는 중합오차가 역의 상관관계를 보이는 것과 대비된다.

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Fig. 8

Scatter plots of reciprocal error (%) against (a) contact resistance, (b) injected current, (c) apparent resistivity, and (d) stack error measured at the crest of an earth-fill dam.

전기비저항 탐사에서 측정되는 전위차 혹은 저항, 즉 신호의 크기는 근본적으로 지하 매질의 전기비저항과 관련된다. 일반적으로 매질의 전기비저항이 높은 고비저항 환경에서는 측정신호가 크며, 불규칙 잡음의 상대적 크기는 작아진다. 따라서 불규칙 잡음에 크게 좌우되는 중합오차는 작아진다. 반면 상반성오차는 불규칙성 잡음은 물론 그 이외의 잡음에도 영향을 받는다. 비록 신호에 비해 불규칙 잡음의 상대적 크기가 작다고 해도 최종 잡음의 크기는 상대적으로 커지며, 고비저항 환경에서는 이들 잡음의 영향이 증폭될 확률이 높다. 따라서 상반성오차는 겉보기 전기비저항과 양의 상관관계를 보이며, 이는 이전의 연구결과(Parsekian et al., 2017; Tso, et al., 2017; Doyoro et al., 2022; Li et al., 2025)와 잘 부합한다.

Fig. 9는 하류사면에서의 백분율 상반성오차와 중합오차에 대한 산점도이다. 비록 상반성오차와 중합오차는 양의 상관관계를 보이지만, 중합오차 보다는 상반성오차가 더 큰 경향을 보인다. 그림에 나타난 바와 같이 많은 자료가 파란색 점선 상부에 위치하며, 이는 중합오차에 비하여 상반성오차가 큰 것을 의미한다. 결과적으로 최종 측정 오차는 중합오차 보다는 상반성오차에 의해 결정되며, 자료의 최종적 품질은 상반성오차에 의해 평가하는 것이 더 합리적인 것으로 해석된다.

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Fig. 9

Scatter plots of percent reciprocal error (%) against stack error at the down-slope.

댐의 하류사면에 설치된 측선에서 얻어진 자료에 대하여 동일하게 잡음분석을 수행하였다. Fig. 10은 하류사면 자료의 상반성오차를 가단면도에 도시한 것이다. 하류사면에서는 접지저항이 높은 측선 좌측, 큰 전극전개수 자료에서 강한 상반성오차 이상대가 다수 발달하고 있으며, 중합오차에 비하여 훨씬 큰 값을 나타내고 있다. 이는 사면에 설치된 각종 계측기기와 전력 공급선 등에 의한 인공잡음이 일정 부분 영향을 미친 것으로 해석된다.

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Fig. 10

Reciprocal error pseudosection measured at the down-slope.

Fig. 11은 하류사면에서 측정된 접지저항, 주입전류, 겉보기 전기비저항, 중합오차와 상반성오차(%)와의 상관관계를 나타내는 산점도이다. 비록 하류사면은 마루부에 비하여 전극의 접지상태도 불량하고 잡음수준도 높지만, 상관관계 분석에서는 마루부와 유사한 양상을 보인다. 즉 주입전류와는 역의 상관관계를, 나머지 항목들과는 양의 상관관계를 보인다. 특히 접지저항이 높아 100 mA 이하의 전류가 주입된 자료의 수가 상당하며, 이들 자료의 중합오차는 물론 상반성오차도 매우 크다는 점을 감안할 때, 접지저항 최소화가 측정자료의 품질관리에 무엇보다 중요하다는 점을 다시 한번 확인할 수 있다.

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Fig. 11

Scatter plots of reciprocal error (%) against (a) contact resistance, (b) injected current, (c) apparent resistivity, and (d) stack error measured at the down-slope of an earth-fill dam.

결론 및 토의

전기비저항 탐사 자료는 잡음을 포함하며, 보다 정확한 해석을 위해서는 잡음을 정확히 이해하고 가능하다면 정량화할 필요가 있다. 전기비저항 탐사 자료의 품질평가에는 주로 중합오차와 상반성오차가 사용된다. 전기비저항 탐사에서 자료해석은 측정자료를 역산하여 지하의 전기비저항을 추정하므로, 측정자료의 잡음수준과 불확실성 평가는 역산결과의 신뢰도 확보를 위한 중요한 처리과정 중 하나이다. 따라서 자료획득 과정에서 중합오차를 분석하여 불규칙 잡음수준을 파악하는 한편, 상반성 측정을 통하여 시스템 오차를 포함한 전반적인 자료 평가방법의 개발이 요구된다.

이 연구에서는 효과적인 자료 평가 방법 개발을 위한 기초 연구로 경상남도에 위치한 사력댐의 마루부 및 하루사면에서 얻어진 쌍극자 배열 전기비저항 탐사자료의 중합오차 및 상반성오차를 분석하였다. 자료 분석 결과, 중합오차는 접지저항과는 양의 상관관계를, 주입전류와는 겉보기 전기비저항에는 역의 상관관계를 나타내었다. 반면 상반성오차는 접지저항, 겉보기 전기비저항, 상반성오차와는 양의 상관관계를 보이며, 접지저항과는 음의 상관관계를 나타내었다. 또한 중합오차 보다는 상반성오차가 조사지역의 전반적인 잡음수준을 보다 포괄적으로 반영하는 것으로 해석되었다. 이러한 분석결과는 이미 발표된 기존의 연구결과(Parsekian et al., 2017; Tso et al., 2017; Doyoro et al., 2022; Li et al., 2025)와 잘 부합한다.

이번 연구에서는 중합오차, 상반성오차의 특성만을 분석하였으나, 이들의 정량화에 관한 연구는 수행하지 않았다. 그러나 비교적 잡음수준이 높을 것으로 예상되는 댐에서 중합 및 상반성오차의 거동 양상을 파악하고 이들에 미치는 접지저항, 주입전류, 겉보기 전기비저항과의 상관관계를 파악하였다. 향후 중합 및 상반성오차의 정량화 방법과 이를 반영한 역산기법에 관한 연구가 추가된다면, 전기비저항 탐사의 자료획득, 처리 및 해석기술의 발달에 크게 기여할 것으로 기대된다.

Acknowledgements

이 논문은 한국수자원공사(과제번호:G250216)와 기후에너지환경부(한국환경산업기술원의 미래변화 대응 수자원 안정성 확보 기술개발사업(과제명: 디지털 트윈 활용 수자원 시설 통합 자산관리 기술개발, 과제번호: RS-2024-00337673))의 재원을 지원받아 수행되었습니다.

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