[논문 리뷰] Exploiting Free-Surface Ghosts as Mirror Observations in Marine Seismic Data

Hitoshi Mikada|arXiv (Cornell University)|2026. 02. 08.

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한 줄 요약

본 논문은 해양 지진 데이터의 자유표면 고스트를 일관된 거울 관측으로 재해석하고, 주요 파동장과 고스트 파동장을 정렬·합산하는 처리 파이프라인을 사용해 신호 품질을 개선하되 고스트 디컨볼루션은 수행하지 않는다.

ABSTRACT

Free-surface ghosts in marine seismic data are traditionally treated as artifacts that degrade bandwidth and temporal resolution and are mitigated through acquisition design or inverse filtering. This study proposes a processing-driven framework that reinterprets free-surface ghosts as coherent mirror observations rather than unwanted noise. The proposed approach exploits the deterministic relationship between primary and ghost wavefields. After decomposing the recorded data into primary and ghost components, the wavefields are physically realigned through wavefield backpropagation and survey sinking and then coherently summed. This strategy enhances signal quality without explicit inversion of the ghost operator, thereby avoiding the numerical instability inherent in inverse ghost deconvolution. Synthetic examples demonstrate that the framework improves wavelet compactness and partially recovers ghost-affected frequency content while maintaining numerical stability. The method is applicable to both source- and receiver-side ghosts and does not require modification of acquisition geometry or specialized hardware, making it particularly well suited to legacy marine seismic datasets. By shifting ghost mitigation from acquisition design to post-acquisition processing, the proposed framework provides a unifying physical interpretation of free-surface ghosts and offers a flexible pathway for broadband signal enhancement and improved signal-to-noise ratio in marine seismic data, consistent with previous field-scale observations.

연구 동기 및 목표

• 처리 중심의 재해석으로 자유표면 고스트를 노이즈가 아닌 일관된 거울 관측으로 삼게 한다.
• 기록된 데이터를 주 구성(primary) 및 고스트 구성요소로 분해하고 이를 물리적으로 재정렬하는 프레임을 개발한다.
• 파형의 응집성을 향상시키고 고스트에 영향을 받은 주파수를 부분적으로 복구하는 동시에 수치적 안정성을 유지한다.

제안 방법

• 기록된 해양 지진 데이터를 주 구성요소와 고스트 구성요소로 분해한다.
• 역전파(backpropagation)와 조사 침하(survey sinking)을 통해 파동장을 물리적으로 재정렬한다.
• 재정렬된 주 구성요소와 고스트 파장을 일관되게 합산하여 신호 품질을 향상시킨다.
• 수치적 안정성을 유지하기 위해 고스트 연산자를 명시적으로 역변환하지 않는다.
• 획득 기하를 바꾸지 않으면서 프레임워크를 소스 측 고스트와 수신측 고스트 모두에 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자유표면 고스트를 소음이 아닌 결정론적이고 일관된 거울 관측으로 취급할 수 있는가?
• RQ2 역전파와 파동장 재정렬에 이어 일관된 합산이 고스트 역(inversion) 없이 신호 품질과 대역폭 콘텐츠를 개선하는가?
• RQ3 이 방법이 소스 측 고스트와 수신측 고스트 모두에 적용 가능하며 기존의 해양 데이터 세트와 호환되는가?

주요 결과

• 합성 실험에서 처리 후 파형의 컴팩트성이 향상됨을 보였다.
• 본 방법은 수치적으로 안정성을 유지하면서 고스트가 영향을 미친 주파수 콘텐츠를 부분적으로 회복한다.
• 획득 기하학이나 하드웨어를 변경하지 않고 사후 취득 처리를 활용해 고스트를 다룬다.