Recently, steel casing became an interesting issue when applying controlled-source electromagnetic (EM) method to various fields because effects of steel casing on EM responses are not negligible. This study employed an approach that approximates the steel casing as a series of electric dipole sources in order to develop the numerical algorithm for the efficient simulation of EM responses in the presence of steel casing. After verifying the validity of the developed algorithm, we analyze effects of steel casing on EM responses with the synthetic model simulating geothermal reservoir environment. The analysis showed that the effects of steel casing on EM responses are localized near the casing and increase as the transmitter becomes close to the casing. In addition, through the analysis on the EM responses by the injection of clean water, we confirm that the effects of casing are negligible when interpreting the after-injection data acquired using the transmitter located far enough from the casing. Considering the difference in EM responses between before and after injection in inversion, the effects of the casing can be neglected although after-injection data shows considerable difference due to the close distance between the transmitter and casing. To investigate this kind steel casing effect, the precise analysis on EM responses should be preceded. The algorithm introduced in this study will contribute to the reliable calculations of EM responses distorted by the conductive steel casing.
Kim, Hee-Joon;Choi, Ji-Hyang;Han, Nu-Ree;Song, Yoon-Ho;Lee, Ki-Ha
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.12
no.4
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pp.361-366
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2009
Layered-earth Green's functions in electormagnetic (EM) surveys play a key role in modeling the response of exploration targets. They are computed through the Hankel transforms of analytic kernels. Computational precision depends upon the choice of algebraically equivalent forms by which these kemels are expressed. Since three-dimensional (3D) modeling can require a huge number of Green's function evaluations, total computational time can be influenced by computational time for the Hankel transform evaluations. Linear digital filters have proven to be a fast and accurate method of computing these Hankel transforms. In EM modeling for 3D inversion, electric fields are generally evaluated by the secondary field formulation to avoid the singularity problem. In this study, three components of electric fields for five different sources on the surface of homogeneous half-space were derived as primary field solutions. Moreover, reflection coefficients in TE and TM modes were produced to calculate EM responses accurately for a two-layered model having a sea layer. Accurate primary fields should substantially improve accuracy and decrease computation times for Green's function-based problems like MT problems and marine EM surveys.
The apparent source spectrum of the Fukuoka earthquake is estimated at the seismic basement by removing from the observed spectra at Korean seismic stations the path and site responses that were previously revealed through inversion process applied to large spectral D/B accumulated until 2004. The approximate source spectrum is also estimated by using data recorded near the epicenter from various Japanese seismic networks and compared with the Korean source spectrum. The comparison result shows that there is good agreement among source spectra estimated based on the data from seismic networks of Korea at large distances (190 km
Kim, Hee-Joon;Choi, Ji-Hyang;Han, Nu-Ree;Lee, Seong-Kon;Song, Yoon-Ho
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.11
no.2
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pp.85-92
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2008
Magnetotelluric (MT) methods are widely applied as an effective exploration technique to geothermal surveys. Two-dimensional (2-D) analysis is frequently used to investigate a complicated subsurface structure in a geothermal region. A 2-D finite-element method (FEM) is usually applied to the MT analysis, but we must pay attention to the accuracy of so-called auxiliary fields. Rodi (1976) proposed an algorithm of improving the accuracy of auxiliary fields, and named it as the MOM method. Because it introduces zeros into the diagonal elements of coefficient matrix of the FEM total equation, a pivoting procedure applied to the symmetrical band matrix makes the numerical solution far less efficient. The MOM method was devised mainly for the inversion analysis, in which partial derivatives of both electric and magnetic fields with respect to model parameters are required. In the case of forward modeling, however, we do not have to resort to the MOM method; there is no need of modifying the coefficient matrix, and the auxiliary fields can be elicited from the regular FEM solution. The computational efficiency of the MOM method, however, can be greatly improved through a sophisticated rearrangement of the total equation.
Kim, Dowan;Kim, Myungsun;Byun, Joongmoo;Seol, Soon Jee
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.18
no.2
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pp.64-73
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2015
Recently, hydraulic fracturing is used in various fields and microseismic monitoring is one of the best methods for judging where hydraulic fractures exist and how they are developing. When locating microseismic events using single vertical well data, distances from the vertical array and depths from the surface are generally decided using time differences between compressional (P) wave and shear (S) wave arrivals and azimuths are calculated using P wave hodogram analysis. However, in field data, it is sometimes hard to acquire P wave data which has smaller amplitude than S wave because microseismic data often have very low signal to noise (S/N) ratio. To overcome this problem, in this study, we developed a grid search algorithm which can find event location using all combinations of arrival times recorded at receivers. In addition, we introduced and analyzed the method which calculates azimuths using S wave. The tests of synthetic data show the inversion method using all combinations of arrival times and receivers can locate events without considering the origin time even using only single phase. In addition, the method can locate events with higher accuracy and has lower sensitivity on first arrival picking errors than conventional method. The method which calculates azimuths using S wave can provide reliable results when the dip between event and receiver is relatively small. However, this method shows the limitation when dip is greater than about $20^{\circ}$ in our model test.
A resistivity method has been applied to wide range of engineering and environmental problems with the help of automatic and precise data acquisition. Thus, more accurate modeling and inversion of time-lapse monitoring data are required since resistivity monitoring has been introduced to quantitatively find out subsurface changes With respect to time. Here, we used the finite element method (FEM) for 3D resistivity modeling since the method is easy to realize complex topography and arbitrary shaped anomalous bodies. In the FEM, the linear elements, also referred to as first order elements, have certain advantages of simple formulation and narrow bandwidth of system equation. However, the linear elements show the poor accuracy and slow convergence of the solution with respect to the number of elements or nodes. To achieve the higher accuracy of finite element solution, high order elements are generally used. In this study, we developed a 3D resistivity modeling program using high order Serendipity elements. Comparing the Serendipity element solutions for a cube model with the linear element solutions, we assured that the Serendipity element solutions are more accurate than the linear element solutions in the 3D resistivity modeling.
The Gravity-Geologic Method (GGM) was implemented for bathymetric determinations in the Drake Passage, Antarctica, using global marine Free-air Gravity Anomalies (FAGA) data sets by Sandwell and Smith (1997) and local echo sounding measurements. Of the 6548 bathymetric sounding measurements, two thirds of these points were used as control depths, while the remaining values were used as checkpoints. A density contrast of 9.0 gm/㎤ was selected based on the checkpoints predictions with changes in the density contrast assumed between the seawater and ocean bottom topographic mass. Control depths from the echo soundings were used to determine regional gravity components that were removed from FAGA to estimate the gravity effects of the bathymetry. These gravity effects were converted to bathymetry by inversion. In particular, a selective merging technique was developed to effectively combine the echo sounding depths with the GGM bathymetiy to enhance high frequency components along the shipborne sounding tracklines. For the rugged bathymetry of the research area, the GGM bathymetry shows correlation coefficients (CC) of 0.91, 0.92, and 0.85 with local shipborne sounding by KORDI, GEODAS, and a global ETOPO5 model, respectively. The enhanced GGM by selective merging shows imploved CCs of 0.948 and 0.954 with GEODAS and Smith & Sandwell (1997)'s predictions with RMS differences of 449.8 and 441.3 meters. The global marine FAGA data sets and other bathymetric models ensure that the GGM can be used in conjunction with shipborne bathymetry from echo sounding to extend the coverage into the unmapped regions, which should generate better results than simply gridding the sparse data or relying upon lower resolution global data sets such as ETOPO5.
A new technique of simultaneous inversion for 3-D seismic velocity structure by using direct, reflected, and refracted waves is applied to the southeast part of the Korean Peninsula including Pohang Basin, Kyongsang Basin and Ryongnam Massif. Pg, Sg, PmP, SmS, Pn, and Sn arrival times of 44 events with 554 seismic rays are inverted for locations and crustal structure. $6{\times}6$ with $0.5^{\circ}$ and 8 layers (4 km each layer) model was inverted. 3-D seismic crustal velocity tomography including eight sections from surface to Moho, ten profiles along latitude and longitude are analyzed. The results are as follows: 1) the average velocity and thickness of sediment are 5.04 km/s and 3-4 km, and the velocity of basement is 6.11 km/s. The shape of velocity in shallower layer is agreement with Bouguer gravity anomaly (Cho et al., 1997). 2) the velocities fluctuate strongly in the upper crust. The velocity distribution of the lower crust under Conrad appears basically horizontal. 3) the average depth of Moho is 30.4 km, and velocity is 8.01 km/s. 4) from the velocity and depth of the sediment, the thickness, velocity and form of the upper crust, and the depth and form of Moho, we can find the obvious differences among Ryongnam Massif, Kyongsang Basin and Pohang Basin. 5) the deep faults (a Ulsan series faults) near Kyongju and Pohang areas can be found to be normal and/or thrust faults with detachment extended to the bottom of the upper crust.
A new technique of simultaneons inversion for 3-D seismic velocity structure by using direct, reflected, and refracted waves is applied to the center of the Korean Peninsula including Pyongnam Basin, Kyonggi Massif, Okchon Fold Zone, Taebaeksan Fold Zone, Ryongnam Massif and Kyongsang Basin. Pg, Sg, PmP, SmS, Pn, and Sn arrival times of 32 events with 404 seismic rays are inverted for locations and crustal structure. 5 ($1^{\circ}$ along the latitude)${\times}6$ ($0.5^{\circ}$ along the longitude) ${\times}8$ block (4 km each layer) model was inverted. 3-D seismic crustal velocity tomography including eight sections from the surface to the Moho, eight profiles along latitude and longitude and the Moho depth distribution was determined. The results are as follows: (1) the average velocity and thickness of sediment are 5.15 km/sec and 3-4 km, and the velocity of basement is 6.12 km/sec. (2) the velocities fluctuate strongly in the upper crust, and the velocity distribution of the lower crust under Conrad appears basically horizontal. (3) the average depth of Moho is 29.8 km and velocity is 7.97 km/sec. (4) from the sedimentary depth and velocity, basement thickness and velocity, form of the upper crust, the Moho depth and form of the remarkable crustal velocity differences among Pyongnam Basin, Kyonggi Massif, Okchon Zone, Ryongnam Massif and Kyongsang Basin can be found. (5) The different crustal features of ocean and continent crust are obvious. (6) Some deep index of the Chugaryong Rift Zone can be located from the cross section profiles. (7) We note that there are big anisotropy bodies near north of Seoul and Hongsung in the upper crust, implying that they may be related to the Chugaryong Rift Zone and deep fault systems.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3C
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pp.143-155
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2006
SPT-Uphole tomography method was introduced for the evaluation of near subsurface shear wave velocity (Vs) distribution map. In SPT-Uphole method, SPT (Standard Penetration Test) which is common in geotechnical site investigation was used as a source and several surface geophones in line were used as receivers. Vs distribution map which is the triangular shape around the boring point can be developed by tomography inversion. To obtain the exact travel time information of shear wave component, a procedure using the magnitude summation of vertical and horizontal components was used based on the evaluation of particle motion at the surface. It was verified that proposed method could give reliable Vs distribution map through the numerical study using the FEM (Finite Element Method) model. Finally, SPT-Uphole tomography method was performed at the weathered soil site where several boring data with SPT-N values are available, and the feasibility of proposed method was verified in the field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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