Acoustic 2-D Full-waveform Inversion with Initial Guess Estimated by Traveltime Tomography

주시 토모그래피와 음향 2차원 전파형 역산의 적용성에 관한 연구

Seismic tomography has been widely used as high resolution subsurface imaging techniques in engineering applications. Although most of the techniques have been using travel time inversion, waveform method is being driven forward owing to the progress of computational environments. Although full-waveform inversion method has been known as the best method in terms of model resolving power without high-frequency restriction and weak scattering approximation, it has practical disadvantage that it is apt to get stuck in local minimum if the initial guess is far from the actual model and it consumes so much time to calculate. In this study, 2-D full-waveform inversion algorithm in acoustic medium is developed, which uses result of traveltime tomography as initial model. From the application on synthetic data, it is proved that this approach can efficiently reduce the problem of conventional approaches: our algorithm shows much faster convergence rate and improvement of model resolution. Result of application on physical modeling data also shows much improvement. It is expected that this algorithm can be applicable to real data.

탄성파토모그래피는 고해상의 자료분석을 필요로 하는 환경이나 토목 등 공학적 응용분야에서 지하구조를 결정하기 위해 널리 사용되는 방법이다. 지금까지의 탄성파토모그래피는 대부분 주시역산에 의존해 왔으나 최근에는 파형정보를 이용하는 역산기법들이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 이러한 파형정보를 이용하여 음파 매질에서의 이차원 전파형 역산 알고리듬을 개발하였다. 전파형 역산은 Born역산의 약산란장 가정이나 주시역산의 고 주파수 가정이 필요 없는,분해능이 가장 좋은 방법이다. 그러나 초기추정값이 실제 모델과 많이 다를 경우 국부 최소값에 빠진다는 단점이 있다. 본 연구에서는 주시 역산을 통해 배경값을 추정하고 이를 초기추정 값으로 주어 전 파형 역산을 수행하는 알고리듬을 개발하였다. 본 알고리듬을 인공탄성파자료에 적용한 결과, 주시 역산 결과를 전파형 역산의 초기치로 사용할 경우 오차의 수렴속도가 매우 빠르고 분해능이 뛰어난 영상을 제공함을 확인할 수 있었다. 이는 주시역산을 통한 배경값 추정이 전파형 역산의 국부 최소값 문제와 계산 시간의 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 방안임을 시사한다. 또한 축소모형실험자료에 대하여 본 알고리듬을 적용한 결과 재구성된 속도구조가 실제 모형과 잘 일치함을 알 수 있었고, 이를 통하여 현장자료에 대한 적용가능성을 확인하였다.