해저 밑 얕은 곳의 가스 하이드레이트층 검출하기 위한 해양 전자탐사

장한길로,장한누리,이기하,김희준 대한지질학회 2010 대한지질학회 학술대회 Vol.2010 No.

엇갈린 격자를 이용한 3차원 유한차분 시간영역 전자탐사 모델링

장한길로,남명진,조성오,김희준,Jang, Hangilro,Nam, Myung Jin,Cho, Sung Oh,Kim, Hee Joon 한국지구물리물리탐사학회 2017 지구물리와 물리탐사 Vol.20 No.3

Interpretation of time-domain electromagnetic (TEM) data has been made mostly based on one-dimensional (1-D) inversion scheme in Korea. A proper interpretation of TEM data should employ 3-D TEM forward and inverse modeling algorithms. This study developed a 3-D TEM modeling algorithm using a finite difference time-domain (FDTD) method with staggered grid. In numerically solving Maxwell equations, fictitious displacement current is included based on an explicit FDTD method using a central difference approximation scheme. The developed modeling algorithm simulated a small-coil source configuration to be verified against analytic solutions for homogeneous half-space models. Further, TEM responses for a 3-D anomaly are modeled and analyzed. We expect that it will contribute greatly to the precise interpretation of TEM data. 국내에서 시간영역 전자탐사(time-domain/transient electromagnetic, TEM) 자료의 해석은 1차원 알고리듬에 주로 의존하고 있는 실정이기 때문에 정밀한 해석을 위하여 3차원 모델링 및 역산 해석 프로그램의 개발이 필요한 상황이다. 이 연구에서는 엇갈린 격자를 이용한 시간영역 유한차분(staggered-grid finite-difference time-domain, FDTD)법에 기초하여 3차원 TEM 반응 모델링 알고리듬을 개발하였다. 시간영역 전자탐사의 모델링을 위해 맥스웰 방정식을 현시적 중앙점 FDTD법을 이용하여 이산화하였으며 수치 안정성을 높이기 위해 가상 변위전류항을 도입하였다. 일반적으로 많이 활용되는 소형 코일 송신원을 수치적으로 구현하여 균질 반무한 공간에서의 해석해와 비교 검증하고 3차원 이상체에 대한 반응을 분석하였다. 이 연구에서 개발된 모델링 프로그램은 향후 TEM 전자탐사 자료의 정밀 해석에 기초가 될 것으로 기대한다.

Three-dimensional electromagnetic responses of disk-shaped hydrocarbon reservoir in marine sediments

장한길로,장한누리,김희준 한국지질과학협의회 2015 Geosciences Journal Vol.19 No.2

This paper presents a three-dimensional (3D) marine controlled-source electromagnetic modeling algorithm using primary fields for a homogeneous half-space to accurately account for airwave effects. This algorithm is validated with analytic solutions for 1D two- and four-layer models and numerical results from another 3D model. Using this code, we investigate the 3D electromagnetic responses of a 100 m thick, 5 km disk-shaped hydrocarbon reservoir buried at a depth of 1 km below the seafloor. From the numerical results, we can recognize that a 3D effect of the reservoir typically produces a transition zone in comparison with 1D model responses. The transition zone decreases with the airwave effect as the depth of water becomes shallow. As the source frequency increases, the sensitivity to the reservoir increases, whereas the amplitude decreases and falls at higher than 1 Hz below the current system noise floor. Broadside electric fields for a 10-km diameter disk model are only about 5% of in-line electric fields for the 5-km disk model. The Tequivalence is observed at such a low frequency of 1 Hz for the thin resistive tabular target, whose response varies almost linearly with the target thickness and resistivity even in the transition zone.

입자 군집 최적화법을 이용한 소형루프 전자탐사 자료의 층서구조 전기비저항 역해석

장한길로 한국지구물리.물리탐사학회 2019 지구물리와 물리탐사 Vol.22 No.4

물리탐사 자료의 역산 해를 찾는데 흔히 이용되는 결정론적 해법은 지역 최소점에 빠져 적절한 해에 수렴하지못할 가능성이 크다는 단점이 존재한다. 이 문제를 해결하기 위한 대안 중 하나는 확률론적 접근법에 기반한 전역 최적화 방법을 이용하는 것이며, 여러 방법들 중에서 입자 군집 최적화(Particle Swarm Optimization, PSO)법의 적용사례가많이 소개되었다. 이 논문에서는 PSO법을 이용한 소형루프 전자탐사 자료의 층서 구조 전기비저항 역해석 알고리즘을 개발하고 합성자료를 이용하여 역산실험을 수행하였다. 실험결과 기존의 Gauss-Newton 알고리즘으로는 최적의 역산해를 찾는데 어려움이 있는 소형루프 전자탐사 자료의 역산 시도에 PSO 방법을 적용하면 성공률을 높일 수 있음을 확인하였다. Deterministic optimization, commonly used to find the geophysical inverse solutions, have its limitation that it cannot find the proper solution since it might converge into the local minimum. One of the solutions to this problem is to use global optimization based on a stochastic approach, among which a large number of particle swarm optimization (PSO) applications have been introduced. In this paper, I developed a geophysical inversion algorithm applying PSO method for the layered-earth resistivity inversion of the small-loop electromagnetic (EM) survey data and carried out numerical inversion experiments on synthetic datasets. From the results, it is confirmed that the PSO inversion algorithm could increase the inversion success rate even when attempting the inversion of small-loop EM survey data from which it might be difficult to find a best solution by applying the Gauss-Newton inversion algorithm

Three-dimensional finite-difference modeling of timedomain electromagnetic responses for a large-loop source

장한길로,조성오,김빛나래,김희준,남명진 한국지질과학협의회 2021 Geosciences Journal Vol.25 No.5

The time-domain/transient electromagnetic (TEM) method employs an alternating magnetic field that is established by passing a bidirectional pulsed current through a transmitter loop. A large wire loop on or above the earth is one of the most widely used sources in TEM survey systems. To simulate TEM responses of the large loop system, the effect of the loop size must be considered in a numerical modeling scheme. We have developed an efficient three-dimensional (3D) TEM modeling algorithm using a staggered-grid finite-difference time-domain (FDTD) method. In this paper, we first derive FDTD TEM equations using fictitious displacement currents based on an explicit mid-point method. Then, we employed a conversion method to efficiently obtain stepoff TEM responses from step-on responses. Further, following the concept of the conversion method, the charging and discharging processes of current waveform in loop does not need to be identical, implying we can apply the simulation scheme for more general source waveforms. The developed algorithm has been verified through comparison of numerical results for a homogeneous halfspace medium. Finally, we analyze TEM responses generated from a large loop source for a 3D conductive body buried in a homogeneous half space.

근사감도를 이용한 지열지대 인공송신원 가청주파수 자기지전류 탐사자료의 3차원 역산

장한길로(Hangilro Jang),송서영(Seo Young Song),남명진(Myung Jin Nam),김희준(Hee Joon Kim) 한국신재생에너지학회 2017 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.9

천부(약 10 m) 연약 지반 탐지를 위한 전기비저항 역산 해상도 향상 전략

장한길로 ( Hangilro Jang ),송서영 ( Seo Young Song ),김빛나래 ( Bitnarae Kim ),남명진 ( Myung Jin Nam ) 대한지질공학회 2018 지질공학 Vol.28 No.3

이 연구는 전기비저항 역산의 해상도를 높이기 위한 구조제약과 부등식 제약조건을 적용한 전기비저항 역산법을 소개하고 적용한 결과를 보여준다. 이들 역산에서는 지하투과레이다와 표면파 탐사자료로부터 사전 해석된 층서구조를 전기비저항 참조모델로 도입하고 구조제약과 부등식 제약의 유용성을 합성 모델을 이용한 역산실험으로 확인하였다. 연약지반 조건을 가정한 실험모델에 대한 구조제약과 부등식 제약 역산실험 모두 일반적인 전기비저항 역산보다 향상된 역산결과를 보여주었으나, 부등식제약 역산에서는 참조모델이 다소 부정확한 경우에도 배경층서구조를 정확히 재구성하는 동시에 천부(약 10 m 심도)의 전도성 이상체들도 정확히 나타내는 역산결과를 보여주었다. This study introduces a DC resistivity inversion method that incorporates structural and inequality constraints to enhance the resolution of resistivity inversions, and presents sample inversion results with these constraints. In the constrained inversions, a base model is constructed from a layered model through interpretation of other geophysical data. Inversion tests establish that both the structural and inequality constraints produce better resistivity models than the unconstrained inversion. However, the inequality inversion not only reproduces the exact layered structure of the background, it reproduces conductive anomalies at a depth of ~ 10 m when an inexact base model of electrical resistivity is used.

과도전자탐사법을 이용한 지반함몰 위험지역 지하구조의 영상화 가능성

장한길로(Jang, Hangilro),장한누리(Jang, Hannuree),남명진(Nam, Myung Jin),김희준(Kim, Hee Joon) 대한토목학회 2016 대한토목학회 학술대회 Vol.2016 No.10

수평다층구조에 대한 시간영역 전자기장의 계산법

장한길로 ( Han Gil Ro Jang ),김희준 ( Hee Joon Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2013 지구물리와 물리탐사 Vol.16 No.3

유한길이의 다중 송수신 쌍극자에 의한 수평다층구조의 시간영역 전자기장을 계산하기 위한 컴퓨터 프로그램을개발하였다. 시간영역 반응은 주파수영역에서 계산된 값에 빠른 역푸리에변환(inverse fast Fourier transform: FFT)을 적용하여 효율적으로 얻을 수 있다. 먼저 대수영역에서 등간격으로 한 decade 당 10개의 주파수영역 반응을 구한 후 FFT를 적용시키기 위해 3차 스플라인 사이채움(cubic spline interpolation)을 실시한다. 이 때 위상의 경우에는 스플라인 사이채움 이전에 위상곡선을 연속적으로 만들어 주는 과정이 추가된다. 스플라인 사이채움된 자료들은 송신전류파형과 곱말기(convolution)를 한 후 FFT를 통해 시간영역 자료로 만들어진다. 이 논문에서는 step-off 파형만 고려하였다. 개발된시간영역 프로그램은 해석해와 해양 탄화수소 저류층 모델에 대한 반응을 이용하여 검증하였으며, 그 결과는 충분히 정확함을 확인 할 수 있었다. A computer program has been developed to estimate time-domain electromagnetic (EM) responses for a one-dimensional model with multiple source and receiver dipoles that are finite in length. The time-domain solution can be obtained by applying an inverse fast Fourier transform (FFT) to frequency-domain fields for efficiency. Frequency-domain responses are first obtained for 10 logarithmically equidistant frequencies per decade, and then cubic spline interpolated to get the FFT input. In the case of phases, the phase curve must be made to be continuous prior to the spline interpolation. The spline interpolated data are convolved with a source current waveform prior to FFT. In this paper, only a step-off waveform is considered. This time-domain code is verified with an analytic solution and EM response sfor a marine hydrocarbon reservoir model. Through these comparisons, we can confirm that the accuracy of the developed program is fairly high.

Sensitivity analysis of marine controlled-source electromagnetic methods to a shallow gas-hydrate layer with 1D forward modeling

이기하,장한길로,장한누리,김희준 한국지질과학협의회 2011 Geosciences Journal Vol.15 No.3

A computer program has been developed to evaluate electromagnetic (EM) responses for a one-dimensional (1D) model with multiple source and receiver dipoles that are finite in length. Using the 1D code, we conducted sensitivity analysis of marine controlled-source EM methods to a gas-hydrate layer in the shallow section. In this study we used a normalized amplitude and amplitude difference of EM fields simultaneously in determining the detection capability of the hydrate layer. The field amplitude must be normalized by the one for the corresponding background model without the hydrate layer. The normalized amplitude can be numerically large, but if the field amplitude is smaller than the threshold, it would be misleading and therefore is useless. From these numerical experiments, we found that there are plenty of useful offset ranges and frequencies where amplitude difference is large enough to detect the target layer. Furthermore, an effect of air waves is almost absent in amplitude difference