Research Paper

Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers. 30 June 2023. 161-171
https://doi.org/10.32390/ksmer.2023.60.3.161

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 지진파 간섭법

  • 역시간 구조보정

  • 지표 및 시추공을 이용한 탐사 방법의 장단점 비교 분석

  • 지진파 간섭법을 적용한 지하영상화

  • 결 론

서 론

탄성파탐사는 석유, 가스, 광물 등 자원탐사에 활용될 뿐만 아니라 지각구조 연구, 지반조사 등에도 활발히 이용되고 있다. 탄성파탐사는 크게 반사법 탄성파탐사와 굴절법 탄성파탐사로 나뉘어지며, 반사법 탐사는 굴절법 탐사와 달리 규명할 수 있는 깊이별 속도구조에 제한이 없으므로 속도역전층, 박층 등의 굴절법 탄성파탐사에서 파악하기 어려운 지하구조를 규명하는 데에 효과적으로 이용될 수 있다. 반사법 탐사는 지층 경계에 대한 분해능이 높아 단층을 포함한 다양한 지하구조의 규명에 유용하지만, 무작위 잡음, 일관성 잡음, 지하 불균질대 등의 여러 요인에 인해 자료의 품질이 저하될 수 있으며 탐사 비용이 높다는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국내에서 여러 연구가 수행되었다. Kim et al.(1999)은 지표 미고결층에 의한 고주파 에너지의 감쇠와 진원에 의해 발생되는 표면파 잡음의 영향을 감소시켜 고해상도의 중합단면도를 획득하기 위한 목적으로 한반도 동남부에 위치하는 동래단층 지역에서 소형망치를 송신원으로 이용하여 지표 탄성파탐사(SSP, surface seismic profile)를 실시함으로써 매개변수 최적치 도출 연구를 수행하였다. Sa et al.(2016)은 육상 탄성파 자료에 대한 정적보정 후 남아있는 국부적인 지하 불균질대로부터 기인하는 단파장의 시간차이를 최소화하기 위해 나머지 정적보정 기법(주행시간 분해기법과 겹쌓기제곱 최대화기법)의 적용성을 비교 검토하였다. Sa et al. (2018)은 육상 탄성파 자료에 나타나는 일관성 잡음인 그라운드롤을 제거하기 위해 특이값 분해 필터링의 적용성에 대해 연구하였다. 이외에도 전기비저항탐사, 반사법 및 굴절법 탄성파탐사를 복합적으로 실시하여 해상도 및 신뢰도를 향상시키거나 제한적인 영역에서 획득된 수직 탄성파탐사(VSP, vertical seismic profile) 자료를 지표 탄성파탐사 자료처리 기준자료로 활용하여 자료처리 신뢰도를 향상시키는 연구 등이 수행된 바 있다(Kim et al., 2002; Kim et al., 2009). 이러한 연구들은 대부분 해상도와 신뢰도를 향상시키는데 집중하고 있으며, 제한된 자료에서 더 넓은 커버리지의 지하영상을 획득하기 위한 연구는 많이 이루어지지 않았다.

지진파 간섭법은 지하매질에 대한 정보의 필요 없이 수진기에 기록된 자료를 이용하여 송신원이나 수진기가 다른 위치에 있을 때의 자료를 모사할 수 있는 기법으로, 제한된 자료를 이용하여 더 높은 해상도, 더 넓은 커버리지의 지하구조를 규명할 수 있다. 국외 연구에서는 주로 송신원이나 수진기를 재배치(redatum)하기 위한 목적으로 이 기법을 적용하고 있으며, 이를 통해 기존 방법으로는 파악하기 어려운 구조를 규명하거나 고해상도의 지하영상을 얻은 바 있다(Hornby and Yu, 2007). 또한 지진파 간섭법은 잡음을 송신원으로 사용하여 획득된 자료를 가상의 인공지진 반사파 자료로 변환시키기 위한 목적으로 활발히 이용되고 있다(Draganov et al., 2006). 국내에서는 지진파 간섭법을 적용할 때 발생하는 왜곡현상을 약화시키는 기법에 대한 연구(Jeong and Byun, 2014), 미소지진 합성자료를 가상의 단일시추공 탐사(SWP, single well profile) 자료로 변환시켜 균열위치를 추정하는 연구(Kim et al., 2015) 등이 수행된 바 있으나, 지진파 간섭법을 인공지진파 자료처리 및 자료해석 기술에 직접 도입한 연구는 미비하다.

이 연구에서는 지표 탄성파탐사와 시추공을 이용한 탐사 자료를 단독으로 또는 결합하여 이용하는 경우에 대해 지진파 간섭법을 적용함으로써 같은 양의 자료로부터 더 광범위한 지하정보를 효율적으로 규명할 수 있음을 보여주고자 한다. 이를 위해 먼저 지표 탄성파탐사와 시추공 탐사를 가정하고 생성된 합성자료에 대해 역시간 구조보정(RTM, reverse time migration) 기법을 적용하여 얻은 지하영상화 결과를 비교 분석한다. 이어서, 각 탐사 방법의 장점을 부각시키고 단점을 보완할 수 있는 지진파 간섭법을 적용한 후 역시간 구조보정 기법을 적용함으로써 효과적으로 지하구조를 규명할 수 있음을 보여준다.

지진파 간섭법

지진파 간섭법은 교차상관(crosscorrelation)이나 곱말기(convolution)를 이용하여 기존 탐사 자료를 송신원이나 수진기가 다른 위치에 있을 때의 자료처럼 변환할 수 있는 기법으로 효과적으로 지하구조를 규명하기 위해 이용되어 왔다(Wapenaar and Fokkema, 2006). 이 연구에서는 다양한 탐사배열을 갖는 반사파 탐사 자료의 해석의 정확성을 높이기 위해 교차상관 및 곱말기를 이용한 반사파 간섭법을 적용하였다.

교차상관은 공통의 파선경로를 제거함으로써 파들의 전파시간이 짧아지도록 자료를 변환시킨다(Fig. 1a). 송신원(x) 및 수진기(A, B)가 각각 지표 부근과 시추공에 배열되었을 때 먼 거리 마당 근사(far-field approximation)에 의해 구축하려는 자료의 그린함수(Green’s function)는 다음과 같이 구할 수 있다(Schuster, 2009).

(1)
Im[G(A|B)]kG(B|x)*G(A|x)dx,

여기서 G(A|B)는 송신원과 수진기가 각각 B와 A에 위치했을 때의 그린함수를 의미하고, Im,k및 위첨자 *는 각각 허수 성분, 파수 및 켤레를 의미한다.

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Fig. 1.

(a) Ray diagrams of correlation-type interferometry for reconstructing a virtual event that propagates from the virtual source B to receiver A. (b) (left) Actual shot gather and (right) reconstructed shot gather by applying correlation-type interferometry. The symbol ⊗ represents correlation.

교차상관과 반대로 곱말기는 파선경로를 이어주는 역할을 하므로 기존 자료를 보다 긴 전파시간을 가지는 자료로 변환시킨다(Fig. 2a). 교차상관과 마찬가지로 곱말기를 이용할 때 구축하려는 자료의 그린함수는 다음과 같이 표현된다.

(2)
G(A|B)-2ikG(x|B)G(x|A)dx.

실제 송신원을 이용하여 획득된 자료를 D(A|B)=W(ω)G(A|B)로 표현하면, 식 (1)식 (2)에 의해 교차상관 및 곱말기를 이용하여 구축된 자료는 각각 D(A|B)'=W(ω)*W(ω)G(A|B)D(A|B)'=W(ω)W(ω)G(A|B)로 표현될 수 있다. 여기서 ω는 각주파수를, W(ω)는 송신원 파형의 스펙트럼을 의미한다. Figs. 1b2b에서 보면 변환된 자료와 실제 탐사 자료의 진폭은 다르지만 전파시간은 일치함을 알 수 있다. 식 (1)식 (2)를 이용하여 변환된 자료를 역시간 구조보정에 이용할 때, 진폭의 차이가 결과에 큰 영향을 미치지 않으므로 이 연구에서는 별도로 곱풀기(deconvolution)를 적용하지 않았다.

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Fig. 2.

(a) Ray diagrams of convolution-type interferometry for reconstructing a virtual event that propagates from source B to the virtual receiver A. (b) (left) Actual shot gather and (right) reconstructed shot gather by applying convolution-type interferometry. The symbol * denotes convolution.

역시간 구조보정

이 연구에서는 지하구조 영상화 기술로 역시간 구조보정을 이용하였다. 역시간 구조보정은 경사층에 의한 경사 시간차 보정(dip moveout correction)이 필요 없으며 정확한 속도모델이 주어진다면 단층 등 급경사 구조에 대해서도 정확한 지하영상을 제공할 수 있다(Baysal et al., 1983; Farmer et al., 2009).

구조보정값(migration image)은 지하매질의 물성(속도, 밀도, 임피던스 등)에 대한 편미분 파동장과 현장 자료와의 영지연 교차상관으로 구할 수 있다(Shin et al., 2003).

(3)
ϕj=i=1nshot0TmaxuitmjTdi(t)dt,

여기서 ϕjj번째 모델 변수 mj에 대한 구조보정값, ui(t)i번째 송신원 파동장 벡터, ui(t)mjmj에 대한 편미분 파동장 벡터, di(t)는 현장 자료 벡터이며 , Tmax 및 위첨자 T는 각각 총 송신원수, 총 기록시간 및 벡터의 전치를 의미한다. 식 (3)을 주파수 영역으로 변환하면 다음과 같다.

(4)
ϕj=i=1nshot0ωmaxReu~iωmjTd~i*(ω)dω,

여기서 u~id~i는 각각 주파수 영역에서의 송신원 파동장 벡터와 현장 자료 벡터를 의미하며 Re는 복소수의 실수 부분을 의미한다.

식 (4)의 송신원 파동장은 주파수 영역에서 순 모델링(forward modeling)을 이용하여 구할 수 있다. 주파수 영역에서 모델링을 행렬 형태로 나타내면 다음과 같다(Pratt et al., 1998).

(5)
Su~i=f~i,

여기서 S는 모델링 연산자 행렬, f~ii번째 송신원 벡터를 의미한다. 식 (5)의 양변을 mj에 대해 편미분하고 정리하면 다음과 같다.

(6)
u~imj=S-1-Smju~i=S-1fiv,

여기서 fiv는 가상송신원이다. 식 (6)식 (4)에 대입하고 모델링 연산자 행렬 S를 대칭행렬이라고 가정하면 가상송신원과 현장 자료를 역전파시켜 얻은 파동장으로부터 역시간 구조보정 영상을 구할 수 있다.

(7)
ϕj=i=1nshot0ωmaxRe(fiv)TS-1d~i*ωdω.

지표 및 시추공을 이용한 탐사 방법의 장단점 비교 분석

육상 탄성파탐사는 송신원과 수진기의 위치에 따라 크게 지표 탄성파탐사와 시추공을 이용한 탐사로 나눌 수 있다. 지표 탄성파탐사 및 시추공을 이용한 탐사 방법의 장단점을 비교 분석하기 위해 지형변화 및 여러 가지 경사각의 단층구조를 포함한 6층 층서구조의 속도모델을 구축하였다(Fig. 3). 각 탐사 방법만으로 획득된 자료에서 얻은 지하구조의 정확도를 파악하기 위해 구축된 모델에 대해 음향파 모델링을 수행하여 SSP, VSP 및 SWP 합성자료를 생성하고 역시간 구조보정을 수행하였다(Fig. 4). SSP 탐사와 VSP 탐사에서는 40 m 간격으로 76개의 송신원을 지표에 배열하고, SWP 탐사에서는 20 m 간격으로 71개의 송신원을 시추공에 배열하였다. 수진기는 SSP, VSP 및 SWP 탐사에서 각각 10 m 간격으로 500개, 5 m 간격으로 300개, 5 m 간격으로 281개를 사용하였다.

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Fig. 3.

Models including faults with dips of (a) 30°, (b) 60°, and (c) 90°. (d) Background velocity model for RTM. The layer near a depth of 0 km indicates the surface.

Fig. 4에서 알 수 있듯이 탐사 자료가 충분할 때 SSP 탐사는 수평구조뿐만 아니라 수직구조 추정에도 높은 정확도를 가진다. 그러나, SSP 탐사는 경사가 작은 단층은 정확하게 규명할 수 있지만 경사가 심한 단층은 심도에 따라 해상도가 저하됨을 알 수 있다. 또한 송신원과 수진기 배열 양 끝부분에 놓인 수평구조는 규명하기 어렵다. 탐사 자료가 충분할 때 VSP 탐사는 수직구조 및 시추공 근처의 수평구조를 정확하게 규명할 수 있지만 커버리지가 좁은 단점이 있다. 특히 수진기보다 깊은 곳에 위치한 반사면의 커버리지가 더 좁아짐을 알 수 있다. 송신원, 수진기 배열과 규명가능한 커버리지의 관계를 알아보기 위해 송신원, 수진기가 일부 구간에 한정되어 있는 경우에 대해 VSP 합성자료를 생성하고 역시간 구조보정을 적용하였다(Fig. 5). 송신원이 시추공 가까이에 위치하면 시추공 근처의 수평구조는 규명할 수 있지만, 시추공에서 멀리 떨어진 구조, 특히 수평구조는 규명하기 어렵다. 송신원이 조사대상 반사면에 가까이 배열되면 단층 및 송신원 가까이에 위치한 수평구조를 규명할 수 있지만 수진기보다 깊은 곳의 해상도는 현저히 저하된다. SWP 탐사(Fig. 4)는 송신원 및 수진기가 모두 시추공에 배열되므로 수평구조는 규명이 어려우나 경사가 심한 구조는 규명할 수 있다. 또한 SWP 탐사는 SSP, VSP 탐사와 달리 추정된 지하구조가 시추공의 양쪽에 대칭으로 나타난다. 따라서 SWP 자료만으로는 단층의 정확한 위치를 파악하기 어려우며, 3차원 탐사를 이용하거나 SSP, VSP 등 다른 탐사 결과들을 복합 분석함으로써 문제를 해결할 수 있다.

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Fig. 4.

RTM images of (a, b, c) SSP, (d, e, f) VSP, and (g, h, i) SWP data for the models with fault dip angles of (a, d, g) 30°, (b, e, h) 60°, and (c, f, i) 90° as shown in Fig. 3. The model depicted in Fig. 3d is used as the background velocity model for RTM. The dashed red lines and solid blue lines indicate the locations of sources and receivers, respectively. The solid white line near 0 km depth indicates the surface.

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Fig. 5.

RTM images of VSP data when limited number of sources and receivers were used: (a) when the sources were close to the borehole, (b) when the sources were apart from the borehole, and (c) when a small number of receivers were used.

지진파 간섭법을 적용한 지하영상화

국내 육상 탐사의 경우, 지표면의 지형과 탐사 비용의 제한 등으로 인해 송신원이 일부 구간에 한정되어 있을 수 있으며, 이러한 경우를 가정하여 5층 층서구조의 속도모델(Fig. 6a)에 대해 SSP 합성자료를 생성하였다. 규명가능한 커버리지를 향상시키기 위해 교차상관 형태의 간섭법을 적용하여 송신원이 수진기 위치로 재배치되는(Fig. 7) 가상의 SSP 자료를 구축하였다. 지진파 간섭법으로 규명한 지하구조를 실제 SSP 자료만으로 규명한 결과와 비교 분석하였다. Fig. 6에서 볼 수 있듯이 지진파 간섭법을 적용하여 더 넓은 커버리지의 수평구조를 규명할 수 있다.

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Fig. 6.

(a) Synthetic model, and its RTM images obtained using (b) the actual SSP data and (c) both actual SSP and reconstructed SSP data. The dashed yellow line indicates the location of the redatumed sources. The receivers, actual sources, and virtual sources at the surface were located at an interval of 10 m between 0.805 and 5.745 km, 0.805 and 3.265 km, and 3.275 and 5.745 km, respectively.

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Fig. 7.

SSP to SSP transformation: Correlation-type interferometry generates the virtual primary reflection BC by correlating the multiple reflection ABC with the primary reflection AB.

수진기가 시추공에만 설치되어 있을 때를 가정하여 VSP 합성자료를 생성하였으며 이를 이용하여 지하구조를 영상화하였다(Fig. 8b). VSP 자료만으로는 규명가능한 커버리지에 제한이 있으므로 더 넓은 커버리지의 수평구조를 영상화하기 위해 각 탐사 방법의 장단점을 고려하여 교차상관 형태의 간섭법을 적용하였다. 이를 통해 시추공에 배열된 수진기를 지표로 재배치함으로써(Fig. 9) 가상의 SSP 자료를 구축하였다. 경사가 작은 구조는 실제 VSP 자료만으로는 시추공 근처의 구조만 규명할 수 있지만 지진파 간섭법을 이용하면 넓은 커버리지의 수평구조를 규명할 수 있다(Fig. 8).

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Fig. 8.

(a) Synthetic model, and its RTM images obtained using (b) the actual VSP data and (c) reconstructed SSP data. The actual receivers (solid blue line) were located at an interval of 5 m from the surface to a depth of 2.265 km. The actual sources (dashed red line) and virtual receivers (solid brown line) were distributed at an interval of 10 m between 0.805 km and 5.745 km.

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Fig. 9.

VSP to SSP transformation: Correlation-type interferometry generates the virtual primary reflection AB by correlating the multiple reflection ABC with the direct wave BC.

SSP 및 VSP 자료를 복합적으로 이용하는 경우에 대해 지진파 간섭법을 적용하고 전통적인 방법으로 얻은 지하구조와 비교 분석하였다(Fig. 10). SSP 자료만을 이용하는 경우, VSP 자료만을 이용하는 경우 및 SSP 자료와 VSP 자료를 동시에 이용하는 경우에 대해 각각의 자료를 이용하여 지하구조를 규명하였다. Fig. 10에서 알 수 있듯이 SSP 자료와 VSP 자료를 동시에 이용했을 때(Fig. 10d), SSP 자료와 VSP 자료를 단독으로 이용했을 때(Fig. 10b, 10c)보다 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 즉, 획득된 SSP 자료만을 이용했을 때 송신원과 수진기 사이에 놓인 수평구조는 분명하게 추정할 수 있지만 송신원과 수진기 배열 양 끝부분에 놓인 구조 규명에 제한이 있는 점과 VSP 자료만을 이용했을 때 경사가 심한 구조는 보다 분명하게 규명할 수 있지만 수진기보다 깊은 곳에 위치하는 반사면의 해상도가 저하되는 점이 보완되었다. SSP 자료와 VSP 자료를 이용할 때 단층으로 추정되는 구조가 확인되었으며 이 구조의 연장성을 확인하기 위해 지진파 간섭법을 적용하였다. 단층으로 추정되는 구조의 경사각 및 송신원과 수진기 위치를 고려하여 송신원을 시추공에 가까운 위치로 재배치하였다(Fig. 11). Fig. 10에서 알 수 있듯이 지진파 간섭법을 적용하여 더 넓은 커버리지의 수평(시추공 근처) 및 수직구조(단층)를 규명할 수 있다. Fig. 10e에서 시추공 근처의 일부 잡음(인위적인 반사면)은 공통의 파선경로를 갖지 않는 파들의 교차상관에 의해 생성된 것으로 추정된다.

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Fig. 10.

(a) Synthetic model and its RTM images obtained using (b) the actual SSP data, (c) actual VSP data, (d) both actual SSP and VSP data, and (e) actual SSP, VSP, and virtual VSP data simultaneously. The actual sources (dashed red line) and virtual sources (dashed yellow line) on the surface were located at an interval of 5 m between 0.5 km and 2 km, and between 2.005 km and 3.5 km, respectively. The receivers (solid blue line) for the SSP and VSP surveys were distributed at an interval of 5 m between 2.005 km and 3.5 km, and between a depth of 0.005 km and 1.5 km, respectively.

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Fig. 11.

Ray diagrams of correlation-type interferometry to reconstruct the virtual primary reflection BC by correlating the multiple reflection AC with the primary reflection AB.

역시간 구조보정이 속도모델의 정확도에 의해 영향을 받는다는 점을 고려하여 부정확한 속도모델을 이용할 때 지진파 간섭법으로 얻은 지하영상의 정확도를 분석하였다. 천부에 이상대(anomaly zone)가 존재하는 모델을 구축하고(Fig. 12a) VSP 합성자료를 생성하였으며, 이상대를 고려하지 않은 부정확한 속도모델(Fig. 12b)을 지하영상화에 사용하였다. VSP 탐사는 파가 지하로 전파하기 때문에 천부에 이상대가 존재할 때(즉, 파가 이상대를 지날 때) 부정확한 속도모델은 왜곡된 지하영상을 이끌어 낼 수 있다(Fig. 12c). VSP 자료를 이용하여 SSP 및 SWP 자료를 구축할 수 있지만 SSP 탐사는 송신원이 지표에 배열되므로 부정확한 속도모델의 영향을 받을 것이며, 또한 SSP 탐사는 경사가 큰 구조 규명에 제한이 있는 점을 고려하여 VSP 자료를 SWP 자료로 변환하였다. 교차상관 형태의 간섭법을 적용하여 송신원을 시추공으로 재배치함으로써(Fig. 1a) 단층대가 정확한 위치에 영상화되는 것을 확인하였다(Fig. 12d). VSP 탐사와 달리 SWP 탐사는 송신원 및 수진기가 모두 시추공에 배열되므로 지표 근처 속도모델의 정확도에 의해 영향을 받지 않는다. SWP 자료는 경사가 심한 구조에 대해 규명할 수 있지만 그 구조가 시추공의 양쪽에 대칭으로 나타나는 문제점이 있다. 이러한 문제는 실제 자료를 이용하여 얻은 지하구조를 참조하여 해석함으로써 해결할 수 있는데, Fig. 12c의 결과를 참조하면 반사면이 시추공의 오른쪽에만 위치한다는 것을 알 수 있다.

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Fig. 12.

(a) Synthetic model and (b) background velocity model used for RTM. RTM images were obtained using (c) the actual VSP data and (d) reconstructed SWP data. The actual sources (dashed red line) were located at an interval of 10 m between 0.25 km and 3.75 km. The actual receivers (solid blue line) and virtual sources (dashed yellow line) were distributed at an interval of 5 m, starting from the surface and to depth levels of 2.495 km and 2.38 km, respectively.

현장에서 획득된 자료는 수치 시뮬레이션을 통해 생성된 합성자료와 달리 잡음이 포함되며 이는 자료의 품질에 영향을 주는 요인 중 하나이다. 잡음이 존재할 때 지진파 간섭법의 적용 가능성을 분석하기 위해 SSP 자료(Fig. 13a)에 잡음을 추가하고(Fig. 13b) 지진파 간섭법을 적용하였다. 교차상관 형태의 간섭법은 공통의 파선경로를 제거할 수 있지만 공통의 파선경로를 갖지 않는 파들(첫 번째 반사면과 세 번째 반사면의 일차 반사파 등)의 교차상관에 의해 잡음으로 취급되는 인위적인 반사파가 생성될 수 있다. 전통적인 곱말기를 이용하는 간섭법은 파선경로를 이어주는 역할을 하여 겹반사파를 구축할 수 있지만 겹반사파를 이용하는 역시간 구조보정은 일차 반사파를 사용하며, 또한 불필요한 반사파에 의해 잡음이 발생될 수 있다(Lee and Pyun, 2018). 이에, 이 연구에서는 지표 위에 가상의 층(속도 2.5 km/s)을 추가하고 두 번의 곱말기를 통해 송신원과 수진기를 가상의 층으로 재배치하는(Fig. 14) 방식으로 반사파를 구축하였다. Fig. 13에서 알 수 있듯이 잡음으로 인해 확인이 어려웠던 반사파가 지진파 간섭법을 적용하여 식별될 수 있다. 이는 지진파 간섭법을 적용하여 자료를 구축할 때 중합을 통해 신호는 부각되고 무작위 잡음은 감소되기 때문이다. 곱말기를 한 번 적용하면 무작위 잡음에 가려진 반사파가 식별될 수 있지만 무작위 잡음으로 인해 또 다른 잡음(Fig. 13c의 가로줄)이 발생되며 이는 지하구조 영상화 결과에도 영향을 미친다(Fig. 15c). 실제 SSP 자료와 지진파 간섭법을 적용하여 규명된 지하영상에서 지진파 간섭법을 적용했을 때 단층구조가 더 분명하게 나타나는 것을 확인할 수 있다(Fig. 15).

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Fig. 13.

(a) Synthetic SSP shot gather without noise, (b) SSP shot gather contaminated with noise, and shot gathers reconstructed using convolution-type interferometry (c) once and (d) twice, respectively. The red arrows indicate the primary reflections.

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Fig. 14.

Ray diagrams of convolution-type interferometry for reconstructing a virtual event that propagates from the virtual source C to the virtual receiver D with twice convolutions: (a) The virtual primary reflection CA can be reconstructed by convolving the actual primary reflection BA with the virtual direct wave CB that propagates from the virtual source C to the actual source B, and (b) the virtual primary reflection CD can be reconstructed by convolving CA with the virtual direct wave DA.

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Fig. 15.

(a) Synthetic model, and its RTM images obtained using (b) actual SSP data contaminated with noise, and reconstructed data from (c) single and (d) double convolutions. The actual sources, actual receivers, virtual sources, and virtual receivers were distributed at an interval of 5 m between 0 km and 3 km. The red arrows indicate the artifacts caused by noise.

결 론

이 연구에서는 30°, 60°, 90° 경사각의 단층대를 포함한 6층 층서구조 속도모델에 대해 SSP, VSP, SWP 탐사 방법을 각각 적용할 때 규명가능한 지하구조의 특성을 분석하였다. 탐사 자료가 충분할 때 SSP 탐사는 넓은 커버리지의 수평구조를 규명할 수 있지만 송신원과 수진기 배열 양 끝에 가까운 수평구조 및 경사가 심한 구조 규명에 한계가 있고, VSP 탐사는 광역 지하구조 해석에 한계가 있지만 시추공 근처의 수평구조 및 수직구조는 비교적 정확하게 규명할 수 있으며, SWP 탐사는 경사가 심한 구조의 규명에 유리하다. 같은 양의 탐사 자료를 이용하여 더 많은 지하구조를 규명하기 위해 각 탐사 방법의 장점을 부각하고 단점을 보완할 수 있도록 지진파 간섭법을 적용하여 목표대상 분석에 필요한 자료를 구축하고 역시간 구조보정을 수행하였다. 일부 구간에만 배열된 송신원을 사용한 SSP 자료 및 넓은 범위의 송신원을 사용한 VSP 자료에 대해 지진파 간섭법을 적용하여 가상의 SSP 자료를 구축함으로써 더 넓은 커버리지의 지하구조를 규명하였다. SSP 자료와 VSP 자료를 복합적으로 이용할 때 각 탐사 방법의 단점이 보완되고 장점이 부각됨을 확인하였으며, 이 경우에도 지진파 간섭법을 적용하여 더 넓은 수평 및 수직구조를 규명할 수 있었다. 또한 VSP 자료로부터 SWP 자료를 구축하여 단층대를 정확하게 규명함으로써 지하영상화에서의 부정확한 속도모델의 영향을 피할 수 있었으며, SSP 자료에서 송신원과 수진기의 재배치를 통해 잡음의 영향을 줄일 수 있었다.

지진파 간섭법은 지형조건의 제약을 받지 않으며 단층을 포함한 지하구조 분석에 이용될 수 있으므로 기존 방법으로 규명이 어려운 지하구조나 숨겨진 단층 등을 규명하고자 할 때 활용될 수 있다. 또한 획득된 자료의 양이 적고 해상도가 낮아 이용가치가 떨어지는 자료에 대해 별도의 자료를 추가로 이용하지 않고도 의미 있는 지하구조를 규명할 수 있으므로 양질의 자료 획득을 위한 탐사 횟수를 절감하여 탐사 비용을 줄일 수 있을 것이다. 또한 실제 획득된 자료와 지진파 간섭법으로 구축된 자료에 대한 자료처리 결과를 비교 분석하여 자료처리 및 해석의 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

Acknowledgements

이 연구는 2019년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었습니다(No. 2017R1A2B4002031).

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