KR101811284B1 - Microseismic location determining device and microseismic location determining method - Google Patents

Microseismic location determining device and microseismic location determining method Download PDF

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KR101811284B1
KR101811284B1 KR1020160125405A KR20160125405A KR101811284B1 KR 101811284 B1 KR101811284 B1 KR 101811284B1 KR 1020160125405 A KR1020160125405 A KR 1020160125405A KR 20160125405 A KR20160125405 A KR 20160125405A KR 101811284 B1 KR101811284 B1 KR 101811284B1
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변중무
이상민
설순지
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an apparatus to determine a microseismic event position and a method to determine the microseismic event position. According to the present invention, the apparatus to determine the microseismic event position is an apparatus to determine the position of a microseismic event which occurs when a subject geological structure is crushed, comprising: a first estimated position determination unit which determines the first estimated position of the microseismic event based on an initial speed model of the subject geological structure, a plurality of arriving time measured by a plurality of receivers, and the positions of the plurality of receivers; a transformed speed model calculation unit which calculates a transformed speed model for the subject geological structure transformed based on the first estimated position, the initial speed model, and the plurality of arriving time; and a second estimated position determination unit which determines the second estimated position of the microseismic event based on the transformed speed model, the plurality of arriving times, and the positions of the plurality of receivers. The present invention provides the apparatus to determine the microseismic event position and the method to determine the microseismic event position, which are able to detect the precise position of a microseismic event.

Description

미소진동 이벤트 위치 결정 장치 및 미소진동 이벤트 위치 결정 방법{MICROSEISMIC LOCATION DETERMINING DEVICE AND MICROSEISMIC LOCATION DETERMINING METHOD}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a micro vibration event location determining apparatus and a micro vibration event location determining method,

본 발명은 미소진동 이벤트 위치 결정 장치 및 미소진동 이벤트 위치 결정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro vibration event position determination apparatus and a micro vibration event position determination method.

지열은 계절의 영향이나 기후조건 등 외부 열원 공급요건에 영향을 받지 않고 연중가동할 수 있는 대체 에너지원이며, 최근에는 비화산지대에서도 지열발전이 가능케하는 EGS (Enhanced/Engineered Geothermal System) 기술이 개발되어 프랑스, 독일, 호주 등에서 활발히 연구가 진행되고 있다.Geothermal heat is an alternative energy source that can be operated year-round without being influenced by external heat source supply requirements such as seasonal influences and climatic conditions. In recent years, EGS (Enhanced / Engineered Geothermal System) technology has been developed to enable geothermal power generation in non- France, Germany, and Australia are actively conducting research.

EGS 지열발전 기술은 지열발전의 상업성 확보를 위한 저류층 수리자극 기술로써 심부 수 km 지하를 시추한 뒤 물을 주입하여 인공 지열 저류층을 생성한 후 지열에 의해 가열된 지하수를 에너지로 활용하고 다시 저류층으로 물을 순환시키는 기술이다. 이런 EGS 지열발전 기술에서는 지하수의 이동통로가 되는 균열의 연결성 향상이 매우 중요하며, 다단계에 걸쳐 이루어지는 수압파쇄시 발생되는 균열의 정보는 미소진동 모니터링 방법을 통해 확인이 가능하다.EGS geothermal power generation technology is a technology of repairing the reservoir for securing the commerciality of geothermal power generation. It drills underground water several kilometers deep and then injects water to generate artificial geothermal reservoir, uses groundwater heated by geothermal energy as energy, It is a technology that circulates water. In this EGS geothermal power generation technology, it is very important to improve the connectivity of cracks, which is the moving path of ground water, and information of cracks generated in multi-stage crushing can be confirmed by microscopic vibration monitoring method.

미소진동 모니터링을 통해 균열의 발달상황을 파악하기 위해서는 미소진동 이벤트의 정확한 위치결정이 중요하다. 일반적으로 미소진동 이벤트의 위치결정시 사용되는 지하 하부의 속도구조는 수압파쇄 이전의 구조를 사용하게 되지만, 각 단계별 수압파쇄시 발생되는 균열에 의해 지하 하부의 속도구조는 변화하게 된다. 이렇게 변화된 속도구조를 고려하지 않고 수압파쇄 이전의 구조를 사용하여 미소진동 모니터링을 수행하게 되면, 위치결정시 잘못된 속도구조로 인해 미소진동 이벤트의 위치오차가 발생하여 잘못된 균열정보를 얻게 되는 문제점이 있다.Accurate positioning of micro-vibration events is important to understand the development of cracks through micro-vibration monitoring. Generally, the velocity structure of the underground lower part used in positioning the micro vibration event uses the structure before the hydraulic crushing, but the velocity structure of the underground part is changed by the crack generated in the hydraulic crushing at each step. If the minute vibration monitoring is performed using the structure before the hydraulic crushing without considering the changed velocity structure, the position error of the micro vibration event is generated due to the erroneous velocity structure at the time of positioning, and the wrong crack information is obtained .

관련 선행기술문헌으로는 아래 특허문헌 1 및 2가 있다.Related prior art documents include Patent Documents 1 and 2 below.

한국등록특허공보 제10-1347969호 (2013.12.27)Korean Patent Registration No. 10-1347969 (December 27, 2013) 일본등록특허공보 제4,324,126호 (2009.06.12)Japanese Patent Registration No. 4,324,126 (Jun., 2009)

해결하고자 하는 기술적 과제는 대상 지질의 파쇄시 변화된 지질의 속도 구조를 반영하여 미소진동 이벤트의 정확한 위치를 검출할 수 있는 미소진동 이벤트 위치 결정 장치 및 미소진동 이벤트 위치 결정 방법을 제공하는 데 있다.A technical problem to be solved is to provide a micro-vibration event position determination device and a micro-vibration event position determination method capable of detecting an accurate position of a micro-vibration event by reflecting a changed velocity structure of a lipid when a target lipid is broken.

본 발명의 한 실시예에 따른 미소진동 이벤트 위치 결정 장치는, 대상 지질의 파쇄시 발생하는 미소진동 이벤트의 위치를 결정하는 미소진동 이벤트 위치 결정 장치로서, 상기 대상 지질에 대한 초기 속도 모델, 복수의 수신기를 통해 측정된 복수의 도달 시각, 및 상기 복수의 수신기의 위치에 기초하여 상기 미소진동 이벤트의 1차 추정 위치를 결정하는 1차 추정 위치 결정부; 상기 1차 추정 위치, 상기 초기 속도 모델, 및 상기 복수의 도달 시각에 기초하여 파쇄에 의해 변형된 상기 대상 지질에 대한 변형 속도 모델을 산출하는 변형 속도 모델 산출부; 및 상기 변형 속도 모델, 상기 복수의 도달 시각, 및 상기 복수의 수신기의 위치에 기초하여 상기 미소진동 이벤트의 2차 추정 위치를 결정하는 2차 추정 위치 결정부를 포함한다.An apparatus for positioning microvibration event according to an embodiment of the present invention is an apparatus for microvibration event position determination that determines a position of a microvibration event that occurs upon fracture of a target lipid, A first estimated position determining unit for determining a first estimated position of the micro vibration event based on a plurality of arrival times measured through a receiver and a position of the plurality of receivers; A deformation rate model calculation unit for calculating a deformation rate model for the target lipid deformed by the crushing based on the primary estimated position, the initial velocity model, and the plurality of reaching times; And a secondary estimated position determining section for determining a secondary estimated position of the micro vibration event based on the deformation velocity model, the plurality of arrival times, and the positions of the plurality of receivers.

상기 1차 추정 위치 결정부는 상기 복수의 수신기의 위치 및 상기 초기 속도 모델을 입력으로, 아이코날 방정식(Eikonal equation)을 통해서, 상기 복수의 수신기에 대응하는 복수의 계산 주시를 산출할 수 있다.The primary estimation position determination unit may calculate a plurality of computation observations corresponding to the plurality of receivers through an Eikonal equation based on the positions of the plurality of receivers and the initial velocity model.

상기 1차 추정 위치 결정부는 상기 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이를 최소화하도록 상기 1차 추정 위치를 결정하고, 상기 시간 잔차는 해당 수신기에 대응하는 도달 시각 및 계산 주시의 차이 값일 수 있다.The primary estimation position determining unit may determine the primary estimation position to minimize the difference of the time residuals between the combinations of the plurality of receivers, and the time residual may be a difference between the arrival time corresponding to the receiver and the calculated attention.

상기 1차 추정 위치 결정부는 각 방향에 대한 상기 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이의 변화량, 각 방향에 대한 위치 좌표의 증분, 상기 복수의 수신기의 조합 간의 도달 시각과 계산 주시의 차이를 이용하여, 상기 1차 추정 위치를 결정할 수 있다.The primary estimation position determining unit may use the change amount of the difference of the time residuals between the combinations of the plurality of receivers for each direction, the increment of the position coordinates with respect to each direction, the difference between the arrival time of the combinations of the plurality of receivers, So that the primary estimated position can be determined.

상기 변형 속도 모델 산출부는 프레넬 볼륨(Fresnel volume)을 근사하여 자코비안(Jacobian)을 계산할 수 있다.The strain rate model calculator may calculate a Jacobian by approximating the Fresnel volume.

상기 변형 속도 모델 산출부는 상기 프레넬 볼륨을 이용함에 있어서, 수신기로부터 전체 모델에 대해 제1 계산 주시를 산출하고, 상기 1차 추정 위치로부터 기준 범위 내에 대해서 제2 계산 주시를 산출할 수 있다.In using the Fresnel volume, the deformation velocity model calculator may calculate a first calculation view for the entire model from a receiver, and calculate a second calculation view within a reference range from the first estimated position.

상기 기준 범위는 파쇄가 수행되는 영역을 기준으로 일정 범위일 수 있다.The reference range may be a certain range based on the area where the shredding is performed.

상기 제1 계산 주시 및 상기 제2 계산 주시를 산출함에 있어서, 아이코날 방정식을 이용할 수 있다.In calculating the first calculation view and the second calculation view, an Iconal equation can be used.

본 발명의 한 실시예에 따른 미소진동 이벤트 위치 결정 방법은, 대상 지질의 파쇄시 발생하는 미소진동 이벤트의 위치를 결정하는 미소진동 이벤트 위치 결정 방법으로서, 상기 대상 지질에 대한 초기 속도 모델, 복수의 수신기를 통해 측정된 복수의 도달 시각, 및 상기 복수의 수신기의 위치에 기초하여 상기 미소진동 이벤트의 1차 추정 위치를 결정하는 1차 추정 위치 결정 단계; 상기 1차 추정 위치, 상기 초기 속도 모델, 및 상기 복수의 도달 시각에 기초하여 파쇄에 의해 변형된 상기 대상 지질에 대한 변형 속도 모델을 산출하는 변형 속도 모델 산출 단계; 및 상기 변형 속도 모델, 상기 복수의 도달 시각, 및 상기 복수의 수신기의 위치에 기초하여 상기 미소진동 이벤트의 2차 추정 위치를 결정하는 2차 추정 위치 결정 단계를 포함한다.A microvibration event positioning method according to an embodiment of the present invention is a microvibration event positioning method for determining a position of a microvibration event that occurs upon fracture of a target lipid, the microvibration event positioning method comprising: A first estimated position determining step of determining a first estimated position of the micro vibration event based on a plurality of arrival times measured by the receiver and a position of the plurality of receivers; A strain rate model calculation step of calculating a strain rate model for the subject lipid deformed by the crushing based on the primary estimated position, the initial velocity model, and the plurality of arrival times; And a secondary estimated positioning step of determining a secondary estimated position of the micro vibration event based on the deformation velocity model, the plurality of arrival times, and the position of the plurality of receivers.

상기 미소진동 이벤트 위치 결정 방법은, 상기 1차 추정 위치 결정 단계에서, 상기 복수의 수신기의 위치 및 상기 초기 속도 모델을 입력으로, 아이코날 방정식을 통해서, 상기 복수의 수신기에 대응하는 복수의 계산 주시를 산출할 수 있다.Wherein the microvibration event positioning method comprises the steps of: calculating, at the first estimation position determining step, a plurality of calculations corresponding to the plurality of receivers, Can be calculated.

상기 미소진동 이벤트 위치 결정 방법은, 상기 1차 추정 위치 결정 단계에서, 상기 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이를 최소화하도록 상기 1차 추정 위치를 결정하고, 상기 시간 잔차는 해당 수신기에 대응하는 도달 시각 및 계산 주시의 차이 값일 수 있다.Wherein the microvibration event positioning method comprises the steps of: determining, in the primary estimation positioning step, the primary estimated position to minimize a difference in time residuals between combinations of the plurality of receivers; The arrival time, and the difference of calculation observation.

상기 미소진동 이벤트 위치 결정 방법은, 상기 1차 추정 위치 결정 단계에서, 각 방향에 대한 상기 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이의 변화량, 각 방향에 대한 위치 좌표의 증분, 상기 복수의 수신기의 조합 간의 도달 시각과 계산 주시의 차이를 이용하여, 상기 1차 추정 위치를 결정할 수 있다.Wherein the microvibration event positioning method further comprises: a step of calculating, at the first estimation position determining step, a change amount of a difference in time residual between combinations of the plurality of receivers in each direction, an increment of position coordinates with respect to each direction, The primary estimated position can be determined using the difference between the arrival times of the combinations and the calculation view.

상기 미소진동 이벤트 위치 결정 방법은, 상기 변형 속도 모델 산출 단계에서, 프레넬 볼륨을 근사하여 자코비안을 계산할 수 있다.The microvibration event positioning method may calculate the Jacobian by approximating the Fresnel volume in the strain rate model calculating step.

상기 미소진동 이벤트 위치 결정 방법은, 상기 변형 속도 모델 산출 단계에서, 상기 프레넬 볼륨을 이용함에 있어서, 수신기로부터 전체 모델에 대해 제1 계산 주시를 산출하고, 상기 1차 추정 위치로부터 기준 범위 내에 대해서 제2 계산 주시를 산출할 수 있다.The method of determining microvibration event according to claim 1, wherein, in using the Fresnel volume in the deformation velocity model calculation step, a first calculation view is calculated for the entire model from a receiver, The second calculation view can be calculated.

상기 기준 범위는 파쇄가 수행되는 영역을 기준으로 일정 범위일 수 있다.The reference range may be a certain range based on the area where the shredding is performed.

상기 제1 계산 주시 및 상기 제2 계산 주시를 산출함에 있어서, 아이코날 방정식을 이용할 수 있다.In calculating the first calculation view and the second calculation view, an Iconal equation can be used.

본 발명에 따른 미소진동 이벤트 위치 결정 장치 및 미소진동 이벤트 위치 결정 방법은 대상 지질의 파쇄시 변화된 지질의 속도 구조를 반영하여 미소진동 이벤트의 정확한 위치를 검출할 수 있다.The microvibration event position determination apparatus and microvibration event position determination method according to the present invention can accurately detect the microvibration event position by reflecting the changed velocity structure of the lipid when the target lipid is broken.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 미소진동 이벤트 위치 결정 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 대상 지질에 대한 예시적인 초기 속도 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 대상 지질에 대한 예시적인 변형 속도 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 예시적인 미소진동 이벤트의 위치 및 복수의 수신기의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4를 수직 방향에서 바라본 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 1차 추정 위치 결정부에 의해 결정된 미소진동 이벤트의 1차 추정 위치의 방향별 오차를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 변형 속도 모델 산출부의 알고리즘 중 프레넬 볼륨을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 프레넬 볼륨을 이용함에 있어서, 수신기로부터 산출하는 제1 계산 주시를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 프레넬 볼륨을 이용함에 있어서, 1차 추정 위치로부터 산출하는 제2 계산 주시를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 변형 속도 모델 산출부에 의해 산출된 변형 속도 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 2차 추정 위치 결정부에 의해 결정된 미소진동 이벤트의 2차 추정 위치의 방향별 오차를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 실제 미소진동 이벤트의 위치, 1차 추정 위치, 및 2차 추정 위치를 서로 비교하기 위한 도면이다.
도 13은 초기 속도 모델을 이용한 경우와 업데이트된 변형 속도 모델을 이용한 경우의 추정 위치 오차를 비교하기 위한 표이다.
FIG. 1 is a diagram illustrating a micro vibration event location apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining an exemplary initial velocity model for a target lipid.
Figure 3 is a diagram for explaining an exemplary strain rate model for a subject lipid.
4 is a diagram for explaining positions of an exemplary micro vibration event and positions of a plurality of receivers.
FIG. 5 is a view of FIG. 4 viewed from the vertical direction. FIG.
FIG. 6 is a view for explaining an error in a direction of a primary estimation position of a micro vibration event determined by a primary estimation position determination unit according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining the Fresnel volume among the algorithms of the strain rate model calculation unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining a first calculation view calculated from a receiver using a Fresnel volume; FIG.
FIG. 9 is a diagram for explaining a second calculation view calculated from the primary estimated position by using the Fresnel volume; FIG.
10 is a view for explaining a strain rate model calculated by the strain rate model calculation unit according to an embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining an error in a direction of a secondary estimation position of a micro vibration event determined by a secondary estimation position determination unit according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram for comparing the position of the actual micro vibration event, the primary estimated position, and the secondary estimated position with each other.
13 is a table for comparing the estimated position error in the case of using the initial velocity model and the case of using the updated strain rate model.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 따라서 앞서 설명한 참조 부호는 다른 도면에서도 사용할 수 있다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification. Therefore, the above-mentioned reference numerals can be used in other drawings.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 과장되게 나타낼 수 있다.In addition, since the sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings. In the drawings, thicknesses may be exaggerated for clarity of presentation of layers and regions.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 미소진동 이벤트 위치 결정 장치를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a micro vibration event location apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 본 발명의 한 실시예에 따른 미소진동 이벤트 위치 결정 장치(10)는 1차 추정 위치 결정부(110), 변형 속도 모델 산출부(120), 및 2차 추정 위치 결정부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a micro vibration event location determination apparatus 10 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a primary estimation position determination unit 110, a deformation speed model calculation unit 120, and a secondary estimation position determination unit 130).

미소진동 이벤트 위치 결정 장치(10)는 대상 지질의 파쇄시 발생하는 미소진동 이벤트의 위치를 결정하는 장치이다. 미소진동 이벤트 위치 결정 장치(10)는 적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 포함하는 컴퓨팅 장치일 수 있다. 1차 추정 위치 결정부(110), 변형 속도 모델 산출부(120), 및 2차 추정 위치 결정부(130)는 컴퓨팅 장치를 하드웨어적으로 구분할 수 있는 단위가 될 수도 있지만, 소프트웨어적으로 구분할 수 있는 단위일 수도 있다.The microvibration event position determination apparatus 10 is a device that determines the position of a micro vibration event that occurs when a target lipid is broken. The micro vibration event location determination apparatus 10 may be a computing device including at least one processor and a memory. The primary estimated position determining unit 110, the deformation speed model calculating unit 120, and the secondary estimated position determining unit 130 may be units that can distinguish hardware devices of a computing device, It may be a unit.

미소진동 이벤트 위치 결정 장치(10)의 구성을 설명하기 이전에, 수압 파쇄 전과 수압 파쇄 후를 비교 설명하기 위해서, 도 2 내지 5의 모델링을 먼저 참조한다.Before describing the configuration of the micro vibration event location determining apparatus 10, the modeling of Figs. 2 to 5 will be referred to first in order to compare the hydraulic pressure before crushing and the post-hydraulic crushing.

도 2는 대상 지질에 대한 예시적인 초기 속도 모델을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 대상 지질에 대한 예시적인 변형 속도 모델을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 예시적인 미소진동 이벤트의 위치 및 복수의 수신기의 위치를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4를 수직 방향에서 바라본 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining an exemplary initial velocity model for a target lipid, FIG. 3 is a diagram for explaining an exemplary strain rate model for a target lipid, FIG. FIG. 5 is a view showing the position of the receiver of FIG.

도 2에 도시된 대상 지질에 대한 예시적인 초기 속도 모델은 속도 구조가 서로 상이한 3 개의 지질 층을 포함한다. 지질 층(210)은 1000 m/s의 속도 구조를 갖고, 지질 층(220)은 2500 m/s의 속도 구조를 갖고, 지질 층(230)은 4000 m/s의 속도 구조를 가질 수 있다.An exemplary initial velocity model for the subject lipid shown in Figure 2 includes three lipid layers with different velocity structures. The lipid layer 210 may have a velocity structure of 1000 m / s, the lipid layer 220 may have a velocity structure of 2500 m / s, and the lipid layer 230 may have a velocity structure of 4000 m / s.

주입정(240)은 시추공을 통해서 도시된 바와 같이 지질 심부에 삽입될 수 있다. 이후 주입정(240)을 통해서 분출되는 물에 의해 대상 지질은 수압 파쇄가 일어날 수 있다.The injection well 240 can be inserted into the lipid as shown through the borehole. Thereafter, the water discharged through the injection well 240 may cause hydraulic fracturing of the target lipid.

도 3을 참조하면, 주입정(240)을 통해서 수압 파쇄가 수행된 이후에 변형된 대상 지질의 변형 속도 모델이 도시되어 있다. 변형 속도 모델은 기존의 지질 층(210, 220, 230)에 더하여, 3600 m/s의 속도 구조를 갖는 지질 층(250)을 더 포함하게 된다.Referring to FIG. 3, a strain rate model of the deformed target lipid is shown after hydraulic fracturing is performed through the injection well 240. The strain rate model further includes a lipid layer 250 having a velocity structure of 3600 m / s in addition to the conventional lipid layers 210, 220, and 230.

도 4를 참조하면, 수압 파쇄에 의해 발생된 미소진동 이벤트들의 위치 및 복수의 수신기의 위치가 예시적으로 평면 방향에서 도시되어 있다.Referring to Figure 4, the location of the microvibration events generated by hydraulic fracturing and the location of a plurality of receivers are illustratively shown in the planar direction.

도 5를 참조하면, 수직 방향에서의 미소진동 이벤트들의 위치가 도시되어 있다.Referring to Figure 5, the locations of the microvibration events in the vertical direction are shown.

1차 추정 위치 결정부(110)는 대상 지질에 대한 초기 속도 모델, 복수의 수신기를 통해 측정된 복수의 도달 시각, 및 복수의 수신기의 위치에 기초하여 미소진동 이벤트의 1차 추정 위치를 결정한다.The primary estimation position determination unit 110 determines the primary estimation position of the micro vibration event based on the initial velocity model for the target lipid, the plurality of arrival times measured through the plurality of receivers, and the positions of the plurality of receivers .

대상 지질에 대한 초기 속도 모델은 로깅(loging) 등의 시추 시의 음파 검침 방법 등을 이용하여 획득할 수 있다. 획득된 초기 속도 모델은 수압 파쇄 이전의 속도 모델이므로 도 2와 유사한 형태를 갖는다.The initial velocity model for the target lipid can be obtained using sound wave survey method during drilling such as logging. The obtained initial velocity model is similar to that of FIG. 2 since it is a velocity model before hydraulic fracture.

복수의 수신기는, 예를 들어, 대상 지질의 지표면 위에서 도 4에서 도시된 바와 같이 위치할 수 있다. 도 4에서는 12 개의 수신기가 지표면에 행렬 행태로 배치되었지만, 복수의 수신기의 개수 및 배치 형태는 실시예에 따라 달라질 수 있다.A plurality of receivers may be located, for example, as shown in FIG. 4 above the surface of the subject lipid. In FIG. 4, although the twelve receivers are arranged in a matrix form on the ground surface, the number and arrangement of the plurality of receivers may vary according to the embodiment.

복수의 수신기는, 수압 파쇄에 의해 미소진동 이벤트가 발생하면, 발생된 미소진동 이벤트와 해당 수신기 사이의 거리에 따라 파(P파, S파)의 도달 시각을 기록한다.The plurality of receivers records the time of arrival of the waves (P waves and S waves) according to the generated micro vibration events and the distance between the micro vibrations and the receivers when a micro vibration event occurs due to hydraulic fracturing.

먼저, 1차 추정 위치 결정부(110)는 복수의 수신기의 위치 및 초기 속도 모델을 입력으로, 아이코날 방정식(Eikonal equation)을 통해서, 복수의 수신기에 대응하는 복수의 계산 주시를 산출할 수 있다.First, the first-order estimation position determination unit 110 can calculate a plurality of calculation observations corresponding to a plurality of receivers through an Eikonal equation by inputting the positions and initial velocity models of a plurality of receivers .

아이코날 방정식은 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The Iconel equation can be expressed as Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112016094552220-pat00001
Figure 112016094552220-pat00001

주시는 미소진동 이벤트에서 수신기까지 파가 도달하는 시간을 의미한다. 계산 주시는 수신기를 통해 측정된 주시가 아니라 계산으로 산출된 주시를 의미한다. 계산 주시의 산출에는 파선 추적법(ray tracing) 및 아이코날 방정식이 사용될 수 있다.This means the time that the wave reaches from the microvibration event to the receiver. The calculation means the attention calculated through the receiver, not the computed attention. Ray tracing and the Iconald's equation can be used to calculate the computed attention.

파선 추적법은 복잡한 속도 모델의 경우 그림자 영역(shadow zone)이 나타나거나 두 점 사이에 복수의 파선 경로가 존재하는 등의 문제를 내포한다.The dashed line tracking method has problems such as a shadow zone in a complex velocity model or a plurality of dashed paths between two points.

반면에 아이코날 방정식을 이용한 주시를 계산하는 경우 발생된 미소진동의 에너지가 모든 격자점에 전파하는데 걸리는 시간을 단 한번의 계산만으로 획득이 가능하므로 계산시간상의 높은 효율성을 갖게 된다. 이때 아이코날 방정식을 유한차분법으로 푸는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 복잡한 속도 모델에서도 적용이 가능하며, 파선 추적법에서 발생되는 그림자 영역의 문제 역시 해결이 가능하기 때문에 정확한 미소진동의 모니터링이 가능하다. 따라서, 본 실시예에서는 아이코날 방정식을 이용한 유한차분법으로 계산 주시를 산출한다.On the other hand, in the case of calculating the observations using the Iconald equation, since the time required for propagating the energy of the microvibration generated to all the lattice points can be obtained only by a single calculation, the efficiency is high in the calculation time. At this time, a method of solving the Icornal equation by a finite difference method can be used. In addition, it can be applied to complex speed models, and the problem of shadow area generated by the dashed line tracking method can be solved, so accurate micro vibration monitoring is possible. Therefore, in the present embodiment, calculation observation is calculated by a finite difference method using an Iconar equation.

한편, 미소진동 위치역산에서는 매 반복시마다 새롭게 바뀐 미소진동 발생 위치에서 수신기까지의 주시계산이 필요하게 된다. 일반적으로 EGS 지열발전에서는 적은 수의 수신기를 이용하여 수백개 이상의 미소진동 이벤트의 위치를 찾게 되고, 매 반복시에 반복되는 계산으로 인해 주시계산에 소요되는 계산시간은 급격히 증가하게 된다. 본 실시예에서는 송·수신기간의 상반성의 원리를 이용하여 수신기를 송신원으로 하여 모든 격자점에서의 주시를 계산함으로써 송신원의 개수가 아닌 수신기의 개수만큼의 주시계산 모델링을 수행하도록 알고리듬을 구성하였다.On the other hand, in microvibration position inversion, it is necessary to calculate the attention from the microvibration generation position newly changed at every repetition to the receiver. Generally, in EGS geothermal power generation, hundreds or more microvibration events are located using a small number of receivers, and the calculation time required for the calculation of the observations increases rapidly due to repeated calculations at each iteration. In this embodiment, an algorithm is constructed to calculate the number of viewpoint calculations by the number of receivers rather than the number of transmitters by calculating the attention at all lattice points using the receiver as a source by using the principle of reciprocal of the transmit / receive period .

계산된 주시는 속도 모델과 수신기의 위치가 변하지 않는 이상 미소진동 이벤트의 발생 수와는 무관하게 모든 주시 계산이 가능하게 되므로, 미소진동 이벤트의 발생수가 증가할수록 계산의 효율성이 증대되게 된다.As long as the calculated velocity model and the position of the receiver are not changed, the calculation efficiency can be increased as the number of micro vibration events is increased, regardless of the number of micro vibration events.

다음으로, 1차 추정 위치 결정부(110)는 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이를 최소화하도록 1차 추정 위치를 결정할 수 있다. 이때, 시간 잔차는 해당 수신기에 대응하는 도달 시각 및 계산 주시의 차이 값일 수 있다.Next, the primary estimation position determination unit 110 may determine the primary estimation position to minimize the difference in time residuals between the combinations of the plurality of receivers. At this time, the time residual may be the arrival time corresponding to the receiver and the difference value of the calculation watch.

아래 수학식 2를 참조하여 설명한다.Will be described with reference to Equation (2) below.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112016094552220-pat00002
Figure 112016094552220-pat00002

수학식 2의 목적함수인

Figure 112016094552220-pat00003
를 최소화하는 x, y, z의 좌표가 미소진동 이벤트의 1차 추정 위치가 될 수 있다.The objective function of Equation (2)
Figure 112016094552220-pat00003
The coordinates of x, y, and z that minimize x, y, and z may be the primary estimated position of the microvibration event.

이때, N은 복수의 수신기의 개수이고,

Figure 112016094552220-pat00004
은 i 번째 수신기에서 측정된 파(wave)의 도달 시각이고,
Figure 112016094552220-pat00005
은 i 번째 수신기에 대응하는 계산 주시이고, 은 j 번째 수신기에서 측정된 파의 도달 시각이고,
Figure 112016094552220-pat00007
은 j 번째 수신기에 대응하는 계산 주시이다. 파는 S파 또는 P파일 수 있다.Where N is the number of receivers,
Figure 112016094552220-pat00004
Is the arrival time of the wave measured at the i < th > receiver,
Figure 112016094552220-pat00005
Is a calculation watch corresponding to the i < th > receiver, Is the arrival time of the wave measured at the jth receiver,
Figure 112016094552220-pat00007
Is the computation attention corresponding to the jth receiver. The wave can be S-wave or P-wave.

이때,

Figure 112016094552220-pat00008
은 i 번째 수신기의 시간 잔차이고,
Figure 112016094552220-pat00009
은 j 번째 수신기의 시간 잔차일 수 있다.At this time,
Figure 112016094552220-pat00008
Is the time residual of the i < th > receiver,
Figure 112016094552220-pat00009
May be the time residual of the jth receiver.

일반적으로, 낮은 신호대잡음비로 인해 진폭이 상대적으로 작은 P파의 초동발췌는 어려운 경우가 많은데, 본 발명의 실시예에 따르면 P파나 S파 중 하나의 초동만이 발췌되었을 경우에도 수학식 2의 적용이 가능하다.Generally, it is often difficult to extract a first wave of a P wave having a relatively small amplitude due to a low signal-to-noise ratio. According to the embodiment of the present invention, when only one of the P wave or S wave is extracted, This is possible.

또한 수학식 2는 미소진동 이벤트의 발생 시각에 대한 정보가 필요없다는 장점을 갖는다.Equation (2) has an advantage that information on the generation time of the micro vibration event is not necessary.

더불어, P파와 S파의 초동발췌가 모두 이루어진 경우에도 수학식 2에 의해 시간 잔차의 조합 수가 증가되어 더욱 정확한 위치 결정이 가능한 장점을 갖는다.In addition, even when both the P wave and the S wave are extracted, the number of combinations of the time residuals can be increased by Equation (2), which makes it possible to perform more accurate positioning.

한 실시예에 따르면, 1차 추정 위치 결정부(110)는 각 방향에 대한 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이의 변화량, 각 방향에 대한 위치 좌표의 증분, 복수의 수신기의 조합 간의 도달 시각과 계산 주시의 차이를 이용하여, 1차 추정 위치를 결정할 수 있다.According to one embodiment, the first-order estimation position determination unit 110 calculates a variation amount of time difference between the combinations of a plurality of receivers for each direction, an increment of position coordinates for each direction, And the difference between the calculated distances can be used to determine the primary estimated position.

아래 수학식 3 내지 6을 참조하여 설명한다. 수학식 3과 수학식 4의 각 텀(term)은 순서대로 대응된다. Will be described with reference to the following equations (3) to (6). The terms in equations (3) and (4) correspond in order.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112016094552220-pat00010
Figure 112016094552220-pat00010

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112016094552220-pat00011
Figure 112016094552220-pat00011

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112016094552220-pat00012
Figure 112016094552220-pat00012

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112016094552220-pat00013
Figure 112016094552220-pat00013

여기서 행렬 G는 각 방향에 대한 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이의 변화량이고,

Figure 112016094552220-pat00014
은 각 방향에 대한 위치 좌표의 증분이고, ri,j은 i 번째 수신기의 시간 잔차와 j 번째 수신기의 시간 잔차의 차이를 의미한다.Where the matrix G is the variation of the difference in time residuals between the combinations of the plurality of receivers for each direction,
Figure 112016094552220-pat00014
Is the increment of the position coordinate for each direction, and r i, j is the difference between the time residual of the i-th receiver and the time residual of the j-th receiver.

수학식 2의 목적함수에 격자탐색법(Grid search)을 적용하면 원하는 오차 범위 내에서의 초기 모델에 관계없이 최적의 해를 찾을 수 있지만, EGS 지열발전과 같이 심부수 km의 방대한 범위의 3차원 모델에 적용하기에는 계산시간이 많이 걸리는 문제점이 있다.Applying a grid search to the objective function of Equation (2), an optimal solution can be found regardless of the initial model within a desired error range. However, in the case of EGS geothermal power generation, There is a problem that calculation time is long to apply to the model.

따라서 본 실시예에서는 수신기 조합간 시간 잔차의 차를 최소화시키는 방법을 적용하여 정확한 미소진동 이벤트의 위치결정이 가능하도록 하였으며, 격자탐색법 대신 수학식 3과 같이 행렬식을 구성하고 이를 SVD (Singular Value Decomposition)를 이용하여 풀어 방향별 변화량을 계산함으로 큰 규모의 3차원 모델에 대해서도 발생된 미소진동 이벤트의 위치결정이 빠르게 이루어질 수 있도록 위치결정 알고리즘을 개선시켰다.Therefore, in this embodiment, a method of minimizing the difference in time residual between receiver combinations is applied to enable accurate positioning of micro vibration events. Instead of the grid search method, a determinant is constructed as shown in Equation (3) ), It is possible to improve the positioning algorithm so that the positioning of the generated micro vibration event can be performed quickly even for a large scale 3D model.

증분인

Figure 112016094552220-pat00015
가 0에 도달하면, 초기 입력값에 증분 값을 더하여 미소진동 이벤트의 1차 추정 위치를 결정할 수 있게 된다.Incremental
Figure 112016094552220-pat00015
The initial estimated position of the micro vibration event can be determined by adding the increment value to the initial input value.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 1차 추정 위치 결정부에 의해 결정된 미소진동 이벤트의 1차 추정 위치의 방향별 오차를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining an error in a direction of a primary estimation position of a micro vibration event determined by a primary estimation position determination unit according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 초기 속도 모델을 적용하여 결정된 1차 추정 위치는 x 방향으로 1.26m, y 방향으로는 1.42m 정도의 평균 오차를 가져 비교적 정확한 결과를 나타내나, z 방향(깊이 방향)으로는 평균 6.16m의 비교적 큰 오차를 보인다.Referring to FIG. 6, the first-order estimated position determined by applying the initial velocity model has a relatively accurate result due to an average error of 1.26 m in the x-direction and 1.42 m in the y-direction, Shows a relatively large error of 6.16 m on average.

변형 속도 모델 산출부(120)는 1차 추정 위치, 초기 속도 모델, 및 복수의 도달 시각에 기초하여 파쇄에 의해 변형된 대상 지질에 대한 변형 속도 모델을 산출한다.The strain rate model calculation section 120 calculates a strain rate model for a target lipid deformed by fracture based on a primary estimated position, an initial velocity model, and a plurality of arrival times.

수많은 탄성파 역산 기법 중 속도변화를 영상화하는데 있어 가장 널리 사용되는 방법은 초동주시를 이용하여 역산을 수행하는 방법이며, 이 초동주시를 이용하여 지하 속도구조를 해석하는 대표적인 방법이 토모그래피법이다. 전형적인 토모그래피에서는 역산문제를 선형화시키고, 초기 속도모델을 기반으로 파선경로를 계산하게 된다. 그러나 EGS 지열발전과 같이 수압파쇄시 발생되는 미소진동의 경우에는 수백개 이상의 이벤트가 발생되고 이 이벤트와 수신기간의 파선경로와 주시를 계산하기에는 자료의 양이 매우 방대하기 때문에 계산시간이 오래걸리는 문제점과 제한된 커버리지 문제가 생기게 된다.One of the most widely used methods for imaging velocity changes among many elastic inversion methods is to perform inversion using the first-order observation, and the tomography method is a typical method for analyzing the underwater velocity structure using this first-order observation. In typical tomography, the inversion problem is linearized and the dashed path is calculated based on the initial velocity model. However, in the case of micro vibration generated by hydraulic fracturing such as EGS geothermal power generation, hundreds or more of events are generated, and since the amount of data is very large in calculating the dashed path and view of this event and the receiving period, And limited coverage problems.

따라서 본 실시예에서는 앞서 위치역산에 적용한 아이코날 방정식을 이용한 유한차분식으로 주시계산을 수행함으로 모든 격자점에서의 최단주시를 효율적으로 계산하고자 하였으며, 수압파쇄에 의해 변화된 속도를 합리적으로 알아내기 위해 모델변수에 대한 다양한 제약조건을 역산과정에 포함시킬 수 있는 비선형 역산방법을 적용하였다.Therefore, in this embodiment, to calculate the shortest observation at all lattice points efficiently by performing the finite difference calculation using the Iconal equation applied to the position inversion, A nonlinear inversion method is applied to incorporate various constraints on the model parameters into the inversion process.

본 실시예에서 적용한 최소자승법에 기초한 반복적 비선형 연산에서는 아래 수학식 7의 목적함수를 이용하여 예측오차를 최소화시키는 모델변수의 증분을 계산하게 된다. 일반적으로 역산해의 비유일성(Non-uniqueness)에 의해 역산과정은 불안정성을 내포하게 되는데 이런 불안정성을 극복하고 현실적으로 의미있는 해를 구하기 위해 평활화 제한조건(Smoothness constraint)(수학식 9 참조)과 구조 제한조건(Structure contraint)(수학식 10 참조)을 추가하여 목적함수를 구성하였다.In the iterative nonlinear calculation based on the least squares method applied in this embodiment, the increment of the model variable that minimizes the prediction error is calculated by using the objective function of Equation (7) below. In order to overcome this instability and to obtain a meaningful solution in real terms, the inverse unsteadiness of the inverse unsteadiness (Smoothness constraint) (see Equation 9) and the structural limit The conditional structure (see Equation 10) was added to construct the objective function.

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112016094552220-pat00016
Figure 112016094552220-pat00016

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure 112016094552220-pat00017
Figure 112016094552220-pat00017

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112016094552220-pat00018
Figure 112016094552220-pat00018

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112016094552220-pat00019
Figure 112016094552220-pat00019

여기서,

Figure 112016094552220-pat00020
는 관측된 주시와 계산된 주시간의 데이터 오차항(data misfit), ??
Figure 112016094552220-pat00021
와??
Figure 112016094552220-pat00022
는 모델변수 증분에 대한 제한조건 사이의 균형을 위한 라그랑지 승수(Lagrangian multiplier)이며, 수학식 9와 수학식 10은 각각 구하고자 하는 모델변수의 증분에 대한 제한조건을 나타낸다. 수학식 9에서 행렬??C는 모델변수의 거칠기(roughness)를 계산하기 위한 7점 유한차분 연산자이고, 수학식 10의 P는 대각행렬로서 주대각 성분의 값이 구조적 제한여부에 따라 0 또는 1을 갖게 된다.here,
Figure 112016094552220-pat00020
Is the data misfit of the observed observations and the calculated weekly time, ??
Figure 112016094552220-pat00021
Wow??
Figure 112016094552220-pat00022
Is a Lagrangian multiplier for balancing the constraints on model parameter increments, and Equations (9) and (10) represent constraints on the increment of the model variable to be obtained, respectively. In Equation (9), the matrix ?? C is a 7-point finite difference operator for calculating the roughness of a model parameter, and P in Equation 10 is a diagonal matrix in which the value of the main diagonal element is 0 or 1 .

이 역산문제는 모델변수의 증분에 대한 목적함수의 편미분을 0으로 하는 정규방정식의 해를 구하는 문제로 모델변수의 증분

Figure 112016094552220-pat00023
은 아래 수학식 11과 같이 표현이 가능하며, 수학식 11을 계산함으로 미소진동 자료를 이용한 수압파쇄시 변화된 속도구조를 계산하게 된다.This inversion problem is a problem of obtaining a solution of a normal equation in which the partial derivative of the objective function is 0 for the increment of the model variable.
Figure 112016094552220-pat00023
Can be expressed as shown in Equation (11) below. By calculating Equation (11), the velocity structure changed when hydrodynamic fracture using micro vibration data is calculated.

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure 112016094552220-pat00024
Figure 112016094552220-pat00024

여기서 J는 자료에 대한 모델 변수의 미분으로 계산되는 민감도(sensitivity)로써 자코비안(Jacobian) 행렬을 나타내며,

Figure 112016094552220-pat00025
는 자료 오차로써 관측된 주시와 계산된 주시의 차를 나타낸다.Where J is the Jacobian matrix as the sensitivity calculated as the derivative of the model parameter for the data,
Figure 112016094552220-pat00025
Represents the difference between the observed and calculated observations as data errors.

자코비안의 계산은 비선형 역산을 구성하는 가장 중요한 부분이며, 일반적으로 자코비안을 계산하는 가장 간단한 방법은 유한차분 계산식을 이용하는 증분법으로서 유한차분 계산식을 통해 미분을 근사함으로 수학식 12와 같이 자코비안이 구성되게 된다.Jacobian's calculation is the most important part of nonlinear inversion. In general, the simplest method for calculating Jacobian is the incremental method using the finite difference calculation formula. The finite difference calculation equation is used to approximate the derivative, .

[수학식 12]&Quot; (12) "

Figure 112016094552220-pat00026
Figure 112016094552220-pat00026

여기서 t는 관측된 주시, s는 역속도 벡터, Ndata는 관측된 자료의 개수, Nblock은 역산블록의 개수를 의미한다.Where t is the observed observation, s is the inverse velocity vector, N data is the number of observations, and N block is the number of inverse blocks.

이러한 자코비안 행렬 구성을 위해서는 주어진 기준모델에 대해 상반성의 원리를 이용해도 수신기의 개수 Ncrv 만큼의 주시 모델링이 필요하게 되며, 역산블록의 개수 Nblock 만큼의 증분이 고려된 주시모델링이 다시 요구되므로 총

Figure 112016094552220-pat00027
만큼의 주시 모델링이 필요하게 된다. 또한 이 과정은 매 반복시마다 새로운 속도모델에 대해서 수행되어야 하므로 이런 방법으로 자코비안 행렬을 구성하기에는 엄청난 계산시간이 소요되게 된다.These characters to the Jacobian matrix construction with the principle of reciprocity for a given reference model also is a need for eye models of as many as the number N crv of the receiver, the eye model increment is considered the as the number N block of the inversion block reclaimed Therefore,
Figure 112016094552220-pat00027
As shown in FIG. In addition, since this process has to be performed for each new speed model in each iteration, it takes a lot of computation time to construct a Jacobian matrix in this way.

따라서, 본 실시예에서는 이런 문제를 해결하고 역산의 효율성을 높이기 위해 프레넬 볼륨(Fresnel volume)을 근사하는 방법을 이용하여 자코비안을 구성할 수 있다.Therefore, in this embodiment, a Jacobian can be constructed using a method of approximating the Fresnel volume to solve this problem and increase the efficiency of inversion.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 변형 속도 모델 산출부의 알고리즘 중 프레넬 볼륨을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining the Fresnel volume among the algorithms of the strain rate model calculation unit according to an embodiment of the present invention.

일반적으로 탄성파 자료는 주파수 영역의 폭을 가지게 되며, 실제 파동은 선으로 가정된 파선뿐만 아니라 파선의 주변의 영역까지 파동의 전파에 영향을 주게 된다. 이런 파동의 경로는 도 7과 같이 프레넬 볼륨으로 정의되며, 프레넬 볼륨은 송신원(S)와 수신기(R)의 위치에 따른 탄성파 전파시간 및 주파수의 함수로서 수학식 13과 같이 구성된다.In general, seismic waves have a frequency domain width, and the actual waves affect the propagation of waves to the area around the dashed line as well as the dashed line assumed to be the line. The path of such a wave is defined as a Fresnel volume as shown in FIG. 7, and the Fresnel volume is configured as shown in Equation (13) as a function of the acoustic wave propagation time and frequency according to the positions of the transmission source S and the receiver R.

[수학식 13]&Quot; (13) "

Figure 112016094552220-pat00028
Figure 112016094552220-pat00028

여기서 tSR은 송신원으로부터 수신기까지의 최단주시, tSP는 송신원으로부터 임의의 점(P)까지의 주시, tPR은 임의의 점(P)부터 수신기까지의 주시, f는 탄성파의 주 주파수를 의미한다.Where t SR is the shortest observation from the source to the receiver, t SP is the observation from the source to an arbitrary point (P), t PR is the observation from any point (P) to the receiver, and f is the main frequency of the acoustic wave do.

파의 경로를 나타내는 프레넬 볼륨을 이용하여 전체 프레넬 볼륨의 면적 대비 역산블록의 면적을 이용하여 수학식 14처럼 자코비안을 구성하였다. 따라서 아래 수학식 14 및 상술한 수학식들에 따르면, 변형 속도 모델 산출부(120)는 프레넬 볼륨을 근사하여 자코비안을 계산할 수 있다.The Jacobian is constructed using the Fresnel volume representing the path of the wave using Equation 14 using the area of the inversion block versus the area of the entire Fresnel volume. Therefore, according to Equation (14) and the above-described equations, the strain rate model calculating unit 120 can calculate the Jacobian by approximating the Fresnel volume.

[수학식 14]&Quot; (14) "

Figure 112016094552220-pat00029
Figure 112016094552220-pat00029

여기서

Figure 112016094552220-pat00030
는 i번째 파선이 이루는 프레넬 볼륨의 면적,
Figure 112016094552220-pat00031
는 i번째 파선 중 k번째 역산블록에 해당하는 면적을 의미한다. 하지만 이 경우는 가중치가 프레넬 볼륨내에서 차별없이 적용되게 되는데 이를 개선하기 위해 아래 수학식 15와 같은 가중함수를 적용하여 수학식 16과 같이 자코비안을 구성할 수 있다.here
Figure 112016094552220-pat00030
Is the area of the Fresnel volume formed by the ith broken line,
Figure 112016094552220-pat00031
Denotes the area corresponding to the kth inverse block of the ith broken line. However, in this case, the weights are applied without discrimination in the Fresnel volume. To improve this, a Jacobian can be constructed by applying a weighting function as shown in Equation (15) below.

[수학식 15]&Quot; (15) "

Figure 112016094552220-pat00032
,
Figure 112016094552220-pat00033
Figure 112016094552220-pat00032
,
Figure 112016094552220-pat00033

[수학식 16]&Quot; (16) "

Figure 112016094552220-pat00034
Figure 112016094552220-pat00034

여기서

Figure 112016094552220-pat00035
는 i번째 파선의 k번째 역산블록에 대한 가중계수를 의미하며,
Figure 112016094552220-pat00036
는 i번째 파선에 해당하는 모든 역산블록의 가중계수의 합으로 표현된다.here
Figure 112016094552220-pat00035
Denotes a weighting coefficient for the k-th inverse block of the i-th broken line,
Figure 112016094552220-pat00036
Is expressed by the sum of the weighting coefficients of all the inversion blocks corresponding to the i-th broken line.

본 실시예에 따르면, 역산시 계산시간이 가장 많이 걸리는 자코비안의 계산을 상술한 바와 같이 구성함으로 속도역산의 계산시간을 급격히 줄일 수 있으며, 파선 추적법을 사용하는 일반적인 토모그래피의 제한된 송수신 커버리지 문제 역시 해결이 가능하다.According to the present embodiment, the calculation time of the velocity inversion can be drastically reduced by configuring the calculation of Jacobian, which takes the longest computation time in inversion, as described above, and the limited transmission and reception coverage problem of general tomography using the dashed line tracking method is also solved This is possible.

하지만 이 방법 역시 송·수신기에서 한번씩의 주시 모델링이 이루어져야 하기 때문에 EGS와 같이 심부 수 km 하부를 대상으로 하는 경우에는 여전히 계산시간이 많이 걸리는 문제점이 있다.However, this method also requires one-time observation modeling in the transmitter / receiver. Therefore, it takes a long time to calculate the time when the lower part of a few km is used as in EGS.

도 8은 프레넬 볼륨을 이용함에 있어서, 수신기로부터 산출하는 제1 계산 주시를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 프레넬 볼륨을 이용함에 있어서, 1차 추정 위치로부터 산출하는 제2 계산 주시를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is a view for explaining a first calculation view calculated from a receiver using a Fresnel volume, and FIG. 9 is a view for explaining a second calculation view calculated from a first estimated position by using a Fresnel volume Fig.

한 실시예에 따르면, 변형 속도 모델 산출부(120)는 프레넬 볼륨을 이용함에 있어서, 수신기(810)로부터 전체 모델에 대해 제1 계산 주시를 산출하고, 1차 추정 위치(820)로부터 기준 범위(910) 내에 대해서 제2 계산 주시를 산출할 수 있다.According to one embodiment, the deformation velocity model calculator 120 calculates the first calculation view for the entire model from the receiver 810 using the Fresnel volume, and calculates the deformation velocity model from the first estimated position 820 to the reference range The second calculation view can be calculated within the first calculation view 910.

이때, 기준 범위는 파쇄가 수행되는 영역을 기준으로 일정 범위일 수 있으며, 또한 제1 계산 주시 및 제2 계산 주시의 산출에는 아이코날 방정식이 사용될 수 있다.In this case, the reference range may be a certain range based on the area where the fracture is to be performed, and the Iconald's equation may be used to calculate the first calculation view and the second calculation view.

본 실시예에서는 역산영역을 수압파쇄가 수행되는 부분으로 제한하여 수신기(810)에서는 전체 모델의 주시계산을 수행하여 수학식 15의

Figure 112016094552220-pat00037
?個? tSR과 tPR을 계산하지만, 송신원(1차 추정 위치)(820)에서는 제한된 속도역산의 대상지역(910)에 대해서만 주시 모델링을 수행하여 tSP를 구함으로서 역산시 소요되는 계산시간을 더욱 단축시켰다.In this embodiment, the receiver 810 limits the inversion region to the portion where the hydrodynamic fracture is performed,
Figure 112016094552220-pat00037
? Piece? t SR and t PR are computed. However, by calculating the t SP by performing the view modeling only on the target area 910 of the limited velocity inverse transmission in the transmission source (primary estimation position) 820, the calculation time required for the inverse calculation is further shortened .

수학식 11을 통해 구해진 모델변수의 증분은 역산에 관련된 변수들로 인해 급격히 증가하거나 감소하여 큰 오차를 야기시키는 문제가 발생되기도 한다. 이런 문제를 해결하고 역산의 분해능과 안정성을 확보하기 위해 본 실시예에서는 지질학적으로 의미 있는 지하의 속도분포에 대한 정보를 모델변수에 직접적으로 도입하는 방법을 적용할 수 있다. 속도의 상한과 하한으로 표현된 제약요소는 다음 수학식 17과 같이 새로운 변수 x로 표현될 수 있다.The increment of the model variable obtained through Equation (11) may be rapidly increased or decreased due to the variables related to the inverse calculation, thereby causing a problem causing a large error. In order to solve such a problem and to secure the resolution and stability of the inversion, the method of directly introducing information on the geologically significant underground velocity distribution directly into the model parameters can be applied in this embodiment. The constraint factors represented by the upper and lower limits of the velocity can be expressed by a new variable x as shown in Equation (17).

[수학식 17]&Quot; (17) "

Figure 112016094552220-pat00038
Figure 112016094552220-pat00038

Figure 112016094552220-pat00039
는 다음 수학식 18과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112016094552220-pat00039
Can be given by the following equation (18).

[수학식 18]&Quot; (18) "

Figure 112016094552220-pat00040
Figure 112016094552220-pat00040

수학식 18로부터 구해진 모델변수의 증분을 이용한 속도의 개선(update)은 수학식 19와 같이 정의될 수 있다.The update of the speed using the increment of the model variable obtained from the equation (18) can be defined as shown in equation (19).

[수학식 19]&Quot; (19) "

Figure 112016094552220-pat00041
Figure 112016094552220-pat00041

이렇게 계산된 모델변수는 그 값의 상한과 하한이 제한되어 사전정보가 반영된 보다 의미있는 해를 얻을 수 있으며, 모델변수의 증감의 범위가 한정되어 역산을 보다 안정적으로 수행 가능하게 한다.The computed model parameters are limited to the upper and lower limits of the value, so that a more meaningful solution can be obtained in which the prior information is reflected, and the scope of the increase or decrease of the model parameters is limited, thereby making it possible to perform inversion more stably.

도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 변형 속도 모델 산출부에 의해 산출된 변형 속도 모델을 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining a strain rate model calculated by the strain rate model calculation unit according to an embodiment of the present invention.

변형 속도 모델 산출부(120)에서 산출된 변형 속도 모델은 당초 목적했었던 도 3의 속도 모델링과 매우 유사한 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the strain rate model calculated by the strain rate model calculator 120 is very similar to the originally intended rate modeling of FIG.

2차 추정 위치 결정부(130)는 변형 속도 모델, 복수의 도달 시각, 및 복수의 수신기의 위치에 기초하여 미소진동 이벤트의 2차 추정 위치를 결정한다.The secondary estimation position determination unit 130 determines secondary estimation positions of the micro vibration events based on the strain rate model, the plurality of arrival times, and the positions of the plurality of receivers.

본 실시예에서는 1차 추정 위치 결정부(110)와 2차 추정 위치 결정부(130)를 서로 별개의 기능부처럼 기재했지만, 실시예에 따라 동일한 기능부일 수 있다. 예를 들어, 1차 추정 위치 결정부(110)는 초기 속도 모델 대신에 변형 속도 모델 산출부(120)에서 산출된 변형 속도 모델을 업데이트 적용하는 경우, 미소진동 이벤트의 2차 추정 위치를 도출할 수 있다.In the present embodiment, the primary estimation position determination unit 110 and the secondary estimation position determination unit 130 are described as separate functional units, but they may be the same functional unit according to the embodiment. For example, when the first-order estimation position determination unit 110 updates and applies the strain rate model calculated by the strain rate model calculation unit 120 instead of the initial velocity model, the first-order estimation position determination unit 110 derives the second- .

도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 2차 추정 위치 결정부에 의해 결정된 미소진동 이벤트의 2차 추정 위치의 방향별 오차를 설명하기 위한 도면이다.11 is a view for explaining an error in a direction of a secondary estimation position of a micro vibration event determined by a secondary estimation position determination unit according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 2차 추정 위치는 x 방향으로는 1.40m, y 방향으로는 1.41m, z 방향으로는 3.97m의 평균 오차를 보인다. 따라서, 도 6의 1차 추정 위치의 평균 오차와 비교했을 때, z 방향으로의 평균 오차가 크게 개선되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, the secondary estimation position shows an average error of 1.40 m in the x direction, 1.41 m in the y direction, and 3.97 m in the z direction. Therefore, it can be seen that the average error in the z direction is greatly improved when compared with the mean error of the primary estimated position in Fig.

도 12는 실제 미소진동 이벤트의 위치, 1차 추정 위치, 및 2차 추정 위치를 서로 비교하기 위한 도면이고, 도 13은 초기 속도 모델을 이용한 경우와 업데이트된 변형 속도 모델을 이용한 경우의 추정 위치 오차를 비교하기 위한 표이다.FIG. 12 is a diagram for comparing the position, the primary estimated position, and the secondary estimated position of the actual micro vibration event with each other, FIG. 13 is a graph for comparing the estimated position error in the case of using the initial velocity model and in the case of using the updated strain model . ≪ / RTI >

도 12를 참조하면, 10 개의 실제 미소진동 이벤트의 위치(1210)로부터 1차 추정 위치(1220)까지의 수직 방향 오차가 비교적 크고, 실제 미소진동 이벤트의 위치(1210)로부터 2차 추정 위치(1230)까지의 수직 방향 오차가 비교적 작음을 알 수 있다.12, the vertical direction error from the position 1210 of the 10 actual micro vibration events to the primary estimation position 1220 is relatively large, and the second estimated position 1230 from the position 1210 of the actual micro vibration event ) Is relatively small in the vertical direction.

도 13의 표는 각각의 미소진동 이벤트에 대응하는 구체적인 오차 데이터를 제시하고 있다. 좌측은 1차 추정 위치에 대응하는 오차이며, 우측은 2차 추정 위치에 대응하는 오차이다.The table in Fig. 13 shows specific error data corresponding to each micro vibration event. The left side is the error corresponding to the primary estimated position and the right side is the error corresponding to the secondary estimated position.

지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are illustrative and explanatory only and are intended to be illustrative of the invention and are not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10: 미소진동 이벤트 위치 결정 장치
110: 1차 추정 위치 결정부
120: 변형 속도 모델 산출부
130: 2차 추정 위치 결정부
10: Micro vibration event position determination device
110: primary estimation position determining section
120: strain rate model calculation unit
130: Secondary estimation position determining section

Claims (15)

대상 지질의 파쇄시 발생하는 미소진동 이벤트의 위치를 결정하는 미소진동 이벤트 위치 결정 장치로서,
상기 대상 지질에 대한 초기 속도 모델, 복수의 수신기를 통해 측정된 복수의 도달 시각, 및 상기 복수의 수신기의 위치에 기초하여 상기 미소진동 이벤트의 1차 추정 위치를 결정하는 1차 추정 위치 결정부;
상기 1차 추정 위치, 상기 초기 속도 모델, 및 상기 복수의 도달 시각에 기초하여 파쇄에 의해 변형된 상기 대상 지질에 대한 변형 속도 모델을 산출하는 변형 속도 모델 산출부; 및
상기 변형 속도 모델, 상기 복수의 도달 시각, 및 상기 복수의 수신기의 위치에 기초하여 상기 미소진동 이벤트의 2차 추정 위치를 결정하는 2차 추정 위치 결정부를 포함하는
미소진동 이벤트 위치 결정 장치.
An apparatus for positioning a micro vibration event that determines the position of a micro vibration event that occurs upon fracture of a target lipid,
A first estimated position determining unit for determining a first estimated position of the micro vibration event based on an initial velocity model for the target lipid, a plurality of arrival times measured through a plurality of receivers, and a position of the plurality of receivers;
A deformation rate model calculation unit for calculating a deformation rate model for the target lipid deformed by the crushing based on the primary estimated position, the initial velocity model, and the plurality of reaching times; And
And a secondary estimated position determining section for determining a secondary estimated position of the micro vibration event based on the deformation velocity model, the plurality of arrival times, and the positions of the plurality of receivers
A device for positioning a micro vibration event.
제1 항에 있어서,
상기 1차 추정 위치 결정부는
상기 복수의 수신기의 위치 및 상기 초기 속도 모델을 입력으로, 아이코날 방정식(Eikonal equation)을 통해서, 상기 복수의 수신기에 대응하는 복수의 계산 주시를 산출하는,
미소진동 이벤트 위치 결정 장치.
The method according to claim 1,
The primary estimated position determining unit
Calculating a plurality of computation observations corresponding to the plurality of receivers via an Eikonal equation, with the inputs of the plurality of receivers and the initial velocity model,
A device for positioning a micro vibration event.
제2 항에 있어서,
상기 1차 추정 위치 결정부는
상기 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이를 최소화하도록 상기 1차 추정 위치를 결정하고,
상기 시간 잔차는 해당 수신기에 대응하는 도달 시각 및 계산 주시의 차이 값인,
미소진동 이벤트 위치 결정 장치.
3. The method of claim 2,
The primary estimated position determining unit
Determine the primary estimated position to minimize the difference in time residuals between the combinations of the plurality of receivers,
Wherein the time residual is a difference value between arrival time and calculation time corresponding to the receiver,
A device for positioning a micro vibration event.
제3 항에 있어서,
상기 1차 추정 위치 결정부는
각 방향에 대한 상기 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이의 변화량, 각 방향에 대한 위치 좌표의 증분, 상기 복수의 수신기의 조합 간의 도달 시각과 계산 주시의 차이를 이용하여, 상기 1차 추정 위치를 결정하는,
미소진동 이벤트 위치 결정 장치.
The method of claim 3,
The primary estimated position determining unit
Using the difference of the difference of the time residuals between the combinations of the plurality of receivers for each direction, the increment of the position coordinates with respect to each direction, the arrival time between the combinations of the plurality of receivers and the difference between the calculation observations, Lt; / RTI >
A device for positioning a micro vibration event.
제1 항에 있어서,
상기 변형 속도 모델 산출부는
프레넬 볼륨(Fresnel volume)을 근사하여 자코비안(Jacobian)을 계산하는,
미소진동 이벤트 위치 결정 장치.
The method according to claim 1,
The strain rate model calculation unit
The Jacobian is calculated by approximating the Fresnel volume,
A device for positioning a micro vibration event.
제5 항에 있어서,
상기 변형 속도 모델 산출부는
상기 프레넬 볼륨을 이용함에 있어서, 수신기로부터 전체 모델에 대해 제1 계산 주시를 산출하고, 상기 1차 추정 위치로부터 기준 범위 내에 대해서 제2 계산 주시를 산출하는,
미소진동 이벤트 위치 결정 장치.
6. The method of claim 5,
The strain rate model calculation unit
Calculating a first calculation view for the entire model from the receiver using the Fresnel volume and calculating a second calculation view within a reference range from the primary estimated position,
A device for positioning a micro vibration event.
제6 항에 있어서,
상기 기준 범위는 파쇄가 수행되는 영역을 기준으로 일정 범위인,
미소진동 이벤트 위치 결정 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the reference range is a predetermined range based on an area where shredding is performed,
A device for positioning a micro vibration event.
제6 항에 있어서,
상기 제1 계산 주시 및 상기 제2 계산 주시를 산출함에 있어서, 아이코날 방정식을 이용하는
미소진동 이벤트 위치 결정 장치.
The method according to claim 6,
In calculating the first calculation viewing and the second calculation viewing, it is preferable to use the Iconal equation
A device for positioning a micro vibration event.
대상 지질의 파쇄시 발생하는 미소진동 이벤트의 위치를 결정하는 미소진동 이벤트 위치 결정 방법으로서,
상기 대상 지질에 대한 초기 속도 모델, 복수의 수신기를 통해 측정된 복수의 도달 시각, 및 상기 복수의 수신기의 위치에 기초하여 상기 미소진동 이벤트의 1차 추정 위치를 결정하는 1차 추정 위치 결정 단계;
상기 1차 추정 위치, 상기 초기 속도 모델, 및 상기 복수의 도달 시각에 기초하여 파쇄에 의해 변형된 상기 대상 지질에 대한 변형 속도 모델을 산출하는 변형 속도 모델 산출 단계; 및
상기 변형 속도 모델, 상기 복수의 도달 시각, 및 상기 복수의 수신기의 위치에 기초하여 상기 미소진동 이벤트의 2차 추정 위치를 결정하는 2차 추정 위치 결정 단계를 포함하는,
미소진동 이벤트 위치 결정 방법.
A microvibration event positioning method for determining a position of a microvibration event occurring upon fracture of a target lipid,
A first estimated position determining step of determining a first estimated position of the micro vibration event based on an initial velocity model for the target lipid, a plurality of arrival times measured through a plurality of receivers, and a position of the plurality of receivers;
A strain rate model calculation step of calculating a strain rate model for the subject lipid deformed by the crushing based on the primary estimated position, the initial velocity model, and the plurality of arrival times; And
A second estimated position determining step of determining a second estimated position of the micro vibration event based on the deformation velocity model, the plurality of arrival times, and the position of the plurality of receivers,
Method for determining location of microvibration event.
제9 항에 있어서,
상기 1차 추정 위치 결정 단계에서,
상기 복수의 수신기의 위치 및 상기 초기 속도 모델을 입력으로, 아이코날 방정식을 통해서, 상기 복수의 수신기에 대응하는 복수의 계산 주시를 산출하는,
미소진동 이벤트 위치 결정 방법.
10. The method of claim 9,
In the primary estimation and positioning step,
Calculating a plurality of computation observations corresponding to the plurality of receivers through the Iconald equation by taking the positions of the plurality of receivers and the initial velocity model as inputs,
Method for determining location of microvibration event.
제10 항에 있어서,
상기 1차 추정 위치 결정 단계에서,
상기 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이를 최소화하도록 상기 1차 추정 위치를 결정하고,
상기 시간 잔차는 해당 수신기에 대응하는 도달 시각 및 계산 주시의 차이 값인,
미소진동 이벤트 위치 결정 방법.
11. The method of claim 10,
In the primary estimation and positioning step,
Determine the primary estimated position to minimize the difference in time residuals between the combinations of the plurality of receivers,
Wherein the time residual is a difference value between arrival time and calculation time corresponding to the receiver,
Method for determining location of microvibration event.
제11 항에 있어서,
상기 1차 추정 위치 결정 단계에서,
각 방향에 대한 상기 복수의 수신기의 조합 간 시간 잔차의 차이의 변화량, 각 방향에 대한 위치 좌표의 증분, 상기 복수의 수신기의 조합 간의 도달 시각과 계산 주시의 차이를 이용하여, 상기 1차 추정 위치를 결정하는,
미소진동 이벤트 위치 결정 방법.
12. The method of claim 11,
In the primary estimation and positioning step,
Using the difference of the difference of the time residuals between the combinations of the plurality of receivers for each direction, the increment of the position coordinates with respect to each direction, the arrival time between the combinations of the plurality of receivers and the difference between the calculation observations, Lt; / RTI >
Method for determining location of microvibration event.
제9 항에 있어서,
상기 변형 속도 모델 산출 단계에서,
프레넬 볼륨을 근사하여 자코비안을 계산하는,
미소진동 이벤트 위치 결정 방법.
10. The method of claim 9,
In the strain rate model calculation step,
Calculating the Jacobian by approximating the Fresnel volume,
Method for determining location of microvibration event.
제13 항에 있어서,
상기 변형 속도 모델 산출 단계에서,
상기 프레넬 볼륨을 이용함에 있어서, 수신기로부터 전체 모델에 대해 제1 계산 주시를 산출하고, 상기 1차 추정 위치로부터 기준 범위 내에 대해서 제2 계산 주시를 산출하는,
미소진동 이벤트 위치 결정 방법.
14. The method of claim 13,
In the strain rate model calculation step,
Calculating a first calculation view for the entire model from the receiver using the Fresnel volume and calculating a second calculation view within a reference range from the primary estimated position,
Method for determining location of microvibration event.
제14 항에 있어서,
상기 기준 범위는 파쇄가 수행되는 영역을 기준으로 일정 범위인,
미소진동 이벤트 위치 결정 방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the reference range is a predetermined range based on an area where shredding is performed,
Method for determining location of microvibration event.
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