4-D Inversion of Geophysical Data Acquired over Dynamically Changing Subsurface Model

시간에 대해 변화하는 지하구조에서 획득한 물리탐사 자료의 역산

In the geophysical monitoring to understand the change of subsurface material properties with time, the time-invariant static subsurface model is commonly adopted to reconstruct a time-lapse image. This assumption of static model, however, can be invalid particularly when fluid migrates very quickly in highly permeable medium in the brine injection experiment. In such case, the resultant subsurface images may be severely distorted. In order to alleviate this problem, we develop a new least-squares inversion algorithm under the assumption that the subsurface model will change continuously in time. Instead of sampling a time-space model into numerous space models with a regular time interval, a few reference models in space domain at different times pre-selected are used to describe the subsurface structure continuously changing in time; the material property at a certain space coordinate are assumed to change linearly in time. Consequently, finding a space-time model can be simplified into obtaining several reference space models. In order to stabilize iterative inversion and to calculate meaningful subsurface images varying with time, the regularization along time axis is introduced assuming that the subsurface model will not change significantly during the data acquisition. The performance of the proposed algorithm is demonstrated by the numerical experiments using the synthetic data of crosshole dc resistivity tomography.

지하구조를 영상화하기 위한 물리탐사자료의 역산에서 가장 기본적인 가정 중의 하나는 자료측정 시간 동안에 지하구조가 변화하지 않는다는 정적인 지하구조 모형에 있으며, 시간의 흐름에 따른 지하구조 변화를 이해하기 위한 지구물리 모니터링 탐사자료의 역산에서도 통상적으로 받아 드려지고 있다. 그러나 투수성이 매우 높은 지하 매질에서 수행하는 염수 주입 실험의 경우에는 전도성 유체가 매우 빠른 속도로 이동하게 되므로, 측정시간 동안에 지하구조가 변화하지 않는다는 정적인 지하구조 모형의 가정은 성립되지 않은 경우가 많다. 또한 역산 결과 얻어지는 지하 영상에도 심한 왜곡이 게재될 가능성이 높음은 자명한 일이다. 이 연구에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 지하구조가 시간에 대해 연속적으로 변화하는 시공간 모델에 입각한 새로운 최소자승 역산법을 개발하였다. 지하 시공간 모델을 수많은 공간 모델로 일정한 시간간격으로 샘플링하는 대신에, 미리 설정한 수개의 기준 시각의 공간 모델로 정의하는 방법을 제안하였으며, 이를 위해 동일한 공간좌표에서의 물성은 시간에 대해 선형적으로 변화한다는 가정을 채택하였다. 이에 의해 시간에 따라 연속적으로 변화하는 지하의 시공간 모델을 구하는 문제는 수 개의 기준 공간 모델을 구하는 문제로 단순화될 수 있다. 역산의 안정성을 기하고 신뢰도가 높은 지하구조를 계산하기 위해, 인접한 시간대의 지하구조의 변화는 크지 않다는 시간축을 따른 제한 또한 도입하였다. 전기비저항 시추공간 토모그래피 탐사의 수치 실험을 수행하였으며 이를 통해 제안한 알고리듬의 효용성을 입증하였다.