지진 및 탄성파 탐사 – 두번째 표면파, 스톤리파 등에 대해 알아보자

· 호이겐스의 원리

탄성파의 운동을 기술하는 가장 기본이 되는 원리

파면차아트 – 파면의 단면을 수평거리 대 심도에 대한 그래프로써 표시한 것

– 속도가 일정한 암석내에서의 파의 전파

파면은 파원으로부터 동심원의 구면을 형성하며 펴자나가고 이에 수직한 파선은 방사형의 직선군으로 표시

– 심도에 따라 속도가 증가하는 경우

파면은 시간이 경과함에 따라 구의 중심점이 점점 깊어지는 그면을 형성하면서 퍼지고 파선은 곡선군이 된다.

· 파동의 강도와 진폭 및 에너지의 감쇠

– 파동의 강도

파동의 진행방향과 수직인 단위면적을 총하여 단위 시간당 파동에 의하여 운반되는 에너지의 양, 만약 파동이 속도 v로 계속 진행한다면 단위 부피당 에너지량 즉 밀도로 정의 할 수 있음. 따라서 강도는 모두 진폭의 제곱과 주파수의 제곡에 비례

– 구형발산효과

에너지가 구형의 파면을 퍼져나감에 따라 일정하게 유지된다고 가정하면 구면의 면적은 그 방경의 제곱에 따라 증가하므로 파의 강도는 1/r2로 감소 → 진폭은 1/r로 감소

– 흡수

파가 전파하는 동안 매질 내에서는 마찰에 의해 발열 등과 같은 에너지 손실이 발생하는 것

· 반사 굴절 및 회절

– 반사

파동은 같은 매질 속에서는 전진하고 매질이 다른 경계면에 도달하면 반사

┏ 입사각 – 입사점에서 세운 경계면의 수선과 입사파의 진행방향이 만드는 각

┗ 반사각 – 반사의 진행방향이 만드는 각(입사각 = 반사각)

– 굴절

스넬의 법칙(snellis law)

sini over v_1 = sinR over v_2

임계각 – sini = v1/v2 인 경우. 굴절각 R이 90°일때의 입사각

임계각으로 입사하면 하부매질을 투과하지 못하고 경계면 바로 아래를 따라 전파

선두파 – 고속도의 매질로 임계각으로 입사하였다가 재굴절되어 돌아오는 파

→ 굴절파 탐사원리에 매우 중요

– 회절(diffraction) 현상

지진파의 회절현상은 불연속적인 경계면에서 잘 나타남

· 모오드 전환

P파 또는 SV파가 격계면에 비스듬이 입사할 때, 경계면에서는 각응력이 작용하므로 암석은 이에 대하여 반응을 하게 된다. 따라서 P 또는 SV파가 경계면에서 반사 또는 굴절할 때 일반적으로 P와 SV의 두개의 파가 모두 생성되는 현상

P파의 반사 에너지는 입사각이 커집에 따라 서서히 감소하다가 임계각 가까이에서는 갑자기 증가하며, 임계각보다 큰 경우에는 전반사가 일어나게 된다. 그러나 이때에도 굴절 및 반사 SV파는 여전히 존재

· 반사계수와 투과 계수

┏ 반사계수 – 입사파의 진폭에 대한 반사파의 진폭의 비

┗ 투과계수 – 입사파의 진폭에 대한 투과(굴절)파의 진폭의 비

◦ 암석내에서의 탄성파 전파 속도

· 탄성파의 전파속도에 영향을 미치는 요인

– 밀도 – 탄성파 속도를 나타내는 식

v_p = sqrt{{k +4/3mu}over rho} , v_s = sqrt{mu over rho}  

속도는 밀도의 제곱근에 역비례하고 있음

실제관측결과에 의하면 속도는 밀도가 커짐에 따라 증가하는 경향을 나타냄

사암, 석회암, 셰일 등은 비슷한 밀도를 가지지만 속도측정치는 다름

– 암석의 종류와 상태 – 가장 중요한 원인

– 심도나 지질연대

셰일이나 사암과 같은 입상퇴적암은 심도가 깊어지고 지질연대가 오래될수록 속도 증가

· 속도변화를 일으키는 요인

– 퇴적암의 속성과정에서 일어나는 공극량 감소

– 화성암과 같이 공극률이 매우 낮은 암석의 탄성파 속도는 구성광물의 탄성상수에 의해 결정

지표 근처의 암석에 발생하는 미세한 균열은 암석에서의 속도를 낮추는 역할을 하지만 심도가 깊어짐에 따라 이들은 압력의 증각에 따라 점차 소멸하고 일반적으로 속도는 증가

 

□ 지진파와 지구 내부 구조

◦ 지구 내부의 지진파 속도 분포

◦ 지구 내부층

◦ 지구 내부의 물리적 성질

◦ 지진 활동과 지진 발생 기구

◦ 지진계

 

□ 굴절법 탄성파 탐사

◦ 개설

◦ 수평 구조에서의 굴절파

◦ 경사층 구조에서의 굴절파

◦ 심도에 따라 속도가 연속적으로 변하는 경우

◦ 단층 구조에서의 굴절파

◦ 굴절법에 의한 야외 탐사 방법

◦ 굴절법 자료의 보정과 해석

 

□ 반사법 탄성파 탐사

◦ 개설

◦ 반사파의 주시곡선과 NMO

◦ 반사법 탐사원리 및 공심점법

◦ 반사법 탐사장비

◦ 배열과 잡음 분석

 

□ 탄성파 자료 처리를 위한 수학적 방법

◦ 푸리에 변환

◦ 상관

◦ 컨벌루션과 필터링

◦ 디컨벌루션

◦ z-변환과 파형의 위상

 

□ 탄성파 탐사 자료의 전산 처리

◦ 개설

◦ 전 처리 과정

◦ 자료 보정과 속도분석

◦ 중합과 타선과 단면의 도시법

◦ 디지털 필터링과 디컨벌루션

◦ 구조보정과 심도 전환

 

□ 탄성파 자료의 해석

◦ 지질학적 고려 사항

◦ 탄화수소의 직접 탐사

◦ 탄성파 모형 실험

◦ 탄성파 파라미터의 측정