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논문 상세정보

거제 인근해역에서 측정된 중주파수 음향 해저면 반사 신호를 이용한 표층 해저면 두께 추정

Estimation of surficial sediment thickness using mid-frequency ocean acoustic bottom reflected signals measured in shallow water off Geoje island

초록

천해 환경에서 수평입사각에 따른 음향반사 신호 측정 실험을 2015년 10월 거제 인근 해역에서 실시하였다. 본 논문에서는 수평입사각 $9{\sim}14^{\circ}$ 범위에서 측정된 중주파수 4 ~ 8 kHz의 표층 해저면 반사 신호와 하부 퇴적층 반사신호의 도달시간 차이를 이용하여 표층 퇴적층의 두께를 역으로 추정하였다. 실험 해역의 지질 정보는 한국지질자원 연구원에서 제공한 실험 해역의 평균입도범위인 $8{\sim}10{\phi}$를 사용하였다. 두 다중경로의 도달시간 차이를 이용하여 추정한 표층 퇴적층의 두께는 4 ~ 7 m이며, 한국해양과학기술원이 제공한 실험 해역 인근의 천부지층탐사기를 이용한 하부 퇴적층 분석 결과와 비교하였다.

Abstract

Measurements of bottom loss as a function of grazing angle (in range of $9{\sim}14^{\circ}$) at a frequency range of 4 ~ 8 kHz were conducted on an experimental site off Geoje island in October 2015. Geoacoustic inversion of the surficial sediment thickness is performed using the arrival time difference between the surficial layer and the sub-bottom layer reflected signal. To invert the thickness of surficial sediment, we used the grain size of $8{\sim}10{\phi}$ obtained by KIGAM (Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources). The thickness of the surficial sediment was estimated to be 4 ~ 7 m. Finally, this inversion result was compared with the geoacoustic observation conducted by the KIOST (Korea Institute of Ocean Science & Technology) using sub-bottom profiler.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
음파전달
천해 해양횐경에서 음파전달은 어떻게 이루어지는가?
심해에 비해 해저면과 해수면의 영향을 많이 받으며

천해 해양환경에서는 심해에 비해 해저면과 해수면의 영향을 많이 받으며 복잡한 양상으로 음파전달이 이루어진다. 다층구조 퇴적층으로 구성된 환경에서 발생하는 하부퇴적층에 의한 다중 경로 특성은 수신 신호간의 간섭현상을 더욱 복잡하게 만드는 요 인이 될 수 있기 때문에 하부 퇴적층의 층 구조를 파악하는 것이 상당히 중요하다.

수중 음향을 이용 한 퇴적층 구조 및 물리적 특성 역산 연구
수중 음향을 이용 한 퇴적층 구조 및 물리적 특성 역산 연구가 필요한 이유는?
해양 퇴적층 구조를 파악하기 위해 퇴적 샘플을 직접 탐사하는 방법은 인적/물적 비용이 크게 소모되는 단점이 있기 때문

특히 중주파수 및 저주파수 대역의 소나를 운용할 때에는 고주파수 대역에 비해 해저면 하부로 투과되는 음파 에너지의 양이 증가하기 때문에 하부퇴적층에 대하여 충분하게 고려해야한다. 해양 퇴적층 구조를 파악하기 위해 퇴적 샘플을 직접 탐사하는 방법은 인적/물적 비용이 크게 소모되는 단점이 있기 때문에, 음향을 이용한 원격 탐사 방법으로 퇴적층 구조를 역추정하는 연구가 필요하다. 따라서 천해에서 수중 음향을 이용 한 퇴적층 구조 및 물리적 특성 역산 연구는 국내·외 에서 다양한 방법으로 연구가 진행되었다.

하부 퇴적층의 층 구조를 파악
하부 퇴적층의 층 구조를 파악하는 것이 중요한 이유는?
다층구조 퇴적층으로 구성된 환경에서 발생하는 하부퇴적층에 의한 다중 경로 특성은 수신 신호간의 간섭현상을 더욱 복잡하게 만드는 요 인이 될 수 있기 때문

천해 해양환경에서는 심해에 비해 해저면과 해수면의 영향을 많이 받으며 복잡한 양상으로 음파전달이 이루어진다. 다층구조 퇴적층으로 구성된 환경에서 발생하는 하부퇴적층에 의한 다중 경로 특성은 수신 신호간의 간섭현상을 더욱 복잡하게 만드는 요 인이 될 수 있기 때문에 하부 퇴적층의 층 구조를 파악하는 것이 상당히 중요하다. 특히 중주파수 및 저주파수 대역의 소나를 운용할 때에는 고주파수 대역에 비해 해저면 하부로 투과되는 음파 에너지의 양이 증가하기 때문에 하부퇴적층에 대하여 충분하게 고려해야한다.

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참고문헌 (8)

  1. 1. J. W. Choi, P. H. Dahl, and J. A. Goff, "Obserbation of the R reflector and sediment interface reflection at the Shallow Water '06 Central Site," J. Acoust. Soc. Am. 124, 128-134 (2008). 
  2. 2. J. W. Choi and P. H. Dahl, "Mid-to-high-frequency bottom loss in the East China Sea," J. Acoust. Soc. Am. 29, 980-987 (2004). 
  3. 3. C. H. Harrison, "Sub-bottom profiling using ocean ambient noise," J. Acoust. Soc. Am. 115, 1505-1515 (2004). 
  4. 4. C. W. Holland and J. Osler, "High-resolution geoacoustic inversion in shallow water: A joint time- and frequencydomain rechnique," J. Acoust. Soc. Am. 107, 1263-1279 (2000). 
  5. 5. J. Dettmer and S. E. Dosso, "Full wave-field reflection coefficient inversion," J. Acousti. Soc. Am. 122, 3327-3337 (2007). 
  6. 6. J. Yang, D. R. Jackson, and D. Tang, "Mid-frequency geoacoustic inversion using bottom loss data from the Shallow Water 2006 Experiment," J. Acoust. Soc. Am. 131, 1711-1721 (2012). 
  7. 7. Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, https://mgeo.kigam.re.kr/map/map.jsp?modemarine_mean, 1989. 
  8. 8. D. C. Kim, G. Y. Kim, H. I. Yi, Y. K. Seo, G. S. Lee, J. H. Jung, and J. C. Kim, "Geoacoustic provinces of the South Sea shelf off Korea," Quaternary International 263, 139-147 (2012). 

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