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2004 Vol.41, Issue 3 Preview Page
30 June 2004. pp. 228-234
Abstract
Clay minerals show a distinct induced-polarization (IP) phenomenon, which is one of the most important factors for predicting groundwater flow and contaminant transport. This paper presents a step-by-step process to estimate Cole-Cole parameters from multi-frequency induced-polarization data measured on the surface of three-dimensional earth. First, the inversion of low-frequency resistivity survey data is made to identify the dc resistivity of a volume having IP effects. The other parameters, such as chargeability, time constant, and frequency dependency, are sought for the polarizable volume. Next, using multi-frequency IP data, frequency dependency can be obtained as high or low asymptotes of the slope of log phase vs. log frequency. Further, for low chargeability, intrinsic time constant is approximated by apparent one, which is derived from the relation ωτa = 1 at an angular frequency ω, where the imaginary component of spectral IP data has an extreme value. Finally, to obtain intrinsic m a two-step linearized procedure has been derived. For a body of given τ and c, forward modeling with a progression of m values yields a plot of observed vs. intrinsic imaginary components for a frequency. Since this plot is essentially linear, to extract the intrinsic imaginary component is quite simple with an observed value. Using the plot of intrinsic imaginary component vs. m, intrinsic m is determined. We present a synthetic example to illustrate that the Cole-Cole parameters can be recovered from multi-frequency IP data. A 3-D prism model was selected to represent clay-bearing zone, and this estimation procedure can be applied to an IP data for monitoring a contaminated zone in remediation process.
점토는 유도분극(induced-polarization, IP) 현상을 보이며 지하수 흐름과 오염물질의 이동을 예측하는데 아주 중요한 요소이다. 본 연구에서는 지표면에서 측정한 삼차원 다중주파수 IP 자료로부터 Cole-Cole 매개변수들을 순차적으로 추정하는 방법을 제시하였다. 첫째로, IP 영향을 가진 영역의 직류 비저항(ρdc) 분포를 알아내기 위한 저주파수 영역에서의 비저항 탐사자료의 역산을 수행한다. 다른 매개변수들(chargeability m, time constant τ, frequency dependence c)은 이후에 구해지게 된다. 다음으로 multi-frequency IP 자료를 이용하여 도시한 log phase vs. log frequency 곡선의 고주파수 또는 저주파수 영역에서의 점근선으로 c를 구한다. 이후에는, 크지않은 m(< 0.4)을 가정했을 때, IP 자료의 복소수 항이 극치값을 가지는 주파수에서 ωτa = 1 이라는 관계를 사용하여 τ값을 구하게 된다. 마지막으로 m을 구하기 위하여 두 단계의 과정을 거치게 된다. 전 단계에서 구한 ρdc의 분포, c, 그리고 τ값을 이용하고 둘 이상의 m값 (m < 0.4)에서의 모델링을 실시하여 한 주파수에서의 겉보기 비저항의 복소수항 vs. 실제 비저항의 복소수항의 관계를 도시한다. 이 결과는 선형관계를 가지게 되므로 관측값에서 실제값을 유추해 내는 것은 간단하다. Cole-Cole 식과 주어진 매개변수들 그리고 여러 m 값들을 이용한 실제 비저항의 복소수항에 따른 m을 도시하여 앞서 도시한 관계에서 구해진 실제 비저항의 복소수항에 해당하는 m 값을 추정한다. 위의 과정을 이용하여 Cole-Cole 매개변수들을 추정해내는 예를 본문에서 보였다. 점토를 함유하고 있는 영역을 대표하는3차원 prism 모델이 제시되었고, 이 매개변수 추정방법은 오염된 지하영역을 복원하는 과정에서 모니터링 방법으로 IP 자료를 분석하는데도 적용될 수 있다.
References
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Information
  • Publisher :The Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers
  • Publisher(Ko) :한국자원공학회
  • Journal Title :Journal of the Korean Society for Geosystem Engineering
  • Journal Title(Ko) :한국지구시스템공학회지
  • Volume : 41
  • No :3
  • Pages :228-234