[논문 리뷰] Imaging polar and dipolar sources of geophysical anomalies by probability tomography. Part I: theory and synthetic examples

Paolo Mauriello, D. Patella|arXiv (Cornell University)|2006. 02. 08.

Geophysical and Geoelectrical Methods참고 문헌 10인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 지구물리적 비정상성의 극성 및 이량극 소스를 이미징하기 위해 필드 데이터를 이산적 인치와 이량극으로 모델링함으로써 일반화된 확률 톰그래피 방법을 소개한다. 소스 극 발생 확률(SPOP) 및 소스 이량극 발생 확률(SDOP) 톰그래피를 유도함으로써, 모든 등가 해를 하나의 3D 이미지로 통합하는 통합된 확률적 프레임워크를 통해 매몰된 지구물리적 목표물의 해상도를 향상시키는 방법을 제시하며, 핵심 및 경계 해상도 향상 효과가 입증된 시뮬레이션 예제를 통해 검증된다.

ABSTRACT

We develop the theory of a generalized probability tomography method to image source poles and dipoles of a geophysical vector or scalar field dataset. The purpose of the new generalized method is to improve the resolution power of buried geophysical targets, using probability as a suitable paradigm allowing all possible equivalent solution to be included into a unique 3D tomography image. The new method is described by first assuming that any geophysical field dataset can be hypothesized to be caused by a discrete number of source poles and dipoles. Then, the theoretical derivation of the source pole occurrence probability (SPOP) tomography, previously published in detail for single geophysical methods, is symbolically restated in the most general way. Finally, the theoretical derivation of the source dipole occurrence probability (SDOP) tomography is given following a formal development similar to that of the SPOP tomography. The discussion of a few examples allows us to demonstrate that the combined application of the SPOP and SDOP tomographies can provide the best core-and-boundary resolution of the most probable buried sources of the anomalies detected within a datum domain.

연구 동기 및 목표

• 지구물리적 비정상성의 극성 및 이량극 소스를 모두 이미징할 수 있는 일반화된 확률 톰그래피 방법을 개발하는 것.
• 확률을 통합적 원리로 삼아 모든 가능한 등가 해를 하나의 3D 톰그래픽 이미지로 통합함으로써 매몰된 지구물리적 목표물의 해상도를 향상시키는 것.
• 이전에 발표된 SPOP 톰그래피를 이량극 소스를 포함하도록 공식적이고 대칭적인 유도 방식에 따라 확장하는 것.
• 합성 예제를 통해 SPOP 및 SDOP 톰그래피를 병행 적용할 경우 지구물리적 소스의 핵심 및 경계 해상도가 어떻게 향상되는지 보여주는 것.

제안 방법

• 이 방법은 지구물리적 필드 데이터가 이산적인 소스 극과 이량극으로 구성된다고 가정한다.
• 다양한 지구물리적 방법에 적용 가능한 가장 일반적인 형태로 소스 극 발생 확률(SPOP) 톰그래피의 이론적 유도를 기호적으로 재기반한다.
• SPOP와 유사한 수학적 프레임워크를 사용하여 소스 이량극 발생 확률(SDOP) 톰그래피를 공식적으로 유도한다.
• 이 방법은 모든 등가 소스 구성 방식을 하나의 3D 확률 톰그래피 이미지로 통합하여 단일 해에 의존하지 않는다.
• 합성 데이터셋을 사용하여 지구물리적 비정상성을 시뮬레이션하고 SPOP 및 SDOP 방법의 해상도 능력을 시험한다.
• 확률 기반 역해석에 의존하여 3D 부피 내에서 소스 발생 가능성을 매핑하며, 극과 이량극에 대해 높은 확률 영역을 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지구물리적 비정상성의 극성 및 이량극 소스를 동시에 이미징하기 위한 통합된 확률적 프레임워크는 어떻게 개발할 수 있는가?
• RQ2 SDOP 톰그래피의 공식적인 수학적 유도 방법은 무엇이며, SPOP 수식과 어떻게 유사한가?
• RQ3 SPOP 및 SDOP 톰그래피를 병행 적용할 경우 매몰된 지구물리적 목표물의 해상도는 어느 정도 향상되는가?
• RQ4 이 방법은 합성 데이터셋에서 지구물리적 소스의 핵심 및 경계 특징을 효과적으로 구분할 수 있는가?

주요 결과

• 일반화된 확률 톰그래피 방법은 확률을 통합 원리로 삼아 극성 및 이량극 소스 기여를 하나의 3D 톰그래픽 이미지로 성공적으로 통합한다.
• SDOP 톰그래피의 공식적 유도는 SPOP와 동일한 구조를 따르며, 이로 인해 두 소스 유형에 대해 일관되고 대칭적인 처리가 가능하다.
• 합성 예제는 SPOP 및 SDOP 접근법을 병행 적용할 경우 매몰된 지구물리적 소스의 핵심 및 경계 해상도가 크게 향상됨을 보여준다.
• 이 방법은 모든 등가 소스 구성 방식을 종합적으로 제공하여 지구물리적 이미징의 신뢰성과 해석 가능성을 향상시킨다.