Kim Sung-Woo;Woo Ki-Han;Han Myung-Ja;Jang Hae-Dong;Choi Yong-Kyu;Kong Young-Sae
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.22
no.4
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pp.41-49
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2006
This paper demonstrates the feasibility of using shallow S-wave, high-resolution seismic reflection surveys to characterize geological structure and stratigraphy of basement rocks for civil engineering purposes. S-wave seismic reflections from depths less than 20 m were recorded along the top of steep readout slopes. Seismic reflection data were recorded using a standard CDP acquisition method with a 24-channel seismograph and a sledge-hammer SH-wave source. The data were acquired using a split-spread source-receiver geometry with a 2 m shot-and-receiver interval, and then were processed to enhance S/N ratio of the data, to improve resolvable power of the seismic section, and to get velocity information of the basement rock. The final seismic reflection profiles using the CDP technique has imaged surfaces as shallow as less than 1m and resolved beds as thin as 1m. The migrated reflection sections possess sufficient quality to correlate the prominent reflection events to the bedding planes and faults identified on the readout outcrops. Similar S-wave reflection surveys could also be used to produce the necessary details of a geological structure of shallow bedrocks to pinpoint optimum locations for monitor wells of civil engineering purposes.
A method and results of computations are presented for the 2-D seismic migration process in the frequency-wavenumber domain for the laterally and vertically inhomogeneous medium. In order to take the intrinsic attenuation effect into account in the migration process the complex-valued wave velocity is used in the wavefield extrapolation operator, improving the generalized frequency-wavenumber migration technique. The imaginary part of the complex-valued wave velocity includes the seismic quality factor Q value. In derivation of the solution of the wave equation for the medium of inhomogeneous wave velocity and anelasticity, the inhomogeneous medium is mathematically converted to an equivalent system which consists of a homogeneous medium of averaged slowness and an inhomogeneous distribution of hypothetical wave source. The strength of the hypothetical wave source depends on the deviation of squared slowness from the averaged value of the medium. Results of numerical computation using the technique show more distinct geologic images than those using the convensional generalized frequency-wavenumber migration. Especially, the obscured images due to the wave attenuation by anelasticity are restored to show sharp boundaries of structures. The method will be useful in the imaging of the reflection data obtained in the regions of possible petroleum or natural gas reservoir and of fractured zone.
The Domi Basin in the South Sea of Korea is located between the Jeju Basin and Ulleung Basins, and is characterized by several sediment sags that are interested to have formed by crustal extension. This paper aims to derive an optimized seismic data processing procedure which helps stratigraphic interpretation of the Domi Basin. In particular, our data processing flow incorporated horizon velocity analysis (HVA) and surface-relative wave equation multiple rejection (SRWEMR) to improve the quality of stack section by enhancing the continuity of reflection events and suppressing peg-leg multiples respectively. As a result of processing procedures in this study, unconformities were recognized in the stack section that defines the early and middle Miocene, Eocene-Oligocene sequences. In addition, the overall quality of the stack section was increased as essential data to investigate the evolution of the basin. The suppression of multiple resulted in the identification of the Cretaceous basement. The data processing scheme evaluated through this study is expected to improve the standardization of processing sequences for seismic data from the Domi and adjacent Sora and north-Sora Basins.
Events detected by the KIER microearthquake network operated in the Southern Part of Korea for 265 days in 1982~1984 were reviewed, and some of them were identified to be a dynamite explosion from several construction sites. The purpose of the present work is to determine the crustal structure of the Southern Korea using the time-destance data obtained from such explosion seismic records. The time·distance data can be well explained by a crustal model composed of four horizontal layers of which thickness, p and s-wave velocity ($V_p$ and $V_s$) are characterized as follows. 1st layer (surface) ; 0~2km, $V_p=5.5km/sec$, $V_s=3.3km/sec$ 2nd layer (upper crust) ; 2~15km, $V_p=6.0km/sec$, $V_s=3.5km/sec$ 3rd layer (lower crust) ; 15~29km, $V_p=6.6km/sec$, $V_s=3.7km/sec$ 4th layer (upper mantle) ; 29km~ , $V_p=7.7km/sec$, $V_s=4.3km/sec$ The relatively shallow crust·mantle boundary and low $P_n$ velocity compared with the mean values for stable intraplate region are noteworthy. Supposedely, it is responsible for the high heat flow in the South-eastern Korea or an anomalous subterranean mantle. The mean $V_p/V_s$ ratio calculated from the relation between p-wave arrival and s-p arrival times appears to be 1.735 which is nearly equivalent to the elastic medium of ${\lambda}={\mu}$. However, the ratio tends to be slightly larger with the depth. The ratio is rather high compared with that of the adjacent Japanese Island, and the fact suggests that the underlying crust and upper mantle in this region are more ductile and hence the earthquake occurrences are apt to be interrupted. As an alternative curstal model, a seismic velocity structure in which velocities are successively increased with the depth is also proposed by the inversion of the time·distance data. With the velocity profile, it is possible to calculate a travel time table which is appropriate to determine the earthquake parameters for the local events.
The supervised learning-based deep-learning seismic inversion techniques have demonstrated successful performance in synthetic data examples targeting small-scale areas. The supervised learning-based deep-learning seismic inversion uses time-domain wavefields as input and subsurface velocity models as output. Because the time-domain wavefields contain various types of wave information, the data size is considerably large. Therefore, research applying supervised learning-based deep-learning seismic inversion trained with a significant amount of field-scale data has not yet been conducted. In this study, we predict subsurface velocity models using Laplace-domain wavefields as input instead of time-domain wavefields to apply a supervised learning-based deep-learning seismic inversion technique to field-scale data. Using Laplace-domain wavefields instead of time-domain wavefields significantly reduces the size of the input data, thereby accelerating the neural network training, although the resolution of the results is reduced. Additionally, a large grid interval can be used to efficiently predict the velocity model of the field data size, and the results obtained can be used as the initial model for subsequent inversions. The neural network is trained using only synthetic data by generating a massive synthetic velocity model and Laplace-domain wavefields of the same size as the field-scale data. In addition, we adopt a towed-streamer acquisition geometry to simulate a marine seismic survey. Testing the trained network on numerical examples using the test data and a benchmark model yielded appropriate background velocity models.
We performed seismic imaging based on relative S-wave travel times to examine S-wave velocity of upper mantle structure beneath East Asia. We used teleseismic events recorded at 129 broadband stations of the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM), Korea Meteorological Administration (KMA), and National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention (NIED). Relative travel time residuals were obtained by a multi-channel cross-correlation method designed to automatically determine accurate relative phase arrival times. The resulting images show high-velocity anomalies along plate boundaries around the Japanese islands region. These anomalies may indicate subducting Pacific and Philippine Sea plates. On the other hand, a low-velocity anomaly is revealed beneath east of the Korean peninsula down to around 300 km depth, which is thought to be related to the formation of the Ulleung basin and the Ulleung island. Low-velocity anomalies revealed beneath the Jeju island may imply that the formation and volcanism of the Jeju island have been caused by magmatic sources from the deep mantle.
The discrete wavelet transform(DWT) has potential as a tool for supplying discriminatory attributes with which to distinguish seismic events. The wavelet transform has the great advantage over the Fourier transform in being able to localize changes. In this study, a discrete wavelet transform is applied to seismic traces for identifying seismic events and picking of arrival times for first breaks and S-wave arrivals. The precise determination of arrival times can greatly improve the quality of a number of geophysical studies, such as velocity analysis, refraction seismic survey, seismic tomography, down-hole and cross-hole survey, and sonic logging, etc. provide precise determination of seismic velocities. Tests for picking of P- and S- wave arrival times with the wavelet transform method is conducted with synthetic seismic traces which have or do not have noises. The results show that this picking algorithm can be successfully applied to noisy traces. The first arrival can be precisely determined with the field data, too.
Multichannel seismic data acquired in Ulleung Basin of East Sea for gas hydrate exploration. The seismic sections of this area show strong BSR(bottom simulating reflections) associated with methane hydrate occurrence in deep marine sediments. Very limited information is available from deep sea drilling as the risk of heating and destabilizing the initial hydrate conditions during the processing of drilling is considerably high. Not so many advanced status of gas hydrate exploration in Korea, the most of information of gas hydrate characteristics and properties are inferred from seismic reflection data. In this study, The AVO analysis using the long offset seismic data acquired in Ulleung Basin used to explain the characteristics and structure of gas hydrate. It is used primarily P-wave velocity accessible from seismic data. To make a good quality of AVO analysis input data, seismic preprocessing including 'true gain correction', 'source signature deconvolution', twice velocity analysis and some kinds of multiple rejection and enhancing the signal to noise ratio processes is carried out very carefully. The results of AVO analysis, the eight kinds of AVO attributes are estimated basically and some others of AVO attributes are evaluated for interpretation of AVO analysis additionally. The impedance variation at the boundary of gas hydrate and free gas is estimated for investing the BSR characteristics and properties. The complex analysis is performed also to verifying the amplitude variation and phase shift occurrence at BSR. Type III AVO anomaly appearance at saturated free gas area is detected on BSR. It can be an important evidence of gas hydrate deposition upper the BSR.
New results about the crustal structure down to a depth of 60 km beneath North Korea were obtained using the seismic tomography method. About 1013 P- and S-wave travel times from local earthquakes recorded by the Korean stations and the vicinity were used in the research. All earthquakes were relocated on the basis of an algorithm proposed in this study. Parameterization of the velocity structure is realized with a set of nodes distributed in the study volume according to the ray density. 120 nodes located at four depth levels were used to obtain the resulting P- and S-wave velocity structures. As a result, it is found that P- and S-wave velocity anomalies of the Rangnim Massif at depth of 8 km are high and low, respectively, whereas those of the Pyongnam Basin are low up to 24 km. It indicates that the Rangnim Massif contains Archean-early Lower Proterozoic Massif foldings with many faults and fractures which may be saturated with underground water and/or hot springs. On the other hand, the Pyongyang-Sariwon in the Pyongnam Basin is an intraplatform depression which was filled with sediments for the motion of the Upper Proterozoic, Silurian and Upper Paleozoic, and Lower Mesozoic origin. In particular, the high P- and S-wave velocity anomalies are observed at depth of 8, 16, and 24 km beneath Mt. Backdu, indicating that they may be the shallow conduits of the solidified magma bodies, while the low P-and S-wave velocity anomalies at depth of 38 km must be related with the magma chamber of low velocity bodies with partial melting. We also found the Moho discontinuities beneath the Origin Basin including Sari won to be about 55 km deep, whereas those of Mt. Backdu is found to be about 38 km. The high ratio of P-wave velocity/S-wave velocity at Moho suggests that there must be a partial melting body near the boundary of the crust and mantle. Consequently we may well consider Mt. Backdu as a dormant volcano which is holding the intermediate magma chamber near the Moho discontinuity. This study also brought interesting and important findings that there exist some materials with very high P- and S-wave velocity annomoalies at depth of about 40 km near Mt. Myohyang area at the edge of the Rangnim Massif shield.
Seismic base isolation has been accepted as one of the most popular design procedures to protect important structures against earthquakes. However, due to lack of information and experimental data the application of base isolation is quite limited to nuclear power plant (NPP) industry. Moreover, the effects of inelastic behavior of soil beneath base-isolated NPP have raised questions to the effectiveness of isolation device. This study applies the wavelet analysis to investigate the effects of soil-structure interaction (SSI) on the seismic response of a base-isolated NPP structure. To evaluate the SSI effects, the NPP structure is modelled as a lumped mass stick model and combined with a soil model using the concept of cone models. The lead rubber bearing (LRB) base isolator is used to adopt the base isolation system. The shear wave velocity of soil is varied to reflect the real rock site conditions of structure. The comparison between seismic performance of isolated structure and non-isolated structure has drawn. The results show that the wavelet analysis proves to be an efficient tool to evaluate the SSI effects on the seismic response of base-isolated structure and the seismic performance of base-isolated NPP is not sensitive to the effects in this case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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