본 연구에서 개발된 시스템의 일차적인 목적은 지반조사에 사용될 3차원 탄성파 자료처리시스템으로써, 저렴한 환경의 시스템을 구축하기 위해 Linux 환경의 PC를 기반으로 개발되었다. 기본적인 자료처리 모듈들은 2차윈 탄성파 자료처리에 널리 사용되고 있는 SU(Seismic Unix)를 기반으로 하였으며, 3차원 지반조사에 적합하도록 추가적인 자료처리 모듈들이 개발되었다. 이러한 자료처리 모듈들을 이용하여 구축된 시스템은, 처리과정 중에 사용자가 쉽게 QC (Quality Control)를 할 수 있도록 GUI (Graphic User Interface)환경으로 설계되었으며, 이를 구현하기 위해 최근 Linux용 어플리케이션 개발에 보편적으로 쓰이는 GTK (Gimp Tool Kit)가 사용되었다.
We present a imaging method of seismic sources by time reversal propagation of seismic waves. Time-reversal wave propagation is actively used in medical imaging, non destructive testing and waveform tomography. Time-reversal wave propagation is based on the time-reversal invariance and the spatial reciprocity of the wave equation. A signal is recorded by an array of receivers, time-reversed and then back-propagated into the medium. The time-reversed signal propagates back into the same medium and the energy refocuses back at the source location. The increasing power of computers and numerical methods makes it possible to simulate more accurately the propagation of seismic waves in heterogenous media. In this work, a staggered-grid finite-difference solution of the elastic wave equation is employed for the wave propagation simulation. With numerical experiments, we show that the time-reversal imaging will enable us to explore the spatio-temporal history of complex earthquake.
본 연구에서는 현장에서도 쉽게 시추공 탄성파 토모그래피를 얻을 수 있는 소프트웨어를 개발하였다. 개발된 토모그래피 소프트웨어는 초동의 발췌 및 보정, 시추공 주시 토모그래피 모듈, 그리고 영상화 모듈로 구성되었다. 발췌한 초동을 탄성파 자료의 헤더에 저장함으로써, 초동을 보정하거나 시추공 주시토모그래피의 계산과정에서 부가적으로 초동을 발췌하지 않고 탄성파자료 입력만으로 자료처리를 수행할 수 있도록 하였다. 계산 후에는 영상화모듈을 통해 속도구조와 파선경로를 확인할 수 있다. 이 소프트웨어는 리눅스 환경에서 SU를 기반으로 개발되었으며, 사용에 용이한 GUI환경으로 제작하여 현장자료의 검토 및 초동 발췌, 발췌된 초동오차를 검토 및 보정의 용이성, 주시토모그래피의 생성 등 토모그래피 탐사법의 효용성을 향상시켰다.
Primary purpose of the system developed in this study is 3-D seismic data processing system for subsurface structure imaging and this system is developed in PC based on Linux for lower-cost computer. Basic data processing modules are originated from SU (Seismic Unix) which is widely used in 2-D seismic data processing and auxilious modules are developed for 3-D data processing. The system which is constructed by using these data processing modules is designed to GUI (Graphic User Interface) in order that one can easily control and for this purpose, GTK (Gimp Tool KiT) conventionally adapted in producing Linux application.
본 논문에서는 지진파 역행 전파를 이용하여 지진원을 영상화 하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 시간 역행 전파는 파동 방정식의 시간 반전의 불변성과 상반정리로 설명할 수 있으며 파동의 시간 역행 전파는 의학적인 목적을 비롯한 비파괴 검사, 그리고 탄성파 파형 역산에 사용되어 매질을 영상화 하는데 활용되고 있다. 지진 관측소에서 관측된 지진파형은 지진원으로부터 방출된 에너지를 기록한 것이다. 이를 시간의 역순으로 매질로 전파시키면, 지진으로부터 전파되었던 에너지가 진원시각의 지진원 위치에 집중하게 되어 지진원을 영상화 시키는 원리이다. 본 연구에서는 3차원 지진파 전파의 수치 모의를 위해 엇갈린 격자 유한 차분법과 병렬 처리 기법을 이용하여 탄성 매질에서의 파동방정식의 해를 구하였다. 수치모의 결과로부터 지진파 역행 전파를 이용해 지진의 시공간적 발생양상을 살펴볼 수 있음을 확인하였다.
해저면 탄성파 탐사는 4성분 수신기를 해저면에 설치하여 자료를 측정하는 자료 취득 기법으로 기존의 탄성파 탐사 자료 취득 기법보다 향상된 품질의 자료를 얻을 수 있다. 그러나 해저면 탄성파 탐사는 자료 취득 비용이 매우 높아 사용할 수 있는 수신기의 개수가 제한된다는 단점이 있다. 자료 취득에 적은 수의 수신기만을 사용하기 때문에 해저면 탄성파 탐사로 취득한 자료는 트레이스 간의 연속성이 떨어지고, 이로 인해 공간 알리아싱 등의 문제가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 수신기 개수가 적은 해저면 탄성파 자료의 영상 품질을 향상시키기 위해 미러 이미징(mirror imaging) 알고리즘을 사용해 키르히호프(Kirchhoff) 참반사 보정을 구현하였다. 미러 이미징 알고리즘을 적용하기 위해서는 상향/하향 파동장을 분리한 후 하향 파동장을 사용해야 하며, 본 연구에서는 P-Z summation 기법을 사용해 파동장을 분리하였다. 수치 예제를 통해 미러 이미징 알고리즘을 사용한 참반사 보정 결과가 전통적인 참반사 보정 결과보다 더 넓은 범위를 영상화 할 수 있음을 확인하였고, 특히 천부 지층에서 그 효과가 뚜렷함을 볼 수 있었다.
정보정은 풍화층의 두께나 속도가 균질하지 않아 하부의 지층으로부터 전파된 신호의 왜곡을 보정하는 방법으로 굴절파에 근거한 정보정과 반사파에 근거한 잔여 정보정이 있다. 이 중 굴절파에 근거한 정보정은 일반적으로 분석자의 주관적인 해석에 의존하므로 많은 시간이 소요된다. 따라서 방대한 양의 자료를 처리해야하는 3차원 탄성파 탐사 자료의 정보정에 적용하는 데는 어려움이 있다. 이러한 굴절파에 근거한 정보정을 적용하기 위해서는 분석자의 해석을 최소한으로 하여 자동적으로 정보정을 수행하는 방법의 개발이 필요다. 본 연구에서는 굴절파에 근거한 정보정 방법을 육상 3차원 탄성파 탐사 자료에 대해 효과적으로 수행할 수 있는 방법에 대해 살펴보았다.
Prestack depth migration is used to image for complex geological structure such as faults, folds, and subsalt. In this case, it is widely used the surface reflection data as a input data. However, the surface reflection data have intrinsic problems to image the subsalt and the salt flank due to the complex wavefields and multiples which come from overburden. For overcoming the structural defect of the surface reflection data in the imaging, I used the virtual sources in terms of seismic interferometry to image the subsurface and suppress the multiples using the velocity model of the lower part of the virtual sources. The results of the prestack depth migration using virtual source gathers and velocity model below receivers are similar geological interfaces to the results from shot gathers of the conventional ocean bottom seismic survey. And especially artificial interfaces by multiples were suppressed without applying any other data processing to eliminate multiples. This study results by numerical modeling can make a valuable imaging tool when it is applied to satisfied field data for specific condition.
탄성파 탐사를 이용한 지질구조 규명에 있어 정확한 속도모델 구축이나 영상화 기술 개발만큼 중요한 것이 자료의 분해능을 높이는 기술이다. 일반적으로 자료취득 과정에서 고주파 송신원을 사용하거나 자료처리 과정에서 곱풀기(deconvolution) 등의 기법을 적용하여 분해능을 향상시킬 수 있다. 그러나 해양 탄성파 탐사에서 분해능을 저해하는 가장 큰 원인은 도깨비파에 의한 특정 주파수 성분의 손실이다. 따라서 도깨비파를 제거하면 주파수 손실을 방지하여 광대역 탄성파 자료를 얻을 수 있고, 결과적으로 높은 분해능의 지층 영상을 얻을 수 있다. 도깨비파 제거는 자료처리 과정에서 적절한 필터를 적용하여 수행할 수 있지만, 최근에는 탐사 장비의 발전과 탐사 설계의 혁신을 통해 효과적인 광대역 탄성파 탐사 기술이 개발되고 있다. 해외 탐사전문 기업들은 오버/언더 스트리머나 가변 심도 스트리머와 같이 새로운 수신기 배열을 개발하거나 이중 센서 스트리머를 이용한 도깨비파 제거 기술을 확보하여 고분해능 영상화 기술을 제공하고 있다. 안타깝게도 국내에서는 광대역 탄성파 탐사 장비나 기술에 대한 연구가 거의 이루어지지 않고 있다. 본 논문에서는 국내 광대역 탄성파 탐사 연구에 도움이 될 수 있도록 그 기본 이론과 기술 현황을 소개하였다.
High resolution geophysical imaging to delineate costal aquifer and seawater- freshwater interface has been applied in Baesu-eup, Yeonggwang-gun, Jeolla province Electrical resistivity information from vertical electrical sounding and 2-D electrical resistivity survey is key parameter to map equivalent Nacl concentration map over the survey area. Seismic velocity from refraction tomographic survey, on the other hand, gives more reliable information on the subsurface stratagraphy than electrical resistivity methods which frequently suffer from low resolution due to masking effect. We imaged high-resolution 3-D structure of costal aquifer by correlating the electrical resistivity with seismic velocity, and mapped equivalent NaCl concentration map using resistivity and hydro-geological information from well logging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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