[논문 리뷰] On the retrieval of attenuation from the azimuthally averaged coherency of a diffuse field

Richard L. Weaver|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 27.

Seismic Waves and Analysis참고 문헌 9인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 환경성 지진 노이즈의 방향 평균화된 공진도와 감쇠된 Bessel 함수를 비교하여, 일반적으로 지진 감쇠가 환경성 노이즈의 방향 평균화된 공진도로부터 회복될 수 있다는 공통된 가정을 도전한다. 방향성 있는 노이즈 필드가 존재할 경우 공진도가 감쇠와 무관하게 되며, 공간적/방향성 평균화 과정에서 위상 상쇄 현상이 발생하여 감쇠 효과를 흉내 내는 결과가 나타나, 이러한 추론 방법의 신뢰성을 떨어뜨린다.

ABSTRACT

It has been suggested that seismic attenuation αcan be inferred from comparisons of empirical coherencies (the cross spectra of pre-whitened ambient seismic noise records) with attenuated Bessel functions Jo(ωr/c) exp(-αr). Analysis shows here, however, that coherency depends strongly on the directionality of ambient noise intensity. Even if coherency is azimuthally averaged, the suggested attenuation dependence exp(-αr) does not apply. Indeed in highly directional noise fields, coherency is independent of attenuation. It is also argued that spatial and azimuthal averages of coherency can incur phase cancellations related to variations in wavespeed that may mimic factors like exp(-αr). Inference of attenuation from comparison of empirical coherencies to Jo(ωr/c) exp(-αr) is problematic.

연구 동기 및 목표

• 환경성 지진 노이즈의 경험적 공진도로부터 지진 감쇠를 신뢰성 있게 회복할 수 있는지 조사하기 위해.
• 경험적 공진도를 감쇠 회복을 위한 형태 Jo(ωr/c) exp(−αr)와 비교하는 것의 타당성을 평가하기 위해.
• 방향성 있는 노이즈 강도가 공진도 및 감쇠 추론에 미치는 영향을 검토하기 위해.
• 공진도의 공간적 및 방향성 평균화가 감쇠 효과를 흉내 내는 아티팩트를 유발하는지 평가하기 위해.
• 방향 평균화가 공진도 측정에서 방향성 의존성을 제거한다는 가정을 도전하기 위해.

제안 방법

• 방향성 있는 노이즈 강도 분포를 가진 확산 필드에서의 공진도 이론적 분석.
• 다양한 노이즈 방향성 가정 하에서의 공진도 표현 유도, 특히 고도로 방향성 있는 필드 포함.
• 경험적 공진도와 표준 감쇠된 Bessel 함수 모델 Jo(ωr/c) exp(−αr) 간의 비교.
• 공진도의 공간적 및 방향성 평균화에서 발생하는 위상 상쇄 현상 검토.
• 감쇠로 오해될 수 있는 위상 이동을 유도할 수 있는 파동 속도 변화의 활용.
• 다양한 노이즈 필드 기하학 및 감쇠 조건 하에서의 공진도 행동 수학적 모델링.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 환경성 노이즈의 방향 평균화된 공진도로부터 지진 감쇠를 신뢰성 있게 회복할 수 있는가?
• RQ2 방향성 있는 노이즈 강도는 공진도의 감쇠에 대한 의존성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 공진도의 공간적 및 방향성 평균화가 위상 상쇄를 얼마나 유도하여 감쇠 효과를 흉내 내는가?
• RQ4 왜 표준 모델 Jo(ωr/c) exp(−αr)는 현실적인 방향성 있는 노이즈 필드에서 공진도를 정확히 기술하지 못하는가?
• RQ5 파동 속도 변화는 공진도를 감쇠의 대체 지표로 해석하는 데 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 고도로 방향성 있는 노이즈 필드에서의 공진도는 감쇠와 무관하므로, exp(−αr)를 회수 모델로 사용하는 것은 정당하지 않다.
• 방향 평균화가 공진도에서 방향성 의존성을 완전히 제거하지 못하며, 특히 노이즈가 등방적으로 분포하지 않을 경우 더욱 그렇다.
• 공간적 및 방향성 평균화 과정에서 파동 속도 변화로 인한 위상 상쇄 현상이 발생할 수 있으며, 이는 감쇠 효과로 오해될 수 있다.
• 표준 모델 Jo(ωr/c) exp(−αr)는 현실적인 환경성 노이즈 상황에서는 공진도를 정확히 표현하지 못한다.
• 이러한 물리적 및 수학적 불일치로 인해 경험적 공진도를 사용한 감쇠 추론 방법은 본질적으로 문제를 야기한다.
• 논문은 공진도 기반 감쇠 회수 방법이 방향성 있는 노이즈와 평균화 아티팩트의 맥락에서 심각한 재평가가 필요하다고 결론 내린다.