양산 충적퇴적층 지역의 천부지질조사를 위한 S파 반사법 탐사

신성렬,김진욱,옥수종,한원태,이용조,이창원 한국자원공학회 2010 한국자원공학회지 Vol.47 No.5

This paper illustrates the feasibility of using S-wave reflection method for mapping of near-subsurface geologic structure. Numerical modeling method was tested for the horizontal two layered model using P-wave reflection method and S-wave reflection method. Synthetic seismograms of P-wave reflection model were difficult to produce due to its long wavelength and dominated surface waves. However, the S-wave reflection method provided a very simple synthetic seismogram. High-resolution S-wave reflection method was carried out at the area of the Yangsan alluvial area. The aim of this method was to detect and map geological structure and bedrock for the design of civil structures. Stacked section was achieved with improved image of near-subsurface structure using S-wave reflection method. SH-wave was generated by impacting an excavator. Seismic reflection data was recorded using a 24-channel seismograph. Comparison between the stacked section and section of borehore near the survey area shows good correction. S-wave reflection method is very effective in imaging geological interface. S-wave reflection method can be essential for the higher resolution images. 본 논문에서는 S파 음원을 이용한 반사법 탐사의 천부지질조사에 대한 적합성을 검토하였다. 먼저 탄성파 수치모델링으로 P파 및 S파 음원에 대한 반사법 탐사 자료를 획득하였다. 합성탄성파 기록에서 P파 반사법은 긴 파장과 표면파로 인하여 반사파 이벤트가 잘 구분되지 않은 반면 S파 반사법에서는 보다 명료한 이벤트를 확인할 수 있었다. 수치모델링 자료에 대한 분석을 거쳐 양산 충적퇴적층 지역에서 S파 음원을 이용한 반사법탐사를 수행하였다. 24채널의 탄성파 탐사기가 사용되었으며 굴삭기를 이용하여 SH파를 발생시켰다. 연구결과의 신뢰성을 확보하기 위하여 4개 공에 대한 시추조사를 병행하였다. 반사법 탐사 자료의 전산처리 결과 시추자료와 부합하는 고해상도의 반사단면을 획득하였다. BH-2, BH-3의 시추자료에서 기반암의 심도는 각각 47 m, 38 m이었다. 두 개의 시추공에 인접한 탐사 측선의 최종 중합단면도에서는 각각 45~50 m, 37~42 m 지점에서 기반암의 강한 반사파 이벤트를 확인할 수 있었다. S파 반사법 탐사는 기반암의 경계면과 지질구조를 정밀하고 높은 해상도로 영상화시키므로 천부지질조사에서 유용하게 쓰일 수 있을 것이다.

최신 물리탐사 연구동향 분석: 탄성파탐사 중심으로

신성렬,김대철,정서제,이다운,정우근 한국자원공학회 2021 한국자원공학회지 Vol.58 No.5

Geophysical exploration, which is used in energy resource exploration, has evolved into a radically developed technology, and is rapidly changing the 4th industry landscape. Recently, extensive research using artificial intelligence (AI) has been conducted, and digital transformation is underway in the energy resource industry. In this study, the overall research trends of the latest geophysical explorations were analyzed with a focus on seismic exploration. A few examples of AI technologies used in seismic exploration have been introduced. For the analysis of the research trends, the papers published in domestic and international journals related to geophysical exploration were analyzed according to the exploration method, year, and keyword. The R programming language was used for the analysis. The results showed that the most actively performed studies on seismic exploration utilized geophysical exploration methods and within each method a study on inversion was included. Amongst the studies related to seismic exploration, the usage of AI technology has been prevalent within the various subject matters, such as inversion, signal processing, interpolation, and interpretation. 에너지자원 탐사에서 활발하게 활용되고 있는 물리탐사는 기술이 급진적으로 발전하였으며, 4차산업 속에서 급변하고 있다. 최근에 각광 받고 있는 인공지능 기술을 활용한 연구가 활발하게 수행되고 있으며, 에너지자원 산업에서 디지털 전환이 진행되고 있다. 본 총설에서는 탄성파탐사를 중심으로 최신 물리탐사에 대한 전반적인 연구동향을 분석하였으며, 탄성파탐사에 활용되고 있는 인공지능 기술의 사례를 소개하였다. 연구동향 분석을 위하여 물리탐사 관련 국내 및 국외 학술지에게재된 논문을 탐사방법, 연도, 키워드에 따라 분석하였고 분석방법으로 R 프로그램을 활용하였다. 분석결과, 물리탐사 방법 중에 탄성파탐사에 관한 연구가 가장 활발하게 수행되었으며, 각 탐사에서 공통적으로 역산에 관한 연구가 활발하게 수행되었다. 탄성파탐사 관련 연구에서 인공지능기술을 활용한 연구에 대해서 분석한 결과, 역산, 신호처리, 보간법, 해석 등 다양한 분야에서 인공지능 기술이 활용되었다.

SBP탐사를 이용한 사석분포 Mapping

신성렬,김찬수,여은민,김영준,하희상 한국자원공학회 2006 한국자원공학회지 Vol.43 No.3

Sub-Bottom Profilers(SBP) survey has been used extensively for mapping of basement in the foundation design of offshore structure, for pre- and post-dredging operations within harbors and channels, for selection of pipeline routes, sitting of drilling platforms, and in the exploration for an aggregates such as sands and gravels. During the construction of Sihwa embankment for irrigation water, a lot of riprap was swept away by the tide, so that breaking of an embankment unfortunately occurred and riprap was widely dispersed. In order to investigate the distribution of the lost riprap for construction of the tidal-powered electric plant in Siwha embankment, we applied SBP survey. We could successfully extract information about the distribution of the lost riprap from the acoustic reflection characteristics of the sediments in SBP data set. We demonstrated the variation of reflection amplitude versus the sediments with and/or without riprap by means of the numerical modeling of acoustic wave equation using finite difference method. Also we examined an amplitude anomaly of the ripraped area through the physical modeling. Sub-Bottom Profilers(SBP) 탐사는 해양구조물의 기초설계에 있어서 기반암 조사, 항구나 수로의 준설작업, 파이프라인 공사, 시추선의 고정위치, 모래와 자갈과 같은 골재조사에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 조력발전소 건설을 위한 사전 부지조사를 목적으로 과거 시화호 방조제를 건설하는 동안 태풍과 조류에 의해 방조제가 무너졌고 방조제에 쌓여있던 많은 사석들이 유실 매몰되었다. 이 사석들의 분포를 파악하기 위해서 SBP 탐사를 실시하였다. 탐사결과 SBP 자료의 퇴적층에 대한 탄성파 진폭특성으로부터 유실된 사석 분포에 대한 정보를 성공적으로 획득하였다. 탐사자료의 해석에서 가장 중요한 개념인 진폭특성 및 진폭이상은 유한차분법을 이용한 음향파동방적식의 수치모형실험과 탄성파 축소모형실험을 통하여, 유실된 사석이 있는 경우와 없는 경우의 퇴적층에 대한 반사파의 진폭변화를 입증하였다.

국내․ 외 탄성파 축소모형 실험의 연구동향과 전망

신성렬,임채현,정우근,김대철,하지호 한국자원공학회 2017 한국자원공학회지 Vol.54 No.2

Seismic physical modeling has been used to test seismic survey technologies by analyzing the response of seismic amplitude. International studies on the R&D trend of seismic physical modeling have been performed. However, domestic studies on the R&D trend and prospect of seismic physical modeling have not been performed. Therefore, in this study, seismic physical modeling papers about 30years were investigated to understand the R&D trend of papers classified by theme, year, etc. According to the analysis results, the theme of domestic papers is limited than that of international papers. Also, the number of domestic papers published annually shows poor continuity. Prospecting the following seismic physical modeling with analysis results, the prospect will be expanded to various studies, such as the anisotropic characteristics using a complex anisotropic structural model, waveform inversion and migration for data processing of complex geological structure, various survey methods conducted seismic physical modeling. 탄성파 축소모형 실험은 탄성파 진폭 등의 반응을 분석함으로써 관련 기술에 대한 실험 및 검증에 이용되어왔다. 국외의 경우 탄성파 축소모형 실험의 연구동향에 대한 연구가 수행되었지만 국내의 경우 탄성파 축소모형 실험의 연구동향 및 전망에 관한 연구는 수행되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 약 30년간(1982 ~ 2015년) 수행된 국내·외탄성파 축소모형 실험을 다룬 연구논문을 조사하고 테마 별, 연도별 등으로 분류하여 연구동향을 파악하였다. 분석결과, 국내의 경우 국외에 비해 연구테마가 제한적이었으며, 연간 게재 수에 따른 연속성도 매우 떨어짐을 알 수 있었다. 분석결과에 따라 향후 탄성파 축소모형 실험을 전망했을 때 복잡한 이방성 구조를 가진 모델을 이용한 이방성 특성연구, 복잡한 지질구조의 자료처리를 위한 구조보정과 파형역산, 다양한 탐사 방법에 관한 연구가 탄성파 축소모형과접목되어 수행될 것으로 판단된다.

천해저용 음원 및 고분해능 탄성파탐사 시스템 개발과 현장적용

신성렬,김영준 한국자원공학회 2005 한국자원공학회지 Vol.42 No.5

We have developed a high-resolution multichannel seismic data acquisition system and a shallow marine seismic source. Our source system is easy to operate and handle, because we use piezoelectric transducer of high electrical power. The number of transducers in our source system can be easily determined to maximize field applicability according to water depth, survey condition and purpose. For the recording system, we used 24 bits and 8 channel high speed A/D board. Therefore, we could achieve the improvement of data quality and the efficiency of data acquisition. We tested our developed system by changing data acquisition parameters such as source-receiver arrangement, offset, and the number of the transducer. We decided an optimal data acquisition parameter by comparing several acquired seismic data with each other. We applied predictive deconvolution, swell filtering, and band-pass filtering technique to the obtained seismic data, thereby improving the data quality and image resolution 본 연구에서는 고전압을 이용한 압전 트랜스듀서(transducer)를 이용하여 탐사 장소, 수심 및 목적에 따라 다르게 사용할 수 있고 운용 및 이동이 편리한 천해저용 탄성파 음원을 제작하였다. 고분해능을 구현하기 위하여 24 bits A/D 변환기를 사용하였고, 채널이 총 8개인 다중채널 탄성파 기록장치를 제작하여 자료취득 과정에 있어서 효율성을 높이면서 자료의 품질을 향상시켰다. 개발된 시스템의 현장 적용성을 검증하기 위하여 자료취득변수 중 음원과 수신기 사이의 기하학적 배치와 이격거리를 달리하여 탐사를 수행하였고, 또한 현장여건과 탐사 목적의 적합성 검토의 일환으로 수심과 음원 트랜스듀서의 개수를 다양하게 변화시키면서 자료를 취득하였다. 여러 가지 자료취득 매개변수를 변화하여 취득한 탐사자료의 비교 분석을 통하여 본 시스템의 최적화된 자료취득 매개변수를 제시하였다. 마지막으로 천해저 탐사 자료에 필요한 전산 처리 과정인 디콘볼루션, 너울 필터 및 대역 필터링을 적용하여 자료의 해상도 및 품질을 향상시켰다.

GPR 및 단일채널 탄성파탐사에 의한 터널라이닝 배명공동 조사

신성렬,조철현,신창수,양승진,장원일 한국구조물진단유지관리공학회 1998 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.2 No.4

3차원 탄성파탐사 축소모형실험을 이용한 가스하이드레이트의 지구물리학적 특성 연구

신성렬,박근필,이호영,여은민,김찬수,김영준 한국자원공학회 2006 한국자원공학회지 Vol.43 No.3

We carried out physical modeling experiment to analyze seismic properties on gas hydrate with seismic field data acquired in the East sea in 1998. We developed the seismic physical modeling system which simulates an environment of deep sea, and acquired the seismic data for the various source-receiver geometry with a multi- channel seismic survey and deep tow survey. The results of this study showed that the seismic properties of the modeling material agree with the seismic velocities estimated from traveltimes of reflection events. We could also confirm the high amplitude and the phase reversal of reflections at the interface between gas hydrate and free gas called BSR(Bottom Simulating Reflector) which is the evidence for existence of gas hydrate in seismic reflection data. In the reflection strength profile which is generated by seismic complex analysis for the physical modeling data at common shot gather, we could easily observe the amplitude variation corresponding to offset distance. Also the reflection coefficients acquired from the physical modeling were very well consistent with the reflection coefficients obtained by Shuey’s equation for AVO analysis. 본 연구에서는 한반도 동해 지역의 해양 탄성파 탐사자료 처리 및 해석결과를 근거로 하여 가스 하이드레이트의 탄성파 탐사자료의 특성, 지층 정보 및 속도를 규명하기 위해서 탄성파 축소모형실험을 실시하였다. 아크릴, ABS 그리고 PE수지를 이용하여 심해 가스 하이드레이트 부존 환경의 수평 지층모델을 가정한 모형을 제작하고 탄성파 축소모형실험을 통하여 통상적인 다중채널 탄성파 탐사와 deep tow(수진기 및 음원-수진기) 탐사자료를 획득하였으며 획득한 자료를 이용하여 탄성파 복소분석을 수행하고 입사각에 따른 반사계수의 변화를 확인하였다. 탄성파 축소모형실험 결과, 실험에 사용한 재료의 탄성파 특성이 반사 이벤트의 주시로부터 계산된 탄성파 속도와 일치하였으며, 축소모형실험을 통하여 획득한 탄성파 자료에서 가스 하이드레이트의 부존 증거인 BSR (Bottom Simulating Reflector)과 같이 가스 하이드레이트층과 자유 가스(free gas)층 사이의 경계면에서 큰 진폭의 반사파와 위상역전 현상을 관찰할 수 있었다. 그리고 축소모형실험을 통하여 획득한 자료에 탄성파 복소분석을 적용한 결과 음원과 수진기 거리 변화에 따른 진폭의 변화를 확인하였으며 축소모형실험을 통하여 획득한 반사계수가 Shuey(1985)의 근사식에 의해 구해진 반사계수와 거의 일치하였다.

適應 差減法을 利用한 單一채널 海洋彈性波 探査 資料의反響波 除去

신성렬,이정환 한국자원공학회 2004 한국자원공학회지 Vol.41 No.5

We studied on reverberation removal using periodicity and amplitude characteristics of the primary wave and its reverberations in the time domain. Attenuation factor and reflection coefficients were estimated by using the simulated annealing method from direct and primary waves. Predicted reverberation was computed with inversed parameters and source wavelet, which was used to estimate reverberation on a trace via the adaptive technique. Our algorithm was successfully applied to 1-D convolutional modeling data and finite difference modeling data based on the acoustic wave equation. In field data application, our technique was very effective and successful in the reverberation removal and improved the seismic data quality. Our algorithm, the adaptive subtraction method, will contribute to the study on the seismic data processing to enhance signal and improve data quality in the time domain. 본 연구에서는 시간영역에서 일차반사파와 반향파의 주기성 및 진폭특성을 이용한 반향파 제거 알고리즘을 개발하였다. 일차반사파와 반향파의 진폭변화 특성 인자를 지구통계학적인 SA법(Simulated Annealing Method)을 이용하여 계산하고 직접파와 진폭 변화 특성 인자로부터 예측 반향파를 만들어 실제 반향파를 차감하는 과정으로 자료처리가 이루어졌다. 본 연구에서 개발된 적응 차감법 알고리즘을 1-D Convolutional Modeling을 이용하여 얻은 수치자료에 적용한 결과 반향파가 매우 효과적으로 제거됨을 확인하였다. 현장자료 적용 전단계로서 음향파동방정식에 기초한 유한차분법 모델링 자료에 본 알고리즘을 적용하여 반향파가 상당히 제거됨을 확인하였고, 마지막으로 현장자료에 대해서도 반향파를 효과적으로 제거하여 탐사자료의 질을 향상시킴으로써 본 알고리즘의 타당성을 입증하였다. 본 연구에서 제시된 알고리즘인 적응 차감법은 시간영역에서의 반향파 제거 등 탄성파탐사 자료처리에 관한 연구에 있어 큰 도움이 될 것으로 판단된다.

터널 콘크리트 構造物의 安全診斷을 위한 衝擊反響 法 實驗

辛誠烈,李成民,張元一 한국해양대학교 해양과학기술연구소 2000 硏究論文集 Vol.9 No.2

터널 유지관리에서 안전진단과 시공 중 품질관리에서 터널라이닝 배면공동 존재 여부는 안전과 관련하여 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 구조물의 두께 및 결함을 탐지할 목적으로 판형 콘크리트 모형을 제작하여 일축 및 3축 가속도계를 사용한 충격반향법 실험을 하였으며, 충격반향법으로 추정된 두께와 실제두께는 서로 잘 일치하였다. 시간 및 주파수 영역에서 가속도계의 종류 및 측정성분에 따른 진폭 및 위상의 특성과 심도 추정의 정확도에 대하여 분석하였고, 심도전환 자료처리 과정을 통하여 결함의 심도를 나타내었다. 본 방법의 현장적용에서는 지하철 터널의 철근콘크리트 라이닝 배면에 있는 결함의 심도 및 위치가 명확하게 나타났다. Determining the thickness of concrete lining and detecting of the cavity where is located behind tunnel lining plays an important role in the safety diagnosis of tunnel structure and the quality control during the construction. In this study, we made use of Impact-Eeho method with single-axis and triaxial accelerometer in order to find the cavity or flaw. The thickness estimated by this method was good agreement with the thickness of concrete plate model. According to the use of single and multi-component accelerometer, we studied the characteristic of power spectrum and phase angle in frequency domain and examined the accuracy of the estimated thickness. In the field application, the method can clearly show the location and depth of the cavity in the reinforced concrete lining of subway tunnel.

해양물리탐사기술 소개 및 적용사례

신성렬,정우근,하지호,고휘경 한국자원공학회 2013 한국자원공학회지 Vol.50 No.4

Recently, marine geophysical exploration technique is widely applied to earth resources exploration for oil and gas as well as offshore plant installation and civil engineering design. Marine exploration technique is classified into the seafloor mapping and the geological survey. Each exploration technique is applied according to survey purposes and we can use multi-beam echo-sounder for seafloor survey and seabed sampling for sediments properties. Marine geophysical data should be compared with offshore drilling data or sea floor sampling, which is essential for the accurate data interpretation of high quality. However marine geophysical exploration for offshore development is conducted more or less in Korea, there are many constraints in industry and marine environments. To overcome this constraints, it is necessary to develop a new technology for data acquisition, a various analysis and interpretation technique, and field application. 최근 해양물리탐사는 전통적인 역할인 석유 및 천연가스의 자원탐사에만 국한되지 않고, 해양플랜트의 설치와 운용, 해양 토목공사의 설계를 위한 엔지니어링탐사에 활용되고 있다. 해양물리탐사는 멀티빔 에코사운더를 이용한 해저지형조사 및 해저퇴적물 샘플링을 이용하여 해저면 특성을 확인하는 탐사와 해저지층을 파악하기 위한 조사로 구분할 수 있으며, 각각은 탐사 목적과 특성에 따라 적용한다. 해양물리탐사는 광역적이지만 간접적으로 특성을 확인하는 지구물리탐사와 직접적이지만 국소적으로 특성을 파악하는 저질조사, 시추조사 등이 서로 상호보완적으로 이뤄진다. 국내에서는 해양 개발을 위한 해양물리탐사에 대한 연구가 진행되고 있지만 산업 환경 및 연구 여건 상 제약 조건이 많다. 이러한 제약조건을 극복하기 위하여 자료취득에서는 신기술 적용을 통하여 고해상 자료를 취득하고, 탐사자료의 정밀한 분석기술 개발이 필요할 것이며, 또한 이를 적절하게 활용할 수 있는 방안을 모색해야 할 것이다.