VSP 모델링 및 선 중합 깊이영역 구조보정

장성형,서상용,고진석 한국자원공학회 2005 한국자원공학회지 Vol.42 No.6

For imaging the complex subsurface such as salt dome, faults, and folds, we perform prestack migration with surface seismic data or sometimes VSP (Vertical Seismic Profiling) data. The VSP data includes wavefield that can measure directly physical properites between surface and geological interfaces. The VSP is used for detecting dip, anisotropy, and reflection amplitude or waveform with respect to incidence angles. Here we applied forward modeling and prestack migration which are used for surface seismic data to VSP. We made synthetic VSP seismic data using the 8th order finite difference method for the acoustic wave equation and did VSP prestack migration. The synthetic VSP data to a simple three horizontally layered geological model showed the direct waves, reflection and refraction, which includes down-going and up-going waves with different direction. These were similar to the typical VSP data. Usually VSP prestack time migration needs filtering in order to separate up-going and down-going wave, but we did VSP prestack depth migration using inner product of back-propargated wavefield and the virtual source without filtering. The back-propagated wavefield was calculated from observed data and the virtual source was from the forward modeling using the observed data as a source term. The result of numerical modeling for the salt flank model shows that the upper horizontal and dipping layer were properly imaged. The better image of upper horizon and dipping layers than the lower layers indicates that seismic energy was concentrated on this part. 암염돔, 단층, 습곡 등 복잡한 층서구조를 영상화하기 위해서는 지표면 탄성파 자료에 대해 선 중합 깊이영역 구조보정(prestack depth migration)이 필요하며 또한 탄성파 수직탐사(VSP)를 이용하기도 한다. 탄성파 수직탐사는 지표면과 지층경계면 사이에서 직접 물성을 측정할 수 있는 파동장을 기록하는 방법으로 지층경사, 이방성, 입사각에 따른 반사계수 변화, 파형변화 등 파악하는데 적용된다. 여기에서는 지표면 탄성파 자료에 적용되는 모델링과 구조보정법을 VSP자료에 적용하는 연구를 수행하였다. 인공합성 VSP 모델링에는 8차 근사 파동방정식의 유한차분법을 이용하였고, 지층구조 영상화는 가상음원과 역전파 파동장의 내적을 이용하여 실시하였다. 단순 수평 3층 모델에 대한 VSP 인공합성자료를 살펴 볼 때 직접파, 굴절파, 반사파 등이 모두 포함되어 있고 하향파, 상향파가 서로 반대 경사를 가지면서 나타나는 전형적인 VSP 자료 특성을 보여주고 있어 모델링방법이 적절하였음을 확인하였다. VSP 선 중합 깊이영역 구조보정은 상향파와 하향파를 분리하는 전 처리 과정없이 역전파 시킨 관측자료와 관측자료를 음원으로 이용하여 구한 가상음원과의 내적으로 영상을 구하였으며 암염돔 측면 모형실험 결과 상부 수평층과 경사층 영상화가 적절하게 이루어졌음을 알 수 있었다. 특히 상부 수평층과 경사층이 하부층에 비해 뚜렸하게 나타나는 것은 이 부분에 탄성파 에너지가 집중되었음을 보여준다.

MPI_PSPI에 의한 중합 전 깊이영역 구조보정

장성형,서상용,유동근 한국자원공학회 2006 한국자원공학회지 Vol.43 No.6

탄성파 중합 전 구조보정은 단층, 습곡, 암염 등 복잡한 층서지역 지층구조파악에 이용되지만 많은 컴퓨터 계산 량과 자료 입출력을 요구한다. 시간, 속도, 음원, 수진기, 주파수, 파수들의 함수로 이루어진 탄성파 문제는 본질적으로 병렬구조 특성을 지니고 있다. Phase Shift Plus Interpolation (PSPI)법은 적은 컴퓨터 계산 량과 효율성으로 중합 전 또는 중합 후 구조보정에 많이 이용되고 있으며, 주파수 영역에서 구조적으로 병렬화 적용이 용이한 특성을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 Message Passing Interface_Local Area Multicomputer (MPI_LAM) 라이브러리를 이용하여 병렬코드 MPI_PSPI를 개발하고 인공합성모델에 대해 깊이영역 구조보정을 적용하였다. MPI_PSPI 구조보정을 실시할 때 하향 외삽 파동장은 모든 계산노드에 분산하여 동시에 수행하는 도메인 분해 방법을 적용하였다. 단순 원형지층모형에 대한 수치 모형실험 결과 하나의 음원 모음도에서는 일반 PSPI 알고리즘 보다 병렬화된 MPI_PSPI 알고리즘이 약 2배 정도, 59개음원모음도에서의 경우 약 50 배 정도 계산시간이 단축되어, 음원 모음도가 많을수록 MPI_PSPI 가 효과적이라 할 수 있다. 프로세서 증가에 따른 MPI_PSPI 계산시간 변화는 4개를 이용할 때보다 8개를 이용할 때 계산시간 감소율이 최대를 나타냈으며 그 이후 점진적 프로세서 증가에도 불구하고 계산시간 감소율은 크지 않았다. 음원 모음도에 대한 구조보정 결과인 공통 영상 단면도는 에너지 전달이 집중된 곳에 지층경계면이 뚜렷이 나타남을 보여주므로 관심 대상지역에 에너지를 적절하게 보낼 수 있도록 자료취득 변수를 결정해야함을 알 수 있다. Prestack migration is widely applied to imaging subsurface for complex stratigraphic area such as faults, folds and salt domes, but heavy computing time and data IO (Input & Output) are indispensable. Seismic problems consist of function of time, velocity, source, receiver, frequency, and wavenumber. These have intrinsically parallel characteristic. Phase-shift-plus-interpolation (PSPI) is widely used for post- and pre-stack migration with less computing time and efficiency. The PSPI has intrinsically parallel in frequency domain, too. In this study, we have developed a MPI_PSPI code to paralleize serial PSPI with Massage Passing Interface_Local Area Multicomputer (MPI_LAM), and then we have applied it to synthetic seismic data for a simple circular model. When we conducted the MPI_PSPI, extrapolated wavefields were calculated simultaneously as distributed to every computing node by domain decomposition method. The numerical model test shows that the computing time with the parallelized MPI_PSPI code for a single shot gather was about 2 times faster than serial PSPI code and for 59 shot gathers it was 50 timtes faster. This means that the more we have shot gathers, the MPI_PSPI is more efficiency. For variance of computing time of MPI_PSPI according to increasing processors, rate of decreasing computing time is high when processors were used 8. Though we used more processors than 8, the rate of decreasing computing time was insignificant. Through the common image gathers, subsurface images were better at the energy concentration area. This would be helpful for determining acuqusition parameters.

수동 탄성파 수진기 특성 분석

장성형,이동훈,최윤석,손우현,주용환 대한지질공학회 2022 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2022 No.1

심층학습을 이용한 전이대 두께 예측

장성형,이동훈,김병엽 한국지구물리.물리탐사학회 2023 지구물리와 물리탐사 Vol.26 No.4

CO2 주입 후 저류층은 암석물리 특성이 변하므로 이 연구에서는 저류층을 물성이 선형으로 변하는 전이대 지층모델로 구성한다. 울프 반사계수 함수는 전이대 상하지층의 속도비, 주파수, 전이대 두께 함수로 구성되어 있어 저류층 두께나 해저면 전이대 두께를 추정하는데활용할 수 있다. 이 연구에서는 심층학습을 이용하여 전이대 두께를 예측 방법을 제안한다. 심층학습을 적용하기 위해 사암 저류층, 셰일덮개암으로 구성한 인공 전이대 지층모델에 두께에 따른 울프 반사계수 모델링을 수행하고 시간-스펙트럼 영상자료를 확보하였다. 두께별 시간-주파수 스펙트럼 영상과 중합단면도 트레이스에서 구한 시간-주파수 스펙트럼 비교로부터 구한 두께 추정결과는 항상 정확하게전이대의 두께를 제시하지는 못하였다. 그러나 다양한 환경에서 학습자료를 확보하고 정확도를 높이면 현장자료적용이 가능할 것으로본다. The physical properties of rocks in reservoirs change after CO2 injection, we modeled a reservoir with a transition zone within which the physical properties change linearly. The function of the Wolf reflection coefficient consists of the velocity ratio of the upper and lower layers, the frequency, and the thickness of the transition zone. This function can be used to estimate the thickness of a reservoir or seafloor transition zone. In this study, we propose a method for predicting the thickness of the transition zone using deep learning. To apply deep learning, we modeled the thickness-dependent Wolf reflection coefficient on an artificial transition zone formation model consisting of sandstone reservoir and shale cap rock and generated time-frequency spectral images using the continuous wavelet transform. Although thickness estimation performed by comparing spectral images according to different thicknesses and a spectral image from a trace of the seismic stack did not always provide accurate thicknesses, it can be applied to field data by obtaining training data in various environments and thus improving its accuracy.

카루넨-루베 변환을 이용한 탄성파 그라운드 롤 억제 효과

장성형,이동훈 한국지구물리.물리탐사학회 2019 지구물리와 물리탐사 Vol.22 No.4

육상 탄성파 탐사자료에서 쉽게 관찰되는 그라운드 롤은 표면파의 일종으로 대표적인 일관성 잡음이다. 반사파자료처리 과정에서 그라운드 롤은 잡음에 해당하기 때문에 제거하게 되는데, 반사 신호와 중첩되는 경우 반사파 신호음이 손상되는 문제가 발생한다. 본 연구에서는 반사 신호음 손실을 줄이면서 그라운드 롤을 효과적으로 억제할 수 있는방법을 찾기 위해 카루넨-루베 변환을 중심으로 살펴보고 그 결과를 분석하였다. 균질 탄성매질에서 구한 인공자료 수치모형 실험에서 그라운드 롤이 뚜렷하게 감소된 것을 확인할 수 있으나 현장자료 적용실험에서는 띠통과 필터링 결과와큰 차이점을 발견할 수 없었다. 이러한 현상은 현장자료에서 여러 주파수 대역을 포함하고 있는 그라운드 롤에 대해 선형 수평정렬 모음(Linear moveout gather)을 계산하기 어렵기 때문으로 여길 수 있다. 이에 비해서 특이값 분해 필터링결과는 그라운드 롤이 상당부분 감소되었음을 확인할 수 있었다. 특이값 분해 필터링은 반사파를 중심으로 정규 수평정렬 모음(Normal moveout gather)을 계산하기가 쉬워 카루넨-루베 변환 필터링 보다 그라운드 롤 억제효과가 큰 것으로여겨진다. Ground roll is a surface wave which is usually observed in the land seismic data. It is one of the typical coherent noise. During the reflection data processing, ground roll is removed because it is considered as noise. This removal process often causes the loss of reflection signals if the ground roll overlaps reflection signals. In this study, we look over Karhunen-Loeve Transform (KLT) and analyze its effects to suppress the ground roll appropriately while reducing the reflection loss. Numerical tests in homogeneous elastic media show that the ground roll has been properly rejected. However, the field data application reveals that there is no significant suppression of ground roll when compared to band-pass filtering. This can be considered that it is hard to calculate horizontally aligned gathers in the field data because the ground roll contains a wide range of frequency bands. On the contrary, the result of singular value decomposition (SVD) filtering shows that the ground roll has been significantly reduced. It is thought that the SVD filtering performs better in the ground roll suppression than KLT because it is easy to calculate the horizontally aligned gathers in the SVD filtering.

셰일가스 탄성파자료로부터 수평응력 차 비 구하는 공정도 연구

장성형 한국자원공학회 2015 한국자원공학회지 Vol.52 No.2

Horizontal drilling and hydraulic fracturing which are the key technology in unconventional shale gas development are applied to the sweet spot where Young's modulus is high, Poisson's ratio is low, and differential horizontal stress ratio(DHSR) is low. Petrophysical parameters such as velocities, Young's modulus, Poisson's ratio, and anisotropic coefficients from seismic data are important for developing shale gas. It is also necessary for calculating DHSR which is a function of maximum horizontal stress and minimum horizontal stress. DHSR consists of normal compliance matrix which are function of weakness and Thomsen's anisotropic parameters. In this study, I suggest a flow for calculating DHSR from seismic data and verify it through synthetic data. Thomsen's parameter  was decided by nonhyperbolic semblance analysis and it showed that  is getting more sensitivity to NMO velocity according to the higher anisotropic characteristics. When we apply the nonhyperbolic semblance analysis to field data set, we need to analyze it carefully. 비전통 에너지자원인 셰일가스 개발에서 필수기술에 해당하는 수평시추와 수압파쇄는 셰일가스 집중구간에서 포아송비가 낮고 영률이 높은 지역, 수평응력차비(DHSR)가 낮은 구간에서 적용된다. 탄성파자료로부터 구할 수 있는 속도, 영률, 포아송비, 이방성계수 등 암석역학적 매개변수는 셰일가스 개발에 중요한 역할을하며 수평방향 최대 및 최소 압력 함수로 표현되는 DHSR 계산에 필수적인 변수이다. DHSR은 균열매개변수함수로 이루어진 수직방향 컴플라이언스 계수가 필요하며 균열매개변수는 톰슨 이방성변수로 표현할 수 있다. 본 연구에서는 탄성파자료로부터 DHSR을 구하는 공정도를 제시하고 수치모형실험을 통해 검증하였다. 톰슨이방성변수 는 비쌍곡선 유사도 등고선을 이용하여 구하였으며 이방성 매질 특성이 커질수록 는 NMO속도에대한 민감도가 커져 현장자료에 적용하기 위해서는 철저한 분석이 필요하다.

음파검층과 밀도검층 자료에서 산출된 이방성 변수를 이용한 지층 구분

장성형,김태연,황세호,Jang, Seonghyung,Kim, Tae Youn,Hwang, Seho 대한지질공학회 2017 지질공학 Vol.27 No.3

For the formation identification, surface geological survey, drill core analysis, core description and well log analysis are widely used. Among them well log analysis is a popular method with drill core analysis, since it measures continuously physical properties at in-situ. In this study we calculated Thomsen anisotropic parameters (${\varepsilon},\;{\delta},\;{\eta}$) after applying Backus averaging method to the P wave velocity, S wave velocity, and density logs. The well log data application of Blackfoot, Canada, shows the formation could be divided by 12 layers. This shows that Thomsen anisotropic parameters for identifying formation using anisotropic parameters is useful if there is no natural gamma log that is widely used for the formation identification.

탄성파 간섭파를 이용한 음원파형 예측

장성형,김영완,고진석,서상용 한국자원공학회 2009 한국자원공학회지 Vol.46 No.1

The source signature of seismic reflection data is an important tool for correcting reflector position, amplitude estimation, deconvolution, multiple attenuation, comparing reflection data to well data, seismic modeling, and inversion. There are two methods to estimate the source signature. One is to measure the source signature directly in the field and the other is to estimate the source signature from reflection data. The conventional method for estimating the source signature from the reflection data, such as deconvolution, assumes the source signature to be minimum phase and the earth responses to be white noise and most of signals except for the primary reflection to be regarded as noise. In this study, we conducted the source signature estimation based on the seismic interferometry, which can use all recorded signals without any assumptions. Seismic interferometry is used to calculate Green’s function using the recorded signals at two receivers without geological parameters, such as velocity, reflectors, minimum phase assumption, etc. The noise recorded after the primary reflection can be used to get geological information. In this study, we conducted the source signature estimation using the virtual source gather and surface reflection data, which the virtual source gather is the result of summation after crosscorrelation of the records from the receiver corresponding to a virtual source and the records from the other receiver. The numerical model test shows that the wavefield which is calculated by the virtual source signature is the similar to that recorded at surface, and the source signature obtained with using the virtual source gather and the true reflection data is similar to the input source signature. 탄성파 반사자료의 음원파형은 반사경계면 또는 반사파 진폭을 예측하거나 곱풀기(deconvolution), 다중반사파 제거, 반사자료와 시추공 자료 비교, 모델링과 역산 등에 이용된다. 탄성파 음원파형을 구하는 방법으로는 현장에서 음원파형을 측정하여 직접 구하는 방법과 탄성파 반사파자료에서 간접적으로 구하는 방법이 있다. 반사자료에서 음원파형을 구하는 전통적인 곱풀기 방법은 최소위상, 백색잡음 등 가정이 필요하고 주 반사파를 제외한 탄성파 이벤트는 잡음으로 간주하여 실시된다. 본 연구에서는 위와 같은 전제조건과 무관하며 수진기에 기록된 모든 탄성파 이벤트를 이용할 수 있는 탄성파 간섭파이론을 이용하여 음원파형을 구하는 알고리즘을 개발하였다. 탄성파 간섭파이론은 두 수진기에 기록된 탄성파 이벤트로부터 속도, 밀도, 지층경계면 등 지층모델에 대한 매개변수 없이 그린함수를 구하는 것으로 잡음으로 여겨지는 주 반사파 이후 기록된 탄성파 이벤트까지 이용하여 지층정보를 알아내는데 활용된다. 여기에서 탄성파 간섭파를 이용하여 음원파형을 구하는 방법으로 가상음원과 수진기에 기록된 탄성파 이벤트의 상호상관과 중합으로 가상음원 모음도를 구하여 지표면 탄성파 반사자료와 관계로부터 음원파형을 구하고자 하였으며, 단순 수평 2층 구조에 대한 수치 모형실험 결과 가상음원으로부터 구한 파동장과 실제 지표면에서 기록된 파동장의 반사신호가 거의 일치함을 보여주었다. 또한 가상음원 모음도로부터 구한 음원파형은 실제 수치모델링시 적용한 음원파형과 유사하게 나타남을 알 수 있었다.

가스 하이드레이트 탄성파 자료 복소분석 해석

장성형,류병재,서상용 한국자원공학회 2005 한국자원공학회지 Vol.42 No.3

In order to study gas hydrate, possible new energy resources, KIGAM has performed seismic reflection survey over the East sea since 1999. The evidence for the existence of gas hydrate in seismic reflection data is the BSR (bottom simulated reflection) which parallels the sea bottom. The BSR has high amplitude reflections, the amplitude above the BSR increase and the interval velocity below the BSR decrease. However, since high amplitude reflections are also shown in free gas and sediments bearing silica, we need to find out the difference from these. In this study we performed conventional data processing for gas hydrate data and seismic complex analysis which has been using for detecting gas layers. We made reflection strength profile, its first and second-derivative profiles, instantaneous phase profile and instantaneous frequency profile. The reflection strength profile shows instantaneous amplitude difference at the strong BSR layer (SP 2100-2600, TWT 3.4 s). In the instantaneous phase profile, phase changes around the possible BSR layer, but we could not find the cross-cutting at the overlying and underlying of a gas bearing zone, which would be parallel reflection to the sea bottom. For the instantaneous frequency profile, frequency changed from high to low around the BSR layer. 새로운 에너지 자원으로 활용 가능성을 포함하고 있는 가스 하이드레이트를 조사하기 위해 한국지질자원연구원에서는 1999년도부터 동해일원에서 탄성파탐사를 실시하고 있다. 탄성파 반사자료로부터 가스 하이드레이트 부존여부를 확인하는 방법은 해저면과 평행하면서 위상이 반대로 나타나는 고진폭 반사파인 BSR(bottom simulated reflection)과 BSR 상부에서의 진폭감소, 하부에서 진폭증가와 구간속도 감소 등을 들 수 있다. 그러나 고진폭 반사파는 프리가스(free gas) 또는 실리카(silica)를 포함하는 퇴적층에서도 발생하므로 이를 구별할 수 있는 방법이 필요하다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 탐사자료에 대한 일반적인 자료처리와 함께 가스층 존재 유무를 확인하는 방법으로 많이 이용되는 탄성파 복소분석법을 적용하였다. 가스 하이드레이트 부존 유망지역에 대해 순간진폭, 순간진폭에 대한 1차 및 2차 미분, 순간위상, 순간주파수 단면도를 제작하여 중합단면도와 비교하였으며 그 결과 순간진폭단면도의 경우 강한 BSR이 나타나는 지층경계면(음원번호 2100-2600)에서 순간진폭변화 차이를 강하게 보였다. 순간위상단면도의 경우 BSR 부존 가능지역에서 위상변화는 보이고 있으나 고진폭 반사층의 상ㆍ하부에서 반사파의 연속성을 끊는 반사의 존재는 확인되지 않았다. 순간주파수 단면도의 경우 BSR 지역에서 고 주파수에서 저 주파수로 변화함을 확인할 수 있었다.

주파수영역에서 49점 가중평균을 이용한 scalar 파동방정식의 유한차분식 정확도 향상을 위한 연구

장성형,신창수,양동우,양승진,Jang, Seong Hyung,Shin, Chang Soo,Yang, Dong Woo,Yang, Sung Jin 대한자원환경지질학회 1996 자원환경지질 Vol.29 No.2

Much computing time and large computer memory are needed to solve the wave equation in a large complex subsurface layer using finite difference method. The time and memory can be reduced by decreasing the number of grid per minimun wave length. However, decrease of grid may cause numerical dispersion and poor accuracy. In this study, we present 49 points weighted average method which save the computing time and memory and improve the accuracy. This method applies a new weighted average to the coordinate determined by transforming the coordinate of conventional 5 points finite difference stars to $0^{\circ}$ and $45^{\circ}$, 25 points finite differenc stars to $0^{\circ}$, $26.56^{\circ}$, $45^{\circ}$, $63.44^{\circ}$ and 49 finite difference stars to $0^{\circ}$, $18.43^{\circ}$, $33.69^{\circ}$, $45^{\circ}$, $56.30^{\circ}$, $71.56^{\circ}$. By this method, the grid points per minimum wave length can be reduced to 2.5, the computing time to $(2.5/13)^3$, and the required core memory to $(2.5/13)^4$ computing with the conventional method.