탄성파측량

1. 탄성파 측량이란

물체에 외력이 가하면 물체는 변형이 되는데 외력이 제거되면 원래로 복귀하는 성질을 물질의 탄성이라한다. 탄성은 물체(암석의 종류)에 따라 전달속도의 차가 일어나므로 이를 이용하여 지하정보를 얻는다. 해수면 근처에서 인공적으로 음파를 발생시켜 해저면 하부의 지층으로 침투시키면 서로 다른 물성을 갖는 지층의 경계면에서 일부 음파 반사된다. 이 반사파를 수신하여 전산처리를 수행함으로써 해저 지층 형태를 파악할수 있는 탄성파 단면도를 획득하는 것이 탄성파 측량의 원리이다. 탄성파 측량에 이용하는 파동의 종류에 따라 굴절법과 반사법으로 나눌 수 있다.

 

2. 탄성파 측량의 원리

지표에서 인위적으로 발생시킨 탄성파는 지하매질을 주행하다 속도가 다른 두 매질의 경계면에서 그 에너지의 일부는 반사되고 일부는 하부 매질로 굴절되는데, 이때 반사 또는 굴절되어 지표로 도돌아오는 신호를 감지하여 지하구조를 조사하는 것이 탄성파탐사의 기본원리이다. 이러한 반사 또는 굴절의 진행경로는 스넬의 법칙(Snell's Law)을 기초로 하고 있다.

 

1) 스넬의 법칙

굴절은 파의 진행속도 차이 때문에 생긴다는 굴절에 관한 물리법칙이다. 굴절률이 n1과 n2인 서로 다른 두 매질이 맞닿아 있을 때 매질을 통과하는 빛의 경로는 이는 호이겐스 원리에 의해 파면에서 생성된 구면파가 매질 속에서 속도가 달라져서 구면파들이 만드는 포락선의 방향이 꺾어지기 때문에, 매질마다 빛의 속도(v)가 다르므로 휘게 되는데, 그 휜 정도를 빛의 입사 평면상에서 연직선을 중심으로 각도로 표시하면 θ1과 θ2가 된다. 스넬의 법칙은 다음과 같이 정의된다. 즉,

여기서, λ는 빛의 파장이다. 스넬의 법칙은 굴절이 일어나는 정도가 두 매질의 굴절률의 비에만 의존하고 각각의 굴절률에는 무관하다는 것을 말해주고 있다.

 

3. 굴절법

굴절법은 스넬의 법칙에 따라 임계각으로 입사된파가 굴절하여 경계면 하부를 따라 진행하다가 상부층으로 굴절되어 지표면에 도달한 파를 이용하여 지층의 깊이와 속도 구조를 파악하는 탐사 방법이며 주로 천부지층에서 사용된다. 굴절법 탐사 자료를 취득하기 위해서는 탐사 전 가능한 모든 정보를 모으고, 효과적이고 효율적으로 탐사하기 위해 수신기의 총 SPREAD 길이가 깊이의 3배가 되도록 간격을 정하고 잡음을 피하도록 한다.

 

4. 반사법

반사법은 탄성파 파원에서 발생되어 하부 지층 경계면에서 반사하여 되돌아온 반사파를 수신시기에서 기록하고 왕복도달시간과 파형을 분석하여 지하구조 및 지하매질의 물리적 특성을 파악하는 방법이다. 반사법은 저속도층에서도 문제가 없고, 짧은 OFFSET에서도 측정이 가능하며 상대적으로 작은 에너지 송신원도 사용이 가능하다.  반사법은 복잡한 다층구조를 자세히 탐사하는데 굴절법보다 뛰어나다.