희소성 정칙화를 이용한 디컨볼루션 기반 해양 탄성파 탐사자료 주파수 대역 병합 연구

초록

본 연구에서는 해양 탄성파 탐사에서 주파수 대역이 상이한 두 세트의 탄성파 자료를 효과적으로 병합하여 고해상도 탄성파 영상화를 달성하기 위한 디컨볼루션(Deconvolution) 기법을 제안한다. 저주파(Low-frequency) 대역 자료는 감쇠가 적어 심부 이벤트가 비교적 신뢰할 만하지만 해상도가 낮다는 단점이 있는 데 비해, 고주파(High-frequency) 대역 자료는 해상도는 높으나 신호 감쇠가 커서 심부 이벤트의 신호 대 잡음비(SNR)가 낮다는 단점이 있다. 또한, 고주파 송신원을 사용하는 천부 탐사 조건인 경우, 다중반사파(Multiple) 제거가 상대적으로 어렵다는 특성이 있다. 이러한 단점을 상호 보완하기 위해, 동일 지역에서 취득한 저주파 대역 탄성파 자료와 고주파 대역 탄성파 자료를 결합하는 기법을 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 저주파 대역 자료의 디컨볼루션 결과를 사전 정보(prior)로 도입하여 고주파 대역 자료의 디컨볼루션을 안정화하고 주파수 대역 결합 성능을 향상시키는 기법을 개발하고자 하였다. 저주파 대역 자료는 다중반사파 제거 성능이 우수하고 심부 이벤트의 신뢰성이 높다고 가정하여 희소성 정칙화(sparsity regularization) 방식으로 고주파 대역 자료의 디컨볼루션 결과를 가이드하는 역할을 수행한다. 반면에 저주파 대역 자료는 해상도가 낮아 얇은 반사면 신호가 누락되는 경우가 많기 때문에 고주파 대역 자료의 디컨볼루션이 부족한 해상도를 보완하는 역할을 하게 된다. 방법론의 타당성 검증을 위하여 합성 자료(Synthetic data)와 현장 자료를 이용하여 주파수 대역 병합을 위한 디컨볼루션 기법을 적용하였다. 수치 실험 결과를 통해 각 대역의 장단점을 보완하면서 안정적이고 해석이 용이한 고해상도의 반사계수 모델을 얻을 수 있음을 확인하였다. 이는 간단한 디컨볼루션 기법을 이용해 저주파와 고주파 대역 병합이 가능하다는 것을 수치적으로 검증하였다는 데 의의가 있다. 개발한 기법은 향후 해상풍력 부지조사 등 천부 해양 탄성파 탐사에서 다양한 주파수 대역의 송신원으로 취득한 자료를 병합하여 고해상도의 해저지층 정보를 얻는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.