Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.17
no.4
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pp.227-236
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1997
Quantitative analysis and imaging of elastic wave propagation are very important for the materials evaluation as well as flaw detection. The elastic wave propagation in an anisotropic media is more complex, and analysis and imaging become essential for flaw detection and materials evaluation. In the anisotropic media, the wave velocity is dependent on the propagation direction. In addition, the direction of group velocity is different from that of phase velocity, the direction of energy flow is not same as the propagation direction of wavefront (beam skewing effect). Especially, this effect becomes critical for the large anisotropic media such as fiber composite materials, and the results using elastic waves for those materials have to be analyzed considering the wave propagation mechanism. Since the analytical approach for the wave propagation in the anisotropic materials is limited, the numerical analysis such as finite difference method (FDM) have been used for these case. Therefore, 2-dimensional FDM program for the elastic wave propagation is developed, and wave propagation in anisotropic media are simulated.
Although conventional seismic data processing is based on the assumption that the media are isotropic, the subsurface is often anisotropy in shale formation or carbonate with cracks and fractures. This paper presents the anisotropic parameter and seismic modeling in transversely isotropic media with a vertical symmetry axis using seismic physical modeling. The experiment was successfully carried out with VTI media, laminated bakelite material, using contact transducer of p and s-wave transmission. The variation of velocities with angle of incidence was clearly shown in anisotropic material. Comparing these velocities with the calculated phase velocities, the (P) and (S)-wave velocity observed in anisotropic material was a very good agreement with the calculated values. Anisotropic parameter ${\varepsilon}$, ${\delta}$, ${\gamma}$ was estimated by using Lame's constant calculated from the observed velocity. For the purpose of testing (S)-wave polarization, a birefringence experiment was carried out. The higher velocity was associated with the polarization parallel to the fracture, and the lower velocity was associated with the polarization perpendicular to the fracture.
To yield physically meaningful images through elastic reverse-time migration, the wavefield separation which extracts P- and S-waves from reconstructed vector wavefields by using elastic wave equation is prerequisite. For expanding the application of the elastic reverse-time migration to anisotropic media, not only the anisotropic modelling algorithm but also the anisotropic wavefield separation is essential. The anisotropic wavefield separation which uses pseudo-derivative filters determined according to vertical velocities and anisotropic parameters of elastic media differs from the Helmholtz decomposition which is conventionally used for the isotropic wavefield separation. Since applying these pseudo-derivative filter consumes high computational costs, we have developed the efficient anisotropic wavefield separation algorithm which has capability of parallel computing by using GPUs (Graphic Processing Units). In addition, the highly efficient anisotropic elastic reverse-time migration algorithm using MPI (Message-Passing Interface) and incorporating the developed anisotropic wavefield separation algorithm with GPUs has been developed. To verify the efficiency and the validity of the developed anisotropic elastic reverse-time migration algorithm, a VTI elastic model based on Marmousi-II was built. A synthetic multicomponent seismic data set was created using this VTI elastic model. The computational speed of migration was dramatically enhanced by using GPUs and MPI and the accuracy of image was also improved because of the adoption of the anisotropic wavefield separation.
The analysis of dynamic responses are carried out on several orthotropic systems due to transient line source. These include infinite and semi-infinite spaces. The media possess orthotropic or higher symmetry. The lode is in the form of a normal stress acting with parallel to symmetry axis on the plane of symmetry within the materials. The results are first derived for responses of infinite media due to a harmonic line source. Subsequently the results for semi-infinite are derived by using superposition of the solution in the infinite medium together with a scattered solution from the boundaries. The sum of both solutions has to satisfy stress free boundary conditions thereby leading to the complete solutions. Explicit splutions for the displacements due to transient line loads are then obtaind by using Cargniard-DeHoop contour.
This paper presents a result on the determination of velocity distribution by a tomographic inversion of crosshole seismic traveltimes in transversely isotropic(aniso tropic) media. The crosshole traveltimes used in this study are synthetic ones computed by ray tracing for some models having isotropic and transversely isotropic velocity distributions. The traveltimes are inverted by a general ART and ansotropic ART which considers the transversely isotropic effect during inver sion. The aniotropic ART gives accurate velodty distributions of transversely isotropic and isotropic models, while the isotropic ART determines accurate velocities only for the isotropic model but inaccurate for the transversely isotropic one. Therefore, the anisotropic ART may be used in case where no information is known on the isotropy or transverse isotropy of a survey area.
Seismic traveltime tomography technique was conducted at a site composed of black shale. It is well known that black shale has strong anisotropic property. Therefore, the anisotropic property of black shale has to be considered to obtain the appropriate subsurface velocity model by an inversion process. To estimate the anisotropic constant of the velocity of the black shale in the survey area, the relation between the velocity, which is calculated by the straight ray path and the first arrival time, and the angle of the ray propagation was examined. The elliptically shaped relation was found and it reveals that the black shale contains the anisotropic property of velocity. It was also noticed that the horizontal velocity is faster than the vertical velocity. When the estimated anisotropic constant was applied in the process of the velocity inversion for three sets of field data, we could obtain the appropriate velocity structures of the site that is consistent with the result of the geological survey.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.1
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pp.69-79
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2001
A volume integral equation method(VIEM) is applied for the effective analysis of elastic wave scattering problems in unbounded solids containing general anisotropic inclusions. It should be noted that this newly developed numerical method does not require the Green's function for anisotropic inclusions to solve this class of problems since only the Green's function for the unbounded isotropic matrix is Involved In their formulation for the analysis. nis new method can also be applied to general two-dimensional elastodynamic problems with arbitrary shapes and number of anisotropic inclusions. Through the analysis of plane elastodynamic problems in unbounded isotropic matrix with an orthotropic inclusion, it is established that this new method is very accurate and effective for solving plane elastic problems in unbounded solids containing general anisotropic inclusions.
In order to estimate the anisotropy of the medium, we deployed a series of 120-sources in a borehole, and simultaneously recorded 3-component seismic data at 5 locations on the surface. We have tried to estimate the directional velocities by comparing the first arrivals at different receivers. For that purpose, the receiver statics must be corrected prior to pick the first arrivals. However, in an IVSP with a limited number of receiver points, it may not possible to estimate a reliable receiver statics, therefore, instead of using individual first arrival times, we tried to estimate the move-out velocity at each records. From this analysis, we have found that there exists a measurable amount of difference in directional velocities, and confirmed that the velocity anisotropy agrees with the results of the previous studies conducted in this area.
The acquisition and processing of long-offset data are essential for imaging deep geological structures in marine seismic surveys. It is challenging to derive an accurate subsurface image by employing conventional data processing to long-offset data owing to the normal moveout (NMO) stretch and non-hyperbolic moveout phenomena induced by seismic anisotropy. In 2017, the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources conducted a simultaneous two-dimensional multichannel streamer and ocean-bottom seismic survey using a 5.7-km streamer and an ocean-bottom seismometer to identify the deep geological structure of the Ulleung Basin. Herein, the actual geological subsurface structure was obtained via the sequential iterative updating of the velocity and anisotropic parameters of the long-offset data obtained using a multichannel streamer, and anisotropic prestack Kirchhoff migration was performed using the updated velocity and anisotropic parameters as input parameters. As a result, the reflection energy in the long-offset traces, which showed non-hyperbolic moveout owing to seismic anisotropy, was well aligned horizontally and NMO stretches were also reduced. Thus, a more precise and accurate migrated image was obtained, minimizing the distortion of reflectors and mispositioned reflection energy.
Seismic modeling is used to simulate wave propagation in the earth. Although the earth's subsurface is usually semi-infinite, we cannot handle the semi-infinite model in seismic modeling because of limited computational resources. For this reason, we usually assume a finite-sized model in seismic modeling. In that case, we need to eliminate the edge reflections arising from the artificial boundaries introducing a proper boundary condition. In this study, we changed three kinds of boundary conditions (sponge boundary condition, Clayton and Engquist's absorbing boundary condition, and Higdon's transparent boundary condition) so that they can be applied in elastic wave modeling for anisotropic media. We then apply them to several models whose Poisson's ratios are different. Clayton and Engquist's absorbing boundary condition is unstable in both isotropic and anisotropic media, when Poisson's ratio is large. This indicates that the absorbing boundary condition can be applied in anisotropic media restrictively. Although the sponge boundary condition yields good results for both isotropic and anisotropic media, it requires too much computational memory and time. On the other hand, Higdon's transparent boundary condition is not only inexpensive, but also reduce reflections over a wide range of incident angles. We think that Higdon's transparent boundary condition can be a method of choice for anisotropic media, where Poisson's ratio is large.
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