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지구물리와 물리탐사 update

Geophysics and Geophysical Exploration

  • : 한국지구물리·물리탐사학회
  • : 자연과학분야  >  지질
  • : KCI등재
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  • : 연속간행물
  • : 계간
  • : 1229-1064
  • : 2384-051X
  • :

수록정보
수록범위 : 1권1호(1998)~22권4호(2019) |수록논문 수 : 723
지구물리와 물리탐사
22권4호(2019년 11월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재

1카루넨-루베 변환을 이용한 탄성파 그라운드 롤 억제 효과

저자 : 장성형 ( Seonghyung Jang ) , 이동훈 ( Donghoon Lee )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 22권 4호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 177-185 (9 pages)

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육상 탄성파 탐사자료에서 쉽게 관찰되는 그라운드 롤은 표면파의 일종으로 대표적인 일관성 잡음이다. 반사파 자료처리 과정에서 그라운드 롤은 잡음에 해당하기 때문에 제거하게 되는데, 반사 신호와 중첩되는 경우 반사파 신호음이 손상되는 문제가 발생한다. 본 연구에서는 반사 신호음 손실을 줄이면서 그라운드 롤을 효과적으로 억제할 수 있는 방법을 찾기 위해 카루넨-루베 변환을 중심으로 살펴보고 그 결과를 분석하였다. 균질 탄성매질에서 구한 인공자료 수치 모형 실험에서 그라운드 롤이 뚜렷하게 감소된 것을 확인할 수 있으나 현장자료 적용실험에서는 띠통과 필터링 결과와 큰 차이점을 발견할 수 없었다. 이러한 현상은 현장자료에서 여러 주파수 대역을 포함하고 있는 그라운드 롤에 대해 선형 수평정렬 모음(Linear moveout gather)을 계산하기 어렵기 때문으로 여길 수 있다. 이에 비해서 특이값 분해 필터링 결과는 그라운드 롤이 상당부분 감소되었음을 확인할 수 있었다. 특이값 분해 필터링은 반사파를 중심으로 정규 수평정렬 모음(Normal moveout gather)을 계산하기가 쉬워 카루넨-루베 변환 필터링 보다 그라운드 롤 억제효과가 큰 것으로 여겨진다.


Ground roll is a surface wave which is usually observed in the land seismic data. It is one of the typical coherent noise. During the reflection data processing, ground roll is removed because it is considered as noise. This removal process often causes the loss of reflection signals if the ground roll overlaps reflection signals. In this study, we look over Karhunen-Loeve Transform (KLT) and analyze its effects to suppress the ground roll appropriately while reducing the reflection loss. Numerical tests in homogeneous elastic media show that the ground roll has been properly rejected. However, the field data application reveals that there is no significant suppression of ground roll when compared to band-pass filtering. This can be considered that it is hard to calculate horizontally aligned gathers in the field data because the ground roll contains a wide range of frequency bands. On the contrary, the result of singular value decomposition (SVD) filtering shows that the ground roll has been significantly reduced. It is thought that the SVD filtering performs better in the ground roll suppression than KLT because it is easy to calculate the horizontally aligned gathers in the SVD filtering.

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2입자 군집 최적화법을 이용한 소형루프 전자탐사 자료의 층서구조 전기비저항 역해석

저자 : 장한길로 ( Hangilro Jang )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 22권 4호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 186-194 (9 pages)

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물리탐사 자료의 역산 해를 찾는데 흔히 이용되는 결정론적 해법은 지역 최소점에 빠져 적절한 해에 수렴하지 못할 가능성이 크다는 단점이 존재한다. 이 문제를 해결하기 위한 대안 중 하나는 확률론적 접근법에 기반한 전역 최적화 방법을 이용하는 것이며, 여러 방법들 중에서 입자 군집 최적화(Particle Swarm Optimization, PSO)법의 적용사례가 많이 소개되었다. 이 논문에서는 PSO법을 이용한 소형루프 전자탐사 자료의 층서 구조 전기비저항 역해석 알고리즘을 개발하고 합성자료를 이용하여 역산실험을 수행하였다. 실험결과 기존의 Gauss-Newton 알고리즘으로는 최적의 역산해를 찾는데 어려움이 있는 소형루프 전자탐사 자료의 역산 시도에 PSO 방법을 적용하면 성공률을 높일 수 있음을 확인하였다.


Deterministic optimization, commonly used to find the geophysical inverse solutions, have its limitation that it cannot find the proper solution since it might converge into the local minimum. One of the solutions to this problem is to use global optimization based on a stochastic approach, among which a large number of particle swarm optimization (PSO) applications have been introduced. In this paper, I developed a geophysical inversion algorithm applying PSO method for the layered-earth resistivity inversion of the small-loop electromagnetic (EM) survey data and carried out numerical inversion experiments on synthetic datasets. From the results, it is confirmed that the PSO inversion algorithm could increase the inversion success rate even when attempting the inversion of small-loop EM survey data from which it might be difficult to find a best solution by applying the Gauss-Newton inversion algorithm.

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3로그 목적함수의 유사 헤시안을 이용한 라플라스 영역 파형 역산과 레벤버그-마쿼트 알고리듬

저자 : 하완수 ( Wansoo Ha )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 22권 4호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 195-201 (7 pages)

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파형 역산에 사용하는 로그 목적함수는 관측 자료와 모델링 자료의 로그값의 차이를 최소화하는 목적함수이다. 라플라스 영역 파형 역산에서는 주로 로그 목적함수와 유사 헤시안의 대각 성분을 이용하여 최적화를 수행한다. 이 때 유사 헤시안의 대각 성분이 0 또는 0에 가까운 값이 되는 것을 막기 위해 레벤버그-마쿼트 알고리듬을 적용한다. 본 연구에서는 로그 목적함수의 유사 헤시안의 대각 성분을 분석하여 음향파 라플라스 영역 파형 역산에서는 유사 헤시안의 대각 성분이 0 또는 0에 가까운 값을 가지지 않음을 보였다. 따라서 로그 목적함수의 유사 헤시안을 이용한 경사 방향 정규화시 레벤버그-마쿼트 알고리듬을 적용할 필요가 없다. 수치 예제에서 인공합성 자료와 현장 자료를 이용해 레벤버그-마쿼트 기법 없이도 역산 결과를 얻을 수 있음을 보였다.


The logarithmic objective function used in waveform inversion minimizes the logarithmic differences between the observed and modeled data. Laplace-domain waveform inversions usually adopt the logarithmic objective function and the diagonal elements of the pseudo-Hessian for optimization. In this case, we apply the Levenberg-Marquardt algorithm to prevent the diagonal elements of the pseudo-Hessian from being zero or near-zero values. In this study, we analyzed the diagonal elements of the pseudo-Hessian of the logarithmic objective function and showed that there is no zero or near-zero value in the diagonal elements of the pseudo-Hessian for acoustic waveform inversion in the Laplace domain. Accordingly, we do not need to apply the Levenberg-Marquardt algorithm when we regularize the gradient direction using the pseudo-Hessian of the logarithmic objective function. Numerical examples using synthetic and field datasets demonstrate that we can obtain inversion results without applying the Levenberg-Marquardt method.

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4Adam Optimizer를 이용한 음향매질 탄성파 완전파형역산

저자 : 김수윤 ( Sooyoon Kim ) , 정우근 ( Wookeen Chung ) , 신성렬 ( Sungryul Shin )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 22권 4호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 202-209 (8 pages)

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본 연구에서는 Adam 최적화 기법을 이용한 음향매질에서의 탄성파 파형역산 방법을 제안하였다. 탄성파 파형역산에서 최적화에 사용되는 기본적인 최대 경사법은 계산이 빠르고 적용이 간편하다는 장점이 있다. 하지만 속도 모델의 갱신에 일정한 갱신 크기를 사용함에 따라 오차가 정확하게 수렴하지 않는다. 이에 대한 대안으로 제시된 다양한 최적화 기법들의 경우 정확성은 높지만 많은 계산 시간을 필요로 한다는 한계가 있다. Adam 최적화 기법은 최근 딥 러닝 분야에서 학습 모델의 최적화를 위해 사용되는 기법으로 다양한 형태의 모델에 대한 최적화 문제에서 가장 효율적인 성능을 보이고 있다. 따라서 Adam 최적화 기법을 이용한 파형역산 방법을 개발하여 탄성파 파형역산에서의 오차가 빠르고 정확하게 수렴하도록 하였다. 제안된 역산 기법의 성능을 검증하기 위해, 일정한 갱신 크기를 가지는 최대 경사법을 이용하여 수행된 역산 결과와 제안된 Adam 최적화 기반 파형역산을 수행하여 갱신된 P파 속도 모델을 비교하였다. 그 결과 제안된 기법을 통해 빠른 오차 수렴 속도와 높은 정확도의 결과를 확인할 수 있었다.


In this study, an acoustic full-waveform inversion using Adam optimizer was proposed. The steepest descent method, which is commonly used for the optimization of seismic waveform inversion, is fast and easy to apply, but the inverse problem does not converge correctly. Various optimization methods suggested as alternative solutions require large calculation time though they were much more accurate than the steepest descent method. The Adam optimizer is widely used in deep learning for the optimization of learning model. It is considered as one of the most effective optimization method for diverse models. Thus, we proposed seismic full-waveform inversion algorithm using the Adam optimizer for fast and accurate convergence. To prove the performance of the suggested inversion algorithm, we compared the updated P-wave velocity model obtained using the Adam optimizer with the inversion results from the steepest descent method. As a result, we confirmed that the proposed algorithm can provide fast error convergence and precise inversion results.

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5표면파 탐사: 능동 탐사법을 중심으로

저자 : 김빛나래 ( Bitnarae Kim ) , 조아현 ( Ahyun Cho ) , 조성오 ( Sung Oh Cho ) , 남명진 ( Myung Jin Nam ) , 편석준 ( Sukjoon Pyun ) , Koich Hayashi

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 22권 4호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 210-224 (15 pages)

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표면파 탐사는 매우 작은 규모의 초음파 분석부터 지질공학 규모의 분석까지 다양한 분야에서 활용하고 있으며, 특히 천부 지질의 지반 안정성을 평가하는 데 활발히 이용되고 있다. 표면파 탐사는 기본적으로 지표면을 따라 전파하는 표면파의 분산 특성에 기초하여 매질의 전단 속도 분포를 파악하는 탐사법이다. 즉, 지하 구조가 1차원 구조라는 가정 하에 탐사를 수행하는 표면파 탐사는, 진동수와 전파 속도의 관계인 분산곡선을 분석하고 1차원적 역산을 통해 층서구조 속도를 계산하게 된다. 이 논문에서는 천부 지질 조사를 위한 표면파 탐사법의 기초적인 이론부터 전반적인 자료처리 과정을 기술보고를 통해 설명하고자 한다. 먼저, 표면파에 대한 개략적인 설명과 가장 큰 특징 중 하나인 분산 특성에 대하여 설명한 후 일반적인 표면파 자료처리 순서에 대하여 설명하였다. 표면파 탐사법은 인공적인 송신원의 유무에 따라 능동 표면파 탐사법과 수동 표면파 탐사법으로 나눌 수 있으나 이 논문에서는 능동 표면파 탐사법인 CSW, SASW, MASW에 대하여 집중적으로 기술하였다. 수동 표면파 탐사법에 대해서는 다음 기술보고에서 다루고자 한다.


Surface wave (SW) surveys, which have been applied to numerous application fields ranging from micro-scale ultrasonic analysis to geological scale analysis, are widely used to monitor near-surface stability. The survey method is basically made through analysis on dispersion of SW propagating along the earth surface, in order to delineate shear velocity structure of subsurface. SW survey data are inverted with assuming one-dimensional (1D) layered-earth in order to recover shear wave velocities of each layer, after being analyzed to make the dispersion curve that shows phase velocity of SW with respect to frequency. This study reviews surface wave surveys with explaining the basic theory including the characteristics of dispersion and the procedure of general data processing. Even though surface wave surveys can be categorized into active and passive methods, this paper focuses only on active surface wave methods which includes continuous SW (CSW), spectral analysis of SW (SASW) and multichannel analysis of SW (MASW). Passive method will be reviewed in the subsequent paper.

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6심도영역 속도모델 구축을 위한 구조보정 속도분석(MVA) 기술의 탄성파 현장자료 적용성 연구

저자 : 손우현 ( Woohyun Son ) , 김병엽 ( Byoung-yeop Kim )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 22권 4호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 225-238 (14 pages)

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최적의 심도 영역 속도를 도출하기 위한 구조보정 속도분석(MVA, migration velocity analysis) 기법을 해양에서 취득한 원거리 다중채널 탄성파 자료에 적용하여 그 효용성을 확인한다. 지금까지 통상적으로 수행된 시간 영역 자료처리 결과는 지질학적 층서해석에는 무리 없는 결과이나, 어느 정도 가능성이 있는 플레이나 리드 지역에서의 유가스 탐사에서는 저류층 지질모델 구축, 시추 설계, 매장량 계산에서 반드시 심도 영역 속도 구조와 영상이 필요하다. 데이터 영역에서 근사 방식을 사용한 공통 중간점 기반 속도 분석으로부터 도출한 속도는 처음부터 오차를 내재하여 불확실성이 높다. 반면에, 이를 보완해 줄 검층 자료가 없는 상황에서 실측 규모의 속도 구조를 도출하는데 있어 이미지 영역 구조보정 속도분석 기법은 상당히 효율적인 방법이다. 이 연구에서는 해양에서 취득한 다중 채널 탄성파자료에 대해 합리적인 결과를 도출하기 위해 시간 영역에서 신호의 품질을 최적화하고, 이 자료에 대하여 반복적으로 MVA 기법을 적용함으로써 심도영역 속도 및 구조보정 단면도를 도출하였다. 시간 영역 속도를 단순히 Dix 방정식에 의해 심도영역으로 변환한 속도를 이용하여 생성한 결과(공통 수신점 모음도 및 중합 단면도)와 MVA 기법을 이용한 심도영역 자료처리를 통해 도출된 속도를 이용하여 생성한 결과를 비교함으로써, 심도영역 결과가 보다 합리적임을 확인하였다. 심도 영역으로 도출된 속도는 중합전 심도 구조보정에 바로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 현장 자료의 파형역산 적용 시 초기 모델로 활용함으로써 역산 수행 과정에서 발생할 수 있는 국부 최소(local minima) 문제를 최소화할 수 있다.


Migration velocity analysis (MVA) for creating optimum depth-domain velocities in seismic imaging was applied to marine long-offset multi-channel data, and the effectiveness of the MVA approach was demonstrated by the combinations of conventional data processing procedures. The time-domain images generated by conventional timeprocessing scheme has been considered to be sufficient so far for the seismic stratigraphic interpretation. However, when the purpose of the seismic imaging moves to the hydrocarbon exploration, especially in the geologic modeling of the oil and gas play or lead area, drilling prognosis, in-place hydrocarbon volume estimation, the seismic images should be converted into depth domain or depth processing should be applied in the processing phase. CMP-based velocity analysis, which is mainly based on several approximations in the data domain, inherently contains errors and thus has high uncertainties. On the other hand, the MVA provides efficient and somewhat real-scale (in depth) images even if there are no logging data available. In this study, marine long-offset multi-channel seismic data were optimally processed in time domain to establish the most qualified dataset for the usage of the iterative MVA. Then, the depth-domain velocity profile was updated several times and the final velocity-in-depth was used for generating depth images (CRP gather and stack) and compared with the images obtained from the velocity-in-time. From the results, we were able to confirm the depth-domain results are more reasonable than the time-domain results. The spurious local minima, which can be occurred during the implementation of full waveform inversion, can be reduced when the result of MVA is used as an initial velocity model.

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