Transcript 3D 탄성파 탐사의 구성

지구시스템과학
탄성파 탐사법 (지표탐사)
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목
차
개
요
탐
사
원
리
탐
사
방
법
결
적
과
용
분
해
야
적 용 한 계 와
및
석
사
례
발 전 방 향
2
개
요
3
물 리 탐 사
 물리탐사(geophysical prospecting)
 지하 매질의 물리적 특성을 측정하고 해석하여
지하의 상태를 규명하는 학문
 연관성
- 순수지구물리학
 지구 전체를 하나의 매질로 보고 지표 및 지구 내부의
물리적 특성을 규명하는 학문
 물리탐사에 비해 경제적 목적이 더 적음
- 응용지구물리학(★)
 비교적 얕은 천부를 대상으로 함
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물리탐사 방법
 탐사 방법에 따라
 중력탐사, 자력탐사, 탄성파탐사, 전기탐사,
전자탐사, 방사능탐사, 물리검증 등의 방법이 있음
 수행하는 위치에 따른 구분
 지표, 항공, 해상, 시추공 물리탐사로 구분
 대상에 따른 구분
 각종 자원탐사를 목적으로 하는 탐사지구물리
 각종 공학적 응용을 다루는 토목지구물리
 환경분야의 응용을 다루는 환경지구물리
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일반적인 물리탐사 과정
 물리탐사 순서
 개략탐사로부터 주 이상대(異常帶)를 추출하고
이곳을 대상으로 정밀탐사를 수행
 물리탐사 과정
 자료획득, 자료처리, 자료해석의 3과정으로 구분
- 종래에는 자료획득과정이 자료해석으로 직접 연결
- 최근 추세
 컴퓨터 기술의 발전 → 자료처리 과정이 주요 단계로 정착
 시뮬레이션 기법과 수치역산법의 발달 → 자료해석 비중 증가
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탄성파 탐사법 (1/3)
개
요
 암석이나 광물의 탄성 차이에 의한 탄성파의
전파속도 차이를 측정하고 이를 해석하는 탐사법
 석유탐사분야에서 가장 광범위하게 쓰임
 지반 및 복잡한 지질구조를 조사할 때도 사용됨
 기본원리
- 인공 발생시킨 탄성파가 대상 매질을 투과, 반사,
굴절하는 파동 특성을 이용함
구
분
- 탄성파 반사법 탐사
- 탄성파 굴절법 탐사
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탄성파 탐사법 (2/3)
 탄성파 굴절법 탐사
특
징
- 지하 매질에 대한 속도와 심도 정보를 동시에 제공함
- 탐사 장비가 비교적 간단하고 조작이 용이함
- 탐사 작업이 용이하고 경제적
 사용분야
- 댐이나 도로 등 대규모 구조물 설치를 위한 기반조사
- 중요한 석유 부존 구조 중의 하나인 암염돔 탐사
- 미개발 지역에 대한 지질조사
- 지하수 탐사, 광물 탐사 등
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탄성파 탐사법 (3/3)
 적용되는 물리적 법칙
 반사각 일정의 법칙, 스넬(Snell)의 법칙
- 특정 매질에 입사되는 파는 투사된 각도와
동일한 각도로 반사된다
- 굴절되어 매질내로 전파되는 파는 매질이 가지고
있는 탄성과 통과속도에 따라 굴절각도가 변한다
- 매질경계에서의 반사의 경우
 반사계수가 중요한 역할을 함
 이때 반사계수는 경계를 이루는 두 매질의 밀도와
탄성파 통과속도 곱의 차이에서 기인됨
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탐 사 원 리
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굴절법 탐사 이론 (1/3)
 이러한 구형 파면의 전파는 거리가 멀어지면
평면으로 근사됨 → 평면파 가정
 평면파 가정 : 파의 거동을 설명할 때 중요한 근거
이러한 구형 파면의 전파
→ 호이겐스의 원리를 따름
 균질한 매질
 각 방향의 전파속도는 동일함
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굴절법 탐사 이론 (2/3)
 임계굴절
스넬(Snell)의 법칙

다른 두
매질의 경계면에
 속도가
하부 매질의
전파속도가
상부보다탄성파가
클 때 발생
입사하게 되면 일부는 하부로, 일부는 경계면에 반사
 이때 임사각을 “임계각”이라 함
 이때 임계각과 굴절각의 비
→ 상하부 매질에서의 전파속도의 비와 같음
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굴절법 탐사 이론 (3/3)
탐지지점
 호이겐스의 원리
 임계각의 임계굴절파가 상향 굴절하여
지표에 도달하는 원리
 지표상에서 굴절파를 탐사할 수 있게 하는 원리
※ 탐지 이후엔 선두파가 직접파보다 빨리 도착
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탐 사 방 법
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3D 탄성파 탐사 (1/5)
 2차원 탐사의 문제점
 2D 격자망 탐사의 경우
- 격자망 사이의 정보 無 → 해석시 다른결과 도출 가능
 동일 지역 탐사 후 자료의 중첩으로 해석결과 변화
→ 초기의 해석결과에서 결과가 변화하게 됨
 탐사측선의 교차 지점에서 구조 보정의 결과로
서로 다른 측선간에 mis tie 문제점 발생 가능
 동일 지질모델에 대하여 2D 및 3D 탐사결과로부터
서로 다른 지질해석 도출이 가능함
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3D 탄성파 탐사 (2/5)
 3D 탄성파 탐사의 궁극적인 고안 목적
 2D 탐사자료 해석시 발생 가능한 문제점 감소
→ 정밀하고 정확한 지질해석
 3D적인 지하구조
→ 현재 2D 탐사로는 구조 영상화에 원천적인 한계 내재
 이러한 문제들을 종합적으로 해결하고 보다
정확한 조사 결과를 획득함으로서 경제적인
탐사를 하기 위해 3D탐사의 필요성이 부각됨
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3D 탄성파 탐사 (3/5)
 3D 탄성파 탐사시 요구되는 준비
 2D 탐사와는 달리 여러 복잡한 장비의 배열,
지질 구조에 맞는 취득변수의 선정 등이 필요
 탐사 수행 이전에 탐사지역 선정, 자료취득,
자료 처리과정을 고려한 탐사변수의 결정 등
정밀한 설계 요구됨
이러한 사전 준비를 통해 막대한 경비가 소요되는
탐사를 경제적으로 수행하여 소기의 목적 달성 가능
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3D 탄성파 탐사 (4/5)
 3D 탄성파 탐사의 구성
 자료기록관측 (Observer)
- Streamer 및 기록장비, Air gun 조절 시스템 조작
 실시간 탄성파 신호 디스플레이
- Streamer진수 주관, 관련 장비의 정비 및 관리
 품질관리 (Quality Control)
- 3D 지하 입체구조 작성, 2D의 경우 지하단면도 작성
 항측 (Navigation)
- GPS를 활용하여 관련 장비의 위치 및 시간정보 유지
 음원 및 수신장비 (Mechanic)
- Air gun & Air compressor plant 관련 장비 정비, 관리
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3D 탄성파 탐사 (5/5)
 음원의 종류
 육상탐사와 해상탐사에 따라 구분함
 주로 사용하는 것 위주로 나열
 현재 해상탐사에서는 환경문제를 이유로
폭발성 음원은 사용이 제한됨
 육상탐사
- 중추낙하 : Hammer
SBP
Air
Gun
Boomer
Vibroseis
- 폭발성 음원 : Dynamite, 8-gauge shotgun
- 진동성 음원 : Vibroseis, Dinoseis
 해상탐사
- Air gun, Speaker, Boomer,
SBP(Sub-Bottom Profiler)
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결 과 해 석
- 강원도 도계의 채탄에 의한 지반 침하지역에 관하여 -
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결 과 해 석 (1/4)
 탐사목적
 1년 시차 사이에 실시된 지반 보강 공사전과 후에
획득한 탄성파 영상자료를 비교
 보강 공사가 지반에 미친 영향 평가
 지역의 특성
 주향 : N30 ~ 40E
 경사 : NW, SE
 금풍갱 및 남풍갱
 중부향사 동익부
저경사 탄층(탄폭 20.~3.0m)
을 심도 2.5m에서 6.5m
연층으로 개발
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결 과 해 석 (2/4)
 자료 획득과 수신기 배열
 10kg Hammer를 파원으로 사용
 자료 기록은 0.5msec간격으로 0.5초간 실시
 모두 18채널 자료
 수신기는 40Hz의 지오폰을 사용함
 4개의 수신기 배열로 48개 수신기 설치
 간격은 인라인과 크로스라인 방향으로 2m간격,
크로스 라인 방향으로 1m간격으로 함
 2,210회 타격하여 총 트레이스 수는 106,080개
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결 과 해 석 (3/4)
 획득자료 해석
 3-a(좌상)
→ 지반보강공사 이전
 3-b(좌하)
3-a
→ 지반보강공사 이후
 흰색부분
- 시간 깊이가 낮은 부분
 검은색부분
- 시간 깊이가 깊은 부분
 막대형 심볼 : 철로 지반
3-b
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결 과 해 석 (4/4)
 변화가 양(+)인 경우
 매질의 전파속도가 빨라진 경우
 변화가 음(-)인 경우
 매질의 전파속도가 느려진 경우
 4-a
 3-a를 구성하는 각 점의 시간에서 이에
대응하는 3-b의 시간을 뺀 것
 4-a에서 철로부근의 속도 감소는 극히
적으나 그외 지역에서는 속도 감소
 4-b
 시간의 변화를 통계적으로 평가하기 위
하여 보강공사 전과 후의 데이터 중 첫
번째 반사 이벤트 부근 데이터의 격자
상관관계를 통하여 산출한 결과
4-a
4-b
 두 그림의 유사성을 통해 1년간 철로 지반
이외의 부분에서는 계속적으로 침하가 이
루어진 것으로 해석할 수 있다.
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적용분야 및 사례
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적용분야 및 사례 (1/4)
 적용분야
기존 에너지 – 석유 및 가스
에너지 자원
신 에너지 – 가스 하이드레이트
대체 에너지 – 지열 및 조 / 파력
광물 자원
망간 단괴, 골재 자원, 사광상
지하 공간 자원
해저면 및 지하공간 활용
#1. 유전탐사
 지질조사와 지구물리탐사 등의 방법을 이용해왔음
 지질조사만으론 한계 있고, 바다에서는 실시 불가
 지하 깊은 곳의 지질구조, 지층상태를 알기 위해
지구물리탐사를 실시
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적용분야 및 사례 (2/4)
#2. 터널 갱구부 지반조사방법
 터널 갱구부 → 시추장비 도달 가능 → 시추조사를
4~5공 터널 중심을 대칭으로 실시하는 것이 중요
- 이때 지질 주상도에 따라 풍화암종을 대상으로
토피고 1D이상까지 개착으로 갱구사면 형성
- 직접 시추조사 이외에 공대공탄성파 검사 수행
→ 시추공 사이의 지층별 탄성파 속도 획득 가능
→ 시추조사로 알 수 없는 파쇄대까지 파악 가능
- 탄성파 속도 : 암반의 연경을 판단할 수 있는 지표가 됨
- 터널 중심선을 따라 격자망으로 전기 저항탐사 수행시
지하수 유무 및 전기비저항에 따른 암반의 연경 획득
가능 → 3차원적인 지층구분선 획득 가능
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적용분야 및 사례 (3/4)
사례 1. 동해 가스 하이드레이트 탐사작업
 가스 하이드레이트
- 천연가스가 물분자와 결합해 얼음형태로 된 에너지원
- 영구동토 지역 및 심해지역에 주로 분포
- 전세계에 약 10억톤, 국내에 약 6억톤 매장 추정됨
 경북 포항 기점 130km해상의 유망1 지역에서
400㎢에 대한 3차원 정밀 탄성파 탐사작업 실시
 시료의 체취, 분석도 병행
 성공적으로 완료시 국내 최초 가스 하이드레이트
시험시추 가능할 것으로 예상
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적용분야 및 사례 (4/4)
사례 2. 남극의 지질환경 탐사
 해양 탄성파 탐사를 통해 남극 대륙붕의 구조,
빙하퇴적층 등을 연구하여 과거 남극의
기후변화기록 복원
 우리나라도 남극반도 주변 대륙붕을 중심으로
해양탄성파 탐사를 통해 해저분지의 성인,
구조 및 규모를 파악하는 연구 수행중
 남극 주변부의 지지, 지체구조 형성과정 등을
파악하고 유추하여 해저 석유, 가스 등
남극자원개발을 위한 필수자료 획득을 목적으로 함
 가장 유용한 탐사방법의 하나로
탄성파 탐사가 활용중임
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적용 한계와 발전 방향
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적용 한계와 발전 방향 (1/2)
 탄성파 탐사의 기술현황
 현대 석유탐사
- 전통적 대규모 배사구조보다 subtle trap혹은 극한
지역 탐사 혹은 대수심 지역탐사 등 고난도 탐사를
위주로 탐사
 미국, 노르웨이, 영국, 프랑스, 독일 등의 다국적
전문탐사기업에서 배타적 기술독점ㆍ주도
 중국도 미국기술을 도입하여 Binhai 511호 등
수 척의 석유탐사선 보유, 4중합 3차원 탄성파
탐사 수행 가능
 탐사선 건조는 노르웨이가 주도, 영국도 기술 보유
 탐사장비 제작 기술은 미국,노르웨이,일본 등이 주도
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적용 한계와 발전 방향 (2/2)
 우리 나라의 실정과 과제
실
정
과
제
- 탐사 경험 부족 → 탐사 장비에 대한 이해 부족
→ 장비 취급 수준 미숙 → 자료취득 능력 보완 요망
- 장비 고장에 대한 응급 대처 능력도 부족함
-
장비 취급의 숙련도 달성
해저지반 탐사를 위한 디지털 탐사기술 확립
기반암 정보획득 기술(다양한 탐사 방법 개발)
신속ㆍ정확한 모델링 기술
3차원 기반 구조해석 기술
 요구되는 사항
- 민ㆍ관 협조하의 기술 개발 및 협조체제 구축
- 전문인력 양성 등 정부의 지속적인 투자
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끝
짧지않은 시간 경청해주셔서 감사합니다!
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