본 연구는 곡면 지형과 저속 표토층 조건에서 완전파형역산(FWI: Full Waveform Inversion)을 활용하여 소형 지하 땅굴 탐지 가능성과 성능을 평가하였다. 표토층 하부 경계의 임피던스 대비로 발생하는 다중반사파는 지진파 기록의 고주파 성분을 과도하게 증폭시켜 영상화 품질을 저하시킨다. 기존 땅굴 탐사에서는 이러한 문제를 줄이기 위해 송수신기를 지하에 삽입하는 VSP(Vertical Seismic Profiling) 기법이 사용되었으나, 탐사 범위가 좁고 많은 인력과 시간이 소요되는 한계가 있었다.

이를 보완하기 위해 본 연구에서는 주파수 점진적 역산(frequency continuation strategy)을 적용하였고, 이 과정에서 Butterworth IIR 대역통과 필터를 도입하여 불필요한 잡음과 다중반사파 성분을 억제하였다. 또한 수치 해의 정확성과 안정성을 위해 staggered grid 유한차분 기법을 적용하였으며, 배경 매질로는 비균질 마모시(Marmousi) 속도 모델을 사용하였다. 인공적으로 공동(cavity)을 삽입해 합성 데이터를 생성하고 이를 대상으로 역산을 수행하였다.

분석 결과, FWI gradient에서 땅굴 관련 속도 이상 신호가 안정적으로 부각되었고, 속도장의 수직 1차 미분을 통해 지층 경계와 공동 외곽이 뚜렷하게 나타났다. 특히, 전체 1 km × 150 m 도메인에서 가로 4 m × 세로 8 m 규모의 소형 땅굴을 성공적으로 탐지하였다. 본 연구 결과는 군사적 땅굴 탐지뿐만 아니라 도심지 지반 안정성 평가, 싱크홀·지하 공동 탐사, 노후화된 배수로 모니터링 등 다양한 분야에서 활용 가능성을 보여준다.