전단파 분열

내진 쌍곡선이라고도 불리는 전단파 분열은 편극화된 전단파가 비등방성 매체에 들어갈 때 발생하는 현상이다(그림 1). 입사전단파는 두 개의 편광전단파로 갈라진다(그림 2). 전단파 분할은 일반적으로 관심 영역의 음이소트로피를 시험하는 도구로 사용된다. 이러한 측정은 음이소트로피의 정도를 반영하며, 해당 부위의 균열 밀도와 방향 또는 결정 정렬을 더 잘 이해하게 한다.^[1] 특정 부위의 음이소트로피(anisotropy)는 블랙박스로, 전단파 분열 측정은 박스 안에 무엇이 있는지 살펴보는 방법으로 생각할 수 있다.

소개

입사 전단파는 매체의 선호 방향 또는 특성이 변경되어 등방성 매체로부터 비등방성 매체로 들어갈 수 있다. 편극화된 전단파가 비등방성 새로운 매체로 들어가면 두 개의 전단파로 갈라진다(그림.2). 이러한 전단파 중 하나는 다른 쪽보다 빠르고 매질의 균열이나 결정과 평행하게 방향이 잡힐 것이다. 두 번째 파장은 첫 번째 파장에 비해 느리고 때로는 첫 번째 전단파와 매체의 균열이나 결정 모두에 직교할 것이다. 느린 전단파와 빠른 전단파 사이에 관측된 시간 지연은 매질의 균열 밀도에 대한 정보를 제공한다. 고속전단파 방향은 매질의 균열 방향을 기록한다.

양극화 다이어그램을 사용하여 플롯할 때 분할 전단파의 도착은 입자 운동 방향의 갑작스러운 변화에 의해 확인할 수 있다(그림.3).

약하게 비등방성이 있는 균일한 물질에서 입사 전단파는 거의 동시에 수신기에 도달하는 대략 직교 편극화와 함께 두 개의 준 전단파로 분할된다. 더 깊은 지각과 상부 맨틀에서 고주파 전단파는 서로 다른 편광과 그들 사이의 시간 지연이 몇 초까지 될 수 있는 두 개의 분리된 전단파로 완전히 갈라졌다.^[2]

역사

헤스^[3](1964)는 해양 분지에서 P파 방위각 속도 변동을 최초로 측정했다. 이 지역은 해양 분지가 크고 비교적 균일한 동질 암석으로 이루어져 있기 때문에 이 연구를 위해 선택되었다. Hess는 올리빈 결정을 사용한 이전의 지진 속도 실험에서 만약 결정들이 약간의 통계적 방향이라도 가지고 있다면 이것은 내진 굴절을 사용하여 기록된 지진 속도에서 매우 명백할 것이라고 관찰했다. 이 개념은 멘도시노 골절 구역의 지진 굴절 프로파일을 사용하여 시험되었다. 헤스는 슬립면에 수직으로 전파되는 느린 압축파가 슬립면에 수직으로 전파되고 고속 성분은 슬립과 평행하다는 것을 알아냈다. 그는 이러한 기술을 사용한다면 해양 분지의 구조가 빨리 기록될 수 있고 더 잘 이해할 수 있을 것이라고 추론했다.

안도^[4](1980년)는 상부 맨틀에서 전단파 음이소트로피를 식별하는 데 초점을 맞췄다. 이 연구는 일본 추부 화산 지역 근처에서 기록된 전단파 분열에 초점을 맞췄다. 새롭게 구현된 원격 지진 관측소를 이용해 화산 지역 지하 260km까지 지진으로부터 P파와 S파 도착을 모두 기록할 수 있었다. 이 지진의 깊이는 이 지역을 상부 맨틀의 구조를 연구하는데 이상적이다. 그들은 서로 다른 편광(N-S, 고속 및 E-W, 저속)을 가진 두 개의 구별되는 전단파가 약 0.7초 간격으로 도래하는 것에 주목했다. 지진 발생원에 의한 것이 아니라 지진계로 가는 도중에 파도의 이동 경로에 의한 것이라는 결론이 내려졌다. 다른 인근 관측소의 데이터는 지진 비등변성의 출처를 구속하기 위해 사용되었다. 그는 음이소트로피가 화산 지역 바로 아래 지역과 일치한다는 것을 발견했고, 깊은 뿌리를 가진 마그마 챔버의 지향적인 결정 때문에 발생한다는 가설을 세웠다. 마그마 챔버에 대략 N-S를 지향하는 타원형 포함물이 포함된 경우, 최대 속도 방향도 N-S가 되어 내진 2중성의 존재를 고려한다.

레닌^[5](1980년)은 전단파 분할 측정을 이용한 지진 예측 이론을 제시했다. 이 이론은 암석의 알갱이나 결정 사이의 마이크로 크랙이 높은 스트레스 수준에서 정상보다 더 넓게 열린다는 사실에 근거한다. 스트레스가 가라앉은 후에 마이크로 크랙은 원래 위치로 돌아갈 것이다. 응력조건의 변화에 대응하여 균열이 열리고 닫히는 이러한 현상을 희석이라고 한다. 전단파 분할 서명은 마이크로 크랙(주요 응력 방향에 수직으로)의 방향과 균열의 풍부함 모두에 좌우되기 때문에 시간이 지남에 따라 부위의 응력 변화를 반영하기 위해 서명이 변경된다. 지역에 대한 서명이 인정되면 동일한 서명으로 인근 지진을 예측하는 데 적용할 수 있다.

레닌^[6](1981)은 지각에서 방위각으로 정렬된 전단파가 갈라지는 현상을 처음 인정했다. 그는 현재의 이론을 검토하고, 전단파 분열을 더 잘 이해하기 위해 방정식을 업데이트했으며, 몇 가지 새로운 개념을 제시했다. 레닌은 대부분의 비등방성 문제에 대한 해결책이 개발될 수 있다는 것을 확립했다. 등방성 사례에 대한 해당 용액이 공식화될 수 있는 경우, 비등방성 사례에 더 많은 계산을 통해 도달할 수 있다. 신체와 표면파 편광의 정확한 식별이 음이소트로피의 정도를 결정하는 열쇠다. 많은 2상 재료의 모델링은 비등방성 탄성 정수를 사용하여 단순화할 수 있다. 이러한 상수는 기록된 데이터를 보면 알 수 있다. 이것은 전 세계 여러 지역에서 관찰되었다.^[7]

물리 메커니즘

두 전단파의 이동 속도 차이는 극성을 해당 부위의 음이소트로피의 지배적인 방향과 비교함으로써 설명할 수 있다. 고체와 액체를 구성하는 작은 입자 사이의 상호작용은 파동이 매체를 통해 이동하는 방식을 위한 아날로그로 사용될 수 있다. 고체는 매우 단단하게 묶인 입자를 가지고 있어 에너지를 매우 빠르고 효율적으로 전달한다. 액체에서는 입자들이 훨씬 더 단단하게 묶여 있고 일반적으로 에너지가 전달되는 데 더 오랜 시간이 걸린다. 이것은 입자들이 에너지를 한 곳에서 다른 곳으로 전달하기 위해 더 이동해야 하기 때문이다. 전단파가 이 비등방성 매체의 균열과 평행하게 편광된 경우 그림 4의 짙은 청색 파도와 유사할 수 있다. 이 파동은 고체를 통해 에너지가 전달되는 것처럼 입자에 작용하고 있다. 그것은 곡물이 서로 가까이 있기 때문에 높은 속도를 가질 것이다. 만약 매체에 존재하는 액체로 채워진 균열이나 길쭉한 올리빈 결정과 수직으로 편광되는 전단파가 있다면, 액체나 가스를 구성하는 입자와 같은 입자에 작용하게 될 것이다. 에너지는 매체를 통해 더 천천히 전달되며 속도는 첫 번째 전단파보다 느릴 것이다. 전단파 도착 사이의 시간 지연은 음이소트로피의 정도와 파동이 기록 스테이션으로 이동하는 거리를 포함한 몇 가지 요인에 따라 달라진다. 균열이 넓고 큰 매체는 균열이 작거나 닫힌 매체에 비해 시간이 오래 지연된다. 전단파 분열은 전단파 속도 음이소트로피가 약 5.^[7]5%에 도달할 때까지 계속 발생할 것이다.

수학적 설명

수학적 설명(선 이론)^[8]

직사각형 데카르트 좌표에서의 운동 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

${\displaystyle {\frac {\partial x_{i}}}\왼쪽[c_{ijkl}{\partial U_{k}}{\partial x_{l}}\rho {\partial ^{\2}U_{j}}{\partial t^{2}}:$

(1)

여기서 t는 $시간{\displaystyle }$, $,{\displaystyle \rho}$은 밀도, ${\displaystyle U_{}}$ j ${\$은 변위 벡터U의 성분이며$$, c ${\displaystyle {ii}_{}}$ ${\displaystyle j_{}}$ ${\displaystyle l_{}}$ ${\$은 탄성 텐서를 나타낸다.
파동은 방정식으로 설명할 수 있다.

$\displaystyle t=\tau \left(x_{i}\오른쪽)}$

(2)

(1)에 대한 솔루션은 레이 시리즈로 표현할 수 있다.

${\displaystyle U_{k}\좌(x_{i}}}\우)=\sum _{n=0}^{{k}^{{k}^{\좌(n\우)\좌(x_{i}\우)f_{n}\(t-\au \좌)\좌(x_{i}\우)}우)}}}$

(3)

여기서 $f{\displaystyle {}_{}}$ (${\displaystyle {}_{}\vartheta }$) ${\$ 함수가 관계를 만족한다$$.

${\displaystyle df_{n+1}\왼쪽(\vartheta \오른쪽)/d\vartheta =f_{n}\왼쪽(\vartheta \오른쪽)}$

(4)

(3)을 (1)로 대체한다.

${\displaystyle N\좌(U^{\좌(n\우)}\우)-M\좌(U^{\좌({n-1}\우)\우)+L\좌(U^{\좌({n-2}\우)}\우)=0}$

(5)

벡터 연산자 N,M,L은 다음 공식으로 주어진다.

${\displaystyle {\displaysty}N_{j}\좌(U^{\좌(n\우)}\우)=\감마 _{jk}U_{k}^{\좌(n\우)}-U_{j}^{\좌(n\우)}\\M_{j}\좌(U^{\좌(n\우)}\우)=p_{i}~{ikl}{\frac {\partial U_{k}^{\좌(n\우)}}{{\host x_{l}}+\rho ^{-1}{\frac {\frac {\reason x_{i}}}\왼쪽(\rho ~a_{ijkl}~{l})U_{k}^{\좌(n\우)}\우)\\\\L_{j}\왼쪽(U^{\왼쪽(n\right)}\right)=\rho^{-1}{\frac {\partial x_{i}}}\좌(\rho ~a_{ijkl}){\frac {\partial U_{k}^{partial(n\오른쪽)}}{{\cHB x_{l}}\오른쪽)\end{case}}$

(6)

어디에

${\displaystyle \Gamma _{jk}=p_{i}~p_{l}~a_{ijkl}}\quad a_{ijkl}=c_{ijkl}/\rho}={\frac {\partial \tau}{\partial x_{i}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

(7)

첫 번째 순서 $n{\displaystyle }$= ${\displaystyle 0}$ ${\displaystyle n=0$의 경우, 따라서 $U{\displaystyle {}^{(}}$- ${\displaystyle 1^{}}$)${\displaystyle {}^{}}$= ${\displaystyle {}^{(}}$- ${\displaystyle 2^{}}$)${\displaystyle {}^{}}$= ${\displaystyle 0}$ ${\displaystyle$ U$^{\ft(-1\오른쪽)}$$=U^{\좌측(-2\$우측$)}=0}$등식의 첫 번째 성분(5)만 남는다.
그러므로,

${\displaystyle N_{j}\좌(U^{\좌(우)}\우)=\감마 _{jk}U_{k}^{\좌측(0\우측)-U_{j}^{\좌측(0\우측)===\좌측(\감마 _{jk}-\delta _{jk}\우측)U_{k}^{\왼쪽(0\오른쪽)}==0}$

(8)

(8)의 용액을 얻으려면 $\gamma {\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle j_{}}$ ${\displaystyle k_{}}$ ${\$ 행렬의 고유값과 고유 벡터가 필요하다$$.

${\displaystyle Det\left(\Gamma _{jk}-G\delta _{jk}\오른쪽)=0}$

(9)

라고 다시 쓸 수 있는.

${\displaystyle G^{3}-PG^{2}+QG-R=0}$

(9)

여기서 값${\displaystyle }P{\displaystyle }$ , ${\displaystyle Q}${\$displaystyle P,Q$} $및$ R$${\$displaystyle R$}은$$ 대칭 행렬 ${\displaystyle j_{}}$ j ${\displaystyle k_{}}${\$displaystyle \Gamma _{jk}$의 불변량이다$.$
The matrix ${\displaystyle \Gamma _{jk}}$ has three eigenvectors: ${\displaystyle g_{1},~g_{2},~g_{3}}$, which correspond to three eigenvalues of ${\displaystyle G_{1},~G_{2},}$ and ${\displaystyle ~G_{3}}$.

• For isotropic media, ${\displaystyle G_{1}=\alpha ^{2}p_{i}p_{i}}$ corresponds to the compressional wave and ${\displaystyle G_{2}=G_{3}=\beta ^{2}p_{i}p_{i}}$ corresponds to the two shear waves traveling together.
• 비등방성 매체의 경우 ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {G\mathrm{}}_{}}$ 3 ${\$은 두 전단파가 갈라졌음을 나타낸다.

전단파 분할 파라미터 측정

모델링^[9]

등방성 균질 매체에서 전단파 함수는 다음과 같이 기록할 수 있다.

$u\왼쪽(\omega \오른쪽)=A~w\왼쪽(\omega \오른쪽)\exp \left[-i\omega T_{0}\오른쪽]\cdot {\hat{p}}}}$

(10)

여기서 A는 복잡한 진폭이고,${\displaystyle }w{\displaystyle }$ (${\displaystyle \Omega }$ ${\displaystyle )}${\$displaystyle w\left(\omega \right)}$은 웨이블렛 함수(Fourier 변환된 소스 시간 함수의 결과)이며, p${\displaystyle \stackrel{}{^}}${\$displaystyle {\p$}은 변위 방향을 가리키는 실제 단위 벡터로서$$ 전파 방향과 직교하는 평면에 포함된다.n
전단파 분할 프로세스는 분할 연산자를 전단파 함수에 적용한 것으로 나타낼 수 있다.

${\displaystyle \Gamma =\exp \left[i\omega \delta t/2\right]{\f}{\f}}}}{\i\omega \delta t/2\right]{s}}}}$

(11)

여기서 $f{\displaystyle \hat{}}$ ${\$ {$f}$ 및 $s{\displaystyle \stackrel{}{}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{^}}$ ${\$은(는$$) 두 전단파 속도에 해당하는 고유값을 갖는 편광 행렬의 고유 벡터다.
결과 분할 파형은

${\displaystyle u_{s}\왼쪽(\omega \오른쪽)=A~w\좌(\omega \우측)\exp \좌측[-i\omega T_{0}\우측]\감마 \왼쪽(\phi ,\delta t\오른쪽)\cdot {\hat {p}}$

(12)

여기서 Δ ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle \delta t}$은 느린 전단파와 빠른 전단파 사이의 시간 지연이고, ∆ ${\displaystyle \pi}$은 느린 전단파와 빠른 전단파의 편광화 사이의 각도다. 이 두 매개변수는 다중 요소 내진 기록에서 개별적으로 추정할 수 있다(그림 5).

도식 모델

그림 6은 표면 기록 스테이션에 두 개의 편광 전단파가 도착함으로써 발생하는 전단파 분할 과정과 지진 서명이 표시된 도식 애니메이션이다. 중앙 회색 축을 따라 등방성 매체(녹색)를 통해 수직으로 이동하는 입사 전단파(파란색)가 한 개 있다. 이 단일 입사 전단파는 비등방성 매체(빨간색)에 들어갈 때 두 개의 전단파(주황색과 보라색)로 갈라진다. 보다 빠른 전단파는 매질의 균열이나 결정과 평행하게 방향이 잡힌다. 전단파의 도착은 녹음소에 나타나는 것처럼 오른쪽에 표시된다. 남북극성 전단파(보라색)가 먼저 도착하고(주황색) 동서극성 전단파(주황색)가 약 1초 늦게 도착한다.^[5]

애플리케이션/정의/유용성

전단파분할 측정은 지진예측을 탐색하고 저수지의 고압분쇄에 의해 생성된 골절망을 지도화하기 위해 사용되어 왔다.

경련^[5] 전단파 분할 측정은 지구의 응력 수준을 감시하는 데 사용될 수 있다. 지진에 취약한 지역 근처의 바위가 확장성을 보일 것이라는 것은 잘 알려져 있다. 전단파 분열은 지진파가 균열이나 결정체를 지향하는 매체를 통해 이동하면서 발생한다. 임박한 지진에 이르는 시간에 걸친 전단파 분할 측정의 변화는 지진의 시기와 위치에 대한 통찰력을 주기 위해 연구할 수 있다. 이러한 현상은 진앙에서 수백 킬로미터 떨어진 곳에서 관찰될 수 있다.

석유 산업은 전단파 분할 측정을 사용하여 탄화수소 저장고 전체에 걸쳐 골절을 지도화한다. 현재까지, 이것은 탄화수소 저장소에 존재하는 파괴 네트워크에 대한 상황 정보를 얻는 최선의 방법이다.^[10] 현장에서 최고의 생산은 여러 개의 작은 골절이 열려 탄화수소가 지속적으로 흐를 수 있는 지역과 관련이 있다. 전단파 분할 측정값을 기록 및 분석하여 저수지 전체의 음이소트로피 정도를 구한다. 일반적으로 음이소트로피가 가장 큰 부위는 개방 골절이 가장 많이 발생하기 때문에 드릴링하기에 최적의 장소가 될 것이다.^[11]

사례 예

아이슬란드의 성공적인 스트레스 예측 지진

1998년 10월 27일, 아이슬란드에서 4년간 전단파 분열에 대한 연구를 하는 동안, 레닌과 그의 동료들은 분할 전단파 사이의 시간 지연이 아이슬란드 남서부의 두 지진 기록 스테이션인 BJA와 SAW에서 증가하고 있다는 것을 깨달았다. 다음과 같은 요인들은 집단이 이것을 지진의 가능한 전조로서 인식하도록 이끈다.^[12]

• 그 증가는 거의 4개월 동안 지속되었다.
• 그것은 이전에 아이슬란드에서 기록된 규모 5.1의 지진과 거의 동일한 지속시간과 경사를 가지고 있었다.
• 스테이션 BJA의 시간 지연 증가는 약 4 ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle s}$/ k ${\displaystyle m}${\$displaystyle 4ms/km}$에서 시작하여 약 ${\displaystyle 10}$ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle s}$/ k ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle 10ms/km}$까지 확대되었다$.$
• ${\displaystyle 10}$ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle s/k}$ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle 10ms/km}$이(가) 이전 지진의 추론된 골절 수준이었다.

이러한 특징들은 지각이 골절 중요도에 접근하고 있으며 가까운 미래에 지진이 발생할 가능성이 있다는 것을 시사했다. 이 정보를 바탕으로 10월 27일과 29일 아이슬란드 기상청(IMO)에 경계령이 내려져 다가오는 지진을 경고하고 있다. 11월 10일, 그들은 다음 5개월 안에 지진이 발생할 가능성이 있다는 것을 명시한 또 다른 이메일을 보냈다. 사흘 뒤인 11월 13일 IMO는 BJA 기지 근처에서 규모 5의 지진이 발생했다고 보고했다. 레닌 등은 이번 지진 발생이 선행 지진이나 통계적으로 예측된 지진과는 달리 과학적으로 처음이라는 점을 시사하고 있다. 그들은 전단파 분열의 변화가 지진을 예측하는 데 사용될 수 있다는 것을 증명했다.

이 기법은 전단파 분할 서명 및 시간 지연의 변화를 평가하는 데 필요한 적절한 소스-지진-지진 기하학이 부족하여 2008년까지 다시 성공하지 못했다.^[7]

화산 폭발 전 일시적 변화

볼티와 레닌은 1996년 바트나예쿨 아이스필드에서 Gjalp 폭발이 일어나기 전 N, SW, W, SW 방향으로 약 240km 깊이에서 5개월 동안 시간 지연의 일시적인 증가를 관찰했다. 이것은 아이슬란드에서 수십 년 만에 가장 큰 폭발이었다.

전단파가 시간 지연을 나누는 패턴은 아이슬란드와 다른 지역에서 많은 지진이 발생하기 전에 나타나는 증가의 전형이다. 대부분의 스트레스가 한 번에 풀리기 때문에 폭발 직후에 지진 직전에 시간이 지체되는 것은 특징적이다. 화산 폭발에서 정규화된 시간 지연의 증가는 폭발 당시 감소하지 않고, ${\displaystyle \mathrm{여러}}$ 번 걸쳐$$ 약 ${\displaystyle \mathrm{2m}/k}$ ${\displaystyle m/y}$ e ${\displaystyle a}$ r ${\displaystyle 2ms/km/연간}$에서 점차 감소한다. 이 감소는 대략 선형이며 분화 후 기간 동안 다른 중요한 마술적 교란은 없는 것으로 보였다.

모든 화산 폭발에 대해 증감 시간 지연 패턴이 보편적인지, 각 지역이 다른지 여부를 확인하기 위해 더 많은 관찰이 필요하다. 다른 종류의 분출은 다른 전단파 분열 행동을 보일 수 있다.^[7][13]

석유공학의 유체주입

보켈만과 하르제스는 독일 남동부 대륙심층굴착프로그램(KTB) 심층굴착장에서 약 9㎞ 깊이에서 유체주입의 전단파에 미치는 영향을 보고했다. 그들은 KTB에서 190m를 상쇄하는 파일럿 웰에서 주입 유도 사건에서 전단파가 갈라지는 것을 관찰했다. 4,000미터 깊이의 보어홀 레코더를 사용하여 분할 측정값을 기록하였다.^[14]

연구진은 다음과 같은 사실을 발견했다.

• 주입 유도 이벤트의 직접적인 결과로 인한 전단파 분할의 시간적 변화.
• 초기 ~1%의 전단파 분할이 주입 후 12시간 이내에 2.5% 감소한다.
• 가장 큰 감소폭은 주사 후 2시간 이내에 발생했다.
• 주사가 끝난 후 분할 시간이 매우 안정적이었습니다.

감소에 대한 직접적인 해석은 제안되지 않지만 감소는 유도된 사건에 의한 스트레스 방출과 관련이 있다고 제안한다.

제한 사항

전단파 분할 측정은 특정 지역에 대한 가장 정확하고 심도 있는 정보를 제공할 수 있다. 단, 전단파 분할 측정치를 기록하거나 분석할 때 고려해야 할 한계가 있다. 여기에는 전단파의 민감한 특성이 포함되며, 전단파 분열은 발생률과 방위각에 따라 달라지며, 전단파가 비등방성 매체 전체에 걸쳐 여러 번 분할될 수 있다(아마도 방향이 바뀔 때마다).^[15]

전단파 분열은 지구 지각의 모공 압력의 미세한 변화에 매우 민감하다. 한 지역에서 음이소트로피의 정도를 성공적으로 감지하기 위해서는 제때에 잘 분포된 여러 도착장이 있어야 한다. 유사 파형에서 발생한 이벤트도 변화를 감지할 수 없는 이벤트 수가 너무 적다.^[7] 전단파 분열은 입사각과 전파 방위각 모두에 따라 달라진다. 이 데이터를 극지 투영에서 보지 않는 한, 3-D 특성은 반영되지 않으며 오해의 소지가 있다.^[7] 전단파 분열은 비등방성이며 선원과 수신기 사이의 어느 곳에나 위치한 한 층 이상에 의해 발생할 수 있다. 전단파 분할 측정은 측면 분해능이 광범위하지만 수직 분해능은 매우 불량하다.^[16] 전단파의 편광은 암석 질량 전체에 걸쳐 다양하다. 따라서 관측된 편광은 가까운 표면 구조의 편광일 수 있으며 반드시 관심 구조를 나타내는 것은 아니다.^[17]

일반적인 오해

분할전단파의 특성상 전형적인 3성분 지진계로 기록될 때 매우 복잡한 서명을 쓴다. 편광과 시간 지연은 심하게 산란되고 시공간적으로 크게 다르다. 서명의 변화 때문에 들어오는 전단파의 도착과 양극화를 잘못 해석하기 쉽다.^[18] 아래는 전단파와 관련된 몇 가지 일반적인 오해에 대한 설명으로, 더 자세한 정보는 레닌과 피콕(2008)에서 찾을 수 있다.^[7]

• 분할 전단파의 편광은 직교한다.^[7][18]

그룹 속도에서 광선 경로를 따라 전파되는 전단파는 몇 가지 특정 방향으로만 직교하는 편광을 가진다. 체파의 편광은 모든 위상 속도 방향에서 직교하지만, 이러한 유형의 전파는 일반적으로 관찰하거나 기록하기 매우 어렵다.

• 분할 전단파의 편광은 균열과 평행하거나 확산 중심에서 정상으로 고정된다.^[7][18]

평행 균열을 통해 또는 확산 중심 또는 균열에 수직으로 또는 균열에 평행하게 전파되는 경우에도 전단파의 편광은 항상 전단파 윈도우 내에서 발생 및 방위각과 함께 3차원에서 변화한다.

• 균열 음이소트로피는 유체 충전 균열이 석회압에 의해 닫히기 때문에 항상 깊이와 함께 감소한다.^[7][18]

이 진술은 균열의 유체가 어떻게든 제거될 때만 유효하다. 이것은 화학적 흡수, 배수 또는 표면으로의 흐름을 통해 이루어질 수 있다. 그러나 이러한 현상은 비교적 드물게 발생하며 깊이 있는 유체의 존재를 뒷받침하는 증거가 있다. 여기에는 Kola 깊은 우물에서의 데이터와 하부 지각에 높은 전도성이 존재하는 것이 포함된다.

• 소형 지진에 대한 전단파 분열의 신호 대 잡음 비율은 적층함으로써 개선할 수 있다.^[7][18]

반사 조사의 지진 데이터를 쌓는 것은 예측 가능하고 통제된 출처를 가지고 수집되었기 때문에 유용하다. 소스가 제어되지 않고 예측할 수 없는 경우, 데이터를 쌓으면 신호만 저하된다. 기록된 전단파 시간 지연과 편광은 발생각과 전파 전파 방위각에서 다르기 때문에, 이러한 도착을 쌓으면 신호가 저하되고 신호 대 잡음비가 감소하여 기껏해야 시끄럽고 해석하기 어려운 플롯이 발생한다.^[7]

미래 트렌드

전단파 분할에 대한 우리의 이해와 측정을 가장 잘 사용하는 방법은 지속적으로 개선되고 있다. 이 분야에서 우리의 지식이 향상됨에 따라, 이러한 측정치를 기록하고 해석하는 더 나은 방법이 분명히 있을 것이고, 데이터를 사용할 기회가 더 많아질 것이다. 현재 석유 산업에서 사용되고 지진과 화산 폭발을 예측하기 위해 개발되고 있다.

전단파 분할 측정은 여러 차례의 지진을 예측하는 데 성공적으로 사용되었다. 더 나은 장비와 더 촘촘한 간격의 녹음소를 통해, 우리는 다른 지역에서의 지진에 대한 전단파 분열의 특징적인 변화를 연구할 수 있었다. 이러한 서명은 한 영역에 존재하는 스트레스 양을 반영하기 위해 시간이 지남에 따라 변화한다. 여러 차례의 지진을 기록·연구한 후, 지진이 발생하기 직전에 전단파 분열의 서명이 잘 알려지게 되어, 향후의 사건을 예측하는 데 활용할 수 있다. 이와 같은 현상은 화산 폭발 전에 볼 수 있으며, 같은 방식으로 예측될 수 있을 것으로 추측된다.

석유 산업은 수년 동안 탄화수소 저장소 위에 기록된 전단파 분할 측정을 사용하여 저장소에 대한 귀중한 정보를 얻고 있다. 새로운 이미지와 더 많은 정보를 보여주기 위해 장비는 지속적으로 업데이트되고 있다.^[7]

참고 항목

참조

추가 읽기

외부 링크

• 알프레드 베게너 극지방해양연구소(AWI) (독일)
• Matlab(프랑스)의 전단파 분열
• 많은 흥미로운 지진 이미지(ASU)
• 고체, 액체 및 기체에 대한 정보

시연용 MATLAB 코드

MATLAB 코드를 다운로드하고 직접 MathWorks 웹 사이트에서 데모 동영상을 만들 수 있다.

그림 7은 Matlab Demo 출력의 스크린샷이다.