• 지구물리와물리탐사
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• 제25권3호
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• pp.109-119
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• 2022

초고해상 3차원 탄성파 탐사를 통하여 취득된 자료는 수백 Hz 이상의 높은 주파수 대역에 의하여 수치 모델링에 기반 한 역시간 구조보정의 계산효율성이 확보되지 않는다. 이에 본 연구에서는 초고해상 탐사자료를 활용하여 고품질의 3차원 지질구조를 효율적으로 도출할 수 있는 역시간 구조보정 프로그램을 개발하였다. 우리는 전통적인 3차원 역시간 구조보정 프로그램의 메모리 사용량 및 계산시간을 대폭 축소하기 위하여 음원 파동장의 최대 진폭만을 저장하여 영상화를 수행하는 여기진폭 기법과 연산 영역을 음원과 수신기가 위치한 최소한의 영역인 로컬 도메인으로 제한하는 기법을 적용하였다. 본 연구를 통해 개발된 프로그램은 2019년에 한국지질자원연구원에서 획득한 초고해상 3차원 탄성파 탐사 자료에 대하여 수평방향 격자 크기가 1 m인 3차원 구조보정 영상을 성공적으로 도출하였으며 지질학적인 해석이 수행되었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제26권2호
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• pp.37-51
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• 2023

그라운드-롤(ground roll)은 육상 탄성파 탐사 자료에서 가장 흔하게 나타나는 일관성 잡음(coherent noise)이며 탐사를 통해 얻고자 하는 반사 이벤트 신호보다 훨씬 큰 진폭을 가지고 있다. 따라서 탄성파 자료 처리에서 그라운드-롤 제거는 매우 중요하고 필수적인 과정이다. 그라운드-롤 제거를 위해 주파수-파수 필터링, 커브릿(curvelet) 변환 등 여러 제거 기술이 개발되어 왔으나 제거 성능과 효율성을 개선하기 위한 방법에 대한 수요는 여전히 존재한다. 최근에는 영상처리 분야에서 개발된 딥러닝 기법들을 활용하여 탄성파 자료의 그라운드-롤을 제거하고자 하는 연구도 다양하게 수행되고 있다. 이 논문에서는 그라운드-롤 제거를 위해 CNN (convolutional neural network) 또는 cGAN (conditional generative adversarial network)을 기반으로 하는 세가지 모델(DnCNN (De-noiseCNN), pix2pix, CycleGAN)을 적용한 연구들을 소개하고 수치 예제를 통해 상세히 설명하였다. 알고리듬 비교를 위해 동일한 현장에서 취득한 송신원 모음을 훈련 자료와 테스트 자료로 나누어 모델을 학습하고, 모델 성능을 평가하였다. 이러한 딥러닝 모델은 현장자료를 사용하여 훈련할 때, 그라운드-롤이 제거된 자료가 필요하므로 주파수-파수 필터링으로 그라운드-롤을 제거하여 정답자료로 사용하였다. 딥러닝 모델의 성능 평가 및 훈련 결과 비교는 정답 자료와의 유사성을 기본으로 상관계수와 SSIM (structural similarity index measure)과 같은 정량적 지표를 활용하였다. 결과적으로 DnCNN 모델이 가장 좋은 성능을 보였으며, 다른 모델들도 그라운드-롤 제거에 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제26권2호
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• pp.62-76
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• 2023

최근에 활발히 적용되고 있는 머신러닝 기반 탄성파 내삽 기법들은 대부분 모음 자료를 2차원 영상화 하여 빠짐을 채우는 방법으로 하는 훈련(training)-추론(inference) 전략에 기초하므로 완벽히 채워진 다수의 모음자료가 훈련을 위해 필요하게 된다. 이 연구는 이와는 달리 트레이스 기반 내삽을 수행하는 내삽 기술의 훈련-추론 전략을 기본으로, 불규칙한 빠짐이 있는 현장자료 만을 이용하여 훈련-추론을 모두 수행할 수 있는 머신러닝을 이용한 트레이스 기반 불규칙한 빠짐의 내삽 기술을 제시하였다. 이 연구에서는 불규칙한 빠짐이 있는 자료를 훈련과 추론에 체계적으로 사용하는 최대 연속빠짐 간격에 따라 정해지는 네트워크를 구성하는 방법 및 훈련하는 방법을 기술하였다. 또한, 서호주 Exmouth Sub-basin 지역의 Vincent 유전에서 얻어진 시간 참반사 보정된 탄성파 자료에 개발된 방법을 적용한 후, 예측 결과를 전통적인 내삽 방법의 결과와 비교 및 분석하였다. 신호대잡음비나 구조유사성과 같은 정량적인 지표를 통해 두 방법 모두 내삽 성능이 높은 것을 확인하였으며, 모든 주파수 대역에서도 골고루 좋은 결과를 보임을 확인하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제8권4호
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• pp.270-279
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• 2005

일본 문부과학성의 연구 지원하에 지뢰 탐지를 위한 GPR 시스템 개발에 관한 연구를 수행하였다. 2005 년도까지 두 종류의 새로운 지뢰탈지 GPR 시스템 원형의 개발을 완성하였으며 이를 ALIS (Advanced Landmine Imaging System)와 SAR-GPR (Synthetic Aperture Radar-Ground Penetrating Radar)이라고 명명하였다. ALIS는 금속탐지기와 GPR을 결합한 새로운 형태의 휴대용 지뢰탐지 시스템이다. 센서의 위치를 실시간으로 추적하는 시스템을 장착하여 센서에 감지된 신호를 실시간으로 영상화할 수 있도록 하였으며, 센서 위치의 추적은 센서의 손잡이에 장착한 CCD 카메라만을 이용하여 가능하도록 고안하였다. 그리고 GPR과 금속탐지기 신호를 CCD 카메라에 포착된 영상에 중첩하여 동시에 영상화하도록 설계하였기 때문에 매설된 탐지 목적물을 용이하게 그리고 신뢰할 만한 수준으로 탐지하고 구별할 수 있다. 2004년 12월에 아프가니스탄에서 ALIS의 현장 검증 실험을 수행하였으며, 이를 통해 이 연구에서 개발한 시스템을 이용하여 매설된 대인지뢰를 탐지할 수 있을 뿐만 아니라 대인지뢰와 금속 파편의 구분 또한 가능함을 보였다. SAR-GPR은 이동 로보트에 장착한 지뢰탐지 시스템으로 GPR과 금속탐지기 센서로 구성된다. 다수의 송, 수신 안테나로 구성된 안테나 배열을 채택하여 개선된 신호처리 기법의 적용을 가능하며, 이를 통해 좀 더 나은 지하 영상의 획득이 가능하다. SAR-GPR에 합성개구 레이다 알고리듬을 채용함으로써 원하지 않는 클러터(clutter)신호를 억제하고 불균질도가 높은 매질 내부에 매설된 목적물을 영상화할 수 있다. SAR-GPR은 새로이 개발한 휴대용 벡터 네트워크 분석기를 이용한 스텝 주파수 레이다 시스템(stepped frequency radar system)으로 6 개의 Vivaldi 안테나와 3 개의 벡터 네트워크 분석기로 구성된다. SAR-GPR의 크기는 $30cm{\times}30cm{\times}30cm$, 중량은 17 kg 정도이며 소형 무인 차량의 로보트 팔에 장착된다. 이 시스템의 현장 적용 실험은 2005 년 3 월 일본에서 성공적으로 실시된 바 있다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제11권1호
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• pp.52-59
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• 2008

해양 심부 견인 전기비저항 탐사 방법이 새로이 개발되었다. 이 방법은 탄성파 반사법 탐사에서 잘 영상화 되지 않던 메탄 하이드레이트의 상부 경계를 찾아내기 위해 고안되었다. 이 장비는 하나의 송신기와 8개의 송신 전극들 및 한 개의 수신쌍극자를 갖는 160 m 연장의 긴 꼬리가 연구용 탐사선에 연결 되어 해저면 근처에서 끌리도록 만들어져 있다. 수치모형실험은 고안된 해양 전기비저항 탐사 방법이 메탄 하이드레이트 층의 상부를 효과적으로 잘 영상화함을 보여주었다. 실제 탐사는 메탄 하이드레이트가 노두로 관찰된 동해에 속해 있는 Joetsu의 먼바다에서 수행되었다. 대략 3.5 km에 달하는 탐사측선에 대하여 전기비저항 자료가 성공적으로 얻어 졌으며 상대적으로 높은 겉보기비저항 값들이 감지되었다. 특별히 메탄 하이드레이트가 들어나 있는 지역에서는 이상적으로 높은 겉보기비저항 값이 관측되었으며, 우리는 이 고겉보기비저항 값이 해저면 밑의 메탄 하이드레이트 지역에 의한 것으로 해석 하였다. 해양 전기비저항 탐사는 메탄 하이드레이트가 매장되어 있는 지역에서 해저면 하부를 잘 영상화 할 수 있는 새로운 도구가 될 것이다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제11권1호
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• pp.34-40
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• 2008

수중 탄성파 굴절법 탐사는 최신 해석 방법들과 함께 호주 연안지역의 천부해양탐사와 지질공학적인 조사에 중요한 기여를 하고 있다. 일련의 사례연구들은 호주의 다양한 지역에서 도하(river crossing)나 항구 기반시설 사업들에 적용된 연속적이고 정적인(static) USR 방법들의 최근 응용들을 보여주고 있다. 시드니에서 수행된 바닥에 설치하는 수신기를 이용한 정적인 USR과 시추공 탄성파 영상은 Land Cove강을 가로지르는 터널공사의 위험을 줄일 수 있는 개선된 지질공학적인 모델들을 개발하는데 도움이 되었다. 멜버른에서는 일반적인 부머(boomer)를 이용한 반사법탐사와 송신원, 수신기를 바닥 근처에 설치한 연속적인 USR의 결과를 결합하여 지하의 다양하게 풍화된 현무암 흐름(flow)에 대해 더 잘 알 수 있었으며, Geelong 항구에서 항로 개선을 위한 준설작업 평가에 도움을 주었다. 연속적인 USR과 넓은 간격을 가지고 설치된 시추공의 정보에 의한 모래(sand)의 품질 평가는 Brisbane 항구의 간척 개발에 이용 가능한 모래 자원의 상업적 결정을 내리는데 도움이 되었다. 호주 연안의 퇴적층에는 낮은 속도의 매질 안에 수평 방향으로 발달이 제한되고, 높은 속도를 가진 덮개층(cap layer)의 특성을 가진 땅속에 묻혀있는 산호초(reef)와 단단한 층들이 존재한다 만약 이러한 특징들을 인식하지 않으면 깊은 곳에 존재하는 굴절면의 심도 결정에 큰 오차를 가져 올 수 있다. Fremantal 부근 앞바다의 제안된 파이프 라인 루트를 따라 얻은 연속적인 USR 자료에 파면 eikonal 토모그라피를 이용한 진보된 굴절파탐사 역산을 적용한 결과 이들 층들과 그 밑에 존재하는 기반암의 굴절면이 정확하게 영상화되었다. 정적인 USR과 위와 동일한 해석 방법이 깊은 Piling을 필요로 하는 새로운 정박 장소로 제안된 서부 호주의 북쪽 지역에서 물속의 퇴적층과 경화층들 밑에 존재하는 화강암 표토를 영상화하는데 사용되었다. 이 결과를 통해 piling을 위해 좀 더 좋은 지역들을 발견할 수 있었으며 전체적인 파일(pile) 길이를 줄일 수 있었다. USR은 경제 성장이 지속되고 더 나은 해석법들의 개발됨에 따라 호주 연안 지역의 천부해양탐사나 지반조사에 많이 쓰일 것으로 예상된다.

• 자원환경지질
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• 제49권5호
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• pp.381-388
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• 2016

본 연구에서는 독도 연안의 정밀 해저 지형도, 해저면 영상도와 고해상도 수중 영상 자료 결과들을 활용하여 통합 이미지화 및 3차원 중첩 주제도 작성을 통해 맵핑 기법에 대한 연구를 하고자 하였다. 통합 이미지화 기법은 해저 지형 자료와 해저면 영상도, 수중 영상 자료 등의 환경 정보를 통합하여 지구물리 자료를 보다 입체적으로 표현 가능한 주제도를 만드는 것이다. 정밀 해저 지형 자료 및 해저면 영상 자료는 독도 서도 남부 연안 주변의 수심 약 50 m 범위에서 획득하였으며, 고해상도 수중 영상은 같은 구역 내에서 주요 서식지 환경이 형성되어 있는 세 구역을 선정하고 촬영하여 획득하였다. 통합 맵핑 기법을 적용한 주제도는 정밀 해저 지형 자료를 기반으로 작성하였으며, 해저면 영상도와 고해상도 수중 영상을 지형 자료와 중첩 통합하고 분석 처리하여 독도 연안의 해저환경 및 서식지 특성을 나타내는 3차원 중첩 주제도를 작성하였다. 해저면 영상도와 고해상도 수중 영상 자료를 지형 자료와 통합한 3차원 중첩 주제도는 해저 지형 특성과 실제 해저면 환경을 연계하여 분석이 가능하므로 해저면 생태계의 환경 및 상황을 파악하는데 유용한 자료이다. 이는 독도 연안 환경과 같이 불규칙하고 다양한 외부 환경 변화 요소에 노출된 해저면 환경의 현재 해저면 환경 특성을 파악하고 모니터링을 위한 자료로의 활용이 가능할 것으로 판단되며, 자료의 활용 가치를 높이기 위해 향후에 지속적인 자료 축적을 수행하고 3차원 중첩 주제도 작성이 수반되어야 할 것이다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제10권4호
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• pp.383-392
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• 2007

지하 공동은 토지의 이용과 개발을 제한할 뿐 아니라 안전과 환경에 심각한 우려를 준다. 우리나라는 석회암이 널리 분포하고 폐광산이 많으며 도심이 확장되고 토지의 개발이 활발하여, 지하 공동에 의한 지반 안전과 환경 보존 문제를 안고 있다. 전남 무안군 덕보들에 한국지질자원연구원에서 마련한 물리탐사 실험장에서 지하 공동의 탐지와 모니터링을 위한 고정밀 중력탐사를 하였다. 중력은 약 30 m 간격의 논둑길을 따라 5 m 간격으로 모두 800여 측점에서 AutoGrav CG-3 중력계로 측정하였으며, 측점의 절대적 위치 오차는 수 mm 이하로 유지하였다. 중력 측선은 MS (minimum support) 역산으로 밀도 분포를 작성하였으며, 고분해능 3차원 중력 역해의 비유일성을 줄이기 위하여 Euler 디컨벌루션의 해를 제한 조건으로 이용하는 역산 방법을 고안하였다. 역산에 의하여 작성한 밀도 분포는 잔여 중력 분포와 전체적으로 잘 일치하였으며, 특히 공동과 관련된 것으로 예상되는 3곳의 중력 이상대의 밀도 분포 형태, 즉 공동의 위치 뿐 아니라 공동형태와 발달 양상을 잘 보여주었다. 이러한 해석 결과는 시추 주상도와 매우 잘 일치하였다. 탐사 실험장의 진입로에서 그라우팅을 전후하여 시간차 중력 모니터링을 하였다. 탐사 조건에 의한 불일치는 기준점의 관측 중력을 비교하여 조정하였다. MS 역산으로 작성한 그라우팅 전, 후의 밀도 분포를 비교하여 그라우팅의 효과를 검토하였다. 이 현장 사례를 통하여 ${\mu}Gal$ 수준의 정밀도와 정확도의 고정밀 중력탐사는 지하 공동을 탐지할 뿐 아니라 공동의 분포와 발달 양상을 확인하는 가장 직접적이고 효과적인 수단이 됨을 보여주었다. 또한, 시간차 중력 모니터링은, 여러 가지 오차 요인들이 있지만, 시간의 경과에 따른 지하 밀도 분포의 변화를 관측하는 데 효과적임을 보여주었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제21권3호
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• pp.171-182
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• 2018

탄성파 처리 기술개발 분야의 오픈-소스 소프트웨어인 Madagascar를 이용하여 신호 대 잡음비가 낮고 속도정보가 불확실한 현장 탄성파 자료에 대해 자료처리를 수행하고, 오픈-소스 소프트웨어의 현장 적용성을 시험하였다. 파이썬(python) 기반의 Madagascar는 방법론적으로는 다차원 자료 분석이 가능하고, 처리 공정의 재현성이 뛰어나 효율적인 자료처리가 가능하다는 장점이 있지만, 다소 복잡한 사용법과 자료 구조 시스템으로 인해 현장 자료에 대한 자료처리 사례는 많지 않다. 본 연구에서는 현장 자료에 대한 Madagascar의 효용성을 확인하기 위해 기본적인 탄성파 자료처리(자료입력, 지형 정보 일치, 진동수-파수 필터, 예측 곱풀기, 속도 분석, 수직 시간차 보정, 겹쌓기, 참반사 보정)를 수행하였다. 테스트를 위해 사용한 현장 자료는 서해 군산분지에서 에어건 음원과 480채널의 스트리머로 취득한 해양 탄성파 탐사자료이며, 각 자료처리 단계마다의 결과를 Landmark사의 상용 소프트웨어인 ProMAX (SeisSpace R5000)을 사용하여 처리한 결과와 비교하였다. 그 결과 데이터 입출력 및 관리, 처리 과정의 재현성 및 자동 속도 분석 측면에서는 Madagascar가 상대적으로 높은 효율성을 보였고, 신호 품질 향상을 위한 전처리 결과는 상용 소프트웨어와 유사함을 확인하였다. 반면에, 심부 지층에 대한 영상화 결과는 상용 소프트웨어로 처리한 결과가 보다 뛰어남을 확인하였다. 이러한 결과는 상용 소프트웨어의 경우 다양한 겹반사 제거 모듈이 적용되었고, 상호 대화식 인터페이스로 인해 보다 정교한 자료처리가 가능하였기 때문이다. 그러나, Madagascar의 경우에도 현재 전 세계에서 많은 연구자들이 다양한 자료처리 알고리듬을 개발하여 지속적으로 공개하고 있기 때문에, 향후 이러한 최신 알고리듬을 적용한다면 상업용 수준의 자료처리가 가능해져 보다 향상된 결과를 도출할 수 있을 것이다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제1권1호
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• pp.25-30
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• 1998

공동충전 효과를 검증하기 위하여 실시한 시차 공대공 탄성파 탐사자료로부터 지하공동 부존 지역에서 충전 전과 후에 매질의 탄성파 전파속도의 변화를 확인하였다. 시차 공대공 탄성파 탐사자료에 나타난 반응과 시추조사 결과에 의하면 본 지역의 공동은 규모가 극히 소규모이거나 또는 폐석 등으로 충전된 것으로 보인다. 공동충진 효과는 토모그래피로부터 도출된 속도단면상의 탄성파 속도의 증가량을 분석함으로써 평가하였다. 시추공용 에어건을 진원으로 24-채널 하이드로폰을 수진기로 하여 자료를 취득하였다. 취득한 자료에는 무시할 수 없을 정도의 source statics를 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제시한 보정방법은 2단계로; 1) 불규칙한 발파시점에 의한 영향 보정과 2) 잔여 정보정으로 이는 진원의 부정확한 위치에 대한 정보정이다. 본 논문에서는 고주파수 성분의 수치잡음이 억제되고 관심대상 부분에서 비교적 고분해능 영상을 도출할 수 있는 다단계 역산 방안을 제시하였다. 일반적으로 최소자승 주시토모그래피로는 평활화된 속도 영상을 얻을 수 있다. 따라서 이러한 역산으로는 비교적 소규모의 구간에서 발생한 적은 속도변화를 영상화하기에는 어려운 면이 있다. 본 논문에서는 속도모델의 파라메터를 변화시킨 2단계 제어 역산법으로 도출한 시차 토모그램으로부터 채굴 영향대에서 발생한 매질의 속도변화를 시각화 할 수 있었다. 2단계 역산법은 1-단계에서는 적정한 크기의 균일 격자로 구성된 모델을 사용하여 토모그램을 작성하고 이 토모그램에 2차원 중위수 필터를 적용하여 대략적인 속도구조 모델을 작성한다. 2-단계 역산시는 1-단계에서 작성한 속도모델을 수정하여 초기 모델로 한다. 모델 수정은 관심대상 부분만을 작은 크기의 균일격자로 재구성하는 것이다. 기준조사 토모그램을 2차 조사자료 역산의 초기 속도모델로 사용하였다. 속도변화는 공동대 부근에서만 예상되므로 그 이외 부분의 속도는 기준 토모그램과 동일하게 고정시키고 역산을 수행하였다.