In Korean geology that crystalline rock is dominant, the properties of subsurface including the anisotropy are distributed complexly and changed abruptly. Because of such geological environments, cross-hole seismic traveltime tomography is widely used to obtain the high resolution image of the subsurface for the engineering purposes in the geotechnical sites. However, because the cross-hole tomography has a wide propagation angle coverage relatively, its data tend to include the seismic velocity anisotropy comparing with the surface seismic methods. It can cause the misinterpretation that the cross-hole seismic data including the anisotropic effects are analyzed and treated with the general processing techniques assuming the isotropy. Therefore, we need to consider the seismic anisotropy in cross-hole seismic traveltime tomography. The seismic anisotropic tomography algorithm, which is developed for evaluation of the velocity anisotropy, includes several inversion schemes in order to make the inversion process stable and robust. First of all, the set of the inversion parameters is limited to one slowness, two ratios of slowness and one direction of the anisotropy symmetric axis. The ranges of the inversion parameters are localized by the pseudo-beta transform to obtain the reasonable inversion results and the inversion constraints are controlled efficiently by ACB(Active Constraint Balancing) method. Especially, the inversion using the Fresnel volume is applied to the anisotropic tomography and it can make the anisotropic tomography more stable than ray tomography as it widens the propagation angle coverage.
Non-destructive method by tomography for safety diagnosis of civil engineering and building structures is tried. There are traveltime tomography that uses traveltime and fullwave tomography that uses the initial shock and seismic amplitude. But these methods have difficulty and weak points in accuracy and selection of initial value. In this study, corrected inversion method which is able to solve the two difficulty and this method is applied to theoretical pier model to calculate tomography.
Inversion of traveltime requires an efficient algorithm for computing the traveltime as well as its $Frech\hat{e}t$ derivative. We compute the traveltime of the head waves using the damped wave solution in the Laplace domain and then present a new algorithm for calculating the $Frech\hat{e}t$ derivative of the head wave traveltimes by exploiting the numerical structure of the finite element method, the modem sparse matrix technology, and SWEET algorithm developed recently. Then, we use a properly regularized steepest descent method to invert the traveltime of the Marmousi-2 model. Through our numerical tests, we will demonstrate that the refraction tomography with large aperture data can be used to construct the initial velocity model for the prestack depth migration.
Since the resolution of the 2-D hole-to-hole seismic traveltime tomography is affected by the limited ray transmission angle, various methods were used to improve the resolution. Linear traveltime interpolation(LTI) ray tracing method was chosen for forward-modeling method. Inversion results using the LTI method were compared with those using the other ray tracing methods. As an inversion algorithm, SIRT method was used. In the iterative non-linear inversion method, the cost of ray tracing is quite expensive. To reduce the cost, each raypath was stored and the inversion was performed from this information. Using the proposed method, fast convergence was achieved. Inversion results are likely to be affected by the initial velocity guess, especially when the ray transmission angle was limited. To provide a good initial guess for the inversion, generalized regression neural network(GRNN) method was used. When the transmitted raypath angle is not limited or the geological model is very complex, the inversion results are not affected by initial velocity model very much. Since the raypath angles, however, are limited in most geophysical tomographic problems, the enhancement of resolution in tomography can be achieved by providing a proper initial velocity model by another inversion algorithm such as GRNN.
We investigated the distorting factors of velocity structure reconstructed by traveltime inversion. The set of models that fit the data in a numerical sense usually contains unrealistic models. Reconstructed velocity structure was enhanced because unreasonable models were eliminated by defining constraint of variable grid using a priori information. To correct time delay of source explosion, which distorts traveltime tomograms, terms for correction of time delay was formulated into equation of travel time tomography.
Han Hyun Chul;Cho Chang Soo;Suh Jung Hee;Lee Doo Sung
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.1
no.1
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pp.49-56
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1998
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.
Several prospecting methods have been used to detect deep seated small tunnel in Korea. Tunnel interpretation of seismic method has been performed mainly by wave traveltime inversion method. But it often gives inacurate solution for the exact tunnel position because of the short distance between two measuring boreholes and picking errors of first arrivals. In this study, "error tomogram" was proposed to detect tunnel position and applied to theoretical and field dat using multi-source amplitude data.
P wave traveltime delays has been measured and a preliminary tomouaphic inversion has been performed using the data collected from the network deployed by Korea National University of Education in the southcentral part Korea. The maximum variation in relative traveltime residuals is almost 0.7 seconds. A large azimuthal variation in traveltime residuals is observed at the stations in the northwestern part of the study area. This might indicate the existence of lateral velocity heterogeneity beneath the study area. Although, the inverted tomographic image seems to be correlated with the tectonic boundary between Kyunggi Massif and Okcheon Belt, the confidence level is presently low. We should place on the importance of this study for finding preferable inversion parameters and predicting probable result. Better tomographic image of the study area can be obtained in the near future when the data are accumulated.
Seismic traveltime tomography technique was conducted at a site composed of black shale. It is well known that black shale has strong anisotropic property. Therefore, the anisotropic property of black shale has to be considered to obtain the appropriate subsurface velocity model by an inversion process. To estimate the anisotropic constant of the velocity of the black shale in the survey area, the relation between the velocity, which is calculated by the straight ray path and the first arrival time, and the angle of the ray propagation was examined. The elliptically shaped relation was found and it reveals that the black shale contains the anisotropic property of velocity. It was also noticed that the horizontal velocity is faster than the vertical velocity. When the estimated anisotropic constant was applied in the process of the velocity inversion for three sets of field data, we could obtain the appropriate velocity structures of the site that is consistent with the result of the geological survey.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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