[논문]3차원 해저면 탄성파 탐사 자료에 대한 2차원/3차원 음향 전파형역산 비교

오주원; 노희찬; 박세은; 지형근; 김석한; 이향월

doi:10.7582/gge.2022.25.4.203

3차원 해저면 탄성파 탐사 자료에 대한 2차원/3차원 음향 전파형역산 비교
Comparison of the 2D/3D Acoustic Full-waveform Inversions of 3D Ocean-bottom Seismic Data 원문보기

지구물리와 물리탐사 = Geophysics and geophysical exploration, v.25 no.4, 2022년, pp.203 - 213

오주원 (전북대학교 자원에너지공학과) , 노희찬 (전북대학교 환경에너지융합학과) , 박세은 (전북대학교 환경에너지융합학과) , 지형근 (전북대학교 환경에너지융합학과) , 김석한 (전북대학교 환경에너지융합학과) , 이향월 (중원대학교 대학교육혁신센터)

초록
AI-Helper

탄성파 탐사 자료의 영상화를 통해 지층의 구조를 파악하기 위해서는 지하 매질의 탄성파 속도 정보가 필수적이다. 지하 매질의 속도를 추정하기 위해 전파형역산(Full waveform inversion) 기술이 주목을 받고 있지만 3차원 전파형역산은 방대한 컴퓨터 자원과 계산 시간이 요구된다. 본 연구에서는 3차원 음향 전파형역산과 2차원 음향 전파형역산의 계산 성능과 정확성을 비교하고, 회절각 필터링 기술을 이용한 주파수영역 2차원 전파형역산을 통해 2차원 근사의 한계점을 일부 보완할 수 있음을 확인한다. 큰 반사각도의 성분만을 이용하는 회절각 필터링 기술을 적용하여, 3차원 탐사자료를 통해 2차원으로 근사할 때 문제가 될 수 있는 2차원 단면을 벗어난 지역으로부터의 반사파의 영향을 줄이고, 3차원 전파형역산과 구조보정에 필요한 장파장 속도구조를 구축할 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

To understand an underlying geological structure via seismic imaging, the velocity information of the subsurface medium is crucial. Although the full-waveform inversion (FWI) method is considered useful for estimating subsurface velocity models, 3D FWI needs a lot-of computing power and time. Herein, we compare the calculation efficiency and accuracy of frequency-domain 2D and 3D acoustic FWIs. Thereafter, we demonstrate that the artifacts from 2D approximation can be partially suppressed via frequency-domain 2D FWI by employing diffraction angle filtering (DAF). By applying DAF, which employs only big reflection angle components, the impact of noise and out-of-plane reflections can be reduced. Additionally, it is anticipated that the DAF can create long-wavelength velocity structures for 3D FWI and migration.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. In-plane and out-of-plane reflections for the ideal 2D and real 3D cases, respectively (modified from Biondi, 2006).
그림 Fig. 2. Radiation patterns for a virtual source with different DAF modes. (a) Mode I (2, 0, 0.5), (b) Mode II (1, 1, 0.5), (c) Mode III (1, -1, 0.5), (d) Mode IV (1, 1, 0.25), and (e) Mode V (1, -1, 0.25). Note that the three weighting factors are stated in the following sequence: a₁, a₂, σ.
그림 Fig. 4. A typical shot- gather based on Volve data. The shot location is shown in Fig. 3b (red star). Among 16 ocean-bottom cables, the signals were only recorded by 7 cables that were near the source. The blue box indicates the ocean-bottom cable data obtained using the cable crossing the source location (blue line in Fig. 3b), which are used for 2D approximation.
그림 Fig. 3. (a) Location of Volve oilfield in the North Sea and (b) acquisition geometry of the 2010 3D ocean-bottom seismic survey data (modified from Shin et al., 2021). The red star and blue line indicate the source and receiver locations shown in Fig. 4, respectively.
그림 Fig. 5. Vertical slices of the tomographic 3D velocity models extracted along each cable line provided by Equinor. This 3D model is employed to create an initial model for full-waveform (FWI) and to assess the validity of inverted FWI models.
그림 Fig. 6. Vertical slices of the initial 3D velocity models extracted along each cable line.
그림 Fig. 7. Vertical slices of the gradient direction retrieved along each cable line in the first iteration of the 3D acoustic FWI.
그림 Fig. 8. Vertical slices of the inverted 3D velocity models extracted along each cable line after 3D acoustic analysis.
표 Table 1. FWI parameters in 2D and 3D acoustic FWI for Volve oilfield.
그림 Fig. 9. Gradient directions per cable line in the first iteration of the conventional 2D acoustic FWI.
그림 Fig. 10. Inverted velocity models per cable line derived from traditional 2D acoustic FWI.
표 Table 2. Comparison of elapsed times in frequency-domain acoustic FWI.
$Fig. 11. Gradient directions per cable line in the first iteration of a 2D acoustic full-waveform inversion with Mode IV of diffraction angle filtering (DAF).$ 그림 Fig. 11. Gradient directions per cable line in the first iteration of a 2D acoustic full-waveform inversion with Mode IV of diffraction angle filtering (DAF).
그림 Fig. 12. Inverted velocity models each cable line from a 2D acoustic FWI with Mode IV of DAF.
그림 Fig. 13. Various velocity models obtained from 2D and 3D acoustic FWI: (a) interpolated by 2D velocity models using traditional 2D FWI, (b) interpolated by 2D velocity models from 2D a FWI using Mode IV of DAF, and (c) velocity model from 3D acoustic FWI.

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