(펌)중력측량

1. 개 요

중력탐사는 암석이나 광물의 밀도차에 의한 중력이상을 측정하고 해석하는 탐사방법이다.
지구를 완전한 구형으로 가정했을 때의 중력과 실제로 측정된 중력과의 차이는 지구의 형태를 연구하는 측지학분야에서 그리고 각종암석의 분포나 지질구조에 따른 밀도차에 의하여 나타나는 중력의 차이는 지하지질상태의 연구에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
순수지질학 분야에서는 지각평형을 위한 보상작용의 정도를 유추할 수 있는 자료를 제공하여 준다. 이와 같이 중력장내에서 위치에 따른 중력의 작은 변화를 측정하고 이를 해석하여 지하 지질구조나 지하자원을 탐사하는 것을 중력탐사라 한다.
중력탐사에서는 밀도차에 따른 중력의 변화를 이용하기 때문에 일반적으로 절대중력 보다는 측점들 사이의 중력의 변화를 나타내는 상대중력을 측정한다.
중력탐사의 실례는 석유와 가스의 예비탐사, 탄전, 암염돔 및 철광석과 같은 주변 암과의 밀도차가 큰 대상체, 그리고 대규모의 지하구조의 탐사에 많이 이용된다.

 

2. 탐사방법
지표면에서 중력을 정확하게 측정하기란 어려우면서도 매우 중요한 일로서 일반적인 측정 오차의 범위는  0.1mgal 이어야 하며, 중력 측정에서는 중력의 절대치를 측정하는 절대측정과 측점 상호간의 절대 중력치의 차이 값을 측정하는 상대측정이 있다.
중력의 측정은 주로 육지와 해상에서 실시되며 최근에는 항공기를 이용하여 공중에서의 측정도 실시되고 있다. 야외측정 방법은 측정목적이나 측정지역의 지형등 여러 가지 요인에 따라 다르지만 측정시 꼭 시행하여야 할 사항은
① 측정지역 또는 인접지역에 있는 중력 기준점과 각 측점간의 상대중력치
② 각 측점에서의 측정시간
③ 각 측점의 고도측정
④ 각 측점의 정확한 위치
⑤ 중력측정 기간동안의 중력의 시간적 변화측정
이다.

1) 육상측정
최초의 측점은 1을 중심으로 양측을 측정한 후 제일 먼곳인 측점 2에서 측점 1로 이동하면서 측정한다.
*. 주의점 : 최초의 측점으로 되돌아오는 시간간격은 일반적으로 2 3시간 정도로 조정.

2) 해상측정
이는 해저면 중력계를 케이블을 이용하여 해저면상에 내려 놓던지 또는 선상중력계를 선상에 설치하고 중력을 측정.
*. 주의점
① 해저면 중력계를 사용할 때에는 파도에 의하여 해수면의 높이가 변하고 이에 따라 해저면에서의 압력이 변하기 때문에 중력계내에 압력계를 부착하여 해수의 깊이를 정확히 측정.
② 선상중력계 사용시 배의 항진속도와 진동에 따른 영향을 받으므로 측정시 배의 속도와 방향을 가능한 일정하게 유지하여야 하며 또한 이들을 정확히 측정.

3) 항공측정
항공기를 이용한 중력측정은 해상측정에서와 유사하나 항공기의 빠른 속도와 비행고도 변화에 따라서 측정되는 중력치의 변화도 매우 빠르기 때문에 항공기의 비행속도와 방향 그리고 고도변화를 정확히 측정.

4) 공내측정
공내 중력측정에는 시추공 중력계가 이용되며 주로 깊이에 따른 지층의 밀도 측정을 목적으로 한다. 깊이가 다른 두 지점에서 중력을 측정 이로서 밀도를 구한다.

3. 중력보정
중력계를 이용하여 같은 장소에서 1시간 정도의 시간차로 중력을 측정하여 보면 보통 1mgal 내뇌의 차이가 있다. 이와 같이 중력측정치가 측정시간에 따라 변화하는 원인은
① 중력계내의 스프링 크립현상.
② 지구와 천체와의 시간에 따른 상대적 위치변화에 기인하는 기조력의 변화
③ 기온변화 등이다.
또한 각 측점의 위도와 고도 및 주위 지형등의 차이에도 측정 중력치에 영향을 미치며 해상 및 항공 중력측정시 속도가 빠른 배나 항공기를 이용하기 때문에 속도의 동서방향 성분은 지구의 자전속도를 상대적으로 증감시키는 효과를 초래함으로서 중력의 변화를 가져온다.
중력탐사에서는 탐사 대상체와 주변암과의 밀도차에 의한 중력 변화량만이 필요하므로 상기 요인에 기인되는 중력 변화량을 제거시켜야 하는데 이를 중력 보정이라 하며 중력보정에는
① 계기보정
② 조석보정
③ 위도보정
④ 고도보정
  후리에어보정
  부게보정
⑤ 지형보정
⑥ 대기보정
⑦ 에트뵈스보정
⑧ 지각평형보정
등이 있으며 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.

 

1) 계기보정
중력계내의 스프링의 크립현상 때문에 생기는 중력의 시간에 따른 변화를 계기변화라 한다.
계기변화에 의한 오차를 보정하기 위하여서는 측정 종료시 처음측점으로 돌아가서 반복측정을 실시한다. 이 두 측정치의 차는 계기 변화량과 조석변화량의 합이며 계기 변화량은 조석 변화량을 구함으로서 구할 수 있다.
계기 변화량은 계기 변화를 시간에 따른 선형 변화로 가정하고 선형보간법에 의하여 보정치를 계산하고 가감한다.

2) 조석보정
임의의 측점에서의 중력은 측점에 대한 태양과 달을 포함하는 천체의 시간에 따른 상대적인 위치변화(기조력의 변화)에 따른 인력의 변화로 그 값이 달라진다. 조석보정 방법에는 고정된 한점에서 측정한 하루의 조석변화를 도표로 작성하며 모든측정치를 이 도표에 의하여 보정하는 방법과 중력측정의 시작점으로 여러번 돌아가서 반복 측정함으로서 계기보정에 포함시켜 보정하는 두가지 방법이 있다.

3) 위도보정
중력은 지구의 적도반경과 극반경의 차이에 의하여 변한다. 따라서 위도가 다른 두 측점에서 측정된 중력치를 비교하기 위하여서는 이들 측점간의 위도차에 의한 영향을 제거시켜야 하며 이를 위도보정이라 한다.
위도보정은 측점간의 남북방향의 수평거리로 미분하여 기준위도에서 적도방향은 가해주고, 극방향은 감해준다.

4) 고도보정
지하 물질의 밀도가 균일하더라도 고도차가 있는 두 측점에서의 측정 중력치는 서로 다른데 이와 같이 고도차가 중력에 미치는 영향을 제거하여 주는 것을 고도보정이라 한다. 고도보정에는 측점사이의 고도차에 의한 영향만을 보정하여 주는 후리에어보정 과 그사이에 존재하고 있는 물질의 인력에 의한 영향을 보정하여 주는 부게 보정이 있다.
① 후리에어보정
중력은 지구중심으로 부터의 거리에 따라 변한다. 후리에어 보정은 지구중심으로부터 각 측점까지의 거리가 고도차 만큼 서로 다르기 때문에 나타나는 중력의 차이를 보정한다. 조사지역내에서 측정한 중력치를 임의로 설정한 일정한 고도의 기준면에서의 중력치로 환산하여 주는 것이다. 기준면보다 고도가 낮을 때 감해주며 높을 때 가해준다.
② 부게보정
이는 측점과 기준면 사이에 존재하는 물질의 인력에 의하여 나타나는 중력의 차이를보정한다. 측점과 기준면과의 높이차를 두께로하고 밀도가 균일한 무한 수평판을 생각하고 이에 의한 중력효과를 계산하여 보정한다.
기준면보다 고도가 낮을 때 가해주고, 높을 때 감해준다.

5) 지형보정
부게 보정시 측점과 기준면 사이에 있는 물질을 무한 수평판으로 가정하였다.
그러나 실제의 지형은 그렇치 못하고 따라서 측점 주위에 있는 산이나 계곡 등과 같은 불규칙한 지형의 영향을 보정하여야 하며 이를 지형보정이라 한다.
지형보정에서는 측점주위의 지형이 산이나 계곡에 관계없이 보정치를 측정치에 항상 더하여 준다.

6) 대기보정
인공위성 및 항공탐사시 측정된 결과는 지구 질량뿐만아니라 대기의 질량에 의한 중력효과도 포함되어 있다. 따라서 측점의 고도변화에 따른 대기질량의 효과를 고려하여야 한다.

7) 에트뵈스보정
해상 또는 항공중력 측정시에는 속도가 빠른 배나 항공기를 이용하기 때문에 이들 속도의 동서방향 성분은 자전축에 대한 지구 자전 각속도의 상대적인 증감효과를 일으킴으로서 지구자체의 원심가속도를 변화시킨다. 이의 효과를 제거하는 것을 에트뵈스 보정이라 한다.

8) 지각평형 보정
중력이상은 측정 중력치에 각종 보정을 실시하여 구한 보정된 중력치로부터 표준 중력치를 뺀값이다. 표준 중력식은 지구 중심으로 부터의 거리가 같은 곳의 밀도는 모두 일정하다는 가정하에 유도된 식으로서 지각평형설에 의하면 밀도는 일정하지 않기 때문에 상기 가정은 합당치 못하다. 따라서 이에 대한 보정이 필요하고 이를 지각평형 보정이라고 한다.
지각평형 보정까지 실시하여 얻은 중력이상을 지각평혀?이상 이라고 한며, 만약 지각평형이 완전히 이루어진 지역에서라면 지각평형 이상은 0 이된다.
따라서 육지에서 지각평형 이상치가 양의 ?이면 그지역은 지각평형을 위한 보상작용이 덜 이루어진 상태임을 알수 있으며, 반대로 음의 값을 가자면 보상작용이 과다하게 이루어진 상태이다.

 

4. 해 석
여러 측점에서 측정된 중력치는 중력보정 중 필요한 모든 보정을 통하여 기준면에서의 중력치로 환산되는데 이를 보정된 중력치라고 한다.
중력이상이란 보정된 중력치로부터 표준 중력치를 빼준 값이다.
따라서 중력이상은 지하광체나 구조에만 기인되는 중력효과이며 중력이상을 해석함으로서 역으로 이들을 탐사할수 있다.
중력에는 어떤 보정을 실시하엮느냐에 따라서 후리에어, 단순부게, 지각평형이상 등이 있다.
중력탐사의 목적은 측정된 중력이상으로부터 지하지질구조나 광체를 탐사하는데 있으나 여기에는 한계성이 있으므로 탐사자료 해석시 다음 사항을 항상 염두해 두어야 한다.
① 측정된 중력이상에 대하여 여러 가지 해석이 가능.
하나의 중력이상으로부터 광체의 형태나 깊이를 달리하여 무한히 많은 해석이 가능하다.
따라서 세밀한 지질조사, 탐성파탐사, 자력탐사 등의 지구물리탐사 및 시추등을 실시하고 이들 결과를 서로 대비, 분석하고 종합하여야 한다.
② 중력이상을 정량적으로 해석하기 위하여서는 탐사 대상체와 주위 물질과의 밀도차를 정확히 알아야 한다.
중력 이상에는 지하 심부에 존재하는 대규모의 구조에 기인되는 광역중력효과와 지하첨부에 존재하는 소규모 구조나 광체에 기인되는 국지중력효과가 합하여져 있다. 대부분의 중력탐사는 후자인 국지중력효과에 의한 소규모 구조나 광체를 탐사하기 때문에 중력이상으로부터 잔여 중력이상을 구하기 위하여 국지중력효과만을 분리해 내어야 하는데 이를 중력이상의 분리라 한다.
중력탐사는 지하심부의 지질구조에서부터 지표근처에 부존하는 광체에 이르기 까지 매우 다양한 대상을 탐사하는데 이용되어 왔다.
일반적으로 부게이상의 대규모적 변화는 지각의 두께 변화에 기인되며, 반대로 국지적인 변화는 지표근처에 존재하는 소규모의 이상밀도를 갖는 질량체에 기인된다. 또한 음의 이상은 퇴적분지, 암염돔, 화강암체 또는 지구대 등에 의한 것으로 그리고 양의 이상은 융기부나 염기성 암석에 의한 것으로 해석된다.