Negative apparent chargeability data in time-domain induced polarization (IP) survey are very often considered as noise and rejected before the inversion stage. Negative IP data can, however, occur naturally as a consequence of the distribution of chargeable zones in the ground. In some cases, the negative apparent chargeability values may account for most of the data measured. Negative IP data are caused by the geometry of chargeable zones and electrode positions. Negative apparent chargeability data appear most frequently when a dipole-dipole array is used. In this study, the effect of negative apparent chargeability data on inversion results is analyzed through the numerical 2D time-domain IP modeling and nonlinear inversion. The results demonstrate clearly that negative apparent chargeability data have to be included in the inversion as they contain important information on the distribution of subsurface chargeability.
Although application of electrical methods in Korea began with observation of self potentials before World War II, the methods were developed slowly by the beginning of 1980's when a major burst of development activity took place. DC resistivity methods are applied in Korea more to geotechnical problems rather than to environmental ones unlike other developed countries. As with every other branch of technology, the evolving speed of the silicon chip and of streaming data to hard disk has revolutionized data collection and noise reduction processing. The last two decades saw major advances in data collection, processing, and interpretation of electrical data. Development of smooth-model two-dimensional (2D) resistivity inversion is one of the most visible changes to geophysical interpretation of the last 40 years and is now routinely applied to apparent resistivity data. The ability to represent resistivities in section rather than pseudosection view has revolutionized interpretation. Although calculation of sensitivities for general electromagnetic problems require numerous forward modelings, DC resistivity methods can enjoy computational efficiencies if sources and receivers occupy the same position, and previously intractable 3D inversion is now becoming available.
From numerical modeling test $-{\rho}a$ by one steel casing borehole near resistivity survey line can be acquired. Negative apparent resistivities even in the flat area are surely subsurface information. Inversion technique for those need to be developed in the near future.
EM tomography technique has been developed. The algorithm used the extended Born approximations for forward modeling and reconstructed a conductivity image by a smoothness constraint least squares inversion method. Observed data, the vertical components of secondary magnetic fields, were simulated with the 3-D integral equation code. The results showed that the location of anomalous body could be imaged very well, but conductivity of the body was lower than real one and the vertical resolution was much higher than the horizontal resolution.
The small-loop electromagnetic technique has been used successfully for many geophysical qualitative investigations, particularly for shallow engineering and environmental surveys. Recently, various geophysical imaging methods based on numerical modeling and inversion have been tried in order to get more quantitative subsurface structure. However, conventional 2.5D small loop EM modeling takes a lot of time because responses should be calculated for several wave numbers and transformed into space domain. In this study, we developed a 2.5D HCP small loop EM modeling algorithm using extended Born approximation, which does not require transformation. Also, we checked its validity by comparison with other numerical results.
Kim, Chang-Hwan;Yoo, Lee-Sun;Park, Chan-Hong;Suk, Dong-Woo
Journal of the Korean Geophysical Society
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제10권1호
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pp.13-25
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2007
We investigated the undulation of Moho depth and the crustal structure of the continental margin in the East Sea along the Korea Peninsula from inversion and modelling using potential data and previous seismic results. Free-air gravity anomalies generally reflect topography effect. Bouguer gravity anomalies increase toward the Ulleung Basin, indicating that Moho depth is shallower under the Ulleung Basin. Positive magnetic anomalies exist along the continental margin and decrease toward the Ulleung Basin. In analytic signal, the small anomaly in the Hupo Bank infers that the Hupo Bank is uplifted by igneous intrusion and the strong anomaly on the continental slope denotes existence of SDR(seaward dipping reflectors), which are in accordance with the location of SDR detected in previous seismic studies. The inversion result of Bouguer gravity anomaly and the 2-dimensional gravity modelling indicate that the undulation of Moho depth shallows from the continental shelf toward the Ulleung Basin. This is in good agreement with the Moho depth calculated by the previous seismic velocity model using ocean bottom seismometer(OBS). The 2-dimensional gravity modelling infers magmatic underplating zone under the lower continental crust on the continental margin of the East Sea, indicating the possible rifiting of the continental margin.
We developed a method for inverting magnetic data to recover the 3D susceptibility models. The major difficulty in the inversion of the potential data is the non-uniqueness and the vast computing time. The insufficient number of data compared with that of inversion blocks intensifies the non-uniqueness problem. Furthermore, there is poor depth resolution inherent in magnetic data. To overcome this non-uniqueness problem, we propose a resolution model constraint that imposes large penalty on the model parameter with good resolution; on the other hand, small penalty on the model parameter with poor resolution. Using this model constraint, the model parameter with a poor resolution can be effectively resolved. Moreover, the wavelet transform and parallel solving were introduced to save the computing time. Through the wavelet transform, a large system matrix was transformed to a sparse matrix and solved by a parallel linear equation solver. This procedure is able to enormously save the computing time for the 3D inversion of magnetic data. The developed inversion algorithm is applied to the inversion of the synthetic data for typical models of magnetic anomalies and real airborne data obtained at the Geumsan area of Korea.
In this study, we propose a joint inversion method, using genetic algorithms, to estimate an S-wave velocity structure for deep sedimentary layers from receiver functions and surface-wave phase velocity observed at several sites. The method takes layer continuity over a target area into consideration by assuming that each layer has uniform physical properties, especially an S-wave velocity, at all the sites in a target area in order to invert datasets acquired at different sites simultaneously. Numerical experiments with synthetic data indicate that the proposed method is effective in reducing uncertainty in deep structure parameters when modelling only surface-wave dispersion data over a limited period range. We then apply the method to receiver functions derived from earthquake records at one site and two datasets of Rayleigh-wave phase velocity obtained from microtremor array surveys performed in central Tokyo, Japan. The estimated subsurface structure is in good agreement with the results of previous seismic refraction surveys and deep borehole data. We also conclude that the proposed method can provide a more accurate and reliable model than individual inversions of either receiver function data only or surface-wave dispersion data only.
Recently, the development of accurate gravity-meter and GPS make it possible to obtain high resolution gravity data. Though gravity data interpretation like modeling and inversion has significantly improved, gravity data processing itself has improved very little. Conventional gravity data processing removes gravity effects due to mass and height difference between base and measurement level. But, it would be a biased density model when some or whole part of anomalous bodies exist above the base level. We attempted to make a multiquadric surface of the survey area from topography with DEM (Digital Elevation Map) data. Then we constituted rectangular blocks which reflect real topography of the survey area by the multiquadric surface. Thus, we were able to carry out 3-D inversions which include information of topography. We named this technique, 3-D Gravity Terrain Inversion (3DGTI). The model test showed that the inversion model from 3DGTI made better results than conventional methods. Furthermore, the 3-dimensional model from the 3DGTI method could maintain topography and as a result, it showed more realistic geologic model. This method was also applied on real field data in Masan-Changwon area. Granitic intrusion is an important geologic characteristic in this area. This method showed more critical geological boundaries than other conventional methods. Therefore, we concluded that in the case of various rocks and rugged terrain, this new method will make better model than convention ones.
We have developed an inversion algorithm for loop-loop electromagnetic (EM) data, based on the localised non-linear or extended Born approximation to the solution of the 2.5D integral equation describing an EM scattering problem. Source and receiver configuration may be horizontal co-planar (HCP) or vertical co-planar (VCP). Both multi-frequency and multi-separation data can be incorporated. Our inversion code runs on a PC platform without heavy computational load. For the sake of stable and high-resolution performance of the inversion, we implemented an algorithm determining an optimum spatially varying Lagrangian multiplier as a function of sensitivity distribution, through parameter resolution matrix and Backus-Gilbert spread function analysis. Considering that the different source-receiver orientation characteristics cause inconsistent sensitivities to the resistivity structure in simultaneous inversion of HCP and VCP data, which affects the stability and resolution of the inversion result, we adapted a weighting scheme based on the variances of misfits between the measured and calculated datasets. The accuracy of the modelling code that we have developed has been proven over the frequency, conductivity, and geometric ranges typically used in a loop-loop EM system through comparison with 2.5D finite-element modelling results. We first applied the inversion to synthetic data, from a model with resistive as well as conductive inhomogeneities embedded in a homogeneous half-space, to validate its performance. Applying the inversion to field data and comparing the result with that of dc resistivity data, we conclude that the newly developed algorithm provides a reasonable image of the subsurface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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