Kim, Chan-Su;Lee, Sang-Chul;Shin, Sung-Ryul;Kim, Hyun-Do;Jo, Chul-Hyun
한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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2007.06a
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pp.349-352
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2007
Estimating the physical properties of the survey area and mapping the geotechnical basement play an important role in ocean engineering and construction field. In this study, we performed marine seismic reflection and refraction survey as an engineering application at shallow marine. We made use of the dual boomer - single channel streamer as a source-receiver in reflection seismic survey and air-gun source - the manufactured OBC(Ocean Bottom Cable)-type streamer in refraction survey. In the seismic reflection data, we could easily find the geological layers and basement. Moreover, seismic refraction data could present sediment thickness and velocity distribution.
Marine seismic refraction surveys have been carried out by Korea Institute of Geology, Mining and Materials(KIGAM) since 1984. The recording of refraction data was based on analog instrumentation. Therefore the resolution of refraction data was not good enough to distinguish many layers. The objective of the interpretation of seismic refraction data is the determination of intervals and critically refracted seismic wave propagation velocities through the layers beneath the sea floor. To determine intervals and velocities precisely, the resolution of refraction data should be enhanced. The intent of the study is to improve the quality of shallow marine refraction data by the digital technique using microcomputer- based acquisition and processing system. The system consists of an IBM AT microcomputer clone, an analog-digital(A/D) converter. A mass storage unit and a parallel processing board. The A/D converter has 12 bits of precision and 250 kHz of conversion rate. The magneto-optical disk drive is used for the mass storage of seismic refraction data. Shallow marine seismic refraction surveys have been carried out using the system at 6 locations off Ulsan and Pusan area. The refraction data were acquired by the radio sonobuoy. The refraction profiles have been produced by the laser printer with 300 dpi resolution after the basic computer processing. 5-9 layers were interpreted from digital refraction profiles, whereas 2-4 layers were interpreted from analog refraction profiles. the propagation velocities of sediments were interpreted as 1.6-2.1 km/sec. The propagation velocities of acoustic basement were interpreted as 2.4-2.7 km/sec off Ulsan area, 4.8 km/sec off Pusan area.
It is very important to estimate the physical properties of survey area and delineate the geological basement in marine site survey for the design of offshore structures. For the purpose of providing high quality data by means of engineering site survey, it is necessary to apply several survey techniques and carry out the integrated interpretation to each other. In this study, we applied single channel seismic reflection method and OBC (Ocean Bottom Cable) type seismic refraction method at shallow marine. We used a dual boomer-single channel streamer as a source-receiver in seismic reflection survey and airgun source-the developed OBC type streamer in seismic refraction survey. We made 24 channels OBC type streamer which has 4m channel interval and each channel is composed of single hydrophone and preamplifier. We tested the field applicability of the proposed method and applied the typical seismic data processing methods to the obtained reflection data in order to enhance the data quality and image resolution. In order to estimate the geological velocity distribution from refraction data, seismic refraction tomography technique was applied. Therefore, we could successfully perform time-depth conversion using the velocity information as an integrated interpretation. The proposed method could provide reliable geologic information such as sediment layer thickness and 3D basement depth map.
Seismic exploration is divided by reflection and refraction method greatly, and reflection method can analyze complicated underground structure in the basis high resolution image, and refraction method can grasp the velocity structure of underground accurately. This thesis confirmed application of mixed exploration techniques using advantages of reflection and refraction. Reflection data processing applied conventional technique, and inversion of refraction data applied travel time tomographic technique that using SIRT method. Also, could establish initial information in model variable and improved the result of inversion by restricting model parameter value and dimension of area. Confirmed efficient fact in sequence and velocity structure grasping by utilizing accurate initial velocity model made out on the basis of marine reflection data, and mixed exploration technique using reflection and refraction have propriety that can trust in field application.
In land seismic exploration, irregular surface topography and weathering layer in near surface distorts the reflected signals of data. Therefore, typical land seismic data should be compensated for this distortion by static correction. To perform the static correction, near-surface velocity is required, which can be obtained by seismic refraction survey. However, land seismic data is often acquired in a limited form of geometry depending on the equipment availability, accessibility condition, and permission for the survey site. In this situation, refraction analysis should be performed using reflection data because it is impossible to acquire refraction-oriented data due to limited source and receiver geometry. In this study, we aimed to analyze the reliability of the results obtained by refraction traveltime tomography when using reflection data with a limited number of sources and receivers from irregular surface topography. By comparing the inversion result from irregular topography with that from flat surface, we found that the surface topography affects the reliability of the inversion results to some degree. We also found that the number of sources has little effect on the inversion results unless the number of sources are very small. On the other hand, we observed that velocity distortion occurred in the overlapped part of receiver arrays when using a limited number of receivers, and therefore suggested the size of the least overlapping ratio to avoid the velocity distortion. Finally, we performed numerical tests for the model which simulates the surface topography and acquisition geometry of the survey region and verified the reliability analysis of inversion results. We identified reliable areas and suspicious area of the inverted velocity model by applying the analysis results to field data.
We propose a waveform inversion method for SH-wave data obtained in a shallow seismic refraction survey, to determine a 2D inhomogeneous S-wave profile of shallow soils. In this method, a 2.5D equation is used to simulate SH-wave propagation in 2D media. The equation is solved with the staggered grid finite-difference approximation to the 4th-order in space and 2nd-order in time, to compute a synthetic wave. The misfit, defined using differences between calculated and observed waveforms, is minimised with a hybrid heuristic search method. We parameterise a 2D subsurface structural model with blocks with different depth boundaries, and S-wave velocities in each block. Numerical experiments were conducted using synthetic SH-wave data with white noise for a model having a blind layer and irregular interfaces. We could reconstruct a structure including a blind layer with reasonable computation time from surface seismic refraction data.
The static correction, which is classified into refraction based static correction and reflection based residual static correction, removes distortions caused by irregularities of thickness or velocity in near-surface. Generally, refraction statics is a time consuming process because of high dependence on the interpreter's analysis. Therefore, for huge 3D seismic data, automatic static correction which minimizes the interpreter's analysis is required. In this research, we introduce an efficient method of refraction static correction for land 3D seismic survey.
We derive refraction statics for seismic data recorded in a hard rock terrain, in which there are large and rapid variations in the depth of weathering. The statics corrections range from less than 10 ms to more than 70 ms, often over distances as short as 12 receiver intervals. This study is another demonstration of the importance in obtaining accurate initial refraction models of the weathering in hard rock terrains in which automatic residual statics may fail. We show that the statics values computed with a simple model of the weathering using the Generalized Reciprocal Method (GRM) and the Refraction Convolution Section (RCS) are comparable in accuracy to those computed with a more complex model of the weathering, using least-mean-squares inversion with the conjugate gradient algorithm (Taner et al., 1998). The differences in statics values between the GRM model and that of Taner et al. (1998) systematically vary from an average of 2ms to 4ms over a distance of 8.8 km. The differences between these two refraction models and the final statics model, which includes the automatic residual values, are generally less than 5 ms. The residuals for the GRM model are frequently less than those for the model of Taner et al. (1998). The RCS statics are picked approximately 10 ms later, but their relative accuracy is comparable to that of the GRM statics. The residual statics values show a general correlation with the refraction statics values, and they can be reduced in magnitude by using a lower average seismic velocity in the weathering. These results suggest that inaccurate average seismic velocities in the weathered layer may often be a source of short-wavelength statics, rather than any shortcomings with the inversion algorithms in determining averaged delay times from the traveltimes.
Geophysical surveys(seismic refraction, electrical resistivity, and ground penetrating radar) were performed to delineate the weathering zone associated with vadose water in Chojeong area and investigate the fault related fracture zones. On the basis of seismic velocity structures, weathering layer for the southwestern part is interpreted to be deeper than for the northeastern part. The depth to bedrock(i.e., thickness of weathered zone) from seismic refraction data attempted to be correlated with drill-core data and groundwater level. As for the investigation of geological discontinuities such as fault related fracture zone, seismic refraction, electrical resistivity, and ground penetrating data are compositely employed in terms of velocity and resistivity structures for mapping of surface boundary of the discontinuities up to shallow depth. Surface boundaries of fracture zone are well indicated in seismic velocity and electrical resistivity structures. Accurate estimation of weathered zone and fracture zone can be successfully available for mapping of attitude of vadose water layer.
Recent earthquakes near nuclear power plants in Korea have triggered public concerns about possible seismicity of the Ulsan Fault Zone in the south-eastern part of the Korean peninsula. To reveal subsurface structures of this fault zone, we conducted high-resolution seismic refraction and reflection surveys, and closely spaced gravity measurements in the Dongchon River valley north of Ulsan, Korea. Here alluvium covers the north-south trending fault zone in a 1-km wide valley. Both source points and receivers were spaced at 5-m intervals for the 24-channel seismic refraction and reflection methods, along two profiles of 835 m and 415 m length. Gravity data were also measured along these profiles at 131 stations using a 10-m interval. Synergetic interpretation of seismic refraction, high-resolution seismic reflection, and gravity surveys across the valley indicates that the Ulsan Fault Zone was formed by apparent north-south strike-slip motions during the Cretaceous, and that some faults may have been reactivated by east-west compressional or transpressional stresses during the Tertiary or Quaternary.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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