This paper compares the characteristics of three different algorithms for three-dimensional (3D) magnetotelluric (MT) modeling. These methods are developed by Mackie et al. (1994), Sasaki (1999) and Nam et al. (2007). The first and second methods are based on the finite difference method (FDM), while the last one the finite-element method (FEM). MT responses, apparent resistivities and phases, for a COMMEMI 3D-2 model show a good agreement with integral equation solutions and only minor discrepancies are found over the anomalous bodies in the 3D model. The computation time of the two methods based on FDM is short and the static divergence correction contributes to speed up. The FEM modeling scheme is accurate but slow.
An efficient algorithm for inverting static-shifted magnetotelluric (MT) data has been proposed to produce a three-dimensional (3D) resistivity model. In the Gauss-Newton approach, computational costs associated with construction of a full sensitivity matrix usually make 3D MT inversion impractical. This computational difficulty may be overcome by using approximate sensitivities. We use four kinds of sensitivities in particular orders in the inversion process. These sensitivities are computed 1) analytically for an initial, homogeneous earth, 2) exactly for a current model, 3) approximately by the Broyden method, and 4) approximately using the previous adjoint fields. Inversion experiments with static-shifted synthetic and field MT data indicate that inversion results are highly dependent on characteristics of data and thus applying various combinations of sensitivities is helpful in obtaining a good image of the subsurface structure with reasonable computation time.
Lee Seong Kon;Song Yoonho;Kim Jung-Ho;Chung Seung-Hwan
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.5
no.4
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pp.291-298
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2002
We have developed a two-dimensional (2-D) magnetotelluric (MT) inversion algorithm, which can include topographic effects in inversion. We use the finite element method (FEM) to incorporate topography into forward calculation. Topography is implemented simply by moving nodes of rectangular elements in z-direction according to the elevation of air-earth interface. In the inversion process, we adopt a spatially variable Lagrangian multiplier algorithm in the smoothness-constrained least-squares inversion. The inversion algorithm developed in this study reconstructs subsurface resistivity structure quite well when topography variation exists. Also, it turns out to be effective in both resolution and stability from a model study and field data application.
Inversion schemes of 2-D MT survey data generally take enormous computational time and computer memory. In addition, careful attention must be paid in handling MT data, especially in cases of TM mode, inversion results can be seriously distorted because of static effect caused by current channeling across inhomogeneous surface boundaries. There-fore inversion algorithm using the GRRI scheme for TM mode MT data was implemented. This scheme is based on a perturbation analysis with a locally 2-D analysis and local inversions were sequently performed over each divided section without additional forward modelings. The algorithm was applied to several synthetic data for the purpose of verification of its efficiency and applicability. With less computer resources than conventional schemes, it could handle static effect directly by including current channeling across inhomogeneous boundaries. Thus it is expected to be used for an useful tool such as a real-time inversion scheme in the field.
A three-dimensional (3D) magnetotelluric (MT) survey has been carried out to delineate subsurface structures and possible fractures, for development of low-temperature geothermal resources in Pohang, Korea. Quite good quality MT data could be obtained throughout the survey region by locating the remote reference in Kyushu, Japan, which is ${\sim}480\;km$ from the centre of the field site. 3D modelling and inversion are performed taking into account the sea effect in MT measurements near the seashore. The nearby sea in the Pohang area affects MT data at frequencies below $1\;Hz{\sim}0.2\;Hz$, depending on the distance from the seashore. The most severe sea effects were observed in the south-east parts of the survey area, closer to Youngil Bay. 3D inversion with and without the seawater constraint showed very similar results at shallow depths, roughly down to 2 km. At greater depths, however, a strong sea effect seems to form a fictitious conductive structure in ordinary 3D inversion, especially in the south-eastern part of the survey region. Comparison between drilling results and the resistivity profiles from inversions showed that five layered structures can be distinguished the subsurface beneath the target area. They are: (a) semi-consolidated mudstones with resistivity less than $10\;{\Omega}m$, which are ${\sim}300\;m$ thick in the northern part and ${\sim}600\;m$ thick in the southern part of the survey area; (b) occasional occurrence of trachybasalt and lapilli tuff within the mudstone layer has resistivity of a few tens of${\Omega}m$, (c) intrusive rhyolite ${\sim}400\;m$ thick has resistivity of several hundreds of ${\Omega}m$, (d) alternating sandstone and mudstone down to 1.5 km depth shows resistivity of ${\sim}100\;{\Omega}m$, (e) a conductive structure was found at a depth of ${\sim}3\;km$, but more geological and geophysical study should be carried out to identify this structure.
Park, Gye-Soon;Yoo, Hee-Young;Yang, Jun-Mo;Lee, Heui-Soon;Kwon, Byung-Doo;Eom, Joo-Young;Kim, Dong-O;Park, Chan-Hong
Journal of the Korean earth science society
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v.29
no.1
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pp.1-12
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2008
A geophysical mapping was performed for Hwasan caldera which is located in Euisung Sub-basin of the southeastern part of the Korean Peninsula. In order to overcome the limitation of the previous studies, remote sensing technic was used and dense potential data were obtained and analyzed. First, we analyzed geological lineament for target area using geological map, digital elevation model (DEM) data and satellite imagery. The results were greatly consistent with the previous studies, and showed that N-S and NW-SE direction are the most dominant one in target area. Second, based on the lineament analysis, highly dense gravity data were acquired in Euisung Sub-basin and an integrated interpretation considering air-born magnetic data was made to investigate the regional structure of the target area. The results of power spectrum analysis for the acquired potential data revealed that the subsurface of Euisung Sub-basin have two density discontinuities at about 1 km and 3-5 km depth. A 1 km depth discontinuity is thought as the depth of pyroclastic sedimentary rocks or igneous rocks which were intruded at the ring vent of Hwasan caldera, while a 3-5 km depth discontinuity seems to be associated with the depth of the basin basement. In addition, three-dimensional gravity inversion for the total area of Euisung Sub-basin was carried out, and the inversion results indicated two followings; 1) Cretaceous Palgongsan granite and Bulguksa intrusion rocks, which are located in southeastern part and northeastern part of Euisung Sub-basin, show two major low density anomalies, 2) pyroclastic rocks around Hwasan caldera also have lower density when compared with those of neighborhood regions and are extended to 1.5 km depth. However, a poor vertical resolution of potential survey makes it difficult to accurately delineate the detailed structure caldera which has a vertically developed characteristic in general. To overcome this limitation, integrated analysis was carried out using the magnetotelluric data on the corresponding area with potential data and we could obtain more reasonable geologic structure.
The first magnetotelluric (MT) transect across the Korean Peninsula was obtained traversing from the East Sea shoreline to the Yellow Sea shoreline. The MT survey profile was designed perpendicular to the strike of the principal geologic structure of the Korean Peninsula $(N30^{\circ}E)$, so-called 'China direction'. MT data were achieved at 50 sites with spacings of $3{\sim}8km$ along the 240 km survey line. The impedance responses are divided into four subsets reflecting typical geological units: the Kyonggi Massif, the Okchon Belt, the western part of the Kyongsang Basin, and the eastern part of the Kyongsang Basin. In the western part of the Kyongsang Basin, the thickness of the sedimentary layer is estimated to be about 3 km to 8 km and its resistivity is a few hundred ohm-m. A highly conductive layer with a resistivity of 1 to 30 ohm-m was detected beneath the sedimentary layer. The MT data at the Okchon Belt show peculiar responses with phase exceeding $90^{\circ}$. This feature may be explained by an electrically anisotropic structure which is composed of a narrow anisotropic block and an anisotropic layer. The Kyonggi Massif and the eastern part of Kyongsang Basin play a role of window to the deep geoelectrical structure because of the very high resistivity of upper crust. The second layers with highest resistivities in 1-D conductivity models occupy the upper crust with thicknesses of 13 km in the Kyonggi Massif and 18 km in the eastern Kyongsang Basin, respectively.
To extend our detailed knowledge for the Hwasan caldera, we carried out magnetotelluric (MT) survey, which is pretty sensitive to electrical property variation in both horizontal and vertical direction of subsurface, across the Hwasan caldera with the direction of EW. The 2-D inversion results of observed MT data lead to following conclusions. Firstly, the depth of the basin basement inferred by the MT inversion results matches well with that suggested by previous potential studies, but the basement resistivity seems fairly low when compared to that of general case. This feature might be related with the large-scaled, highly conductive layer beneath the Euisung Sub-basin suggested by the previous MT study. Secondly, the high resistivity zones reaching to 4000 $\Omega{\cdot}m$ are imaged around two external ring fault boundaries. These zones are thought of as the response of the rhyolitic dykes intruding along the ring fault, and in the previous gravity data correspond to relatively high density anomalies. Thirdly, low resistivity zone reaching to 200 $\Omega{\cdot}m$ is detected around a depth of 1km beneath the central part of the caldera, which has not been yet reported in korean geophysical literatures. If we take account of the evolution model of the Hwasan caldera, this zone is regarded as the past sedimentary layer that subsided during the period of forming external ring fault system. In addition, the relatively low density anomaly observed in the central part of the caldera may be attributed to this sedimentary layer.
The purpose of this paper is to analyze the behavior and to study the safety evaluation of the Unmun Dam located in Cheongdo-Gun of GyeongBuk Province, Korea. For this purpose, soil analyses including boring data, geophysical surveys were conducted. In this paper, especially many geophysical methods were adopted to configure out the subsurface situation of dam. Applied geophysical methods were: 1) electric resistivity survey, 2) high frequency magnetotelluric (HFMT) survey, 3) ground penetrating radar (GPR) survey, 4) seismic refraction survey, 5) seismic cross-hole tomography survey, and 6) high frequency impedance (ZHF) survey. Each of geophysical surveys were analyzed and joint analyses between geophysical surveys were also performed to deduce the more reliable subsurface information of Dam by using the features
and characteristics of each geophysical survey. Since many defects, such as gravel and weathered rock blocks in the dam core, and lots of amounts of leakage, by boring analyses were found, reinforcement by compaction grouting system (CGS) has been conducted in some range of dam. Some geophysical data and data of geotechnical gauges were also used to confirm the effects of reinforcement. Electric resistivity, EM, GPR, ZHF, seismic refraction and seismic tomography surveys show that left side of dam is weak, which means the possibility of existence of gravel, rock block, water and cavities in the core of dam. This result coincides with the boring data. Especially, electric survey after reinforcement shows that even the right side of the dam has been deformed by the strong pressure during the reinforcement itself. As a conclusion, some problems in the dam found. Especially, the dam near spillway shows the high possibility of leakage. It should be pointed out that only the left side of he dam has not a leakage problem. As a whole, the dam has problems of weakness, because of unsatisfactory construction. It is strongly recommended that highly intensive monitoring is required.
Caesary, Desy;Cho, AHyun;Yu, Huieun;Joung, Inseok;Song, Seo Young;Cho, Sung Oh;Kim, Bitnarae;Nam, Myung Jin
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.23
no.3
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pp.117-130
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2020
Noises can distort acquired geophysical data, leading to their misinterpretation. Potential noises sources include anthropogenic activity, natural phenomena, and instrument noises. Conventional denoising methods such as wavelet transform and filtering techniques, are based on subjective human investigation, which is computationally inefficient and time-consuming. Recently, many researchers attempted to implement neural networks to efficiently remove noise from geophysical data. This study aims to review and analyze different types of neural networks, such as artificial neural networks, convolutional neural networks, autoencoders, residual networks, and wavelet neural networks, which are implemented to remove different types of noises including seismic, transient electromagnetic, ground-penetrating radar, and magnetotelluric surveys. The review analyzes and summarizes the key challenges in the removal of noise from geophysical data using neural network, while proposes and explains solutions to the challenges. The analysis support that the advancement in neural networks can be powerful denoising tools for geophysical data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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