석사 과정에서 아부다비 해상 가샤(Ghasha) 지역의 항공 중력·자력 데이터를 분석했습니다. 이 지역은 두꺼운 퇴적층 아래에 기반암과 암염(Hormuz salt)이 함께 있어서, 한 종류의 데이터만으로는 두 구조가 섞여 보입니다. 기존 해석법으로는 암염 깊이를 약 6,000 m로 추정했는데, 탄성파 자료 기준으로는 약 9,300 m라서 차이가 컸습니다.
데이터 관점에서 보면 이 문제는 "서로 다른 원인이 섞인 두 개의 2D 신호에서 원인별 성분을 분리하는 문제"입니다. 이 글은 그 방법을 어떻게 설계했는지 정리한 것입니다.
왜 두 데이터를 같이 봐야 했나
- 중력은 밀도 차이에 반응합니다. 기반암은 주변보다 무겁고, 암염은 가볍습니다.
- 자력은 자성 광물에 반응합니다. 기반암은 자성이 있고, 암염은 거의 없습니다.
그래서 기반암 위에서는 두 데이터가 같은 방향으로 움직이고, 암염 주변에서는 어긋나거나 반대로 움직입니다. 이 차이를 숫자로 잡을 수 있다면 두 구조를 나눌 수 있습니다.
5단계 처리 흐름
- 상향 연속(upward continuation) — 얕은 곳의 잡음을 줄이고 깊은 구조를 강조
- 정규화 — 단위가 다른 두 데이터를 직접 비교할 수 있게 표준화
- 파수 상관 필터링(WCF) — 주파수(파수) 영역에서 두 데이터의 상관을 계산하고 성분을 거름
- 지표 계산 — 같은 방향 성분으로 SLFI, 반대 방향 성분으로 DLFI를 만듦
- 검증 — 기존에 발표된 독립 모델과 비교
핵심: 파수별 상관계수
두 데이터를 푸리에 변환한 뒤, 같은 파수 k에서 두 신호의 위상 차이 Δθ를 봅니다.
CC(k) = cos(Δθₖ)
- CC(k) > 0 이면 그 주파수 성분에서 두 데이터가 같은 방향으로 움직입니다 → 기반암 쪽
- CC(k) < 0 이면 반대로 움직입니다 → 암염 쪽
진폭이 아니라 위상만 보기 때문에, 단위나 세기가 다른 데이터끼리도 "같이 움직이는지"를 비교할 수 있다는 점이 이 방법의 장점입니다.
임계값을 감으로 정하지 않기
연구하면서 가장 신경 쓴 부분은 숫자를 어디서 자를지였습니다. 임의로 정하면 결과가 보기 좋게 나와도 설명할 수 없기 때문입니다.
상향 연속 높이. 높이를 올릴수록 두 데이터의 상관계수가 변하다가 어느 순간부터 거의 바뀌지 않습니다. 이 변화 곡선의 양 끝을 잇는 직선에서 가장 멀리 떨어진 지점(곡선이 꺾이는 지점)을 계산했고, 그 지점이 1,500 m였습니다.
상관계수 구간. 구간을 좁히면 상관은 높아지지만 남는 신호 에너지가 줄어듭니다. 그래서 임계값을 바꿔 가며 "상관계수"와 "남는 신호 에너지 비율"을 함께 그려 보고 둘 사이의 균형점을 골랐습니다.
- SLFI: CC(k)가 0.5 ~ 1.0인 성분 — 원래 신호 에너지의 약 절반을 유지하면서 두 데이터의 상관계수가 0.85
- DLFI: CC(k)가 −1.0 ~ −0.5인 성분 — 암염 경계 부근의 해상도를 높이는 구간
이렇게 정하면 "왜 0.5인가?"라는 질문에 그래프로 답할 수 있습니다.
검증: 서로 다른 방법으로 만든 모델과 맞춰 보기
결과가 맞는지 확인하려고, 다른 해석법으로 만든 기존 모델 3개와 비교했습니다.
- 지도로 겹쳐 보기(공간 비교)
- 측선 4개를 따라 값의 변화 비교
- 3D 밀도 모델의 깊이별 단면과 비교
측선 비교에서 SLFI와 기반암 깊이 모델의 상관계수는 처음 0.87~0.95였고, 측선 간 위치 차이를 최적으로 보정한 뒤에는 0.95~0.98까지 올라갔습니다. DLFI는 암염층의 분포 모양과 일치했고, 가샤 서쪽에 추가 암염 융기 가능성도 새로 보였습니다.
데이터 일로 가져가는 것
지구물리 연구였지만, 하고 나서 남은 건 데이터 다루는 습관이었습니다.
- 단위가 다른 데이터를 합칠 때는 먼저 비교 가능한 형태로 맞춘다 (정규화, 위상 비교)
- 임계값은 trade-off 곡선으로 근거를 남긴다 — 정확도 vs 남는 정보량
- 결과 검증은 독립적으로 만든 기준과 비교한다 — 같은 데이터로 만든 기준은 검증이 아니다
이 연구는 캘거리대·칼리파대(UAE)와의 공동연구로 SCIE 국제학술지 SPE Journal에 제1저자로 게재되었고, 같은 내용으로 석사 학위논문을 완성했습니다.
분석 코드는 데이터를 빼고 gravmag-wcf에 정리해 두었습니다. 합성 데이터로 위 흐름(상향 연속 높이 선택 → CC(k) → 에너지 곡선 → SLFI·DLFI → 검증)을 그대로 돌려 볼 수 있습니다.