본 연구는 금속 인공물을 감소시키기 위한 VAT(view angle tilting)와 SEMAC(slice encoding for metal correction) 기법 적용에 따른 온도 변화 범위를 관찰하고자 하였다. 제작된 인체 모방 팬텀을 활용하였고, 검사방법으로는 임상에서 실제로 사용하고 있는 고속스핀에코(fast spin echo, FSE) 기법의 영상 파라미터들을 그대로 이용하였다. VAT 와 SEMAC 기법은 FSE와 같은 파라미터로 설정한 다음 VAT 파라미터는 100%와 SEMAC 파라미터는 25로 설정하였다. 온도 측정 방법으로는 수소원자 공명주파수전이법(proton resonance frequency shift, PRFS)기법을 활용하였으며, 광 섬유 온도계(fiber-optic sensor, FOS)로 절대 온도를 측정한 후 비교 분석하였다. 온도 변화는 SEMAC 기법에서 기존 FSE 기법 (0.28℃±0.10℃)에 비해 1.63℃±0.12℃로 약 6배 상승하였고(SEMAC-FOS = 1.59℃), VAT 기법은 약 2배 증가(VAT-FOS = 0.51℃)가 확인되었다. 특히, SEMAC 기법은 VAT 기법(VAT-FOS = 0.51℃, VAT-PRFS = 0.54℃ ±0.02℃)과 비교하여 약 3배가 증가하여 가장 높은 온도 상승이 관찰되었다. 이는 SEMAC 기법 적용 시 자기공명영상 전자파 인체 영양에 대한 안전기준을 충족하기 위해 영상 파라미터 최적화 작업의 필요성을 시사한다.

드론을 이용한 신뢰성 있는 항공자력탐사 수행을 위해서 자력탐사 시스템과 드론 시스템을 구성하여 철광산 지 역 자력 탐사에 적용하였다. 드론에 실리는 자력탐사 시스템은 Bartington사의 플럭스게이트 자력계 Mag639를 센서로 사용하고, A/D convertor를 이용하여 태블릿PC에 자력값이 저장되도록 구성하였다. 드론의 비행 컨트롤 모듈로는 확장 성이 좋은 Pixhawk를 사용하였고, 적재 중량(Payload) 3 kg, 최대 중량 적재 시 15분 동안 비행이 가능하도록 구성하였 다. 드론의 자기장 간섭 범위 측정 실험을 통해 드론에 의한 자기장 간섭효과를 제거하였고, 정확한 위치 정보 확보를 위해 RTK GPS를 적용하였다. 정확한 위치정보를 토대로 동일한 측선에 대해서 고도를 변경하여 두 번 측정해서 자력 변화율 자료를 확보하였다. 또한 지형 정보를 사용하여 지형을 따라 비행하는 비행경로를 설정함으로써 지형 효과를 없 앨 수 있었다. 드론 기반 항공자력탐사 시스템을 통해 획득된 자력자료는 Geometrics사의 핵자력계 G-858을 이용해 동 일 지역에서 획득한 자료와 양상이 일치함을 확인하였고, 이를 통해 드론 기반 항공자력탐사 시스템을 이용한 탐사 자 료에 대한 신뢰성을 확보할 수 있었다.

2012년부터 2014년까지 한반도 및 그 주변에서 일어난 지진과 지자기장 변동성과의 상관관계를 연구하였다. 웨 이블릿 기반의 셈블런스 분석기술을 지진과 관련된 지자기장 변동성 분석에 사용하였다. 총자기장을 이용한 분석 결과 관측소 반경 100 km 이내에서 발생한 지진의 경우 일관적인 셈블런스 변동양상이 나타남을 확인하였고, Z축 성분 지 자기장 자료를 이용한 웨이블릿 기반의 셈블런스 분석에서도 비슷한 변동양상을 확인하였다. 자료 질이 좋은 청양 관측 소 지자기장 자료를 중심적으로 분석하였고, 추가적으로 보현산 관측소의 Z축 성분 자료를 해석하여 상관성에 대한 신 뢰도를 확인하고자 하였다.

연약지반의 평가를 위한 물리탐사기법의 적용성을 알아보기 위해 총 6개월간의 전기비저항 모니터링자료를 취득하였다. 추가적으로 다중채널 표면파 탐사(Multichannel Analysis Surface Wave; MASW)를 실시하여 전단파 속도와 연약지반의 강도분포를 파악하고자 하였다. 또한, 콘 관입시험(Cone Penetration Test; CPT)과 시추 시료의 실내시험을 이용하여 물리탐사 자료와의 상관성을 확인하고 탐사 자료의 신뢰성을 높이고자 하였다. 그 결과 장기간의 모니터링 자료로부터 연약지반의 거동양상을 파악할 수 있었고, 추가 탐사를 통해 얻은 전단파 속도와 실내 시험간의 유의미한 상관관계가 확인되어 연구 지역 연약지반의 강도를 평가하는데 있어 표면파 탐사의 유용성을 확인 할 수 있었다. 최종적으로 지구통계학적 방법을 이용하여 물리탐사 자료와 이종 자료에 대한 3차원적인 지반 분포 영상을 획득하였다. 본 연구를 통해 넓은 영역에서의 연약지반 평가를 위해서는 장기간의 전기비저항 모니터링으로 영역 전체의 특성을 파악해야 함을 알 수 있었다. 이를 보강할 수 있는 추가적인 탐사 자료와 시추 자료를 이용한다면 경제적이고, 신뢰성 있는 평가가 이루어 질 수 있을 것으로 판단된다.

최근 3년간 지진과 연관된 지자기 변동성을 파악하기 위해 주성분 분석 및 웨이블릿 기반 셈블런스에 기반한 분석 기술을 적용하였다. 이 기술은 지자기 관측 자료의 주성분을 이용하여 지자기 예측을 수행하고, 지진이 발생한 전후로 예측한 지자기장과 실제 관측된 지자기장 사이에 유의미한 변화량이 있는지 분석한다. 일반적으로 지자기자료가 지진에 의한 변동성을 잘 반영하는 것으로 알려져 있지만, 특정 지진에 대한 분석을 통해 상관성을 증명한 것이 대부분이다. 본 연구에서는 2009년부터 2011년까지 한반도 및 주변에서 발생한 총 17차례의 지진에 대해 다양한 지자기 변동성을 분석하여 지진 전조 및 지진 동반 신호를 성공적으로 발견할 수 있음을 확인하였다.

콘크리트 도로 하부의 이상대를 찾기 위해 전기비저항 탐사를 수행하였다. 콘크리트의 접지저항효과를 줄이기 위해 전기전도성이 좋은 매질과 평판 전극을 이용하였다. 전기비저항 탐사 결과를 분석하고 같은 장소에서 수행한 지하투과레이더 탐사, 충격응답기법, 다중채널 표면파 탐사 결과와 비교하였다. 전기비저항 탐사 결과는 함몰과 포장 구간에서 높은 비저항 분포를 보였으며, 지하투과레이더 탐사 결과는 보강으로 인한 형태를 보였다. 또한 충격응답기법과 전기비저항 탐사 결과의 비교를 통하여 보강 구간에서의 높은 동적강성도가 높은 비저항 분포의 원인임을 확인하였다. 동일한 장소에서 수행한 전기비저항 탐사와 다중채널 표면파 탐사 결과를 공동 크리깅한 결과, 지구통계학적 복합 해석이 각 지구물리 탐사결과에 대한 개별적인 분석보다 더 명확하게 이상대를 확인 할 수 있었다. 이 연구는 지구물리 탐사에 기초한 의사결정 과정에서 지구통계학을 이용한 복합 해석 결과의 활용 가능성을 제시한다.

철광산 지역의 매장량 평가를 위해 전기 및 전자탐사 방식의 물리탐사를 수행하였다. 철광산 조사에 적합한 물리탐사 기법을 결정하고 연구지역의 지질정보에 대해 파악하기 위해, 대상 지역의 시추 코어와 노두 파편으로부터 획득한 암석 코어를 분석하였다. 획득한 코어에 대해 비중, 밀도, 공극률, 비저항, P파 속도 등 5가지 물성을 측정한 결과, 자철광체가 전기적 특성에 민감하게 반응한다는 것을 확인하고 전기 탐사를 수행하기로 결정하였다. 전기비저항 탐사는 기존의 연구들을 통해서 적용 기법들이 다양하고 해상도 또한 높은 편이 알려져 있어 철광산의 조사에 적합할 것으로 판단되었으나, 심부에서는 해상도가 낮으며 탐사의 수행도 어렵다는 한계를 가지고 있다. 이에 전기비저항 탐사를 보완하기 위해 물리탐사법 중 비교적 깊은 탐사심도를 가지는 MT (MagnetoTelluric) 탐사를 추가적으로 수행하였다. 또한 MT 탐사의 천부 정보에 대한 취약성을 보완하기 위해 인공송신원을 사용하는 CSMT (Controlled Source MT) 탐사를 추가적으로 실시하였다. 전기 및 전자탐사를 통해 채광이 이루어진 광산 하부에 저비저항체가 있음을 발견하였으며, 향후 추가적인 이용 가치를 확인하였다.

지형 자료는 지구과학 여러 분야에서 중요한 기초 자료 중 하나이다. 최근 들어, 상세한 분해능을 가지는 DEM 자료가 활용가능하며 따라서 방대한 양의 자료를 효율적으로 다루는 방법이 필요하다. 본 연구에서는 방대한 DEM 자료의 무손실 압축 및 효율적인 복원에 대해 알아보았다. 이를 위해 정수웨이블릿 변환과, 엔트로피 부호화의 개념을 이용하여, 웨이블릿 계수의 부호화 및 일부 영역의 지형복원 방법을 고안하였다. 또한, 정밀 중력 지형보정 과정에서 이러한 연구 결과의 활용성을 검토하였다. DEM의 압축률이 가장 좋은 웨이블릿은 CDF3.5이며, CDF3.1 또는 CDF3.5 웨이블릿을 사용하여 3단계 정도로 분해를 하는 것이 최적의 선택이다 (약 45.4%의 압축률). 또한 웨이블릿변환의 다중단계분석 특성을 활용하여 웨이블릿계수의 일부만을 추출하여 지형의 일부만을 복원할 수 있었다.

한반도에서 측정되고 있는 시계열 지자기 자료에 대해 결측 자료에 대한 복원과 측정 자료에 기반한 예측, 그리고 기관별 관측 자료에 대한 잡음도를 분석하였다. 결측 자료의 복원을 위해 주성분 분석을 통한 최적화 기법과 지구 통계학적 접근에 의한 방법을 적용하고 그 효과를 비교하였다. 주성분 기법은 자료의 주기성을 효율적으로 반영하는 특성을 보였으며, 지구통계학적 방법은 안정적인 복원 능력을 보였다. 관측소 별 잡음도를 파악하기 위해 이천 및 청양에서 동일 기간에 관측한 지자기 자료에 대해 공간적 분산성을 스캐터그램을 이용해 파악하였다. 그 결과 청양 관측소의 자료가 이천 관측소의 자료보다 연속적이며 안정적인 측정이 이루어진 것을 알 수 있었으며, 복원을 위한 크리깅 추정에서도 실제 자료의 추정이 매우 정확하게 이루어졌다. 결측자료의 복원의 경우 20분 이내의 결측 자료에 대해서는 크리깅 기법과 주성분 기법 모두 유사한 결과를 보였으나, 그 이상의 결측에 대한 복원과 지자기 자료의 예측이 필요한 경우에는 주성분 기법을 적용해야 주파수 영역에서의 특성이 실제와 더욱 유사하게 나타났다. 또한 지자기 자료의 예측을 위해서는 주성분 분석이 효율적으로 이용될 수 있음을 파악하였으며, 하루 정도의 지자기장을 예측할 수 있는 것으로 보인다.

콘크리트 구조물의 안전진단을 위해 충격반향기법(Impact Echo method, IE)과 충격응답기법(Impulse Response method, IR)을 이용하여, 콘크리트 모형 하부의 공동 유무에 따른 탐사 결과를 분석하였다. 콘크리트 모형은 순수 콘크리트 부분과 철근+콘크리트 부분으로 나누고, 공동의 유무에 따라 각 기법의 적용에 의한 반응 변화를 관찰하였다. 이 연구에 앞서 수행한 GPR과 IE 및 IR 기법의 복합 적용 결과, IE 및 IR 기법이 철근의 영향을 크게 받지 않고 공동존재 여부에 따른 반응이 비교적 잘 나타나는 것으로 파악되었다. 본 연구에서는 선행 연구 결과를 토대로 IE와 IR 기법의 활용도를 높여서 보다 정확한 콘크리트 구조물의 안전진단 기법을 개발하고자 하였다. GPR과 같은 비파괴 조사 기법과 달리, IE 및 IR 기법은 측정이 이루어지는 위치를 정확히 알 수 있어 각 측점의 콘크리트 두께와 하부 공동의 반응을 보다 정확히 파악할 수 있는 장점이 있다. 연구 결과, IE 기법에서는 공진주파수보다 낮은 저주파수에서 나타나는 작은 피크 구간이 공동에 의한 반응으로 보이며, IR 기법에서는 주파수에 따른 운동성(mobility)과 동적 강성도(dynamic stiffness)의 변화를 통해 공동의 유무를 확인할 수 있었다. 이 연구에서 제안한 방법은 콘크리트 구조물의 보수 보강에 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

블럭으로 주어지는 물리탐사 자료의 역산결과를 시추공 자료와 복합적으로 시뮬레이션하여 암반등급의 분류에 적용하였다. 물리탐사의 역산결과는 해석 대상에 대한 부가적 수준의 정보를 포함하게 되며, 전체 영역에 대한 정보를 제공한다. 반면, 시추공 자료는 해석 대상에 대한 직접적인 정보를 제공하지만, 그 정보의 공간적 범위가 매우 좁아 포인트 자료로써 이용된다. 블럭으로 주어지는 물리탐사 역산결과와 포인트로 주어지는 시추공 자료를 결합하여 크리깅이나 지구통계학적 시뮬레이션을 수행하기 위해서는, 포인트-포인트, 포인트-블럭, 블럭-포인트 간의 공분산 정보가 필요하다. 이 연구에서는 SGeMS에서 제공하는 Bssim 모듈을 이용하여, 역산 블럭과 시추공 포인트간의 복합적 시뮬레이션을 통해 공간적 특성이 다른 자료를 반영하는 다운스케일 된 결과를 얻었고, 이를 선행연구에서 적용한 지구통계학적 역산 결과와 비교하였다. 그 결과, 본 방법에 의한 다운스케일링 기법이 보다 확장가능하고 유연한 적용이 가능한 것으로 판단하였다.

흙댐에서의 누수 구역을 판별하기 위해 다채널 연속 온도 모니터링을 수행하고 이를 검증하기 위해 전기비저항 물리탐사를 함께 수행하였다. 일반적으로 댐이나 사면과 같은 인공구조물의 내부는 시간과 위치에 따라 상이한 온도 분포를 갖는 것으로 여겨진다. 이와 같은 분포는 구조물의 안전성을 판단하는 데 매우 중요한 기본 자료로 이용될 수 있으며, 특히 댐 구조물의 경우 과도 침투수나 누수에 의한 위험 대역을 파악할 수 있는 기술로 이용될 수 있다. 그러나 기존의 온도 측정 방식은 대형 구조물의 온도를 연속적으로 동시에 측정할 수 없는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이를 극복한 새로운 온도 모니터링 장비를 이용하여 댐의 상부 및 하부에 걸쳐, 여러 지점에서 동시에 온도 분포를 측정하였으며, 실내 시험을 통해 누수 대역이 온도 분포의 이상을 충분히 반영하고 있음을 관측하였다. 또한 대상 댐의 전 구역에 걸쳐 전기비저항 조사를 수행한 결과와 온도 모니터링 자료를 비교 분석하여 누수구역의 판별력을 높일 수 있는 방법을 제시하고자 하였다.

응력을 받고 있는 사면의 변형 여부를 분석하기 위해 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 일정 기간의 차이를 두고 정밀 측량을 수행하였다. 3차원 레이저 스캐너는 비접촉식으로 레이저 빔의 주행시간을 이용하여 대상점의 3차원 좌표를 결정할 수 있는 장비로써, 사면이나 대형 구조물의 변위를 분석하는데 매우 유용한 장비이다. 스캐닝은 약 7개월의 시간차이를 두고 이루어졌으며, 측정간의 비교를 위해 사면의 외부에 기준점을 유지하여 사용하였다. 변형 여부를 판단하기 위해, 평면각 변화, 곡면도 변화, 격자 틀의 각도 변화, 공통 병합점의 편차 등을 분석하였다. 분석 결과, 사면의 변형이 특히 많이 발생한 지점을 결정할 수 있었고 이를 보수·보강 방안의 마련에 활용할 수 있었다.

지진전조현상을 모니터링 하기 위해 기상청이 운영하고 있는 청양 지자기관측소에서 총 6개월간 획득된 지자기장 자료를 분석하였다. 지자기 3성분 자료로부터 지하의 전기비저항 변화를 반영하는 전달함수 및 분극값을 계산하였고, 이를 동일기간 발생한 지진이벤트와 비교하였다. 전달함수의 경우 일별 전달함수 값의 변화가 상당히 심하였으며, 발생한 지진 및 Kp 인덱스와의 상관성을 찾기 어려웠다. ULF 대역 자기장은 지진발생 전 뚜렷한 분극값의 증가가 관찰되었으나, 지진이 발생하지 않은 기간에도 이러한 변동 패턴이 나타났다. 따라서 이러한 분극값의 변화는 지진 전조현상으로 단정하기에는 한계가 있고, 향후 타 관측소 자료의 추가적인 확보 및 분석을 통해 과거 발생한 일정규모 이상의 지진과 관련성을 분석할 필요가 있다.

웨이블릿 변환은 기존 푸리에 변환이 갖는 주파수 변환 결과의 시간 영역에 대한 모호성을 극복할 수 있는 변환 기법으로 널리 이용되어 왔다. 기존의 푸리에 변환에 의한 셈블란스는 두 개의 시계열 자료의 위상을 주파수 영역에서 비교할 수 있도록 하는 방법이다. 이 방법은 비정상상태의 신호에 대해서는 잘 작동하지 않는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 자연계의 신호가 대부분 비정상상태임을 고려하여 웨이블릿 기반으로 개발된 셈블란스 기법을 지구물리자료에 적용하였다. 첫 번째 사례는 지구자기장 자료처리로서, 원격으로 위치한 관측소의 자료끼리 서로 비교하여 상관성이 높은 신호만 남도록 필터링한 결과를 제시한다. 두 번째 사례는 중력과 자력탐사를 복합적으로 분석할 수 있는 방안으로서, 두 자료간 공간적 상관성이 높은 신호만을 추출하는 필터링 결과를 제시한다.

2009년 5월 2일 규모 4.0의 안동 지진이 발생한 시기에 기상청 청양 지자기 관측소에 기록된 자료를 이용하여 지자기 변동성을 분석하였다. 먼저 지자기 관측자료의 주성분을 이용하여 지자기 예측을 수행하고, 지진이 발생한 전후로 예측한 지자기장과 실제 관측된 지자기장 사이에 유의미한 변화량이 있는지 분석하였다. 두 번째로, 지진 발생일과 다른 날의 지자기장을 웨이블릿 셈블런스 기법을 통해 상호 비교하였다. 이 결과에서는 자기장의 수직성분에서 차이가 있음을 발견하였다. 마지막으로 3성분 자료에 대한 고유값 분석을 통해 지진 발생 시기 부근에 고유값의 변화가 발생하였는지 분석하였다. 청양 관측소의 위치가 지진 발생지점과 매우 많이 떨어져 있고 규모가 작아서 명확한 전조 현상을 발견할 수는 없었으나, 지진과 상관성이 높은 지자기 변동성을 발견하였다. 본 연구에서 개발된 다양한 지자기 신호처리 기술은 향후 전조현상 탐지를 위해 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대 한다.

최근 제체 등의 수자원시설물에 대한 안정성 검토를 위해 전기비저항 탐사가 많이 수행되고 있다. 본 연구에서는 전기비저항 조사를 통해 제체의 안정성을 검토하고자할 때, 제체의 3차원 형상에 의한 효과를 정확히 분석하여야만 손상 구간을 파악할 수 있음을 제시하고자 한다. 이의 검토를 위해 3차원 전기비저항 모델링을 통해 3차원 형태의 제체 모양을 수치모델로 구현하고, 제체 내부의 상태에 따른 겉보기 비저항과 역산 결과를 분석하였다. 또한 실제 3차원 곡면 형태를 가진 제체에서 전기비저항 탐사를 수행하여 그 결과를 분석하였다. 그 결과, 단순히 2차원으로 해석하였을 때 이상대로 추정되었던 구간이, 실제로는 3차원 곡면에 의한 기하학적 효과였음이 밝혀졌으며, 3개월 뒤에 수행된 우기의 추가 조사와 추후 일부 굴착을 통하여 제체의 내부가 안전한 상태임을 확인하였다.

옥천대에서의 자기지전류 탐사자료는 위상이 90˚를 초과하는 매우 특이한 반응을 보이고 있으며 이러한 특이성은 매우 강한 이방성 매질의 영향에 기인하는 것으로 추정된다. 자료를 설명할 수 있는 타당한 모델은 좁은 이방성 블록과 이방성 층으로 이루어진 모델이다. 상부의 이방성 블록은 북동 방향의 주향을, 하부의 이방성 층은 북서 방향의 이방성 주향을 가지고 있으며 이방성 매질은 쥬라기 이전 지각변형에 의해 형성된 것으로 추정된다. 이는 옥천대가 백악기 이전에 북동 방향성을 가지는 전단 변형과 트러스트 습곡 변형을 경험하였기 때문에 그 방향으로의 교대구조와 파쇄대가 발달했을 가능성이 높기 때문이다. 반면 이방성 블록의 구조적 주향은 동서 방향이 우세하며 이것은 이방성 블록의 기하학적 구조가 백악기 지각변동인 불국사 조산운동에 의해 형성되었을 가능성을 시사한다.

한반도에서는 처음으로 동해안으로부터 서해안까지 한반도를 횡단하는 측선을 따라 자기지전류 탐사를 수행하였다. 한반도의 주된 지구조 방향인 지나방향(N30˚E)에 수직하게 설정된 240 km 측선을 따라 3∼8km의 측점 간격으로 50 측점에서 자료를 획득하였다. MT 임피던스는 지역에 따라 뚜렷이 구분되는 반응이 나타나며 경기육괴, 옥천대, 경상분지 서쪽 지역, 경상분지 동쪽지역에서 각기 다른 경향의 반응을 보인다. 경상분지 서쪽 지역에서는 수백 ohm-m의 전기비저항과 3∼8km의 두께를 가지는 퇴적층이 존재하며, 퇴적층 하부에서 1∼30 ohm-m의 매우 낮은 전기비저항을 가지는 고전도층이 발견되었다. 옥천대에서의 자료는 위상이 90˚를 초과하는 매우 특이한 반응을 보이고 있으며 이러한 특이성은 매우 강한 이방성 매질의 영향에 기인하는 것으로 추정된다. 경기 육괴와 경상분지 동쪽 지역은 상부지각을 구성하는 매질이 비교적 높은 전기비저항을 가지는 매질로 이루어져있기 때문에 심부 지전기 구조를 들여다 볼 수 있는 창의 역할을 한다. 1차원 모델을 적용하였을 때 경기육괴의 경우 13 km, 경상분지 동쪽지역의 경우 18 km 두께를 가지는 층이 존재하는데 이 층이 상부지각에 해당하는 것으로 생각된다.