KR20160095690A - Seismic waveform inversion method and apparatus for underground velocity information derived from the single-channel seismic data - Google Patents

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KR20160095690A
KR20160095690A KR1020150016785A KR20150016785A KR20160095690A KR 20160095690 A KR20160095690 A KR 20160095690A KR 1020150016785 A KR1020150016785 A KR 1020150016785A KR 20150016785 A KR20150016785 A KR 20150016785A KR 20160095690 A KR20160095690 A KR 20160095690A
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Abstract

A seismic waveform inversion method, according to an embodiment of the present invention, comprises: a step of receiving observation data and an arbitrary initial velocity model obtained through a single-channel seismic exploration; a step of estimating a site sound source from the observation data and generating modeling data through numerical modeling using the estimated site sound source and the received initial velocity model; and a step of deriving the underground velocity information by updating a velocity model on the basis of the generated modeling data. Therefore, the present invention reduces the computation of waveform inversion.

Description

단일채널 탄성파 탐사자료로부터 지하 속도정보 도출을 위한 탄성파 파형역산 방법 및 장치{SEISMIC WAVEFORM INVERSION METHOD AND APPARATUS FOR UNDERGROUND VELOCITY INFORMATION DERIVED FROM THE SINGLE-CHANNEL SEISMIC DATA}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a seismic wave inversion method and apparatus for deriving an underground velocity information from a single channel seismic wave survey data,

아래의 설명은 탄성파 탐사 기술에 관한 것으로, 탄성파 탐사 자료를 활용한 지하 속도정보 도출 방법 및 장치에 관한 것이다.
The following description relates to a seismic exploration technique and relates to a method and apparatus for deriving subsurface velocity information using seismic exploration data.

탄성파 탐사는 지표에서 발생된 탄성파가 지하의 지층경계로부터 반사되어온 파동을 수신하고, 처리하여 지하 구조를 영상화 하는 방법이다. 특히 해양의 경우 탐사선을 사용하여 작업 효율이 좋고 저렴하게 지하 지질 구조를 직접적으로 파악할 수 있기 때문에 널리 활용되고 있다. 특히 최근에는 해양개발사업의 증가로 연안 지질 조사, 해양기초조사, 연안층 파악을 위한 엔지니어링 목적의 탄성파 탐사가 증가하고 있다. 이러한 탄성파 탐사는 대부분 경제적이고, 특별한 자료처리 없이도 지하 지질의 형태를 파악할 수 있는 단일채널 탄성파 탐사로 수행된다. 하지만 단일채널 탄성파 탐사는 지하매질의 탄성파 속도를 구하기 힘들기 때문에 굴곡이 심한 지역이나 급경사의 지층에 대한 탐지가 어려우며, 이를 보정하기 위한 자료처리의 수행에도 한계가 있다.Seismic surveys are a method of imaging underground structures by receiving and processing the waves that have been reflected from underground stratum boundaries. Especially, in the case of ocean, it is widely used because it can directly grasp the structure of underground geological structure by using a probe and its operation efficiency is good and low cost. In recent years, seismic surveys for engineering purposes have been increasing for coastal geological surveys, ocean baseline surveys, and coastal layer seas due to the increase in marine development projects. These seismic surveys are mostly economical and are performed by single channel seismic surveys which can detect the shape of underground geological formations without special data processing. However, since it is difficult to find the seismic velocity of the underground medium, single - channel seismic surveying is difficult to detect in areas with severe bends or steep slopes.

관측 지역에 대한 초기 물성 모델을 만들고, 물성 모델에서의 모델링 데이터와 현장 관측 데이터와의 오차를 구한 다음, 오차가 최소가 되도록 물성 모델의 물성값을 업데이트 함으로써 실제 지하 모델을 얻는 탄성파 파형역산은 자원개발 목적의 탄성파 탐사에 널리 활용되어 왔으며, 지하 물성 정보 획득과 지하 구조 영상화에 좋은 결과를 얻고 있다. 하지만 탄성파 파형역산을 위해서는 많은 연산 능력과 메모리 처리가 가능한 고성능의 컴퓨팅 장비가 필요하기 때문에 엔지니어링 목적의 탐사에 적용이 요구되고 있는 실정이다.
The seismic wave inversion that obtains the actual underground model by updating the physical property values of the physical property model so that the error between the modeling data and the field observation data in the physical property model is minimized, It has been widely used for seismic seismic surveying and has obtained good results in obtaining underground property information and imaging underground structures. However, in order to invert the seismic waveform, a high-performance computing device capable of performing a large amount of computational power and memory processing is required. Therefore, it is required to be applied to an engineering purpose exploration.

일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치는 지하매질을 심도 스케일의 1차원 매질로 가정함으로써 파형역산의 연산량을 줄이고, 경제적이고 효율적인 계산이 가능하도록 제공한다. The acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment reduces the amount of computation of waveform inversion by assuming that the underground medium is a one-dimensional medium of depth scale, and provides economical and efficient calculation.

또한, 본 발명은 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 방법을 통하여 안정적인 해의 계산이 가능한 가우스-뉴턴법을 사용하여 정확성을 높이고, 최소자승법을 통한 음원 추정을 통하여 현장자료에도 적용할 수 있도록 제공한다.
In addition, the present invention improves the accuracy by using the Gauss-Newton method capable of calculating a stable solution through the acoustic wave waveform inversion method according to an embodiment, and provides the sound source estimation through the least squares method so as to be applicable to field data .

일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 방법은, 단일채널 탄성파 탐사를 통하여 획득된 관측자료 및 임의의 초기속도모델을 입력받는 단계; 상기 관측자료로부터 현장음원을 추정하고, 상기 추정된 현장음원과 상기 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 모델링 자료를 기반으로 속도 모델을 업데이트함으로써 지하의 속도정보를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.An acoustic wave waveform inversion method according to an exemplary embodiment of the present invention includes: inputting observation data and an arbitrary initial velocity model obtained through single channel acoustic wave survey; Estimating an on-site sound source from the observation data, generating modeling data through numerical modeling using the estimated on-site sound source and the input initial velocity model; And deriving the underground velocity information by updating the velocity model based on the generated modeling data.

일측에 따르면, 상기 추정된 현장음원과 상기 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성하는 단계는, 상기 탄성파 파형을 그린함수와 소스파형의 교차상관에 의하여 상기 현장음원을 추정하고, 상기 탄성파 파형으로부터 최소자승 디콘볼류션을 적용하여 소스파형을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the step of generating modeling data through numerical modeling using the estimated field sound source and the input initial velocity model includes the step of estimating the field sound source by cross-correlation of the acoustic wave and the source waveform, And extracting a source waveform by applying a least squares deconvolution from the acoustic wave waveform.

또 다른 일측에 따르면, 상기 추정된 현장음원과 상기 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성하는 단계는, 1차원 탄성매질에서의 파동 방정식을 바탕으로 상기 수치모델링을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 1차원 탄성매질에서의 파동 방정식은, 엇격자 유한차분법을 이용하여 도출하는 것을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of generating modeling data through numerical modeling using the estimated field sound source and the input initial velocity model includes performing the numerical modeling based on a wave equation in a one-dimensional elastic medium Wherein the wave equation in the one-dimensional elastic medium can be derived using a staggered finite difference method.

또 다른 일측에 따르면, 상기 추정된 현장음원과 상기 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성하는 단계는, 상기 파동 방정식으로부터 도출된 1차원에서의 파동장과 실제 탐사자료의 차를 통하여 목적함수를 생성하는 단계; 및 상기 목적함수의 최소값을 획득하기 위한 경사방향을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of generating modeling data through numerical modeling using the estimated field sound source and the input initial velocity model includes the steps of: Generating an objective function through the difference; And calculating an oblique direction to obtain a minimum value of the objective function.

또 다른 일측에 따르면, 상기 생성된 모델링 자료를 기반으로 속도 모델을 업데이트함으로써 지하의 속도정보를 도출하는 단계는, 가우스-뉴턴 방법을 적용하기 위하여 헤시안 행렬을 나타내고, 상기 헤시안 행렬과 그레디언트를 사용하여 지하의 속도 모델을 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of deriving the underground velocity information by updating the velocity model based on the generated modeling data includes a Hessian matrix for applying the Gauss-Newton method, a Hessian matrix and a gradient And updating the velocity model of the underground using < RTI ID = 0.0 >

일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치는, 단일채널 탄성파 탐사를 통하여 획득된 관측자료 및 임의의 초기속도모델을 입력받는 입력부; 상기 관측자료로부터 현장음원을 추정하고, 상기 추정된 현장음원과 상기 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성하는 처리부; 및 상기 생성된 모델링 자료를 기반으로 속도 모델을 업데이트함으로써 지하의 속도정보를 도출하는 출력부를 포함할 수 있다.An acoustic wave waveform inversion apparatus according to an embodiment includes an input unit for receiving observation data and an arbitrary initial velocity model obtained through single channel acoustic wave survey; A processing unit for estimating an on-site sound source from the observation data, and generating modeling data through numerical modeling using the estimated on-site sound source and the input initial velocity model; And an output unit for deriving the underground speed information by updating the speed model based on the generated modeling data.

일측에 따르면, 상기 처리부는, 상기 탄성파 파형을 그린함수와 소스파형의 교차상관에 의하여 상기 현장음원을 추정하고, 상기 탄성파 파형으로부터 최소자승 디콘볼류션을 적용하여 소스파형을 추출할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the processing unit estimates the field sound source by cross-correlation between the green function and the source waveform of the acoustic wave waveform, and extracts the source waveform by applying the least squares deconvolution from the acoustic wave waveform.

또 다른 일측에 따르면, 상기 처리부는, 1차원 탄성매질에서의 파동 방정식을 바탕으로 상기 수치모델링을 수행하는 것을 포함하고, 상기 1차원 탄성매질에서의 파동 방정식은, 엇격자 유한차분법을 이용하여 도출할 수 있다.According to another aspect, the processing unit includes performing the numerical modeling on the basis of a wave equation in a one-dimensional elastic medium, wherein the wave equation in the one-dimensional elastic medium is determined by using a lattice finite difference method .

또 다른 일측에 따르면, 상기 처리부는, 상기 파동 방정식으로부터 도출된 1차원에서의 파동장과 실제 탐사자료의 차를 통하여 목적함수를 생성하고, 상기 목적함수의 최소값을 획득하기 위한 경사방향을 계산할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the processing unit may generate an objective function through a difference between a wave field in one dimension derived from the wave equation and actual survey data, and calculate an inclination direction for acquiring a minimum value of the objective function have.

또 다른 일측에 따르면, 상기 출력부는, 가우스-뉴턴 방법을 적용하기 위하여 헤시안 행렬을 나타내고, 상기 헤시안 행렬과 그레디언트를 사용하여 지하의 속도 모델을 업데이트할 수 있다.
According to another aspect, the output unit may represent a Hessian matrix to apply the Gauss-Newton method, and may update the underground velocity model using the Hessian matrix and the gradient.

일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치는 1차원 파형역산을 통하여 효율적으로 단일채널 탄성파탐사자료로부터 지하 속도모델을 획득할 수 있다.The acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment can efficiently obtain an underground velocity model from a single channel seismic exploration data through a one-dimensional waveform inversion.

또한, 일 실시예에 다른 탄성파 파형역산 장치는 음원추정 알고리즘을 이용하여 현장취득 탄성파탐사자료에 대한 적용할 수 있다. In addition, another acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment can be applied to on-site acquired seismic exploration data using a sound source estimation algorithm.

또한, 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치는 가상음원을 활용함으로써 편미분파동장을 계산하고, 헤시안 행렬을 구성함으로써 역산결과의 정확성을 향상시킬 수 있다.
In addition, the acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment can calculate the partial derivative wave field by utilizing the virtual sound source and improve the accuracy of the inverse calculation result by constructing the Hessian matrix.

도 1은 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 marmousi2 모델을 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 인공합성탄성파자료를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 초기속도모델을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 파형역산된 속도모델을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 심도프로파일을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 음원추정결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 탄성파 파형역산 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a block diagram showing a configuration of an acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment.
2 is a diagram showing a marmousi2 model of an acoustic wave waveform inversion apparatus according to an embodiment.
3 is a view showing synthetic synthetic acoustic wave data of the acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment.
4 is a diagram showing an initial velocity model of an acoustic wave waveform inversion apparatus according to an embodiment.
5 is a diagram illustrating a waveform-inversed velocity model of an acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment.
6 is a view showing a depth profile of an acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a sound source estimation result of the acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment.
8 is a flowchart illustrating a method of inversing an acoustic wave waveform of an acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment.

일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치는 하나의 음원과 수진기를 사용하는 단일채널 탄성파탐사의 특성을 고려하여 지하매질을 1차원 매질로 가정하고, 1차원 탄성과 파형역산을 통하여 단일채널 탄성파탐사자료로부터 효율적으로 지하 속도정보를 도출하는 과정을 아래의 실시예를 통하여 설명하기로 한다. 이하, 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
The acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment of the present invention is a one-dimensional medium in which a submarine medium is assumed to be a one-dimensional medium in consideration of the characteristics of a single channel seismic wave exploration using one sound source and a sound collector, A method for efficiently deriving the underground speed information from the base station will be described with reference to the following embodiments. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing a configuration of an acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment.

탄성파 파형역산 장치(100)는 단일채널 탄성파 탐사자료로부터 지하 속도정보 도출을 위한 장치로서, 입력부(110), 처리부(120) 및 출력부(130)를 포함할 수 있다.The seismic wave inversion apparatus 100 may include an input unit 110, a processing unit 120, and an output unit 130 for deriving subsurface velocity information from single channel seismic survey data.

입력부(110)는 단일채널 탄성파 탐사를 통하여 획득된 관측자료 및 임의의 초기속도모델을 입력받을 수 있다. The input unit 110 may receive observation data obtained through single-channel seismic exploration and an arbitrary initial velocity model.

처리부(120)는 현장음원을 추정하기 위하여 탄성파 파형을 그린함수와 소스파형의 교차상관에 의하여 수학식 1과 같이 표현할 수 있다. The processing unit 120 may be expressed as Equation (1) by cross-correlation between a function expressed by an acoustic wave and a source waveform in order to estimate a field sound source.

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

Figure pat00001
Figure pat00001

처리부(120)는 탄성파 파형(

Figure pat00002
)으로부터 최소자승 디콘볼류션을 수학식 2와 같이 적용하여 소스파형(s)을 추출할 수 있다. The processing unit 120 may generate an acoustic wave
Figure pat00002
), The source waveform s can be extracted by applying the least-squares deconvolution from Equation (2).

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 2에서 좌항은 그린함수의 교차상관이며, 우항은 탄성파 파형과 그린함수의 교차상관이라고 할 수 있으며, 이를 통하여 소스파형을 도출할 수 있다.In Equation (2), the left term is a cross correlation of the green function, and the right term is a cross correlation of an acoustic wave and a green function, thereby deriving the source waveform.

처리부(120)는 추정된 현장음원과 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성할 수 있다. 처리부(120)는 1차원 탄성매질에서의 파동 방정식을 바탕으로 수치모델링을 수행할 수 있다. 이때, 1차원 탄성매질에서의 파동 방정식은 수학식 3 및 수학식 4와 같이 나타낼 수 있으며, 엇격자 유한차분법을 이용하여 도출하는 것을 포함할 수 있다.The processing unit 120 can generate modeling data through numerical modeling using the estimated field sound source and the input initial velocity model. The processing unit 120 can perform numerical modeling based on the wave equation in the one-dimensional elastic medium. At this time, the wave equation in the one-dimensional elastic medium can be expressed by Equation (3) and Equation (4), and may include derivation using a staggered finite difference method.

<수학식 3>&Quot; (3) &quot;

Figure pat00004
Figure pat00004

<수학식 4>&Quot; (4) &quot;

Figure pat00005
Figure pat00005

처리부(120)는 파동 방정식으로부터 도출된 1차원에서의 파동장(

Figure pat00006
)과 실제 탐사자료(
Figure pat00007
)의 차를 통하여 목적함수(E)를 생성할 수 있으며 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. The processing unit 120 generates a wave field (wave) in one dimension derived from the wave equation
Figure pat00006
) And actual exploration data (
Figure pat00007
), And can be expressed as Equation (5). &Quot; (5) &quot;

<수학식 5>Equation (5)

Figure pat00008
Figure pat00008

처리부(120)는 이러한 목적함수가 최소값을 획득하기 위한 경사방향은 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.The processing unit 120 can express the inclination direction for obtaining the minimum value of this objective function as shown in Equation (6).

<수학식 6>&Quot; (6) &quot;

Figure pat00009
Figure pat00009

이때,

Figure pat00010
는 편미분 파동장이며, 수학식 6을 계산하기 위해서는 편미분 파동자의 계산이 우선적으로 이루어져야 한다. 편미분 파동장은 수학식 7과 수학식 8과 같이 정의된 가상음원을 통한 수치모델링을 수행함으로써 계산 가능하다.At this time,
Figure pat00010
Is a partial derivative wave field. In order to calculate Expression (6), calculation of a partial derivative wave should be preferentially performed. The partial derivative wave field can be calculated by performing numerical modeling using a virtual sound source defined by Equations (7) and (8).

<수학식 7>&Quot; (7) &quot;

Figure pat00011
Figure pat00011

<수학식 8>&Quot; (8) &quot;

Figure pat00012
Figure pat00012

출력부(130)는 가우스-뉴턴 방법을 적용하기 위하여 헤시안 행렬을 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.The output unit 130 may express the Hessian matrix as Equation (9) in order to apply the Gauss-Newton method.

<수학식 9>&Quot; (9) &quot;

Figure pat00013
Figure pat00013

출력부(130)는 그레디언트와 헤시안 행렬을 사용하여 수학식 10과 같이 지하의 속도 모델을 업데이트할 수 있다. The output unit 130 may update the underground velocity model using Equation (10) using a gradient and a Hessian matrix.

<수학식 10>&Quot; (10) &quot;

Figure pat00014
Figure pat00014

출력부(130)는 생성된 모델링 자료를 기반으로 속도 모델을 업데이트함으로써 지하의 속도정보를 도출할 수 있다. The output unit 130 can derive the underground speed information by updating the speed model based on the generated modeling data.

일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치는 위의 과정을 반복적으로 수행함으로써 지하매질의 속도정보를 도출할 수 있게 된다. The elastic wave waveform inversion apparatus according to an embodiment can derive the velocity information of the underground medium by repeatedly performing the above process.

도 2는 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 marmousi2 모델을 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing a marmousi2 model of an acoustic wave waveform inversion apparatus according to an embodiment.

탄성파 파형역산 장치의 효과를 확인하기 위하여 marmousi2 모델에서 인공합성탄성파자료를 생성할 수 있다. 인공합성탄성파자료는 도 3과 같이 파형역산의 편의를 위하여 오프셋을 0으로 가정하는 제로오프셋의 단일채널 탐사로 수행될 수 있다.To verify the effect of the seismic wave inversion device, artificial synthetic seismic data can be generated from the marmousi2 model. The synthetic synthetic seismic data can be performed by single-channel exploration of zero offset assuming an offset of 0 for convenience of waveform inversion as shown in FIG.

파형역산을 위한 초기 모델은 도 4에 나타난 바와 같이 실제 속도모델을 평활화하여 사용하였으며, 이를 통하여 도 5와 같은 결과를 획득할 수 있다. The initial model for waveform inversion is obtained by smoothing the actual velocity model as shown in FIG. 4, thereby obtaining the result shown in FIG. 5.

일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 성능을 평가하기 위하여 모델의 한 지점에서의 결과를 추출하여 확인하면 도 6과 같이 실제 속도프로파일과 역산된 속도프로파일이 일치함을 확인할 수 있다.In order to evaluate the performance of the acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment, when the result at one point of the model is extracted and confirmed, it can be confirmed that the actual velocity profile and the inverse velocity profile match as shown in FIG.

도 7을 참고하면, 도 7과 같이 추정된 음원도 실제 음원과 일치함을 확인할 수 있다. 본 발명의 실시예를 위하여 적용한 marmousi2 모델은 관련 연구 및 기술을 검증하기 위해 전세계적으로 널리 활용되는 모델로써 본 실시예의 결과를 통하여 본 발명의 성능 확인 및 신뢰성 확보가 가능하다.Referring to FIG. 7, it can be confirmed that the sound source estimated as shown in FIG. 7 also coincides with the actual sound source. The marmousi2 model used for the embodiment of the present invention is a widely used model for verifying the related research and technology, and it is possible to confirm the performance and to secure the reliability of the present invention through the results of the present embodiment.

도 8은 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치의 탄성파 파형역산 방법을 나타낸 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of inversing an acoustic wave waveform of an acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment.

탄성파 파형역산 장치는 단일채널 탄성파 탐사를 통하여 관측자료를 획득할 수 있다(810). 탄성파 파형역산 장치는 임의의 초기속도모델을 입력받을 수 있다(811). 탄성파 파형역산 장치는 획득된 관측자료로부터 현장음원을 추정할 수 있다(820). The seismic wave inversion device can acquire observation data through single-channel seismic exploration (810). The acoustic wave inversion apparatus may receive an arbitrary initial velocity model (811). The acoustic wave inversion apparatus can estimate the field sound source from the obtained observation data (820).

탄성파 파형역산 장치는 탄성파 파형을 그린함수와 소스파형의 교차상관에 의하여 현장음원을 추정할 수 있다. 이때, 탄성파 파형역산 장치는 수학식 1에 의하여 현장음원을 추정할 수 있다.The acoustic wave inversion device can estimate the field sound source by cross-correlation between the function and the source waveform of the acoustic wave waveform. At this time, the acoustic wave inversion apparatus can estimate the field sound source by Equation (1).

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

Figure pat00015
Figure pat00015

이때, 탄성파(

Figure pat00016
)에서 소스파형(s)을 추출하기 위하여 최소자승 디콘볼류션을 적용하면 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. At this time,
Figure pat00016
(S) by using a least-squares deconvolution to extract the source waveform s.

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

Figure pat00017
Figure pat00017

수학식 2에서 좌항은 그린함수의 교차상관이며, 우항은 탄성파 파형과 그린함수의 교차상관이라고 할 수 있다. 이를 통하여 탄성파 파형역산 장치는 소스파형을 구할 수 있다.In Equation (2), the left term is the cross correlation of the green function, and the right term is the cross correlation of the acoustic wave waveform and the green function. Through this, the seismic waveform inversion device can obtain the source waveform.

탄성파 파형역산 장치는 추정된 현장음원과 입력받은 초기속도모델을 활용하여 수치모델링을 통해 모델링자료를 생성할 수 있다(830). 탄성파 파형역산 장치는 1차원 탄성매질에서의 파동 방정식을 바탕으로 수치모델링을 수행할 수 있다. 이때, 1차원 탄성 매질에서의 파동 방정식은, 수학식 3 및 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.The acoustic wave waveform inversion apparatus can generate modeling data through numerical modeling using the estimated field sound source and the input initial velocity model (830). The acoustic wave inversion apparatus can perform numerical modeling based on the wave equation in a one-dimensional elastic medium. At this time, the wave equation in the one-dimensional elastic medium can be expressed by Equations (3) and (4).

<수학식 3>&Quot; (3) &quot;

Figure pat00018
Figure pat00018

<수학식 4>&Quot; (4) &quot;

Figure pat00019
Figure pat00019

이때, 탄성파 파형역산 장치는 파동 방정식을 엇격자 유한차분법을 이용하여 도출할 수 있다. 이러한 1차원에서의 파동장(

Figure pat00020
)과 실제 탐사자료(
Figure pat00021
)와의 차이인 목적함수(E)를 생성하면, 수학식 5과 같이 나타낼 수 있다(840).At this time, the acoustic wave inversion apparatus can derive the wave equation by using a lattice finite difference method. This one-dimensional wave field (
Figure pat00020
) And actual exploration data (
Figure pat00021
(E), which is a difference between the objective function E and the target function E, (840).

<수학식 5>Equation (5)

Figure pat00022
Figure pat00022

이러한, 탄성파 파형역산 장치는 목적함수가 최소인 값을 구하기 위한 경사방향은 수학식 6과 같이 표현될 수 있다(850).In this acoustic wave inversion apparatus, the oblique direction for obtaining the minimum value of the objective function may be expressed as Equation 6 (850).

<수학식 6>&Quot; (6) &quot;

Figure pat00023
Figure pat00023

이때,

Figure pat00024
는, 편미분 파동장이다. 수학식 6을 계산하기 위해서는 편미분 파동장의 계산이 우선적으로 이루어져야 한다. 편미분 파동장은 수학식 7과 수학식 8과 같이 정의된 가상음원을 통한 수치모델링을 수행함으로써 계산될 수 있다. At this time,
Figure pat00024
Is a partial differential wave field. To calculate Equation (6), the calculation of the partial derivative wave field should be performed preferentially. The partial derivative wave field can be calculated by performing numerical modeling using a virtual sound source defined by Equations (7) and (8).

<수학식 7>&Quot; (7) &quot;

Figure pat00025
Figure pat00025

<수학식 8>&Quot; (8) &quot;

Figure pat00026
Figure pat00026

탄성파 파형역산 장치는 가우스-뉴턴 방법을 적용하기 위한 헤시안 행렬은 수학식 9와 같이 구성될 수 있다(860). In the seismic wave inversion apparatus, the Hessian matrix for applying the Gauss-Newton method can be constructed as shown in Equation 9 (860).

<수학식 9>&Quot; (9) &quot;

Figure pat00027
Figure pat00027

탄성파 파형역산 장치는 그레디언트와 헤시안 행렬을 사용하여 수학식 10과 같이 속도 물성을 업데이트함으로써 지하의 속도 정보를 도출할 수 있다(870). The acoustic wave inversion apparatus can derive the velocity information of the underground by updating the velocity property as shown in Equation (10) using a gradient and a Hessian matrix (870).

<수학식 10>&Quot; (10) &quot;

Figure pat00028
Figure pat00028

탄성파 파형역산 장치는 반복횟수가 최대횟수보다 많은지 여부를 판단할 수 있다(880). 탄성파 파형역산 장치는 반복횟수가 최대횟수보다 많은 경우, 최종 속도모델을 결정할 수 있고, 반복횟수가 최대횟수보다 적은 경우, 업데이트된 속도 모델을 이용하여 단계(830) 내지 단계(870)을 수행하게 된다. The acoustic wave inversion apparatus may determine whether the number of repetitions is greater than the maximum number (880). The elastic wave waveform inversion apparatus can determine the final velocity model when the number of repetition times is greater than the maximum number, and performs steps 830 to 870 using the updated velocity model when the repetition number is less than the maximum number do.

탄성파 파형역산 장치는 단계(810)에서 단계(870)을 반복적으로 수행함으로써 최종적으로 속도 모델을 도출할 수 있다(890).The acoustic wave waveform inversion apparatus may finally derive a velocity model (890) by repeatedly performing step 870 in step 810.

일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치는 지하매질을 심도 스케일의 1차원 매질로 가정함으로써 파형역산의 연산량을 줄이고, 경제적이고 효율적인 계산이 가능하도록 할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 탄성파 파형역산 장치는 탄성파 파형역산 방법을 수행하는데 있어서, 안정적인 해의 계산이 가능한 가우스-뉴턴법을 사용하여 정확성을 높일 수 있고, 최소자승법을 통한 음원 추정을 통하여 현장자료에도 적용할 수 있다. The elastic wave waveform inversion apparatus according to an embodiment can reduce the calculation amount of waveform inversion by assuming that the underground medium is a one-dimensional medium of the depth scale, thereby enabling economical and efficient calculation. In addition, the acoustic wave inversion apparatus according to an embodiment of the present invention can improve the accuracy by using the Gauss-Newton method that can calculate a stable solution in performing the acoustic wave waveform inversion method, .

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.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. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI &gt; or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (10)

탄성파 파형역산 방법에 있어서,
단일채널 탄성파 탐사를 통하여 획득된 관측자료 및 임의의 초기속도모델을 입력받는 단계;
상기 관측자료로부터 현장음원을 추정하고, 상기 추정된 현장음원과 상기 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 모델링 자료를 기반으로 속도 모델을 업데이트함으로써 지하의 속도정보를 도출하는 단계
를 포함하는 탄성파 파형역산 방법.In the acoustic wave inversion method,
Receiving observation data obtained through single channel acoustic wave survey and an arbitrary initial velocity model;
Estimating an on-site sound source from the observation data, generating modeling data through numerical modeling using the estimated on-site sound source and the input initial velocity model; And
Deriving the underground speed information by updating the speed model based on the generated modeling data
Wherein the acoustic wave inversion method comprises: 제1항에 있어서,
상기 추정된 현장음원과 상기 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성하는 단계는,
상기 탄성파 파형을 그린함수와 소스파형의 교차상관에 의하여 상기 현장음원을 추정하고, 상기 탄성파 파형으로부터 최소자승 디콘볼류션을 적용하여 소스파형을 추출하는 단계
를 포함하는 탄성파 파형역산 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of generating modeling data through numerical modeling using the estimated on-site sound source and the input initial velocity model comprises:
Estimating the on-site sound source by cross-correlation between the green function and the source waveform of the acoustic wave waveform, and extracting the source waveform by applying a least-squares deconvolution from the acoustic wave waveform
Wherein the acoustic wave inversion method comprises: 제2항에 있어서,
상기 추정된 현장음원과 상기 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성하는 단계는,
1차원 탄성매질에서의 파동 방정식을 바탕으로 상기 수치모델링을 수행하는 단계
를 포함하고,
상기 1차원 탄성매질에서의 파동 방정식은, 엇격자 유한차분법을 이용하여 도출하는
것을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 파형역산 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the step of generating modeling data through numerical modeling using the estimated on-site sound source and the input initial velocity model comprises:
Performing the numerical modeling based on the wave equation in the one-dimensional elastic medium
Lt; / RTI &gt;
The wave equation in the one-dimensional elastic medium is derived by using a lattice finite difference method
Wherein the acoustic wave inversion is performed by the acoustic wave. 제3항에 있어서,
상기 추정된 현장음원과 상기 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성하는 단계는,
상기 파동 방정식으로부터 도출된 1차원에서의 파동장과 실제 탐사자료의 차를 통하여 목적함수를 생성하는 단계; 및
상기 목적함수의 최소값을 획득하기 위한 경사방향을 계산하는 단계
를 포함하는 탄성파 파형역산 방법.The method of claim 3,
Wherein the step of generating modeling data through numerical modeling using the estimated on-site sound source and the input initial velocity model comprises:
Generating an objective function through a difference between a wave field in one dimension derived from the wave equation and actual probe data; And
Calculating an oblique direction for obtaining a minimum value of the objective function
Wherein the acoustic wave inversion method comprises: 제1항에 있어서,
상기 생성된 모델링 자료를 기반으로 속도 모델을 업데이트함으로써 지하의 속도정보를 도출하는 단계는,
가우스-뉴턴 방법을 적용하기 위하여 헤시안 행렬을 나타내고, 상기 헤시안 행렬과 그레디언트를 사용하여 지하의 속도 모델을 업데이트하는 단계
를 포함하는 탄성파 파형역산 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of deriving the underground velocity information by updating the velocity model based on the generated modeling data comprises:
Representing the Hessian matrix for applying the Gauss-Newton method, and updating the underground velocity model using the Hessian matrix and the gradient
Wherein the acoustic wave inversion method comprises: 탄성파 파형역산 장치에 있어서,
단일채널 탄성파 탐사를 통하여 획득된 관측자료 및 임의의 초기속도모델을 입력받는 입력부;
상기 관측자료로부터 현장음원을 추정하고, 상기 추정된 현장음원과 상기 입력받은 초기속도모델을 이용하여 수치모델링을 통해 모델링 자료를 생성하는 처리부; 및
상기 생성된 모델링 자료를 기반으로 속도 모델을 업데이트함으로써 지하의 속도정보를 도출하는 출력부
를 포함하는 탄성파 파형역산 장치.In the acoustic wave inversion apparatus,
An input unit for receiving observation data obtained through single channel acoustic wave survey and an arbitrary initial velocity model;
A processing unit for estimating an on-site sound source from the observation data, and generating modeling data through numerical modeling using the estimated on-site sound source and the input initial velocity model; And
And an output unit for deriving the underground speed information by updating the speed model based on the generated modeling data
And an acoustic wave inversion unit. 제6항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 탄성파 파형을 그린함수와 소스파형의 교차상관에 의하여 상기 현장음원을 추정하고, 상기 탄성파 파형으로부터 최소자승 디콘볼류션을 적용하여 소스파형을 추출하는
탄성파 파형역산 장치.The method according to claim 6,
Wherein,
Estimating the on-site sound source by cross-correlation between the green function and the source waveform of the acoustic wave waveform, extracting the source waveform by applying the least squares deconvolution from the acoustic wave waveform
Seismic wave inversion device. 제7항에 있어서,
상기 처리부는,
1차원 탄성매질에서의 파동 방정식을 바탕으로 상기 수치모델링을 수행하는 것을 포함하고,
상기 1차원 탄성매질에서의 파동 방정식은, 엇격자 유한차분법을 이용하여 도출하는
탄성파 파형역산 장치.8. The method of claim 7,
Wherein,
Performing numerical modeling based on a wave equation in a one-dimensional elastic medium,
The wave equation in the one-dimensional elastic medium is derived by using a lattice finite difference method
Seismic wave inversion device. 제8항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 파동 방정식으로부터 도출된 1차원에서의 파동장과 실제 탐사자료의 차를 통하여 목적함수를 생성하고, 상기 목적함수의 최소값을 획득하기 위한 경사방향을 계산하는
탄성파 파형역산 장치.9. The method of claim 8,
Wherein,
The objective function is generated through the difference between the wave field in one dimension derived from the wave equation and the actual survey data, and the inclination direction for obtaining the minimum value of the objective function is calculated
Seismic wave inversion device. 제6항에 있어서,
상기 출력부는,
가우스-뉴턴 방법을 적용하기 위하여 헤시안 행렬을 나타내고, 상기 헤시안 행렬과 그레디언트를 사용하여 지하의 속도 모델을 업데이트하는
탄성파 파형역산 장치.
The method according to claim 6,
The output unit includes:
Represents a Hessian matrix for applying the Gauss-Newton method, and updates the underground velocity model using the Hessian matrix and the gradient
Seismic wave inversion device.
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