소형루프 전자탐사법을 이용한 매설물 탐지 및 지하 전기비저항 영상화

설순지 ( Soon Jee Seol ),송윤호 ( Yoon Ho Song ),조성준 ( Seong Jun Cho ),손정술 ( Jeong Sul Son ),정승환 ( Seung Hwan Chung ) 한국지구물리탐사학회 2002 지구물리와 물리탐사 Vol.5 No.4

화강암 석산 지역에서의 레이다 탐사의 적용

설순지 ( Soon Jee Seol ),김정호 ( Jung Ho Kim ),조성준 ( Seong Jun Cho ),이명종 ( Myeong Jong Yi ),정승환 ( Seung Hwan Chang ) 한국지구물리·물리탐사학회 2001 지구물리와 물리탐사 Vol.4 No.1

모서리 반응을 이용한 효과적인 Structure-Oriented Filter-Edge Preserving (SOF-EP) 기법

김보나,변중무,설순지,Kim, Bona,Byun, Joongmoo,Seol, Soon Jee 한국지구물리물리탐사학회 2017 지구물리와 물리탐사 Vol.20 No.3

탄성파 탐사 영상에 적절한 평활화 기법을 적용하게 되면 무작위 잡음이 제거되고 신호의 연속성이 증가되어 보다 정밀한 해석을 할 수 있다. 자료의 특성을 해치지 않으면서 효율적으로 탄성파 탐사자료를 평활화 하기 위해서 최근까지 활발하게 연구 및 사용되고 있는 방법 중 하나가 SOF-EP (Structure-Oriented Filter-Edge Preserving) 기법이다. 이 기법은 자료의 진폭이 큰 곳에서 작은 곳으로 확산되는 원리를 이용하며, 수평층과 같은 연속성이 있는 구조에서는 층을 따라 확산 혹은 평활화가 일어나게 해줌으로써 층 내의 연속성을 증가시키고 무작위 잡음을 제거하는 효과를 가져온다. 또한, 단층과 같은 불연속적인 주요 구조 경계에서의 확산 혹은 평활화를 막기 위하여 연속성 결정 인자를 설정함으로써 평활화 기법의 정밀성을 높일 수 있다. 하지만, 연속성 결정인자를 계산하기 위하여 사용되어 온 구조지향 닮음(structure-oriented semblance) 기법의 경우, 사용하는 필터의 크기나 자료의 양에 따라 많은 시간이 소요되기 때문에 효율성이 떨어지는 한계를 가진다. 이 연구에서는 먼저 SOF-EP 기법을 구현하고, 현장자료에 단계적으로 적용함으로써 그 효용성을 확인하였으며 다음으로 효율적으로 연속성 결정인자를 계산할 수 있는 모서리 반응 기법(corner response method)을 제안 및 적용하여 기존의 방법과 비교하였다. 그 결과 약 6000배 이상 계산 시간을 단축할 수 있음을 확인하였다. To interpret the seismic image precisely, random noises should be suppressed and the continuity of the image should be enhanced by using the appropriate smoothing techniques. Structure-Oriented Filter-Edge Preserving (SOF-EP) technique is one of the methods, that have been actively researched and used until now, to efficiently smooth seismic data while preserving the continuity of signal. This technique is based on the principle that diffusion occurs from large amplitude to small one. In a continuous structure such as a horizontal layer, diffusion or smoothing is operated along the layer, thereby increasing the continuity of layers and eliminating random noise. In addition, diffusion or smoothing across boundaries at discontinuous structures such as faults can be avoided by employing the continuity decision factor. Accordingly, the precision of the smoothing technique can be improved. However, in the case of the structure-oriented semblance technique, which has been used to calculate the continuity factor, it takes lots of time depending on the size of the filter and data. In this study, we first implemented the SOF-EP method and confirmed its effectiveness by applying it step by step to the field data. Next, we proposed and applied the corner response method which can efficiently calculate the continuity decision factor instead of structure-oriented semblance. As a result, we could confirm that the computation time can be reduced by about 6,000 times or more by applying the corner response method.

탄성파 탐사자료와 전자탐사자료를 이용한 저류층 물성 동시복합역산

유정민,변중무,설순지,Yu, Jeongmin,Byun, Joongmoo,Seol, Soon Jee 한국지구물리·물리탐사학회 2018 지구물리와 물리탐사 Vol.21 No.1

탄성파 역산은 유가스 집적이 가능한 구조의 탐지에 고해상도의 분해능을 가지는 반면, 인공송신원을 이용한 해양전자탐사 역산은 유가스의 직접적인 탐지가 가능하다. 이런 이종의 물리탐사자료를 함께 이용한 복합역산은 단일 역산의 불확실성을 줄일 수 있고, 각각의 탐사자료가 가지는 장점 또한 함께 이용할 수 있다. 이 연구에서는 암석물리모델을 이용하여 탄성파탐사자료와 전자탐사자료가 동시에 최적화 될 때의 저류층의 물성값을 추출할 수 있는 동시복합역산 알고리듬을 개발하였다. 상호구배(cross-gradient) 방법을 적용하여 구조적인 해상도를 향상시켰으며, 최대우도추정법을 이용한 상대 가중치를 적용하여 자료간의 균형을 조절하였다. 개발된 알고리듬을 단순한 고립 가스층 모델에 적용한 결과, 동시복합역산으로 고해상도의 저류층 물성 추출이 가능함을 확인하였다. 하지만 오일 저류층을 모사한 배사구조의 모델에서는 적용된 모델 가중 행렬에 따라 전혀 다른 결과를 획득할 수 있었다. 따라서, 기존의 알고리듬을 각각의 모델 변수에 적합한 모델 가중 행렬을 사용하도록 수정하여, 평활화 기법과 감쇠항 기법을 수포화율과 공극률에 각각 적용하였다. 개선된 알고리듬을 오일 저류층 모델에 다시 적용한 결과, 저류층의 공극률과 수포화율을 성공적으로 추출할 수 있었다. 개발한 복합역산 알고리듬을 이용하여 획득한 결과는 유가스전 저류층의 매장량 계산에 직접적인 정보로 사용될 수 있을 것이다. Seismic inversion is a high-resolution tool to delineate the subsurface structures which may contain oil or gas. On the other hand, marine controlled-source electromagnetic (mCSEM) inversion can be a direct tool to indicate hydrocarbon. Thus, the joint inversion using both EM and seismic data together not only reduces the uncertainties but also takes advantage of both data simultaneously. In this paper, we have developed a simultaneous joint inversion approach for the direct estimation of reservoir petrophysical parameters, by linking electromagnetic and seismic data through rock physics model. A cross-gradient constraint is used to enhance the resolution of the inversion image and the maximum likelihood principle is applied to the relative weighting factor which controls the balance between two disparate data. By applying the developed algorithm to the synthetic model simulating the simplified gas field, we could confirm that the high-resolution images of petrophysical parameters can be obtained. However, from the other test using the synthetic model simulating an anticline reservoir, we noticed that the joint inversion produced different images depending on the model constraint used. Therefore, we modified the algorithm which has different model weighting matrix depending on the type of model parameters. Smoothness constraint and Marquardt-Levenberg constraint were applied to the water-saturation and porosity, respectively. When the improved algorithm is applied to the anticline model again, reliable porosity and water-saturation of reservoir were obtained. The inversion results indicate that the developed joint inversion algorithm can be contributed to the calculation of the accurate oil and gas reserves directly.

2차원 중합전 일반화된-막 구조보정

변중무 ( Joong Moo Byun ),설순지 ( Soon Jee Seol ),송호철 ( Ho Cheol Song ) 한국지구물리탐사학회 2010 지구물리와 물리탐사 Vol.13 No.4

위상막 구조보정과 split-step Fourier 구조보정은 주파수-파수, 주파수-공간 영역에서 단방향 파동방정식을 이용하여 빠른 계산 속도로 수평적 속도변화를 고려할 수 있는 구조보정이다 일반화된-막(generalized-screen) 구조보정은 주파수-파수영역에서 수직전파를 가정하는 위의 두 구조보정파는 달리 수직전파를 가정하지 않고, 지수함수의 무한급수 전개를 이용한다. 또한 수직느리기항의 테일러 급수전개를 일반화하여 고차항을 추가함으로써 급격한 속도변화를 갖는 지하구조에서 넓은 각을로 전파하는 파동장에 대한 정확도를 향상시켰다. 이 논문은 다양한 경사와 급격한 속도변화를 포함하는 복잡한 지하구조를 효율적으로 보다 정확하게 영상화하기 위하여 2차원 일반화된 막 구조보정에 대하여 연구하였다. 일정한 미소변량(constant perturbation)을 갖는 매질과 SEGfEAGE 암염돔을 모사한 모텔에 대하여 일반화된-막 전파자와 위상막 전파자의 전파된 파동장을 비교한 결과, 일반화된-막 전파자가 파동장의 넓은각 전파에 대해 위상막 전파자보다 높은 정확도를 보였다. 또한 일반화된-막 전파자의 차수를 증가시킬수록 넓은 각으로 전파하는 파동장의 정확 도가 향상되었다. 콘 수평적 속도변화와 급경사를 갖는 모델과 SEGfEAGE 암염돔 합성 탄성파탐사 자료에 대하여 일반 호}된-악 구조보정과 위상막 구조보정을 적용한 결과, 일반화된-막 구조보정이 속도변화가 크고 급격한 경사를 갖는 반사면을 보다 정확한 위치에 뚜렷하게 영상화하였다. The phase-screen and the split-step Fourier migrations, which are implemented in both the frequencywavenumber and frequency-space domains by using one-way scalar wave equation, allow imaging in laterally heterogeneous media with less computing time and efficiency. The generalized-screen migration employs the series expansion of the exponential, unlike the phase-screen and the split-step Fourier migrations which assume the vertical propagation in frequency-wavenumber domain. In addition, since the generalized-screen migration generalizes the series expansion of the vertical slowness, it can utilize higher-order terms of that series expansion. As a result, the generalized-screen migration has higher accuracy in computing the propagation with wide angles than the phase-screen and split-step Fourier migrations for media with large and rapid lateral velocity variations. In this study, we developed a 2D prestack generalized-screen migration module for imaging a complex subsurface efficiently, which includes various dips and large lateral variations. We compared the generalized-screen propagator with the phase-screen propagator for a constant perturbation model and the SEG/EAGE salt dome model. The generalized-screen propagator was more accurate than the phase-screen propagator in computing the propagation with wide angles. Furthermore, the more the higher-order terms were added for the generalized-screen propagator, the more the accuracy was increased. Finally, we compared the results of the generalized- screen migration with those of the phase-screen migration for a model which included various dips and large lateral velocity variations and the synthetic data of the SEG/EAGE salt dome model. In the generalized-screen migration section, reflectors were positioned more accurately than in the phase-screen migration section.

완전파형역산결과를 구조적 제약 조건으로 이용한 고해상도 전자탐사 복합역산 알고리듬 개발

정수철 ( Soo Cheol Jeong ),설순지 ( Soon Jee Seol ),변중무 ( Joong Moo Byun ) 한국지구물리·물리탐사학회 2014 지구물리와 물리탐사 Vol.17 No.4

이종의 물리탐사자료를 이용한 복합역산은 단일 물리탐사자료를 이용한 역산과 비교시, 역산의 불확실성을 줄일수 있고, 두 탐사자료의 장점을 함께 이용할 수 있다. 탄성파탐사자료를 이용한 역산은 유가스가 집적될 수 있는 복잡한구조의 탐지에 유리한 장점을 가지지만 탄화수소의 직접적인 탐지에는 한계가 있다. 반면에, 인공송신원 해양전자탐사자료를 이용한 역산은 탄성파탐사자료를 이용한 역산결과에 비하여 해상도는 떨어지지만 유가스의 직접적인 탐지가 가능하다. 이 연구에서는 평면파를 이용한 완전파형역산을 통하여 획득한 고해상도의P파 속도모델을 cross-gradient 기법에 기반하여 구조적인 제약조건으로 사용하는 전자탐사 복합역산 알고리듬을 개발하였다. 개발된 알고리듬을 유가스전 탐사에 적용이 가능한지 확인하기 위하여, 가스층이 존재하는 단순구조의 모델과 배사구조에 오일저류층이 존재하는 모델의 합성탐사자료에 적용한 결과, 전자탐사자료만을 이용한 역산결과보다 복합역산을 이용한 결과가 보다 고해상도의 전기비저항분포의 파악이 가능함을 보여주었다. 이는 오일저류층의 정확한 매장 위치 추정과, 매장량 계산에 보다 정확한 정보를 제공해 줄 것으로 기대된다. Compared with the separated inversion of electromagnetic (EM) and seismic data, a joint inversion using bothEM and seismic data reduces the uncertainty and gives the opportunity to use the advantage of each data. Seismic fullwaveforminversion allows velocity information with high resolution in complicated subsurface. However, it is an indirectsurvey which finds the structure containing oil and gas. On the other hand, marine controlled-source EM (mCSEM)inversion can directly indicate the oil and gas using different EM properties of hydrocarbon with marine sediments andcap rocks whereas it has poor resolution than seismic method. In this paper, we have developed a joint EM inversionalgorithm using a cross-gradient technique. P-wave velocity structure obtained by full-waveform inversion using planewave encoding is used as structure constraints to calculate the cross-gradient term in the joint inversion. When the jointinversionalgorithm is applied to the synthetic data which are simulated for subsea reservoir exploration, images havebeen significantly improved over those obtained from separate EM inversion. The results indicate that the developed jointinversion scheme can be applied for detecting reservoir and calculating the accurate oil and gas reserves.

탄성파탐사와 전자탐사 자료의 복합역산 결과를 이용한효과적인 공극률 및 유체포화율의 추정

정수철 ( Soocheol Jeong ),설순지 ( Soon Jee Seol ),변중무 ( Joongmoon Byun ) 한국지구물리·물리탐사학회 2015 지구물리와 물리탐사 Vol.18 No.2

매장량의 평가에 직접적인 정보를 제공해주는 저류층 변수들인 공극률과 유체포화율은 물리탐사방법을 통해 직접적으로 획득이 가능한 탄성파 속도나 전기비저항의 물성값을 암석물리모델 구성법에 적용하여 추정이 가능하다. 따라서, 정확한 저류층 변수들의 추정을 위해서는 우선적으로 정확한 속도나 전기비저항과 같은 물성값들의 추정이 필요하다. 이종의 물리탐사자료를 이용한 복합역산은 단일 물리탐사자료를 이용한 역산과 비교시, 역산의 불확실성을 줄일 수 있고, 두 탐사자료의 장점을 함께 이용할 수 있기 때문에 단일물리탐사자료에 비하여 보다 신뢰성있는 물성정보를 추정할 수있다. 이 연구에서는 효율적인 공극률과 유체포화율의 분포를 추정하기 위하여, 탄성파탐사자료와 전자탐사자료의 복합역산을 통해서 지하의 속도 정보와 전기비저항 정보를 획득한 뒤, 이 두 물성을 모두 이용하여 암석물리모델을 구성하는과정이 포함 된 격자탐색법(grid-search)을 제안하였다. 오일저류층 모델의 합성자료에 적용한 결과, 보다 신뢰성 있는 저류층 변수들을 추정하였으며, 이는 오일저류층의 정확한 매장 위치 추정과, 매장량 계산에 보다 정확한 정보를 제공해 줄것으로 기대된다. Petrophysical parameters such as porosity and fluid saturation which provide useful information for reservoir characterization could be estimated by rock physics model (RPM) using seismic velocity and resistivity. Therefore, accurate P-wave velocity and resistivity information have to be obtained for successful estimation of the petrophysical parameters. Compared with the individual inversion of electromagnetic (EM) or seismic data, the joint inversion using both EM and seismic data together can reduce the uncertainty and gives the opportunity to use the advantages of each data. Thus, more reliable petrophysical properties could be estimated through the joint inversion. In this paper, for the successful estimation of petrophysical parameters, we proposed an effective method which applies a grid-search method to find the porosity and fluid saturation. The relations of porosity and fluid saturation with P-wave velocity and resistivity were expressed by using RPM and the improved resistivity distribution used to this study was obtained by joint inversion of seismic and EM data. When the proposed method was applied to the synthetic data which were simulated for subsea reservoir exploration, reliable petrophysical parameters were obtained. The results indicate that the proposed method can be applied for detecting a reservoir and calculating the accurate oil and gas reserves.

지표레이더(GPR) 탐사자료를 이용한 지하공동 분석 시 신뢰도 향상을 위한 영상처리기법의 활용

김보나 ( Bona Kim ),설순지 ( Soon Jee Seol ),변중무 ( Joongmoo Byun ) 한국지구물리·물리탐사학회 2017 지구물리와 물리탐사 Vol.20 No.2

최근 도심 내 지반침하 사고가 증가하면서 지하공동 분포의 정밀한 조사를 위하여 지표레이다 탐사가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 지표레이다 탐사 자료의 일반적인 해석은 기초적인 자료처리만 적용된 후, 주관적인 분석이 수행되기 때문에 해석 결과의 신뢰도 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 개선하기 위하여 이 연구에서는 영상처리 분야 기술 중에 하나인 모서리 탐지 기법을 지표레이다 탐사 자료의 공동 및 파이프와 같은 강력한 회절원에 의한 이벤트에 적용시켜 그 특성을 분석하였다. 분석을 위하여 공동 또는 매설관로 등에 대해 얻어진 지표레이다 탐사 현장자료에 영상처리 기술을 적용하였다. 그 결과, 모서리 탐지 기법을 이용하여 공동 또는 매설관로 등의 회절원에 의한 주요 이벤트들이 효과적으로 분리되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 급격한 경사를 가지며 기록되는 강력한 회절원에 의한 이벤트와 달리 지반침하를 일으키는 공동은 비교적 넓은 규모를 가지고 있어 완만한 경사 이벤트로 기록되기 때문에 진폭변화에 따른 방향성 분석을 통해 회절원에 의한 이벤트들과 효과적으로 분리할 수 있었다. 효과적으로 분리된 결과들을 바탕으로 해석을 수행하게 되면 지하공동 분석 시 신뢰도를 향상시킬 수 있을 것이라고 생각한다. 향후, 이러한 기법들이 많은 현장자료에 대해 검증을 거친다면 방대한 양의 지표레이다 탐사 자료 해석의 반자동화에도 기여할 수 있을 것이라고 기대된다. Recently, ground-penetrating radar (GPR) surveys have been actively carried out for precise subsurface void investigation because of the rapid increase of subsidence in urban areas. However, since the interpretation of GPR data was conducted based on the interpreter`s subjective decision after applying only the basic data processing, it can result in reliability problems. In this research, to solve these problems, we analyzed the difference between the events generated from subsurface voids and those of strong diffraction sources such as the buried pipeline by applying the edge detection technique, which is one of image processing technologies. For the analysis, we applied the image processing technology to the GRP field data containing events generated from the cavity or buried pipeline. As a result, the main events by the subsurface void or diffraction source were effectively separated using the edge detection technique. In addition, since subsurface voids associated with the subsidence has a relatively wide scale, it is recorded as a gentle slope event unlike the event caused by the strong diffraction source recorded with a sharp slope. Therefore, the directional analysis of amplitude variation in the image enabled us to effectively separate the events by the subsurface void from those by the diffraction source. Interpretation based on these kinds of objective analysis can improve the reliability. Moreover, if suggested techniques are verified to various GPR field data sets, these approaches can contribute to semiautomatic interpretation of large amount of GPR data.

GPU를 이용한 이방성 탄성 거꿀 참반사 보정의 계산가속

최형욱 ( Hyungwook Choi ),설순지 ( Soon Jee Seol ),변중무 ( Joongmoon Byun ) 한국지구물리·물리탐사학회 2015 지구물리와 물리탐사 Vol.18 No.2

탄성 거꿀 참반사 보정(elastic reverse-time migration)을 통해 물리적으로 의미가 있는 영상을 얻기 위해서는 탄성 파동방정식(elastic wave equation)을 통해 재구성된 벡터 파동장(reconstructed vector wavefield)으로부터 P파와 S파를분리하는 파분리 알고리듬이 필요하다. 그리고 이방성을 고려한 탄성 거꿀 참반사 보정으로의 확장을 위해서는 이방성을고려한 탄성 모델링 알고리듬 뿐만 아니라 이방성을 고려한 파분리가 필요하다. 이방성 탄성매질에서의 파분리는 등방성탄성매질에서 주로 이용하는 Helmholtz decomposition과는 달리 탄성매질의 수직 속도 및 이방성 계수에 따라 계산된 유사미분필터(pseudo-derivative filter)를 이용한다. 이 필터는 적용에 많은 계산이 필요하기 때문에 이 연구를 통해 많은 양의 병렬계산을 효율적으로 수행할 수 있는 GPU (Graphic Processing Unit)를 이용하여 이방성 파분리를 수행하는 알고리듬을 개발하였다. 또한 GPU를 이용해 파분리를 수행하는 알고리듬을 포함하고 MPI (Message-Passing Interface)를 이용하는 효율성 높은 이방성 탄성 거꿀 참반사 보정 알고리듬을 개발하였다. 개발된 알고리듬의 검증을 위해 Marmousi-II 탄성모델을 기초로 수직 횡등방성(vertically transversely isotropy; VTI) 탄성모델을 구축하여 수치모형 실험을 수행해 다성분 합성탄성파탐사자료를 생성하였다. 이 합성탄성파 자료에 개발된 이방성 탄성 거꿀 참반사 보정 알고리듬을 적용하여 GPU와 MPI를 효과적으로 이용한 계산속도 향상과 이방성 파분리에 의한 영상결과의 정확도 향상을 보여주었다. To yield physically meaningful images through elastic reverse-time migration, the wavefield separation which extracts P- and S-waves from reconstructed vector wavefields by using elastic wave equation is prerequisite. For expanding the application of the elastic reverse-time migration to anisotropic media, not only the anisotropic modelling algorithm but also the anisotropic wavefield separation is essential. The anisotropic wavefield separation which uses pseudo-derivative filters determined according to vertical velocities and anisotropic parameters of elastic media differs from the Helmholtz decomposition which is conventionally used for the isotropic wavefield separation. Since applying these pseudo-derivative filter consumes high computational costs, we have developed the efficient anisotropic wavefield separation algorithm which has capability of parallel computing by using GPUs (Graphic Processing Units). In addition, the highly efficient anisotropic elastic reverse-time migration algorithm using MPI (Message-Passing Interface) and incorporating the developed anisotropic wavefield separation algorithm with GPUs has been developed. To verify the efficiency and the validity of the developed anisotropic elastic reverse-time migration algorithm, a VTI elastic model based on Marmousi-II was built. A synthetic multicomponent seismic data set was created using this VTI elastic model. The computational speed of migration was dramatically enhanced by using GPUs and MPI and the accuracy of image was also improved because of the adoption of the anisotropic wavefield separation.

쌍극자 안테나를 고려한 3차원 지표레이다 탐사 모델링과 방사 패턴에 대한 고찰

최윤경 ( Yun Gyoung Choi ),설순지 ( Soon Jee Seol ),서정희 ( Jung Hee Suh ) 한국지구물리·물리탐사학회 2001 지구물리와 물리탐사 Vol.4 No.2