불규칙 지형을 고려한 2차원 유한요소 탄성파 모델링

2 Dimensional FEM Elastic Wave Modeling Considering Surface Topography

종래의 탄성파 모델링은 지표를 수평면으로 가정하고 그 아래쪽에 여러 개의 반사면에 대한 모델링이 대부분 이었다. 그러나, 실제 탐사에서는 복잡한 지형을 가진 지표에서 탐사가 수행되기 때문에 탄성 매질에서의 반응을 명확하게 구분해 내는 것이 힘들다. 지표에 탄성파 전파특성을 규명하기 위하여 모델에 지형을 고려할 수 있도록 하여 시간영역 유한요소법을 이용하여 매질의 반응을 구하였다. 이러한 이러한 알고리즘을 이용하여 지표에서 진원을 가했을 때 수평 및 제방(mound), 채널(channel)등의 구조로부터 지표의 수신기에서 합성 탄성파 기록을 관찰하고, 스냅사진(snapshot)을 얻어냄으로써 해석해와 잘 일치함을 확인하였고, 지표 및 지하 반사면에 의한 복잡한 탄성파의 전파 양상을 파악할 수 있었다. 불규칙 지표면을 따라 전파하는 표면파가 모서리에서 새로운 진원으로 작용하여 큰 잡음이 생성됨을 관찰하였고, 지표를 따라 전파하는 높은 에너지의 레일리파, 상대적으로 낮은 압축파, 전단파 등의 전파 양상으로부터 파의 천이 상태를 관찰할 수 있었다.

Forward modeling by construction of synthetic data is usually practiced in a horizontal surface and a few subsurface structures. However, in-situ surveys often take place in such topographic changes that the corrupted field data always make it difficult to interpret the right signals. To examine the propagation characteristic of elastic waves on the irregular surface, a general mesh generation code for finite element method was modified to consider the topography. By implementing this algorithm, the time domain modeling was practiced in some models with surface topography such as mound, channel, etc. The synthetic data obtained by receivers placed on surface also agreed with the analytic solution. The snapshots showing the total wave-field revealed the propagation characteristic of the elastic waves through complex subsurface structures and helped to identify the signals on the time traces. The transmission of Rayleigh waves along the surface, compressive waves, and sheer waves was observed. Moreover, it turned out that the Rayleigh waves behave like a new source at the edge.