This article reviews the development of geophysical inverse theory. In a series of articles published in 1967, 1968, and 1979, G. Backus and F. Gilbert a trade-off between model resolution and estimation errors in geophysical inverse problems, and gave a criterion to compromise the reciprocal relation. Although the criterion was not clear in the physical point of view, it had been extensively used in the interpretation of geophysical date in the 1970s. This was the starting point of the fruitful development of inverse theory in geophysics. A reasonable criterion to compromise the reciprocal relation was derived to solve linear problems by D. D. jackson in 1979, introducing the concept of a priori information about unknown model parameters. This Jackson's approach was extended to solve nonlinear problems on the basis o probabilistic approach to the inverse problems formulated by A. Tarantola and B. Vallete in 1982. At the end of 1980s ABIC (Akaike Bayesian Information Criterion) was introduced for selecting a more reasonable model in geophysics. Now the date inversion is regarded as the process of extracting new information from observed data, combining in with a priori information about model parameters, and constructing a more clear image of model.
Jeong, Juyeon;Kim, Bitnarae;Song, Seo Young;Joung, In Seok;Song, Sung-Ho;Nam, Myung Jin
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.27
no.2
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pp.1-23
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2022
For its essential importance as a resource, sustainable development of groundwater has been major research interests for many decades. Conventional characterization of aquifer and groundwater has relied on borehole data from observation well. Although borehole data provide useful information on yield and flow of groundwater, it is often difficult and sometimes costly to estimate the spatial distribution of groundwater in entire aquifer. Geophysical probing is an alternative techique that provides such information due to its capability to image subsurface structures as well as to delineate spatial distribution of hydraulic parameters. This study presents various technical information about geophysical probing to estimate main characteristics of aquifer for groundwater exploitation. Subsequently, we analyzed representative cases, in which geophysical methods were applied to identify the location of the groundwater, classify freshwater and brine, derive hydraulic constants, and monitor groundwater.
A set of geophysical survey results over an area in Bookil-myun, Chungwon-Gun, Chungcheongbuk-Do is presented; resistivity logging, d.c. sounding, dipole-dipole resistivity, and controlled-source magnetotelluric (CSMT) surveys. These surveys were chosen in this research for the estimation of the basement depth and the delineation of the hydrogeologic structure over the survey area. The results provide an optimal input to a hydrogeologic modeling analysis using the strategies built in GIS software. A total of 14 lines of dipole-dipole resistivity surveys, 25 stations of d.c. sounding and 6 stations of CSMT sounding were performed. In addition 10 boreholes were chosen for resistivity logging to correlate the logs to the surface data. A quantitative information on the hydrogeologic structure over the area is provided by synthesizing the results from various geophysical data and attribute layers are constructed by utilizing a GIS software Arc/ Info. The constructed layers match well to the hydrogeologic structures, which were outlined from the drilling data. The methodology tested and adopted in this study would be useful for providing a more reliable input to the hydrogeologic model setup.
The three dimensional model method is widely applied in resource development for feasibility study, mine design, excavation planning and process management by constructing the database of various data in 3 dimensional space. Most of geophysical surveys for the purpose of engineering and resource development are performed in 2 dimensional line survey due to the restriction of the field situation, technical or economical situation and so on. The acquired geophysical data are used as the input for the 2 dimensional inversion under the 2 dimensional assumption. But the geophysical data are affected by 3 dimensional space. Therefore in order to reduce the error caused by 2 dimensional assumption, the 2 dimensional inversion result must be interpreted considering the additional information such as 3 dimensional topography, geological structure, borehole survey etc. The applicability and usability of 3 dimensional modeling method are studied by reviewing the case study to the geophysical data acquired in field of engineering and resource development.
Caesary, Desy;Cho, AHyun;Yu, Huieun;Joung, Inseok;Song, Seo Young;Cho, Sung Oh;Kim, Bitnarae;Nam, Myung Jin
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.23
no.3
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pp.117-130
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2020
Noises can distort acquired geophysical data, leading to their misinterpretation. Potential noises sources include anthropogenic activity, natural phenomena, and instrument noises. Conventional denoising methods such as wavelet transform and filtering techniques, are based on subjective human investigation, which is computationally inefficient and time-consuming. Recently, many researchers attempted to implement neural networks to efficiently remove noise from geophysical data. This study aims to review and analyze different types of neural networks, such as artificial neural networks, convolutional neural networks, autoencoders, residual networks, and wavelet neural networks, which are implemented to remove different types of noises including seismic, transient electromagnetic, ground-penetrating radar, and magnetotelluric surveys. The review analyzes and summarizes the key challenges in the removal of noise from geophysical data using neural network, while proposes and explains solutions to the challenges. The analysis support that the advancement in neural networks can be powerful denoising tools for geophysical data.
The purpose of this paper is to analyze the behavior and to study the safety evaluation of the Unmun Dam located in Cheongdo-Gun of GyeongBuk Province, Korea. For this purpose, soil analyses including boring data, geophysical surveys were conducted. In this paper, especially many geophysical methods were adopted to configure out the subsurface situation of dam. Applied geophysical methods were: 1) electric resistivity survey, 2) high frequency magnetotelluric (HFMT) survey, 3) ground penetrating radar (GPR) survey, 4) seismic refraction survey, 5) seismic cross-hole tomography survey, and 6) high frequency impedance (ZHF) survey. Each of geophysical surveys were analyzed and joint analyses between geophysical surveys were also performed to deduce the more reliable subsurface information of Dam by using the features
and characteristics of each geophysical survey. Since many defects, such as gravel and weathered rock blocks in the dam core, and lots of amounts of leakage, by boring analyses were found, reinforcement by compaction grouting system (CGS) has been conducted in some range of dam. Some geophysical data and data of geotechnical gauges were also used to confirm the effects of reinforcement. Electric resistivity, EM, GPR, ZHF, seismic refraction and seismic tomography surveys show that left side of dam is weak, which means the possibility of existence of gravel, rock block, water and cavities in the core of dam. This result coincides with the boring data. Especially, electric survey after reinforcement shows that even the right side of the dam has been deformed by the strong pressure during the reinforcement itself. As a conclusion, some problems in the dam found. Especially, the dam near spillway shows the high possibility of leakage. It should be pointed out that only the left side of he dam has not a leakage problem. As a whole, the dam has problems of weakness, because of unsatisfactory construction. It is strongly recommended that highly intensive monitoring is required.
Evaluation of three-dimensional ore body modeling has been performed by applying the geostatistical integration technique to multiple geophysical (electrical resistivity, MT) and geological (borehole data, physical properties of core) information. It was available to analyze the resistivity range in borehole and other area through multiple geophysical data. A correlation between resistivity and density from physical properties test of core was also analyzed. In the case study results, the resistivity value of ore body is decreased contrast to increase of the density, which seems to be related to a reason that the ore body (magnetite) includes heavy conductive component (Fe) in itself. Based on the lab test of physical properties in iron mine region, various geophysical, geological and borehole data were used to provide ore body modeling, that is electrical resistivity, MT, physical properties data, borehole data and grade data obtained from borehole data. Of the various geostatistical techniques for the integrated data analysis, in this study, the SGS (sequential Gaussian simulation) method was applied to describe the varying non-homogeneity depending on region through the realization that maintains the mean and variance. With the geostatistical simulation results of geophysical, geological and grade data, the location of residual ore body and ore body which is previously reported was confirmed. In addition, another highly probable region of iron ore bodies was estimated deeper depth in study area through integrated modeling.
The geomagnetic measurements on the Korean Territory began in 1918 in the Incheon (Zinsen in Japanese pronunciation) Observatory of which the annual means of total magnetic field intensity, declination, and inclination still remain for 1918-1944. From 1970s, the National Geography Institute (NGI) and the Radio Research Laboratory (RRL) have tried independently to measure the geomagnetic field continuously. The RRL as the result of such efforts has installed 3 geomagnetic observatories, the first in Icheon and the second in Yongin in 1996, and the third in Jeju in 1997. From 1992, the Korea Institute of Geology, Mining and Materials (KIGAM) has tried also to measure the geomagnetism and as the result they have installed 2 geomagnetic observatories, one in Daejeon in 1998 and the other in Gyeongju in 2000. Nowadays, the RRL and the KIGAM collect the measured data into their own main computers by telecommunication in real time. The two institutions will cooperate in near future to link the two geomagnetic data bases so that the whole set of geomagnetic data measured on Korean Territory could be provided to the end users in Korea.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.34
no.4
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pp.373-382
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2016
In this study, an EKF (Extended Kalman Filter) based database reference navigation using both gravity gradient and terrain data was performed to complement the weakness of using only one type of geophysical DB (Database). Furthermore, a new algorithm which combines the EKF and profile matching was developed to improve the stability and accuracy of the positioning. On the basis of simulations, it was found that the overall navigation performance was improved by the combination of geophysical DBs except the two trajectories in which the divergence of TRN (Terrain Referenced Navigation) occurred. To solve the divergence problem, the profile matching algorithm using the terrain data is combined with the EKF. The results show that all trajectories generate the stable performance with positioning error ranges between 14m to 23m although not all trajectories positioning accuracy is improved. The average positioning error from the combined algorithm for all nine trajectories is about 18 m. For further study, a development of a switching geophysical DB or algorithm between the EKF and the profile matching to improve the navigation performance is suggested.
Park, Junghee;Lee, Jong-Sub;Jang, Byeong-Su;Min, Dae-Hong;Yoon, Hyung-Koo
Geomechanics and Engineering
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v.30
no.2
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pp.211-218
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2022
This study characterizes Proctor and geophysical properties in a broad range of grading and fines contents. The results show that soil index properties such as uniformity and fines plasticity control the optimum water content and peak dry unit trends, as well as elastic wave velocity. The capillary pressure at a degree of saturation less than S = 20% plays a critical role in determining the shear wave velocity for poorly graded sandy soils. The reduction in electrical resistivity with a higher water content becomes pronounced as the water phase is connected A parallel set of compaction and geophysical properties of sand-kaolinite mixtures reveal that the threshold boundaries computed from soil index properties adequately capture the transitions from sand-controlled to kaolinite-controlled behavior. In the transitional fines fraction zone between FF ≈ 20 and 40%, either sand or kaolinite or both sand and kaolinite could dominate the geophysical properties and all other properties associated with soil compaction behavior. Overall, the compaction and geophysical data gathered in this study can be used to gain a first-order approximation of the degree of compaction in the field and produce degree of compaction maps as a function of water content and fines fraction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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