KR101614138B1 - Method for 3-dimensional moment tensor inversion by dividing modeling region - Google Patents

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조창수
선창국
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Abstract

The present invention relates to a method for moment tensor inversion used for identifying the direction of a fault when an earthquake occurs. According to the present invention, in a method for moment tensor inversion used for copying a waveform in a mid- or large-scale earthquake and the epicenter occurring in case of hydraulic fracturing in the field of seismology studies, to settle the issues of the methods of moment tensor inversion of the conventional technologies where there was a limit, wherein it was necessary to suppose a first-dimensional model and obtain an interpretational answer to reduce the calculation time for inversion of moment tensor waveform and a great calculation time and economic costs were required when a three-dimensional model is applied to overcome those issues, without needing to perform an inversion for the entire three-dimensional model, calculation is conducted by dividing the entire area of the three-dimensional model between a source and geophone, and a perfectly matched layer (PML) is applied to a time region three-dimensional viscoelastic finite-difference method to remarkably reduce the calculation time and costs.

Description

모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법{Method for 3-dimensional moment tensor inversion by dividing modeling region} A three-dimensional moment tensor inversion method using a modeling domain decomposition method

본 발명은 지진발생시 단층의 방향을 파악하기 위하여 사용되는 모멘트 텐서 역산(moment tensor inversion)기법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 지진학 연구 분야에서 중규모 이상의 지진에 대한 파형 모사 및 수압파쇄시 발생하는 진원의 모사를 위해 사용되는 종래의 모멘트 텐서 역산기법은 모멘트 텐서 파형 역산시 많은 시간이 걸리는 단점이 있었던 문제를 개선하기 위해, 계산시간을 감소할 수 있도록 구성되는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법에 관한 것이다. The present invention relates to a moment tensor inversion technique used for grasping the direction of a fault in an earthquake. More particularly, the present invention relates to a moment tensor inversion technique used in earthquake research, The conventional moment tensor inversion method used for the simulation of the moment tensor waveform inversion has a disadvantage in that it takes much time to inverse the moment tensor waveform. In order to solve the problem that the calculation time is reduced, the three-dimensional moment tensor inversion ≪ / RTI >

또한, 본 발명은, 계산시간을 줄이기 위해 1차원적인 모형을 가정하여 해석적인 해를 구해야 했던 종래기술의 제약을 극복하기 위하여 3차원 모형에 대한 파형 모사를 이용한 모멘트 역산 기법을 적용하면, 3차원 모형 파형을 모사하기 위해 많은 계산시간과 경제적 비용이 요구되는 문제가 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산 기법들의 단점을 해소하기 위해, 전체 영역을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하고, 시간영역 3차원 점탄성 유한차분법에 PML(perfectly matched layer)을 적용함으로써, 계산시간 및 비용을 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법에 관한 것이다.
In order to overcome the limitations of the prior art, in which the analytical solution has to be obtained assuming a one-dimensional model in order to reduce the calculation time, the present invention adopts a moment inversion technique using waveform simulation for a three- In order to overcome the disadvantages of the conventional moment tensor inversion techniques which require a lot of computation time and economic cost to simulate the model waveform, the entire area is decomposed into a model between the source and the receiver, and time domain three-dimensional viscoelastic The present invention relates to a three-dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition configured to significantly reduce computation time and cost by applying a PML (perfectly matched layer) to a finite difference method.

일반적으로, 파형 역산(wave inversion) 기법은, 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 탐사환경과 동일한 환경을 구축하여 모델링을 실시한 후, 실제 측정된 데이터와의 오차를 측정하여 그 오차값이 최소가 되도록 지하매질 속도분포를 업데이트 하여 탄성파 전파속도를 구하는 기술로, 시행자의 주관적 판단을 완전히 배재할 수 있는 장점으로 인해 최근 전세계적으로 널리 주목받고 있다. Generally, a wave inversion technique is performed by constructing the same environment as a survey environment using a computer simulation, measuring the error with the actually measured data, and measuring the underground medium velocity It is a technique that obtains the propagation velocity of elastic wave by updating the distribution, and it has been attracting public attention in recent years due to the advantage of completely disregarding the subjective judgment of the constructor.

또한, 탄성파 영상화 기술은, 탐사기술의 가장 중요한 부분을 차지하는 분야로서, 실제 탄성파 탐사자료를 이용하여 회절과 산란된 자료를 한 지점으로 모으고, 반사면을 정확한 위치로 보정하여 지하매질의 물성값이 아닌 실제 지하매질의 구조를 파악하는 기술로, 최근 컴퓨터 성능의 발전으로 인해 양방향 파동방정식(wave equation)을 이용한 역시간 영상화 기법이 현재 전 세계적으로 활발히 연구되고 있다. In addition, the elastic-wave imaging technology is the most important part of the exploration technology. It uses real seismic data to collect diffraction and scattered data at one point, corrects the reflection surface to the correct position, In recent years, the reverse imaging technique using wave equation has been actively studied worldwide due to the development of computer performance.

즉, 상기한 바와 같은 파형 역산을 이용한 탄성파 탐사방법에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1262990호에 제시된 "단계별 파형역산을 통한 지하매질 구조 추정 방법 및 장치" 및 한국 등록특허공보 제10-1092668호에 제시된 "파형 역산을 이용한 지하 구조의 영상화 장치와 방법"와 같이, 파형 역산을 이용하여 지하 구조의 영상화를 위한 방법들이 제시된 바 있다.That is, as an example of the conventional technique for the seismic wave exploration method using the waveform inversion as described above, for example, a method and an apparatus for estimating the underground medium structure through waveform inversion stepwise as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1262990, And a method and apparatus for imaging an underground structure using waveform inversion, which are disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1092668, there have been proposed methods for imaging an underground structure using waveform inversion.

아울러, 상기한 바와 같은 파형 역산을 이용한 탄성파 탐사방법에 대한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1182838호에는 "송신원 추정을 통한 주파수 영역 역시간 구조보정 방법 및 장치"가 제시된 바 있고, 한국 공개특허공보 제10-2013-0054236호에는"시변 필터들을 이용하는 전체 파동장 역산"이 제시된 바 있다. As another example of the conventional art for the seismic wave detection method using the waveform inversion as described above, Korean Patent Registration No. 10-1182838, for example, discloses a method for calibrating a frequency domain inverse time structure through transmission source estimation, &Quot;, and Korean Patent Publication No. 10-2013-0054236 discloses "total wave length inversion using time-varying filters ".

상기한 바와 같이, 종래, 탄성파 탐사를 통하여 지하의 구조를 추정하고 영상화 하기 위해 파형 역산을 이용하는 여러 가지 방법들이 제시된 바 있으나, 상기한 종래기술의 내용들에는, 이러한 파형 역산 방법을 지진 탐사에 적용하기 위한 기술내용에 대하여는 제시된 바 없었다. As described above, conventionally, various methods using waveform inversion have been proposed for estimating and imaging the underground structure through seismic wave exploration. However, the contents of the above-mentioned prior arts include such waveform inversion methods as applied to seismic exploration There is no description of the contents of the technique.

즉, 종래, 지진학 연구에 있어서, 지진발생시 발진기구, 즉, 단층의 방향을 파악하기 위하여 사용되는 방법으로, 예를 들면, 초동의 수직성분 극성과 진폭비를 이용하는 FOCMEC(참고문헌 1 참조) 방법과, 파형의 일치를 이용하는 모멘트 텐서 역산(moment tensor inversion) 기법(참고문헌 2 참조)이 가장 널리 사용되고 있다. That is, in the earthquake research in the related art, as a method used for grasping the direction of an oscillation mechanism, that is, a fault layer in the event of an earthquake, for example, a FOCMEC (see Reference 1) method using a vertical component polarity and an amplitude ratio , And the moment tensor inversion technique (see Reference 2) using waveform matching is the most widely used.

여기서, 최근, 지진학 분야에서는, 중규모 이상의 지진에 대한 파형 모사를 위해 모멘트 텐서 역산이 많이 사용되고 있으며, 또한, 최근에는, 수압파쇄시 발생하는 진원에 대하여도 모멘트 텐서 역산 기법이 많이 사용되고 있다. Recently, in the field of seismology, moment tensor inversion is frequently used to simulate waveforms for an earthquake equal to or more than a medium scale, and in recent years, moment tensor inversion techniques have been widely used for the origin occurring during hydraulic fracturing.

더 상세하게는, 종래에는, 모멘트 텐서 파형 역산시 많은 시간이 걸림으로 인해 1차원적인 모형을 가정하고 해석적인 해를 이용하는 방법이 많이 이용되었으나, 최근에는, 이러한 1차원적인 모형의 제약을 극복하기 위해 3차원 모형에 대한 파형 모사를 이용한 모멘트 역산 기법이 적용되고 있다. More specifically, in the past, a method of using an analytic solution assuming a one-dimensional model due to the time-consuming time of the moment tensor waveform inversion has been widely used. In recent years, however, Moment inversion techniques using waveform simulations for 3D model are applied.

그러나 종래의 3차원 모형에 대한 모멘트 역산 기법은, 3차원 모형에 대한 탄성파 모사를 위한 송신원과 수진기에 대한 영역을 모두 계산하여야 하므로 계산영역이 많아 계산시간이 오래 걸리는 단점이 있는 것이었다. However, the conventional moment inversion technique for a three-dimensional model has a disadvantage in that calculation time is long due to a large number of calculation areas since both the source for the acoustic wave simulation and the area for the water depth for the 3D model are required to be calculated.

더욱이, 종래의 3차원 모형에 대한 모멘트 텐서 역산 기법은, 3차원 모형의 파형을 모사하기 위해 복잡한 계산과정을 반복하여 수행해야 하는 문제점이 있으며, 즉, 모멘트 텐서 역산을 수행시 7번에서 9번의 탄성파 모사를 수행하여야 하므로 많은 계산시간과 경제적 비용이 요구된다는 단점이 있는 것이었다. In addition, the conventional moment tensor inversion method for a three-dimensional model has a problem that it is necessary to perform a complicated calculation process repeatedly in order to simulate the waveform of the three-dimensional model. That is, when the moment tensor inversion is performed, There is a disadvantage in that a lot of calculation time and economic cost are required because the elastic wave simulation must be performed.

따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 모멘트 텐서 역산 기법들의 문제점을 해결하기 위하여는 3차원 모형에 대한 탄성파 모사에 걸리는 처리시간을 감소하는 것이 요구되며, 이를 위해서는, 예를 들면, 3차원 모형 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이, 3차원 모형을 분해하여 송신원과 수진기 사이의 모형 부분만을 계산하는 것에 의해 계산시간을 단축하도록 하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다. Therefore, in order to solve the problem of the conventional moment tensor inversion techniques, it is required to reduce the processing time required for the simulation of the elastic wave for the 3D model. For this purpose, for example, It is preferable to decompose the three-dimensional model and calculate only the model part between the transmission source and the water depth, so that the calculation time is shortened. However, there is not provided a device or a method satisfying all of such requirements yet In fact.

[참고문헌] [references]

1. Snoke, J. A., J. W. Munsey, A. C. Teague, and G. A. Bollinger,1984, "A program for focal mechanism determination by combined use of polarity and SV -P amplitude ratio data”, Earthquake Notes, Vol. 55, pp. no. 3. pp. 15 1. Snoke, JA, JW Munsey, AC Teague, and GA Bollinger, 1984, "A Program for Focal Mechanism Determination of Polarity and SV-P Amplitude Ratio Data", Earthquake Notes, Vol. 3. pp. 15

2. Minson, S. E. and Dreger, D. S., 2008, "Stable inversions for complete moment tensors", GJI, Vol. 174, pp. 585-592. 2. Minson, S. E. and Dreger, D. S., 2008, "Stable inversions for complete moment tensors", GJI, Vol. 174, pp. 585-592.

3. 조창수, 손민경, 2012, "속도-응력 변분식을 이용한 3차원 SEM 탄성파 수치 모사에 대한 ADE-PML경계조건의 적용", 지구물리와 물리탐사, 제15권, 제2호 pp.57-65. 3. JH Chang, SJ Min, 2012, "Application of ADE-PML Boundary Conditions for Numerical Simulation of 3-Dimensional SEM Seismic Wave using Velocity-Stress Variation Method", Geophysical and Geophysical Exploration, Vol 15, No.2 pp.57- 65.

4. Komatitsch, D., and Martin, R., 2007, "An unsplit convolutional perfectly matched layer improved at grazing incidence for the seismic wave equation", Geophysics, Vol. 72, pp. SM155-SM167. 4. Komatitsch, D., and Martin, R., 2007, "An unsplit convolutional perfectly matched layer improved at grazing incidence for the seismic wave equation", Geophysics, Vol. 72, pp. SM155-SM167.

5. Robertsson, J., Blanch, J., and Symes, W., 1994, "Viscoelastic finite-difference modeling", Geophysics, Vol. 59, pp. 1444-1456 5. Robertsson, J., Blanch, J., and Symes, W., 1994, "Viscoelastic finite-difference modeling", Geophysics, Vol. 59, pp. 1444-1456

6. Carcione, J. M., 2001, Wave Fields in Real Media : Wave Propagation in Anisotropic, Anelastic and Porous Media, Elsevier, New York. 6. Carcione, J. M., 2001, Wave Fields in Real Media: Wave Propagation in Anisotropic, Anelastic and Porous Media, Elsevier, New York.

7. Ben-Menahem and Singh, 1981, Ben-Menahem A and Singh S J 1981 Seismic waves and sources, Springer-Verlag, New York. 7. Ben-Menahem and Singh, 1981, Ben-Menaehe and Singh S J 1981 Seismic waves and sources, Springer-Verlag, New York.

8. Carcione, J. M., Kosloff, D. and Kosloff, R., 1988, "Wave propagation simulation in a linear viscoelastic medium", Geophys. J. R. Astr. Soc. vol 95, 597-611. 8. Carcione, J. M., Kosloff, D. and Kosloff, R., 1988, "Wave propagation simulation in a linear viscoelastic medium", Geophys. J. R. Astr. Soc. vol 95, 597-611.

9. Diaz, J., Ezziani, A., and Le Goff, N., 2011, "Version 2.0 Gar6more3D", http://web.univ-pau.fr/~jdiaz1 /gar63DCecill.html. 9. Diaz, J., Ezziani, A., and Le Goff, N., 2011, "Version 2.0 Gar6more3D", http://web.univ-pau.fr/~jdiaz1/gar63DCecill.html.

10. Kang, T. S. and Shin, J. S., 2006, "Surface-wave tomography from ambient seismic noise of accelerograph networks in southern korea", GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 33, L17303, doi:10.1029/2006GL027044
10. Kang, TS and Shin, JS, 2006, "Surface-wave tomography from ambient seismic noise of accelerograph networks in southern korea", GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 33, L17303, doi: 10.1029 / 2006GL027044

[선행기술문헌] [Prior Art Literature]

1. 한국 등록특허공보 제10-1262990호 (2013.05.03.) 1. Korean Patent Registration No. 10-1262990 (Feb.

2. 한국 등록특허공보 제10-1092668호 (2011.12.05.) 2. Korean Patent Registration No. 10-1092668 (Dec. 2011)

3. 한국 등록특허공보 제10-1182838호 (2012.09.07.) 3. Korean Patent Registration No. 10-1182838 (2012.09.07.)

4. 한국 공개특허공보 제10-2013-0054236호 (2013.05.24.)
4. Korean Patent Publication No. 10-2013-0054236 (May 31, 2014).

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 지진발생시 단층방향의 파악과 중규모 이상의 지진에 대한 파형 모사 및 수압파쇄시 발생하는 진원 모사를 위해 사용되는 모멘트 텐서 역산(moment tensor inversion) 기법에 있어서, 모멘트 텐서 파형 역산시 많은 시간이 걸리는 단점이 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산기법들의 문제점을 해결하기 위해, 3차원 모형 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이, 3차원 모형의 전체 영역을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하여 계산하도록 구성됨으로써, 계산시간을 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법을 제공하고자 하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and it is therefore an object of the present invention to provide a method and apparatus for grasping the direction of a fault in an earthquake, In order to solve the problems of the conventional moment tensor inversion techniques, which take a long time in the moment tensor waveform inversion in the moment tensor inversion technique, there is no need to perform inversion on the entire three-dimensional model Dimensional moment tensor inversion using a modeling domain decomposition configured to decompose the entire area of the 3D model into a model between the source and the receiver, thereby reducing the computation time significantly.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 모멘트 텐서 역산시 계산시간을 줄이기 위해 1차원적인 모형을 가정하여 해석적인 해를 구해야 했던 제약이 있으며, 이를 극복하기 위하여 3차원 모형에 대한 모멘트 역산 기법을 적용하면 계산시간이 오래 걸리고 그만큼 경제적 비용이 증가되는 문제가 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산 기법들의 문제점을 해결하기 위해, 3차원 모형 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이, 3차원 모형의 전체 영역을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하는 동시에, 시간영역 3차원 점탄성 유한차분법에 PML(perfectly matched layer)을 적용함으로써, 계산시간 및 비용을 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법을 제공하고자 하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a method for estimating the moment tensor inversion by applying a moment inversion technique to a three-dimensional model in order to overcome the problem, In order to solve the problems of the conventional moment tensor inversion techniques which take a long calculation time and increase the economic cost, there is no need to perform the inverse calculation for the entire 3D model, Dimensional moment tensor using modeling domain decomposition, which is constructed to decompose into a model between a water surface and a water depth, and to apply a PML (perfectly matched layer) to a time domain three-dimensional viscoelastic finite difference method, And to provide a method of inversion.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 지진발생시 단층방향의 파악과 지진에 대한 파형 모사를 위해 사용되는 모멘트 텐서 역산(moment tensor inversion)시 3차원 모델에 전체에 대한 파형을 모사해야 함으로 인해 계산시간이 오래 걸리고 비용이 요구되는 문제가 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산방법들의 문제점을 해결하기 위한 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법에 있어서, 분석하고자 하는 지역에 대한 3차원 속도 구조(3D velocity structure) 모델을 구축하는 모델링 단계; 상기 모델링 단계에서 구축된 상기 3차원 속도 구조 모델을 송신원(source)과 수진기(receiver) 사이의 영역에 대한 모델로 분해하는 모델링 영역 분해단계; 상기 모델링 영역 분해단계에서 분해된 상기 송신원과 상기 수진기 사이의 모델에 대한 모멘트 텐서의 좌표를 X축 상의 좌표로 변환하는 맵핑단계; 상기 맵핑단계에서 상기 X축 상의 좌표로 맵핑된 모멘트 텐서를 이용하여 상기 송신원과 상기 수진기 사이의 모델을 모사하는 모사단계; 상기 모사단계에서 계산된 결과를 다시 원래 좌표로 되돌리는 역맵핑단계; 및 상기 역맵핑단계에서 구해진 상기 송신원과 수진기 사이의 모델에 대하여 모멘트 텐서 역산을 수행하는 모멘트 텐서 역산단계를 포함하는 처리를 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 실행시키도록 구성됨으로써, 상기 3차원 속도 구조 모델 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이 상기 송신원과 상기 수진기 사이의 모델에 대한 역산만을 수행하는 것에 의해 계산해야 할 모델 영역을 감소하여 계산시간 및 비용을 감소할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법이 제공된다. In order to achieve the above object, according to the present invention, in the moment tensor inversion used for grasping the fault direction and waveform simulation for an earthquake when an earthquake occurs, Dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition to solve the problem of the conventional moment tensor inversion methods which requires calculation time and cost because of necessity of calculation, A modeling step of constructing a 3D velocity structure model; A modeling domain decomposition step of decomposing the 3D velocity structure model constructed in the modeling step into a model for a region between a source and a receiver; Mapping the coordinates of the moment tensor with respect to the model between the transmission source and the water depth decomposed in the modeling region decomposition step to coordinates on the X-axis; A simulation step of simulating a model between the transmission source and the water depth by using a moment tensor mapped to coordinates on the X-axis in the mapping step; A reverse mapping step of returning the result calculated in the simulation step back to the original coordinates; And a moment tensor inverse calculation step of performing moment tensor inverse calculation on a model between the transmission source and the receiver obtained in the inverse mapping step, by executing the process on the computer or dedicated hardware, Wherein the model region is calculated by performing only the inverse calculation on the model between the source and the receiver without performing the inverse calculation on the modeling domain decomposition, Dimensional moment tensor inversion method using the three-dimensional moment tensor inversion method.

여기서, 상기 맵핑단계는, 이하의 수학식에 나타낸 회전연산자(R)를 이용하여 상기 송신원과 상기 수진기 사이의 각만큼 상기 모멘트 텐서의 축을 회전시키는 처리가 수행되도록 구성되는 특징으로 한다.
Here, the mapping step may be configured to perform a process of rotating the axis of the moment tensor by an angle between the transmission source and the water depth by using the rotation operator (R) shown in the following equation.

Figure 112014109725104-pat00001

Figure 112014109725104-pat00001

또한, 상기 모사단계는, 모멘트 텐서(m)를 이하의 수학식으로 나타낼 때,
Further, in the simulation step, when the moment tensor (m) is represented by the following equation,

Figure 112014109725104-pat00002

Figure 112014109725104-pat00002

이하의 수학식을 이용하여 상기 맵핑단계에서 맵핑된 좌표계에 대한 새로운 모멘트 텐서(m')를 계산하고, 상기 새로운 모멘트 텐서(m')를 이용하여 모사를 수행하는 처리가 수행되도록 구성되는 특징으로 한다.
A new moment tensor (m ') for the coordinate system mapped in the mapping step is calculated using the following equation, and a process of performing a simulation using the new moment tensor (m') is performed do.

Figure 112014109725104-pat00003

Figure 112014109725104-pat00003

(여기서, Rt는 R의 전치행렬(transpose matrix)임)
(Where R t is a transpose matrix of R)

아울러, 상기 역맵핑단계는, 이하의 수학식에 나타낸 회전연산자(R')를 이용하여 상기 모사단계에서 계산된 성분들을 상기 송신원과 상기 수진기 사이의 각만큼 회전시키는 처리가 수행되도록 구성되는 특징으로 한다.
In addition, the reverse mapping step may be configured to perform a process of rotating the components calculated in the simulation step by an angle between the transmission source and the water depth calculator using the rotation operator (R ') shown in the following equation do.

Figure 112014109725104-pat00004

Figure 112014109725104-pat00004

더욱이, 상기 역맵핑단계는, 이하의 수학식을 이용하여, 계산된 합성파(S')의 성분을 회전시킴으로써 원래의 합성파(S)를 구하는 처리가 수행되도록 구성되는 특징으로 한다.
Further, the inverse mapping step is characterized in that the processing for obtaining the original composite wave S is performed by rotating the component of the calculated composite wave S 'using the following equation.

Figure 112014109725104-pat00005

Figure 112014109725104-pat00005

또한, 상기 모멘트 텐서 역산단계는, 3차원 점탄성 유한차분법을 이용하여 3차원 모멘트 텐서 역산을 수행하며, 계산영역 감소에 의해 유한 경계에서 발생하는 인공 반사파를 줄이기 위해, 상기 3차원 점탄성 유한차분법에 ADE(Auxiliary Differential Equations)-PML(Perfectly Mached Layer)에 따른 경계조건을 적용하도록 구성되는 특징으로 한다. Also, the moment tensor inversion step may be performed using a three-dimensional viscoelastic finite difference method to perform three-dimensional moment tensor inversion, and to reduce an artificial reflection wave generated at a finite boundary by a calculation area reduction, (Auxiliary Differential Equations) -PML (Perfectly Mached Layer).

여기서, 상기 역산방법은, 상기 모멘트 텐서 역산단계에서, 상기 유한차분법 대신에, SEM(Spectral Element Method)이나 유한요소법(Finite Element Method ; FEM)을 이용하여 3차원 모멘트 텐서 역산을 수행하는 처리가 수행되도록 구성되는 특징으로 한다. Here, the inversion method may include a process of performing three-dimensional moment tensor inversion using an SEM (Spectral Element Method) or a Finite Element Method (FEM) instead of the finite difference method in the moment tensor inversion step To be performed.

아울러, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법에 따른 처리를 컴퓨터에 실행시키도록 구성되는 프로그램이 기록된 기록매체가 제공된다. According to the present invention, there is also provided a recording medium on which a program configured to cause a computer to execute a process according to the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition described above.

더욱이, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법을 이용하여 모멘트 텐서 역산을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모멘트 텐서 역산시스템이 제공된다.
Furthermore, according to the present invention, a moment tensor inversion system is provided that is configured to perform moment tensor inversion using the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition described above.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 지진발생시 단층방향의 파악과 중규모 이상의 지진에 대한 파형 모사 및 수압파쇄시 발생하는 진원 모사를 위해 사용되는 모멘트 텐서 역산(moment tensor inversion) 기법에 있어서, 3차원 모형 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이, 3차원 모형의 전체 영역을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하여 계산하도록 구성됨으로써, 계산시간을 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법이 제공됨으로써, 모멘트 텐서 파형 역산시 많은 시간이 걸리는 단점이 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산기법들의 문제점을 해결할 수 있다. As described above, according to the present invention, in the moment tensor inversion technique used for grasping the direction of a fault in an earthquake occurrence, waveform simulation for a medium or large scale earthquake, and exact simulation occurring during hydraulic fracturing, The 3D model is decomposed into a model between the source and the receiver so as to calculate the entire area of the 3D model without performing the inversion of the entire model, By providing the moment tensor inversion method, it is possible to solve the problem of the conventional moment tensor inversion methods which take a long time in inversion of the moment tensor waveform.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이, 3차원 모형 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이, 3차원 모형의 전체 영역을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하여 계산하는 동시에, 시간영역 3차원 점탄성 유한차분법에 PML(perfectly matched layer)을 적용하는 것에 의해 계산시간 및 비용을 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법이 제공됨으로써, 모멘트 텐서 역산시 계산시간을 줄이기 위해 1차원적인 모형을 가정하여 해석적인 해를 구해야 하는 제약이 있으며, 이를 극복하기 위해 3차원 모형에 대한 모멘트 역산 기법을 적용하면 계산시간이 오래 걸리고 경제적 비용이 증가하게 되는 문제가 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산 기법들의 문제점을 해결할 수 있다.
According to the present invention, as described above, the entire area of the three-dimensional model is decomposed into a model between the source and the receiver, and the time domain three-dimensional viscoelasticity The present invention provides a three-dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition configured to significantly reduce computation time and cost by applying a perfectly matched layer (PML) to a finite difference method. In order to overcome this problem, there is a problem in that the calculation time is long and the economic cost is increased by applying the moment inversion technique to the three-dimensional model in order to overcome this problem. Can solve the problems of moment tensor inversion techniques.

도 1은 속도-응력 엇갈린 유한차분 격자를 나타내는 도면이다.
도 2는 유한차분법에서 모멘트 텐서 송신원의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 3차원 모형에 대한 영역 분해 및 모멘트 텐서 성분의 회전에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 분해된 모형 영역에 대한 계산을 용이하게 하기 위해 X축으로 맵핑하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 적용된 3차원 유한차분법 알고리즘의 검증을 위한 검증시험에 적용된 속도 구조 모형 및 그 송신원과 수진기 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 나타낸 바와 속도 구조 모형을 이용하여 수행된 검증시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 장시간 수치 모형 계산시의 안전성을 검증한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 3에 나타낸 3차원 모형에 모멘트 텐서로 단층 주향 45°, 경사 45°, 이동방향 45°가 주어졌을 때 전체 3차원 모형에 대한 합성파와 본 발명의 실시예에 따라 송신원 수진기 사이의 모형으로 분해한 경우의 합성파를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 9는 도 3에 나타낸 3차원 모형에 모멘트 텐서로 단층 주향 45°, 경사 45°, 이동방향 45°가 주어졌을 때 전체 3차원 모형에 대한 합성파와 본 발명의 실시예에 따라 송신원 수진기 사이의 모형으로 분해한 경우의 합성파를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 모멘트 텐서 역산방법을 검증하기 위해 적용되는 3차원 속도 구조 모형을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9에 나타낸 3차원 속도 구조 모형을 이용하여 SEM에 의해 계산된 합성파 결과와 본 발명의 실시예에 따라 모형 분해 영역으로 계산된 합성파 결과를 각각 비교하여 나타내는 도면이다.
도 12는 기존의 3차원 SEM을 이용한 모멘트 역산 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 분해 영역 3차원 FDM을 이용한 모멘트 역산 결과를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
1 is a view showing a velocity-stress staggered finite difference lattice.
2 is a diagram schematically showing a configuration of a moment tensor transmission source in a finite difference method.
FIG. 3 is a diagram for explaining rotation of domain decomposition and moment tensor components for a three-dimensional model; FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining a concept of mapping to the X-axis in order to facilitate the calculation of the decomposed model area.
FIG. 5 is a view schematically showing a velocity structure model applied to a verification test for verification of a three-dimensional finite difference algorithm applied to the present invention, and a layout of a transmission source and a receiver.
6 is a diagram showing the results of a verification test performed using the velocity structure model as shown in Fig.
FIG. 7 is a diagram showing a result of verifying the safety in calculating a long-term numerical model using the method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the composite wave for the entire three-dimensional model and the transmittance of the transmitted wave in the three-dimensional model shown in FIG. 3, when a monopod strand 45.degree., Oblique 45.degree. And a composite wave obtained by decomposition into a model.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the composite wave for the entire three-dimensional model and the transmittance of the transmitted wave in the three-dimensional model shown in FIG. 3, when 45 degrees, 45 degrees, And a composite wave obtained by decomposition into a model.
10 is a diagram illustrating a three-dimensional velocity structure model applied to verify a moment tensor inversion method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing a result of synthesized waves calculated by SEM using the three-dimensional velocity structure model shown in FIG. 9 and a result of synthesized waves calculated by model decomposition regions according to an embodiment of the present invention, respectively.
FIG. 12 is a diagram showing a result of moment inversion using a conventional three-dimensional SEM.
13 is a diagram showing a result of moment inversion using the decomposition area three-dimensional FDM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a flowchart schematically showing the overall configuration of a three-dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a three-dimensional moment tensor inversion method using modeling region decomposition according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다. Hereinafter, it is to be noted that the following description is only an embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.

또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다. In the following description of the embodiments of the present invention, parts that are the same as or similar to those of the prior art, or which can be easily understood and practiced by a person skilled in the art, It is important to bear in mind that we omit.

즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 지진발생시 단층방향의 파악과 중규모 이상의 지진에 대한 파형 모사 및 수압파쇄시 발생하는 진원 모사를 위해 사용되는 모멘트 텐서 역산(moment tensor inversion) 기법에 있어서, 모멘트 텐서 파형 역산시 많은 시간이 걸리는 단점이 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산기법들의 문제점을 해결하기 위해, 3차원 모형 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이, 3차원 모형의 전체 영역을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하여 계산하도록 구성됨으로써, 계산시간을 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법에 관한 것이다. That is, as described later, in the moment tensor inversion technique used for grasping the tomographic direction in case of an earthquake, waveform simulation for a medium or larger scale earthquake, and exact simulation occurring during hydraulic crushing, In order to solve the problem of the conventional moment tensor inversion techniques which have a disadvantage that it takes a long time to invert the tensor waveform, it is necessary to perform the inverse calculation on the whole three-dimensional model, The present invention relates to a three-dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition configured to be decomposed into a model so as to significantly reduce calculation time.

또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 모멘트 텐서 역산시 계산시간을 줄이기 위해 1차원적인 모형을 가정하여 해석적인 해를 구해야 했던 제약이 있으며, 이를 극복하기 위하여 3차원 모형에 대한 모멘트 역산 기법을 적용하면 계산시간이 오래 걸리고 그만큼 경제적 비용이 증가되는 문제가 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산 기법들의 문제점을 해결하기 위해, 3차원 모형 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이, 3차원 모형의 전체 영역을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하여 계산하는 동시에, 시간영역 3차원 점탄성 유한차분법에 PML(perfectly matched layer)을 적용함으로써, 계산시간 및 비용을 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법에 관한 것이다. In order to reduce computation time in the moment tensor inversion, the present invention imposes a one-dimensional model on the assumption that an analytical solution has to be obtained. To overcome this problem, a moment inversion technique for a three- In order to solve the problem of the conventional moment tensor inversion techniques, which takes a long calculation time and increases the economic cost, there is no need to carry out the inverse calculation for the entire 3D model, The modeling decomposition is constructed by decomposing and calculating the model between the source and the receiver, and applying the PML (perfectly matched layer) to the time domain three-dimensional viscoelastic finite difference method to reduce the computation time and cost remarkably. Dimensional moment tensor inversion method.

계속해서, 도면을 참조하여, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. Next, a specific embodiment of the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition according to the present invention constructed as described above will be described with reference to the drawings.

여기서, 본 발명에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법의 구체적인 내용에 대하여 설명하기 전에, 모멘트 텐서 역산을 적용하기 위한 점탄성 파동방정식 및 그 해를 구하는 알고리즘에 대하여 설명하면, 먼저, 운동방정식은 이하의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Before describing the details of the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition according to the present invention, a viscoelastic wave equation for applying moment tensor inversion and an algorithm for obtaining the solution will be described. First, The equation can be expressed by the following equation (1).

[수학식 1] [Equation 1]

Figure 112014109725104-pat00006

Figure 112014109725104-pat00006

여기서, ρ는 밀도, v는 속도 성분, σ는 응력, f는 힘, 1은 x축, 2는 y축, 3은, z축을 나타낸다. Where ρ is the density, v is the velocity component, σ is the stress, f is the force, 1 is the x-axis, 2 is the y-axis, and 3 is the z-axis.

또한, 입자속도-응력 관계식은 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다(참고문헌 5 참조).
In addition, the particle velocity-stress relation can be expressed as shown in [Equation 2] (see Reference 5).

[수학식 2] &Quot; (2) "

Figure 112014109725104-pat00007

Figure 112014109725104-pat00007

여기서, λ는 라메 상수, μ는 전단 계수이다. Where lambda is the Lame constant, and mu is the shear modulus.

아울러, 메모리 변수는, 이하의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
In addition, the memory variable can be expressed by the following equation (3).

[수학식 3] &Quot; (3) "

Figure 112014109725104-pat00008

Figure 112014109725104-pat00008

여기서,

Figure 112014109725104-pat00009
Figure 112014109725104-pat00010
는 각각 이하에 제시되는
Figure 112014109725104-pat00011
Figure 112014109725104-pat00012
과 같고,
Figure 112014109725104-pat00013
Figure 112014109725104-pat00014
=
Figure 112014109725104-pat00015
과 같다. here,
Figure 112014109725104-pat00009
And
Figure 112014109725104-pat00010
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112014109725104-pat00011
And
Figure 112014109725104-pat00012
Lt; / RTI >
Figure 112014109725104-pat00013
The
Figure 112014109725104-pat00014
=
Figure 112014109725104-pat00015
Respectively.

또한, 특정한 주파수 영역에서 상수 Q 값에 맞추기 위하여 완화 시간(relaxation time)으로부터 완화 주파수(relaxation frequency)로 먼저 변수화하여야 하며, 이때, 적합(fitting)은 등분할 로그 주파수 영역 스케일(scale)로 이루어져야 하고, 이는, 점탄성 모델을 위한 최적의 적합을 제공한다. In order to adjust to a constant Q value in a specific frequency domain, the relaxation frequency should be firstly parameterized. In this case, the fitting should be performed on a logarithmic frequency domain scale , Which provides an optimal fit for the viscoelastic model.

즉, 탄성파 매질에서 P파와 S파는 각 Q값의 차이에 의해 감쇠와 분산이 일어나는 특성이 있으며(참고문헌 6 참조), S파에 대한 비완화 전단파 계수(unrelaxed shear wave modulus)는 이하의 [수학식 4]와 같다.
In other words, the P wave and the S wave in the elastic medium are characterized by attenuation and dispersion due to the difference in Q values (refer to Reference 6), and the unrelaxed shear wave modulus for the S wave is expressed by [Mathematical As shown in Fig.

[수학식 4] &Quot; (4) "

Figure 112014109725104-pat00016

Figure 112014109725104-pat00016

또한, 비완화 계수(unrelaxed modulus)는 이하의 [수학식 5]와 같다.
In addition, the unrelaxed modulus is expressed by Equation (5) below.

[수학식 5] &Quot; (5) "

Figure 112014109725104-pat00017

Figure 112014109725104-pat00017

여기서, vs는 S파 속도이고, ρ는 밀도이다. Where v s is the S wave velocity and ρ is the density.

아울러, S파에 대한 Q 값은, 이하의 [수학식 6]과 같다. In addition, the Q value for the S wave is expressed by the following equation (6).

Figure 112014109725104-pat00018

Figure 112014109725104-pat00018

더욱이, Ls는 완화 메커니즘을 위한 최대 개수,

Figure 112014109725104-pat00019
Figure 112014109725104-pat00020
은 전단응력(sheer stress)과 전단변형(shear strain)에 대한 완화(relaxation) 시간을 나타내는 것으로 할 때, 완화 주파수는 이하의 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.
Furthermore, L s is the maximum number for the mitigation mechanism,
Figure 112014109725104-pat00019
And
Figure 112014109725104-pat00020
Represents a shear stress and a relaxation time for shear strain, the relaxation frequency can be expressed by the following equation (7). &Quot; (7) "

[수학식 7] &Quot; (7) "

Figure 112014109725104-pat00021

Figure 112014109725104-pat00021

여기서, 가중치 요소는 이하의 [수학식 8]과 같다. Here, the weighting factor is expressed by the following equation (8).

[수학식 8] &Quot; (8) "

Figure 112014109725104-pat00022

Figure 112014109725104-pat00022

따라서 p파에 대한 Q값을 정의하기 위한 완화 주파수는 이하의 [수학식 9]와 같이 나타낼 수 있다.
Therefore, the relaxation frequency for defining the Q value for the p-wave can be expressed by the following equation (9).

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112014109725104-pat00023

Figure 112014109725104-pat00023

또한, 가중치 요소는, 이하의 [수학식 10]과 같다.
The weighting factor is expressed by Equation (10) below.

[수학식 10] &Quot; (10) "

Figure 112014109725104-pat00024

Figure 112014109725104-pat00024

여기서, Lp는 P파 감쇠 메커니즘의 개수이고

Figure 112014109725104-pat00025
Figure 112014109725104-pat00026
은 팽창응력(dilatation stress) 및 팽창변형(dilatation strain)에 대한 완화(relaxation) 시간을 나타낸다.
Where L p is the number of P-wave damping mechanisms
Figure 112014109725104-pat00025
and
Figure 112014109725104-pat00026
Represents the relaxation time for the dilatation stress and the dilatation strain.

또한, 계산의 간편성을 위해, L = Ls = Lp 및 ωl = ωsl = ωpl, l = 1, ... , L 이라 하면, L의 개수가 증가하면 Qs(ω)와 Qp(ω)에 대한 적합성이 개선되며, 이는, 송신원의 사용 가능한 주파수 영역을 나타낸다. Also, for ease of calculation, L = Ls = L p and ω l = ω sl = ω pl , l = 1, ..., if as L, L increases if the number of Q s (ω) and Q p ([omega]) is improved, which represents the usable frequency range of the source.

따라서 P파에 대하여 Q를 나타내면, 이하의 [수학식 11]과 같다(참고문헌 7 참조).
Therefore, if Q is expressed with respect to the P wave, the following Equation (11) is obtained (refer to Reference 7).

[수학식 11] &Quot; (11) "

Figure 112014109725104-pat00027

Figure 112014109725104-pat00027

여기서, vp는 완화된(relaxed) P파 속도이고, vs는 완화된 S파 속도이다. Where v p is the relaxed P wave velocity, and v s is the relaxed S wave velocity.

다음으로, 지표면 경계조건(Free Surface boundary condition)에 대하여 설명하면, 3차원 점탄성 매질의 자유 경계면에 대한 식은 이하의 [수학식 12]와 같다. Next, the free surface boundary condition will be described. The expression for the free interface of the three-dimensional viscoelastic medium is expressed by the following equation (12).

[수학식 12] &Quot; (12) "

Figure 112014109725104-pat00028

Figure 112014109725104-pat00028

여기서, 응력의 식을 사용하면 이하의 [수학식 13]과 같이 나타낼 수 있다.
Here, using the equation of stress, it can be expressed by the following equation (13).

[수학식 13] &Quot; (13) "

Figure 112014109725104-pat00029

Figure 112014109725104-pat00029

또한, 응력의 이미징 방법(imaging method)을 사용하여, 표면경계면을 대상으로 반대칭(antisymmetry)하게 설정하여 준다. Also, using the imaging method of stress, the surface boundary is set to antisymmetry.

계속해서, 인위적인 반사파를 제거하기 위해 PML 경계조건을 적용하는 과정에 대하여 설명하면, 종래의 PML은 감쇠지역에 대한 수직성분과 수평성분으로 분리하는 과정이 필요하지만 CFS-PML(Complex frequency Shifted PML)을 이용한 ADE(Auxiliary Differential Equations)-PML은 고전적인 PML처럼 성분 분리를 할 필요가 없이 사용함으로써 기억 용량을 줄일 수 있고 파동방정식 자체를 변형할 필요가 없다는 장점이 있다. The PML boundary condition is applied to remove the artificial reflection wave. In the conventional PML, it is necessary to separate the vertical component and the horizontal component of the attenuation region, but the CFS-PML (Complex Frequency Shifted PML) Auxiliary Differential Equations (ADE) using -PML has the advantage that it can reduce the storage capacity by using it without the need for component separation like classical PML and it does not need to modify the wave equation itself.

즉, PML은 공간적인 변수에 복소수 영역을 취함으로써 공간과 시간에 따라 파동을 감쇠시키고자 하는 것으로, 방향에 대한 미분은 이하의 [수학식 14]와 같이 나타낼 수 있다.
That is, the PML is intended to attenuate the wave according to space and time by taking a complex domain in a spatial variable, and the derivative with respect to the direction can be expressed by the following equation (14).

[수학식 14] &Quot; (14) "

Figure 112014109725104-pat00030

Figure 112014109725104-pat00030

여기서,

Figure 112014109725104-pat00031
이고, dx는 댐핑(damping) 축 단면, αx는 감쇠상수이며, k ≥ 1는 ω는 주파수를 나타낸다. here,
Figure 112014109725104-pat00031
D x is the damping axis section, α x is the attenuation constant, and k ≥ 1 represents the frequency.

또한, kx = 1, αx = 0이면, 이하의 [수학식 15]와 같이, 이는 종래의 PML과 동일하게 된다.
In addition, if k x = 1 and? X = 0, this becomes the same as the conventional PML as shown in the following Equation (15).

[수학식 15] &Quot; (15) "

Figure 112014109725104-pat00032

Figure 112014109725104-pat00032

여기서, [수학식 15]를 다시 나타내면 이하의 [수학식 16]과 같다.
Here, the expression (15) can be rewritten as the following expression (16).

[수학식 16] &Quot; (16) "

Figure 112014109725104-pat00033

Figure 112014109725104-pat00033

이때, Ψx는 이하의 [수학식 17]과 같이 다시 쓸 수 있다.
At this time,? X can be rewritten as shown in the following Equation (17).

[수학식 17] &Quot; (17) "

Figure 112014109725104-pat00034

Figure 112014109725104-pat00034

또한, [수학식 17]을 다시 전개하여 시간영역으로 변환하면 이하의 [수학식 18]과 같게 된다.
Further, by expanding the equation (17) again and converting it into the time domain, it becomes equal to the following equation (18).

[수학식 18] &Quot; (18) "

Figure 112014109725104-pat00035

Figure 112014109725104-pat00035

아울러, [수학식 18]을 PML 적용을 위한 부가방정식(ADE; Auxiliary Differential Equation)이라 하며, 이를 시간에 대한 차분식으로 표현하면 이하의 [수학식 19]와 같이 나타낼 수 있다.
Further, Equation (18) is referred to as Auxiliary Differential Equation (ADE) for PML application, and it can be expressed as a following equation (19).

[수학식 19] &Quot; (19) "

Figure 112014109725104-pat00036

Figure 112014109725104-pat00036

여기서, PML의 변수는 dx(0) = -(NPOWER + 1) * Vp(max) * log10(Rcoef)/(2*LPML), αx = αmax * (1 - (x/LPML)2), αmax = π * fm이 사용되었다. Here, the variable of PML is d x (0) = - ( N POWER + 1) * V p (max) * log 10 (R coef) / (2 * L PML), α x = α max * (1 - ( x / L PML ) 2 ), and α max = π * f m were used.

이때, NPOWER는 2, fm은 송신원의 주 주파수이고, Rcoef = 0.001 반사계수를 나타낸다. At this time, N POWER is 2, f m is the main frequency of the transmission source, and R coef = 0.001 reflection coefficient.

계속해서, 수치 적용 알고리즘에 대하여 설명하면, 먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 속도-응력 엇갈린 유한차분 격자를 나타내는 도면이다. First, referring to FIG. 1, FIG. 1 is a diagram illustrating a velocity-stress staggered finite difference grating.

즉, 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 탄성파 모사를 위해, 도 1에 나타낸 바와 같은 유한차분법(Staggered Grid Finite Difference)을 이용하였다. That is, the present inventors used a staggered grid finite difference as shown in FIG. 1 for the above-described elastic wave simulation.

여기서, 이하에 설명하는 본 발명의 실시예에서는, 상기한 바와 같이 탄성파 모사를 위해 유한차분법을 이용하는 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 경우로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 본 발명은, 상기한 유한차분법 이외에, SEM(Spectral Element Method) 방법이나 유한요소법(FEM)에도 그대로 적용 가능한 것임에 유념해야 한다. Although the present invention has been described with reference to the case where the finite difference method is used for the elastic wave simulation as described above in the embodiment of the present invention described below, the present invention is not necessarily limited to this case, It should be noted that the present invention can be applied to an SEM (Spectral Element Method) method or a FEM (Finite Element Method) in addition to the above-described finite difference method.

즉, 도 2를 참조하면, 도 2는 유한차분법에서 모멘트 텐서 송신원의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. That is, referring to FIG. 2, FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a moment tensor transmission source in a finite difference method.

더 상세하게는, 유한차분법에 있어서, 모멘트 텐서 송신원은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 모멘트 텐서 성분의 9개 성분(Mxx (t), Mxy (t), Mxz (t), Myx (t), Myy (t), Myz (t), Mzx(t), Mzy (t), Mzz (t))이 주어지게 된다. More specifically, in the finite difference method, the moment tensor transmission source generates nine components (M xx (t) , M xy (t) , M xz (t) , M yx (t), M yy ( t), M yz (t), M zx (t), M zy (t), M zz (t)) is to be given.

또한, 도 3을 참조하면, 도 3은 3차원 모형 영역 분해 및 모멘트 텐서 성분의 회전에 대하여 설명하기 위한 도면으로, 도 3a는 종래기술의 방법과 마찬가지로 하여 구축된 3차원 모형이고, 도 3b는 5번 수진기와 송신원 사이의 모델 영역을 분해하여 나타내는 도면이다. 3 is a view for explaining the 3D model region decomposition and the rotation of moment tensor components. FIG. 3A is a three-dimensional model constructed in the same manner as the conventional method, and FIG. 3B is a three- 5 is a view showing an exploded view of a model region between a fifth receiver and a transmission source.

더 상세하게는, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 3차원 모형에 대한 탄성파 모사를 위한 송신원과 수진기가 있을 때, 종래의 방법에서는 이들 영역을 모두 계산하여야 하므로 계산시간이 많이 걸리게 된다. More specifically, as shown in FIG. 3A, when there is a source and a receiver for the elastic wave simulation for a three-dimensional model, the conventional method requires a long calculation time because these areas must be calculated.

특히, 모멘트 텐서 역산을 수행할 시 7번에서 9번의 탄성파 모사를 반복하여 수행하여야 하므로 많은 시간이 걸리며, 이에, 본 발명자들은, 탄성파 모사 시간을 줄이기 위해, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 3차원 모형 전체를 계산할 필요 없이, 송신원과 수진기 사이의 모형 부분만을 분해하여 계산을 한다면 계산시간을 현저하게 줄일 수 있다는 점에 착안하여 새로운 역산방법을 구현하였다. Particularly, in performing moment tensor inversion, it is necessary to repeatedly perform the elastic wave simulation from 7th to 9th times. Therefore, in order to reduce the elastic wave simulation time, the present inventors have proposed a three- The new inversion method is implemented by considering that the computation time can be reduced considerably by decomposing only the model part between the source and the receiver without the need to calculate the whole.

여기서, 도 3b에 나타낸 바와 같이 3차원 모형을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하더라도, 이 부분을 그대로 계산하는 것은 좌표계의 문제로 인하여 매우 어려운 문제가 있으므로, 이에, 본 발명자들은, 수진기와 x축과 이루는 각을 이용하며 분해한 모형을 x축으로 좌표 변환을 행함으로써 계산을 매우 용이하게 수행할 수 있도록 하였다. As shown in FIG. 3B, even if the 3D model is decomposed into a model between the source and the receiver, there is a problem that it is very difficult to calculate the 3D model directly due to the problem of the coordinate system. Accordingly, And the coordinate transformation is performed on the x-axis of the decomposed model so that the calculation can be performed very easily.

즉, 도 4를 참조하면, 도 4는 분해된 모형 영역에 대한 계산을 용이하게 하기 위해 X축으로 맵핑하는 개념을 설명하기 위한 도면이다. That is, referring to FIG. 4, FIG. 4 is a diagram for explaining a concept of mapping to the X-axis to facilitate calculation of the decomposed model area.

이때, 모델영역만 회전 맵핑하는 것뿐만 아니라, 모멘트 송신원도 회전을 시켜주어야 하며, 이를 위해서는, -θ 각만큼 모형과 모멘트 텐서를 회전시켜주면 된다. At this time, not only the model region but also the moment transmission source must be rotated. To do so, the model and moment tensor may be rotated by -θ angle.

또한, 이때의 회전연산자는 이하의 [수학식 20]에 나타낸 바와 같다.
The rotation operator at this time is as shown in the following equation (20).

[수학식 20] &Quot; (20) "

Figure 112014109725104-pat00037

Figure 112014109725104-pat00037

아울러, 모멘트 텐서는 이하의 [수학식 20]에 나타낸 바와 같이 나타낼 수 있다.
In addition, the moment tensor can be expressed as shown in the following equation (20).

[수학식 21] &Quot; (21) "

Figure 112014109725104-pat00038

Figure 112014109725104-pat00038

여기서, 새로운 좌표계에서의 모멘트 텐서 m'를 계산하여야 하는데, 새로이 계산되는 모멘트 텐서는 이하의 [수학식 22]와 같이 나타낼 수 있다.
Here, the moment tensor m 'in the new coordinate system must be calculated, and the newly calculated moment tensor can be expressed by the following equation (22).

[수학식 22] &Quot; (22) "

Figure 112014109725104-pat00039

Figure 112014109725104-pat00039

여기서, Rt는 R의 전치행렬(transpose matrix) 이며, 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 이와 같이 하여 새로이 계산된 모멘트 텐서를 이용하여 모사를 수행하면 된다. Here, R t is a transpose matrix of R, that is, according to the embodiment of the present invention, the simulation may be performed using the newly calculated moment tensor.

또한, 모사를 통하여 계산된 성분을 원래대로 회전시켜주어야 하는데, 이때 사용되는 회전변환식은 이하의 [수학식 23]과 같다.
In addition, it is necessary to rotate the calculated component through the simulation. The rotation conversion equation used here is as shown in the following equation (23).

[수학식 23] &Quot; (23) "

Figure 112014109725104-pat00040

Figure 112014109725104-pat00040

아울러, 모델분해를 이용하여 계산된 합성파를 S' 성분이라 하고, 원하는 합성파를 S라고 할 때, 이는 이하의 [수학식 24]에 나타낸 바와 같이 회전을 수행하여 얻어질 수 있다.
In addition, when the composite wave calculated using the model decomposition is referred to as S 'component and the desired composite wave is referred to as S, this can be obtained by performing rotation as shown in the following equation (24).

[수학식 24] &Quot; (24) "

Figure 112014109725104-pat00041

Figure 112014109725104-pat00041

여기서, 상기한 본 발명의 실시예에서는, 유한차분법에 모형 영역 분해 및 모멘트 텐서의 성분 회전을 이용하는 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이러한 경우로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 본 발명에 제시된 모형 영역 분해 및 모멘트 텐서 성분 회전의 개념은, 예를 들면, SEM(Spectral Element Method) 방법 및 유한요소법(FEM)에도 그대로 적용할 수 있는 등, 필요에 따라 당업자에 의해 적절한 방법을 선택하여 적용 가능한 것임에 유념해야 한다. In the above-described embodiments of the present invention, the present invention has been described by taking the case of using the model domain decomposition and the component rotation of the moment tensor as the finite difference method. However, the present invention is not limited to this case, The concept of model domain decomposition and moment tensor component rotation proposed in the present invention can be applied to, for example, a spectral element method (SEM) method and a finite element method (FEM) as it is, It should be noted that this is applicable to

계속해서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 모멘트 텐서 역산방법의 실제 성능을 시뮬레이션을 통하여 검증한 결과에 대하여 설명한다. Next, the actual performance of the moment tensor inversion method according to the embodiment of the present invention constructed as described above will be described by simulation.

즉, 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 유한차분법의 알고리즘이 실제로 잘 맞는 것인지를 검증하기 위해, 램의 문제(Lamb's Problem)에 의한 계산 알고리즘 검증을 수행하였다. That is, in order to verify whether the algorithm of the three-dimensional finite difference method according to the embodiment of the present invention as described above is actually good, the inventors of the present invention performed a calculation algorithm verification by the Lamb's Problem.

더 상세하게는, 도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명에 적용된 3차원 유한차분법 알고리즘의 검증을 위한 검증시험에 적용된 속도 구조 모형 및 그 송신원과 수진기 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다. More specifically, referring to FIG. 5, FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a velocity structure model applied to a verification test for verification of a three-dimensional finite difference algorithm applied to the present invention, and a transmission source and a receiver arrangement of the velocity structure.

또한, 도 6을 참조하면, 도 6은 도 5에 나타낸 속도 구조 모형을 이용하여 수행된 검증시험의 결과를 나타내는 도면으로, 램의 문제(Lamb's problem)(지표면 수직송신원)에 대한 수진기 자료의 해석적 해로서 Gar6More3D(참고문헌 8 참조)에 의해 얻어진 결과와, SEM 자료 및 본 발명의 실시예에 따른 방법에 의해 계산된 결과를 각각 비교하여 나타내고 있다. Referring to FIG. 6, FIG. 6 is a view illustrating a result of a verification test performed using the velocity structure model shown in FIG. 5, wherein the interpretation of the cumulative data for the Lamb's problem The result obtained by Gar6More3D (refer to Reference 8) as the final solution is compared with the SEM data and the results calculated by the method according to the embodiment of the present invention, respectively.

즉, 본 발명자들은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 송신원(Source)과의 거리 500m와 200m 위치에 수진기(Receiver)를 각각 배치하고, 8Hz의 주 주파수의 파형을 인가하여 수직으로 송신원 힘을 가하였을 때 얻어진 결과를 나타내었으며, 이때, 얻어진 결과의 타당성 비교를 위하여, 종래기술의 방법에 따른 SEM(spectral element method) 결과와 GarMore3D 2.0(참고문헌 9 참조)에 의한 해석적인 해를 구한 결과를 동시에 나타내었으며, 비교 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 각각의 결과가 잘 일치하는 것을 확인할 수 있다. That is, as shown in FIG. 5, the present inventors arranged a receiver at a distance of 500 m and a distance of 200 m from the transmission source, applied a waveform of a main frequency of 8 Hz, The result of the spectral element method (SEM) according to the conventional method and the analytical solution by GarMore3D 2.0 (refer to Reference 9) are simultaneously shown for the validity comparison of the obtained results As a result of the comparison, it can be confirmed that the respective results are in good agreement as shown in FIG.

아울러, 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 장시간 수치 모형 계산시의 안전성을 검증한 결과를 나타내는 도면이다. Referring to FIG. 7, FIG. 7 is a diagram illustrating a result of verifying safety in calculating a long-term numerical model using a method according to an embodiment of the present invention.

즉, 본 발명자들은, 본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 장시간 수치 모형 계산시 발생하는 인위적인 경계면에서의 불안전성을 검증하기 위해, 램의 문제(Lamb's problem)(지표면 수직송신원)에 PML 경계조건을 적용하였다. That is, in order to verify the instability at the artificial interface occurring in the calculation of the long-term numerical model using the method according to the embodiment of the present invention, the present inventors have found that the Lamb's problem (PML boundary condition) Respectively.

이때, PML 계수는, PML의 변수는 dx(0) = -(NPOWER + 1) * Vp(max) * log10(Rcoef)/(2*LPML)로 적용되었으며, 250,000번의 시간 스텝이 사용되었다. At this time, the PML coefficient is applied to the parameter of the PML as d x (0) = - (N POWER + 1) * V p (max) * log 10 (R coef ) / (2 * L PML ) Step was used.

상기한 바와 같은 안정성 검증 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 장시간 모사시에도 발산하지 않고 안정적인 것을 확인할 수 있다. As a result of the above-described stability verification, as shown in FIG. 7, it can be confirmed that the method according to the embodiment of the present invention is not divergent even during long-time simulation, and is stable.

여기서, 본 발명에서는, 3차원 유한 차분법을 이용하여 계산하면 계산시간이 많이 걸리므로 MPI를 통하여 병렬 계산하도록 구성하였으며, 또한, 경계조건으로 PML을 적용하여 효율적으로 인위적인 유한 경계 반사파를 줄일 수 있도록 구성하였다. Here, in the present invention, the computation using the three-dimensional finite difference method takes a long calculation time, so that the calculation is performed in parallel through the MPI. Also, by applying the PML as the boundary condition, the artificial finite boundary reflection wave can be efficiently reduced Respectively.

즉, 일반적으로, PML을 적용하게 되면 장시간 모사에 있어서 발산하는 경향을 보이거나, 또는, PML 경계에 송신원이 가까이 있게 되면 PML 경계면에서 갑작스런 진폭이 증가했다가 사라지는 현상이 생길 수 있으나, 본 발명에 따르면, 적절한 PML 계수를 선택함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. That is, in general, when the PML is applied, it tends to diverge in long time simulation, or when the transmission source is close to the PML boundary, a sudden amplitude may increase and disappear at the PML interface. However, , This problem can be solved by selecting an appropriate PML coefficient.

계속해서, 도 8 및 도 9를 참조하여, 송신원과 수진기 사이 모형 분해를 이용한 알고리즘의 검증결과에 대하여 설명한다. Next, the verification result of the algorithm using the model decomposition between the transmission source and the receiver will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG.

즉, 도 8 및 도 9를 참조하면, 도 8 및 도 9는 도 3에 나타낸 3차원 모형에 모멘트 텐서로 단층 주향 45°, 경사 45°, 이동방향 45°가 주어졌을 때 전체 3차원 모형에 대한 합성파와 본 발명의 실시예에 따라 송신원 수진기 사이의 모형으로 분해한 경우의 합성파를 비교하여 나타내는 도면이다. 8 and 9, FIGS. 8 and 9 are graphs showing the relationship between the three-dimensional model shown in FIG. 3 and the total three-dimensional model when a monotonic 45.degree. Slope 45.degree. And the synthesized wave in the case of decomposition into a model between the transmission source and the receiver in accordance with the embodiment of the present invention.

더 상세하게는, 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 송신원과 수진기 사이의 모형 분해를 이용한 3차원 유한차분 방법의 검증을 위해, 도 3에 나타낸 바와 같은 모형에 대하여 모멘트 텐서로 단층 주향 45°, 경사 45°, 이동방향 45°의 송신원을 적용하였으며, 이때, 송신원 주 주파수는 100Hz 리커(Riker) 파형을 이용하였고, 수진기는 송신원으로부터 45m 위치에 배치하고 45° 위치마다 수진기를 배치하였으며, 각각의 수진기들의 위치는 도 3에 숫자 1 ~ 8로 표시하였다. More specifically, for verification of a three-dimensional finite difference method using model decomposition between a source and a receiver according to an embodiment of the present invention as described above, , 45 ° of slope 45 ° and 45 ° of moving direction. The main frequency of the transmission source was a 100 Hz Riker waveform. The receiver was placed at a position of 45m from the transmission source. At each 45 ° position, And the positions of the respective water depths are indicated by numerals 1 to 8 in FIG.

또한, 종래의 방법에 따라 3차원 모형 전체에 대한 합성파와 본 발명의 실시예에 따라 송신원 수진기 사이의 모형으로 분해한 결과의 합성파를 각각 도 8에 나타내었으며, 그 결과, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 두 가지 경우의 합성파가 잘 일치함을 확인할 수 있다. In addition, the composite waves of the three-dimensional model as a whole and the composite waves of the result of decomposition into the model between the transmission source receivers according to the embodiment of the present invention are shown in FIG. 8 according to the conventional method. As a result, , It can be confirmed that the composite waves of the two cases agree well.

즉, 상기한 바와 같이, 종래, 3차원 모덴트 텐서 역산을 수행하기 위한 계산 영역이 매우 많고 1번의 반복 계산시 6번의 모형계산이 필요하므로, 본 발명에서는, 3차원 속도 구조 모형이 산란이 커지 않는 복잡하지 않은 모형이라면 3차원 모형 계산과 분해 영역으로 모형을 제한한 것에 차이가 없을 것임에 착안하여, 계산시간의 단축을 위해, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 3차원 속도 모형과 송신원과 수진기 사이의 모형 영역으로 계산 영역을 제한하였다. In other words, as described above, in the conventional art, there are many calculation areas for performing three-dimensional modent tensor inversion and six model calculations are required in one iteration calculation. Therefore, in the present invention, In order to shorten the computation time, a three-dimensional velocity model, a three-dimensional velocity model, and a space between the transmission source and the water depth calculator, as shown in FIG. 3B, The model area of the model is limited.

아울러, 도 8 및 도 9는, 이와 같이 모형을 제한한 분해 영역에 근거하여 계산한 결과와 원래 3차원 모형에 근거하여 계산한 결과와 비교하여 나타내고 있으며, 이때, 파형 모사 계산을 위해서 사용한 송신원의 주 주파수는 100Hz인 리커(Ricker) 송신파형을 사용하였고, 송신원은 모멘트 텐서를 위하여 주향(strike) 45°, 경사(dip) 45°, 단층이동 방향(rake) 45°를 사용하였으며, 계산을 위하여 모형영역을 x축 방향으로 맵핑하여 계산하였다. FIGS. 8 and 9 show the result of calculation based on the decomposition region with limited models and the result based on the original three-dimensional model. In this case, the transmission source used for the waveform simulation calculation A strike of 45 °, a dip of 45 °, and a rake of 45 ° were used for the moment tensor. The Ricker transmission waveform with a main frequency of 100 Hz was used. The model area is calculated by mapping in the x-axis direction.

여기서, 모멘트 텐서를 회전하여야 하고, 또한, 계산된 각 성분도 원래 자료 방향의 성분을 계산하기 위하여 회전하여야 하나, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 결과를 살펴보면 두 결과가 잘 일치하는 것을 확인할 수 있다. Here, the moment tensor should be rotated, and each calculated component should be rotated to calculate the components of the original data direction. As shown in FIGS. 8 and 9, the results show that the two results are in good agreement have.

따라서 상기한 바와 같은 내용으로부터, 본 발명에 따른 방법은, 3차원 유한차분 모사법을 이용하고, 모멘트 역산을 위한 3차원 파형 모사 계산시간을 줄이기 위해 3차원 모형 영역을 제한하여 계산하도록 구성됨으로써, 산란장이 많지 않은 3차원 속도 구조의 경우에 매우 효율적으로 계산할 수 있으며, 특히, 저주파수 영역을 이용하는 지진파 모멘트 역산에 매우 유용하다. Therefore, from the above, the method according to the present invention is configured to limit the 3D model region in order to reduce the three-dimensional waveform simulation calculation time for the inversion of the moments using the 3D finite difference modeling method, It can be calculated very efficiently in the case of a three-dimensional velocity structure with few spawning sites, and is particularly useful for inversion of seismic moment using low frequency region.

계속해서, 모멘트 텐서 역산 결과를 통한 검증에 대하여 설명한다. Next, the verification with the result of the moment tensor inversion will be described.

3차원 모멘트 텐서 알고리즘에 있어서, 모멘트 텐서와 지진 위치 정보에 대한 변수 벡터는 이하의 [수학식 25]와 같이 나타낼 수 있다.
In the three-dimensional moment tensor algorithm, the variable vector for the moment tensor and the earthquake location information can be expressed by the following equation (25).

[수학식 25] &Quot; (25) "

Figure 112014109725104-pat00042

Figure 112014109725104-pat00042

또한, 모멘트 텐서 변수와 지진원 위치에 대한 변수에 대한 변화량은 이하의 [수학식 26]과 같이 나타낼 수 있다.
In addition, the change amount with respect to the variables of the moment tensor variable and the seismic source position can be expressed by the following equation (26).

[수학식 26] &Quot; (26) "

Figure 112014109725104-pat00043

Figure 112014109725104-pat00043

이때, 각 관측소에서 얻어진 관측 자료 D는 이하의 [수학식 27]과 같다.
At this time, the observation data D obtained at each observing station is expressed by the following equation (27).

[수학식 27] &Quot; (27) "

Figure 112014109725104-pat00044

Figure 112014109725104-pat00044

아울러, 각 관측소에서 얻어진 합성파 자료를 이하의 [수학식 28]과 같이 S라 할 때, 합성파 자료와 관측 자료차 r은 이하의 [수학식 29]와 같이 나타낼 수 있다.
In addition, when the synthetic wave data obtained at the respective stations are S as shown in the following Equation (28), the synthetic wave data and the observation data difference r can be expressed by the following Equation (29).

[수학식 28] &Quot; (28) "

Figure 112014109725104-pat00045

Figure 112014109725104-pat00045

[수학식 29] &Quot; (29) "

Figure 112014109725104-pat00046

Figure 112014109725104-pat00046

따라서 모멘트 텐서 역산은, 각 변수에 대한 합성파의 변화량을 이하의 [수학식 30]과 같다고 할 때, 변수 변화량과 자료 변화량 사이의 관계는 이하의 [수학식 31]과 같이 나타낼 수 있다.
Therefore, when the moment tensor inversion is such that the change amount of the synthetic wave for each variable is equal to the following equation (30), the relationship between the variable change amount and the data change amount can be expressed by the following equation (31).

[수학식 30]  &Quot; (30) "

Figure 112014109725104-pat00047

Figure 112014109725104-pat00047

[수학식 31] &Quot; (31) "

Figure 112014109725104-pat00048

Figure 112014109725104-pat00048

여기서, [수학식 31]은 정방행렬이 아니어서 바로 역산을 수행할 수 없으므로, 이하의 [수학식 32]와 같이 변형함으로써 역산을 수행할 수 있다.
Since inequality (31) is not a square matrix, it is impossible to carry out inverse calculation immediately, so that inverse calculation can be performed by transforming as in the following expression (32).

[수학식 32] (32)

Figure 112014109725104-pat00049

Figure 112014109725104-pat00049

계속해서, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 역산방법을 실제 사례에 적용하여 기존의 방법과 비교한 결과에 대하여 설명한다. Next, the inversion method according to the present invention as described above is applied to practical examples, and the results compared with the conventional method will be described.

도 10 및 도 11을 참조하면, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 모멘트 텐서 역산방법을 검증하기 위해 적용되는 3차원 속도 구조 모형을 나타내는 도면이고, 도 11은 도 10에 나타낸 3차원 속도 구조 모형을 이용하여 SEM에 의해 계산된 합성파 결과와 본 발명의 실시예에 따라 모형 분해 영역으로 계산된 합성파 결과를 비교하여 나타내는 도면이다. 10 and 11, FIG. 10 is a diagram illustrating a three-dimensional velocity structure model applied to verify a moment tensor inversion method according to an embodiment of the present invention, FIG. 11 is a three- And comparing the result of the synthetic wave calculated by SEM with the model and the result of synthesized wave calculated by the model decomposition region according to the embodiment of the present invention.

도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 분해 영역 유한차분 3차원 모사를 이용한 모멘트 역산에 의해 얻어진 결과를 기존의 SEM 3차원 모사를 이용한 역산에 의해 얻어진 결과와 비교하여 검증을 수행하였다. As shown in FIGS. 10 and 11, the inventors of the present invention have found that the results obtained by inversion of moments using the decomposition domain finite difference three-dimensional simulation according to the embodiment of the present invention as described above, And the results were compared with those obtained by the above.

즉, 본 발명자들은, 2007년 1월 20일 발생한 오대산 지진에 대하여 기존의 SEM 3차원 모사를 이용한 역산 결과와 본 발명에서 적용된 분해 영역 유한차분 3차원 모사를 이용한 역산을 비교하여 검증을 수행하였다. That is, the present inventors performed verification by comparing the inversion results using the existing SEM three-dimensional simulations and the inversion using the three-dimensional finite difference model applied in the present invention for the Odaja earthquake of January 20, 2007.

더 상세하게는, 2007년 1월 20일 오대산 지진에 대한 모멘트 역산 비교를 위하여, 모멘트 텐서 계산을 위해 도 10에 나타낸 바와 같은 한반도 3차원 속도 구조 모형을 이용하여(참고문헌 9 참조), CHC 관측소에 대하여 SEM에 의해 계산된 합성파 결과와 본 발명의 실시예에 따라 모형 분해 영역으로 계산된 합성파 결과를 각각 비교하여 도 11에 나타내었다. More specifically, for the moment inversion comparison of the Mt. Odae earthquake on January 20, 2007, using the three-dimensional velocity structure model of the Korean peninsula as shown in Fig. 10 for the calculation of moment tensor (see Reference 9) 11 are compared with the composite wave results calculated by the SEM and the composite wave results calculated by the model decomposition region according to the embodiment of the present invention, respectively.

이때, 모형분해를 위해서 y 방향으로는 30개의 격자를 사용하였고, 한 개의 격자 간격은 500m로 하였다. In this case, 30 grids were used in the y direction for model decomposition, and one grid interval was 500 m.

그 결과, 도 11에 나타낸 바와 같이, 도 10에 나타낸 3차원 속도 구조에 대하여 CHC 관측소 위치에서 0.04 ~ 0.1Hz 사이의 그린함수 합성파를 비교한 결과를 살펴보면, 두 가지 방법에 의한 결과가 거의 일치함을 확인할 수 있다. As a result, as shown in FIG. 11, the results of comparing the green function synthetic waves of 0.04 to 0.1 Hz at the CHC station position with respect to the three-dimensional velocity structure shown in FIG. 10 are almost identical .

또한, 도 12 및 도 13을 참조하면, 도 12는 기존의 3차원 SEM을 이용한 모멘트 역산 결과를 나타내는 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따라 분해 영역 3차원 FDM을 이용한 모멘트 역산 결과를 나타내는 도면이다. 12 and 13, FIG. 12 is a view showing a result of moment inversion using a conventional three-dimensional SEM, and FIG. 13 is a diagram showing a result of moment inversion using the decomposition region three-dimensional FDM according to an embodiment of the present invention. Fig.

도 12 및 도 13에 나타낸 결과로부터, 두 가지 방법에 큰 차이가 없음을 확인할 수 있으며, 도 13에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 분해 영역을 이용한 경우가 도 12에 나타낸 기존의 SEM 방법보다 좀 더 나은 결과를 나타내는 것을 볼 수 있다. 12 and 13, it can be seen that there is no significant difference between the two methods. As shown in FIG. 13, the case of using the decomposition area according to the embodiment of the present invention is the same as that of the conventional SEM method I can see that it shows slightly better results.

따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법을 구현할 수 있다. Therefore, the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition according to the embodiment of the present invention can be implemented as described above.

즉, 도 14를 참조하면, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다. That is, referring to FIG. 14, FIG. 14 is a flowchart schematically showing the overall configuration of a three-dimensional moment tensor inversion method using modeling region decomposition according to an embodiment of the present invention.

더 상세하게는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법은, 먼저, 분석하고자 하는 지역에 대한 3차원 속도 구조(3D velocity structure)모델을 구축하는 모델링 단계(S141)와, 상기 단계에서 구축된 3차원 속도 구조 모델을 송신원(source)과 수진기(receiver) 사이의 영역에 대한 모델로 분해하는 모델링 영역 분해단계(S142)와, 상기 단계에서 분해된 송신원과 수진기 사이의 모델에 대한 모멘트 텐서의 좌표를 x축 상의 좌표로 변환하는 맵핑단계(S143)와, 상기 단계에서 맵핑된 모멘트 텐서를 이용하여 상기 송신원과 수진기 사이의 모델에 대한 모사를 행하는 모사단계(S144)와, 상기 단계에서 계산된 결과를 다시 원래 좌표로 되돌리는 역맵핑단계(S145) 및 상기 단계에서 역맵핑된 상기 송신원과 수진기 사이의 모델에 대하여 모멘트 텐서 역산을 수행하는 모멘트 텐서 역산단계(S146)를 포함하여 구성될 수 있다. More specifically, as shown in FIG. 14, a three-dimensional moment tensor inversion method using modeling region decomposition according to an embodiment of the present invention includes a 3D velocity structure model for an area to be analyzed, (S141) for constructing a three-dimensional velocity structure model, a modeling domain decomposition step (S142) for decomposing the 3D velocity structure model constructed in the step into a model for a region between a source and a receiver, A mapping step (S143) of transforming the coordinate of the moment tensor with respect to the model between the transmission source and the receiver to the coordinates on the x-axis decomposed in the mapping step, and a simulation step A reverse mapping step (S145) of returning the result calculated in the step back to the original coordinates, and a step And a moment tensor inversion step (S146) for performing moment tensor inversion with respect to the model between the first and second models.

여기서, 상기한 모델링 단계(S141) 및 모델링 영역 분해단계(S142)는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상기한 바와 같이 하여 수행될 수 있고, 또한, 상기한 맵핑단계(S143), 모사단계(S144) 및 역맵핑단계(S145)는, 도 3 및 도 4와 [수학식 20] 내지 [수학식 24]를 참조하여 상기한 바와 같이 하여 수행될 수 있다. Here, the modeling step S141 and the modeling area decomposition step S142 may be performed as described above with reference to FIGS. 1 to 3, and the mapping step S143, S144) and the inverse mapping step S145 may be performed as described above with reference to FIGS. 3 and 4 and [Equation 20] to [Equation 24].

아울러, 상기한 모멘트 텐서 역산단계(S146)는, [수학식 1] 내지 [수학식 19]와 [수학식 25] 내지 [수학식 32]를 참조하여 상기한 바와 같이, 3차원 점탄성 유한차분법에 PML(Perfectly Mached Layer) 경계조건을 적용하여 3차원 모멘트 텐서 역산을 수행하도록 구성될 수 있다. In addition, the moment tensor inversion step S146 may be performed using a three-dimensional viscoelastic finite difference method as described above with reference to Equations 1 to 19 and Equations 25 to 32. [ To apply a PML (Perfectly Mached Layer) boundary condition to the three-dimensional moment tensor inversion.

더욱이, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법은, 상기한 유한차분법 이외에, SEM(Spectral Element Method)이나 유한요소법(Finite Element Method ; FEM)에도 적용 가능한 것임에 유념해야 한다. Furthermore, the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition according to the embodiment of the present invention as described above can be applied not only to the finite difference method but also to the SEM (Spectral Element Method) or the Finite Element Method (FEM) It should be noted that it is applicable.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법을 이용하여, 도 14에 나타낸 바와 같은 처리단계들을 포함하는 일련의 처리를 수행하도록 구성되는 전용의 하드웨어로서 구성되거나, 또는, 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 상기한 각 단계들을 실행시키도록 구성되는 프로그램의 형태로 구현될 수도 있으며, 그것에 의해, 기존의 모멘트 텐서 역산방법에 비해 계산시간이 단축될 수 있는 모멘트 텐서 역산장치 및 역산시스템을 용이하고 저렴하게 구현할 수 있다. Further, the present invention performs a series of processes including processing steps as shown in Fig. 14 by using the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition according to the embodiment of the present invention configured as described above Or may be implemented in the form of a program configured to execute the above steps on a computer or dedicated hardware so that the computation time compared to the conventional moment tensor inversion method The moment tensor inversion apparatus and inversion system that can be shortened can be implemented easily and inexpensively.

이상, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래, 3차원 모멘트 역산시에는 3차원 점탄성파 모사가 필요하나, 예를 들면, 한반도 지진의 경우, 합성파 모사시 전체 모형을 각 시간 스텝마다 모두 계산을 해야 하므로 많은 계산시간이 요구되었던 문제점을 해결하기 위해, 전체 모형을 송신원과 수신원 사이의 모형으로 분해하여 최소한의 계산 영역을 가지도록 함으로써 계산시간을 획기적으로 감소할 수 있다. As described above, according to the present invention, a three-dimensional point acoustic wave simulation is required at the time of three-dimensional moment inversion. However, for example, in the case of a Korean peninsula earthquake, In order to solve the problem that a lot of calculation time is required to calculate, the calculation time can be drastically reduced by dividing the entire model into a model between the source and the destination and having the minimum calculation area.

아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 모델 영역을 줄임으로써 발생할 수 있는 유한 경계에서 발생하는 인공 반사파를 줄이기 위해, ADE-PML을 적용하여 계산시간을 매우 효율적으로 줄일 수 있으며, 더욱이, 속도 구조 모형을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하면 모멘트 텐서와 성분이 달라지게 되는 문제를 해결하기 위해, 송신원과 수진기 사이에 이루어지는 각만큼 모멘트 센서의 축을 회전시키고, 마지막으로 계산된 성분 자체도 회전되어 있으므로 계산된 성분을 송신원과 수진기 사이의 각만큼 회전시키며, 다중 MPI를 사용하여, 분해된 모형 영역을 다중 CPU 또는 클러스터 머신에서 연산이 가능하도록 분해하여 계산할 수 있다. In addition, according to the present invention, ADE-PML can be applied to reduce the artificial reflection wave generated at the finite boundary that can be generated by reducing the model area as described above, In order to solve the problem that the moment tensor and the component are different from each other by decomposing the model into a model between the source and the receiver, the axis of the moment sensor is rotated by the angle between the source and the receiver, The computed component is rotated by the angle between the source and the receiver, and the decomposed model area can be decomposed and computed in multiple CPUs or cluster machines using multiple MPIs.

즉, 본 발명에 따르면, 종래와 같이 3차원 모멘트 역산시 전체 영역을 계산하지 않고 전체 모델 영역을 송신원과 수진기 사이의 작은 영역으로 분해하고, 유한 경계면 반사파에 ADE(Auxiliary Differential Equations)-PML을 적용하여 인공반사파를 제거하며, 송신원과 수진기의 모델 영역으로 변환함으로써 발생되는 회전을 모멘트 텐서와 수진기 성분에도 적용하여 계산시간을 현저히 줄일 수 있으며, 이때, 모멘트 역산시 계산되는 주파수 대역이 저주파수이므로, 실제 3차원 모사 결과와 이러한 방법에 의한 차이가 거의 없게 된다. That is, according to the present invention, the entire model area is decomposed into a small area between the transmission source and the water depth calculator without calculating the entire area in the conventional three-dimensional moment inversion, and ADE (Auxiliary Differential Equations) -PML Since the frequency band to be calculated at the time of inversion of the moments is low frequency, it is possible to reduce the time required for the calculation of the moment inversion, There is almost no difference between the results of the three-dimensional simulation and those methods.

따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법을 구현할 수 있다. Therefore, the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition according to the present invention can be implemented as described above.

또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 지진발생시 단층방향의 파악과 중규모 이상의 지진에 대한 파형 모사 및 수압파쇄시 발생하는 진원 모사를 위해 사용되는 모멘트 텐서 역산(moment tensor inversion) 기법에 있어서, 3차원 모형 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이, 3차원 모형의 전체 영역을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하여 계산하도록 구성됨으로써, 계산시간을 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법이 제공됨으로써, 모멘트 텐서 파형 역산시 많은 시간이 걸리는 단점이 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산기법들의 문제점을 해결할 수 있다. Further, by implementing the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition according to the present invention as described above, according to the present invention, when an earthquake occurs, grasping the tomographic direction, waveform simulation for medium- In the moment tensor inversion technique used to simulate the origin occurring at a given time, the whole area of the 3D model is decomposed into a model between the source and the receiver, without performing the inversion of the entire 3D model A moment tensor inversion method using a modeling domain decomposition configured to remarkably reduce a calculation time by using a moment tensor inversion method of the prior art which has a disadvantage that it takes a long time to inverse the moment tensor waveform, Can be solved.

아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이, 3차원 모형 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이, 3차원 모형의 전체 영역을 송신원과 수진기 사이의 모형으로 분해하여 계산하는 동시에, 시간영역 3차원 점탄성 유한차분법에 PML(perfectly matched layer)을 적용하는 것에 의해 계산시간 및 비용을 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법이 제공됨으로써, 모멘트 텐서 역산시 계산시간을 줄이기 위해 1차원적인 모형을 가정하여 해석적인 해를 구해야 하는 제약이 있으며, 이를 극복하기 위해 3차원 모형에 대한 모멘트 역산 기법을 적용하면 계산시간이 오래 걸리고 경제적 비용이 증가하게 되는 문제가 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산 기법들의 문제점을 해결할 수 있다. In addition, according to the present invention, as described above, the entire area of the 3D model is decomposed into a model between the source and the receiver without performing inversion on the 3D model as a whole, and at the same time, The present invention provides a three-dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition configured to significantly reduce computation time and cost by applying a perfectly matched layer (PML) to a finite difference method. In order to overcome this problem, there is a problem in that the calculation time is long and the economic cost is increased by applying the moment inversion technique to the three-dimensional model in order to overcome this problem. Can solve the problems of moment tensor inversion techniques.

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes, modifications, combinations and substitutions may be made without departing from the scope of the present invention. .

Claims (9)

지진발생시 단층방향의 파악과 지진에 대한 파형 모사를 위해 사용되는 모멘트 텐서 역산(moment tensor inversion)시 3차원 모델에 전체에 대한 파형을 모사해야 함으로 인해 계산시간이 오래 걸리고 비용이 요구되는 문제가 있었던 종래기술의 모멘트 텐서 역산방법들의 문제점을 해결하기 위한 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법에 있어서,
분석하고자 하는 지역에 대한 3차원 속도 구조(3D velocity structure) 모델을 구축하는 모델링 단계;
상기 모델링 단계에서 구축된 상기 3차원 속도 구조 모델을 송신원(source)과 수진기(receiver) 사이의 영역에 대한 모델로 분해하는 모델링 영역 분해단계;
상기 모델링 영역 분해단계에서 분해된 상기 송신원과 상기 수진기 사이의 모델에 대한 모멘트 텐서의 좌표를 X축 상의 좌표로 변환하는 맵핑단계;
상기 맵핑단계에서 상기 X축 상의 좌표로 맵핑된 모멘트 텐서를 이용하여 상기 송신원과 상기 수진기 사이의 모델을 모사하는 모사단계;
상기 모사단계에서 계산된 결과를 다시 원래 좌표로 되돌리는 역맵핑단계; 및
상기 역맵핑단계에서 구해진 상기 송신원과 수진기 사이의 모델에 대하여 모멘트 텐서 역산을 수행하는 모멘트 텐서 역산단계를 포함하는 처리를 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 실행시키도록 구성됨으로써,
상기 3차원 속도 구조 모델 전체에 대한 역산을 수행할 필요 없이 상기 송신원과 상기 수진기 사이의 모델에 대한 역산만을 수행하는 것에 의해 계산해야 할 모델 영역을 감소하여 계산시간 및 비용을 감소할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법.
In case of moment tensor inversion, which is used for understanding the fault direction in case of an earthquake and simulating a waveform for an earthquake, it is necessary to simulate the entire waveform in the three-dimensional model, so that calculation time is long and cost is required A three-dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition to solve the problems of the conventional moment tensor inversion methods,
A modeling step of constructing a 3D velocity structure model for an area to be analyzed;
A modeling domain decomposition step of decomposing the 3D velocity structure model constructed in the modeling step into a model for a region between a source and a receiver;
Mapping the coordinates of the moment tensor with respect to the model between the transmission source and the water depth decomposed in the modeling region decomposition step to coordinates on the X-axis;
A simulation step of simulating a model between the transmission source and the water depth by using a moment tensor mapped to coordinates on the X-axis in the mapping step;
A reverse mapping step of returning the result calculated in the simulation step back to the original coordinates; And
And a moment tensor inverse calculation step of performing a moment tensor inverse calculation on the model between the transmission source and the receiver obtained in the inverse mapping step,
It is possible to reduce the calculation time and cost by decreasing the model area to be calculated by performing only the inversion of the model between the source and the receiver without performing the inverse calculation for the whole three-dimensional velocity structure model Dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition.
제 1항에 있어서,
상기 맵핑단계는,
이하의 수학식에 나타낸 회전연산자(R)를 이용하여 상기 송신원과 상기 수진기 사이의 각만큼 상기 모멘트 텐서의 축을 회전시키는 처리가 수행되도록 구성되는 특징으로 하는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법.

Figure 112014109725104-pat00050

The method according to claim 1,
Wherein the mapping step comprises:
And a process of rotating the axis of the moment tensor by an angle between the transmission source and the water depth by using the rotation operator (R) shown in the following equation is performed: < EMI ID = .

Figure 112014109725104-pat00050

제 2항에 있어서,
상기 모사단계는,
모멘트 텐서(m)를 이하의 수학식으로 나타낼 때,

Figure 112014109725104-pat00051


이하의 수학식을 이용하여 상기 맵핑단계에서 맵핑된 좌표계에 대한 새로운 모멘트 텐서(m')를 계산하고, 상기 새로운 모멘트 텐서(m')를 이용하여 모사를 수행하는 처리가 수행되도록 구성되는 특징으로 하는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법.

Figure 112014109725104-pat00052


(여기서, Rt는 R의 전치행렬(transpose matrix)임)
3. The method of claim 2,
Wherein the simulating step comprises:
When the moment tensor (m) is expressed by the following equation,

Figure 112014109725104-pat00051


A new moment tensor (m ') for the coordinate system mapped in the mapping step is calculated using the following equation, and a process of performing a simulation using the new moment tensor (m') is performed Three - dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition.

Figure 112014109725104-pat00052


(Where R t is a transpose matrix of R)
제 3항에 있어서,
상기 역맵핑단계는,
이하의 수학식에 나타낸 회전연산자(R')를 이용하여 상기 모사단계에서 계산된 성분들을 상기 송신원과 상기 수진기 사이의 각만큼 회전시키는 처리가 수행되도록 구성되는 특징으로 하는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법.

Figure 112014109725104-pat00053

The method of claim 3,
Wherein the inverse mapping step comprises:
Wherein processing for rotating components calculated in the simulation step by an angle between the transmission source and the water depth calculator is performed using a rotation operator (R ') shown in the following equation: < EMI ID = Moment tensor inversion method.

Figure 112014109725104-pat00053

제 4항에 있어서,
상기 역맵핑단계는,
이하의 수학식을 이용하여, 계산된 합성파(S')의 성분을 회전시킴으로써 원래의 합성파(S)를 구하는 처리가 수행되도록 구성되는 특징으로 하는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법.

Figure 112014109725104-pat00054

5. The method of claim 4,
Wherein the inverse mapping step comprises:
A three-dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition, which is characterized in that processing of obtaining the original composite wave S is performed by rotating the component of the calculated composite wave S 'using the following equation .

Figure 112014109725104-pat00054

제 5항에 있어서,
상기 모멘트 텐서 역산단계는,
3차원 점탄성 유한차분법을 이용하여 3차원 모멘트 텐서 역산을 수행하며,
계산영역 감소에 의해 유한 경계에서 발생하는 인공 반사파를 줄이기 위해, 상기 3차원 점탄성 유한차분법에 ADE(Auxiliary Differential Equations)-PML(Perfectly Mached Layer)에 따른 경계조건을 적용하도록 구성되는 특징으로 하는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the moment tensor inversion step comprises:
Dimensional moment tensor inversion is performed using a three-dimensional viscoelastic finite difference method,
To reduce the artificial reflection wave generated at the finite boundary by the reduction of the calculation domain, a modeling feature that is configured to apply a boundary condition according to ADE (Auxiliary Differential Equations) -PML (Perfectly Mached Layer) to the three-dimensional viscoelastic finite difference method Three - Dimensional Moment Tensor Inversion Method Using Domain Decomposition.
제 6항에 있어서,
상기 역산방법은,
상기 모멘트 텐서 역산단계에서, 상기 유한차분법 대신에, SEM(Spectral Element Method)이나 유한요소법(Finite Element Method ; FEM)을 이용하여 3차원 모멘트 텐서 역산을 수행하는 처리가 수행되도록 구성되는 특징으로 하는 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법.
The method according to claim 6,
The inversion method includes:
In the moment tensor inversion step, a process of performing a three-dimensional moment tensor inversion process is performed using an SEM (Spectral Element Method) or a Finite Element Method (FEM) instead of the finite difference method Three - dimensional moment tensor inversion method using modeling domain decomposition.
청구항 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 기재된 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법에 따른 처리를 컴퓨터에 실행시키도록 구성되는 프로그램이 기록된 기록매체.
A computer-readable recording medium on which is recorded a program for causing a computer to execute a process according to the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition described in any one of claims 1 to 7.
청구항 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 기재된 모델링 영역 분해를 이용한 3차원 모멘트 텐서 역산방법을 이용하여 모멘트 텐서 역산을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모멘트 텐서 역산시스템. The moment tensor inversion system is configured to perform moment tensor inversion using the three-dimensional moment tensor inversion method using the modeling domain decomposition described in any one of claims 1 to 7.
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