AVO 분석은 지하의 가스 존재에 대한 직접적인 지시자로서 최근 탄성파 지하구조 단면도와 함께 석유탐사에 널리 이용되어져 왔다. 동해가스전과 같이 해저면 심부에 위치한 저류층의 경우 때때로 중합단면도 상에서 명점은 보이나 CMP 단면도 상에서 AVO 반응을 관찰하기가 어려운 경우가 종종 발생한다. 심부저류층의 경우 고결성이 증가하기 때문에 매질의 공극유체가 가스로 치환되더라도 매질의 P파 속도가 크게 감소하지 않으며 이로 인해 AVO 반응을 나타내는 주요 요소인 상부층과의 포아송비 차이도 크게 증가하지 않는다. 본 연구에서는 상 하부층의 포아송비를 달리하면서 포아송비의 차이가 AVO 반응에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 통해 상 하부층의 포아송비 차이가 작아질수록 입사각에 따른 반사진폭의 변화량이 작아져 AVO 반응이 미미해짐을 관찰할 수 있었다. 이 결과를 이용하여 동해가스전의 AVO 반응의 한계점을 고찰하기 위해 탄성파 자료와 물리검층 자료를 이용하여 고래 V구조를 모사한 속도모델을 만들고 합성탄성파 탐사자료를 생성하였다. 매질의 성질을 이용하여 이론적으로 계산한 AVO 반응과 실제 합성탄성파 자료를 처리하여 얻은 AVO 반응을 비교한 결과, 상 하부층의 포하송비의 차이가 작을 경우 입사각에 따른 반사진폭 변화가 매우 작으며 잡음이나 전처리 과정 중에서 발생하는 진폭 왜곡에 의해 AVO 반응 특성이 가려짐을 확인할 수 있었다. 이러한 심부저류층의 AVO 분석의 한계점을 극복하기 위해서는 자료취득 단계부터 정확한 반사파 진폭을 획득해야 하며 자료처리 과정에서도 반사파 진폭을 보존할 수 있는 기술이 필요하다.
AVO 분석은 지하의 가스 존재에 대한 직접적인 지시자로서 최근 탄성파 지하구조 단면도와 함께 석유탐사에 널리 이용되어져 왔다. 동해가스전과 같이 해저면 심부에 위치한 저류층의 경우 때때로 중합단면도 상에서 명점은 보이나 CMP 단면도 상에서 AVO 반응을 관찰하기가 어려운 경우가 종종 발생한다. 심부저류층의 경우 고결성이 증가하기 때문에 매질의 공극유체가 가스로 치환되더라도 매질의 P파 속도가 크게 감소하지 않으며 이로 인해 AVO 반응을 나타내는 주요 요소인 상부층과의 포아송비 차이도 크게 증가하지 않는다. 본 연구에서는 상 하부층의 포아송비를 달리하면서 포아송비의 차이가 AVO 반응에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 통해 상 하부층의 포아송비 차이가 작아질수록 입사각에 따른 반사진폭의 변화량이 작아져 AVO 반응이 미미해짐을 관찰할 수 있었다. 이 결과를 이용하여 동해가스전의 AVO 반응의 한계점을 고찰하기 위해 탄성파 자료와 물리검층 자료를 이용하여 고래 V구조를 모사한 속도모델을 만들고 합성탄성파 탐사자료를 생성하였다. 매질의 성질을 이용하여 이론적으로 계산한 AVO 반응과 실제 합성탄성파 자료를 처리하여 얻은 AVO 반응을 비교한 결과, 상 하부층의 포하송비의 차이가 작을 경우 입사각에 따른 반사진폭 변화가 매우 작으며 잡음이나 전처리 과정 중에서 발생하는 진폭 왜곡에 의해 AVO 반응 특성이 가려짐을 확인할 수 있었다. 이러한 심부저류층의 AVO 분석의 한계점을 극복하기 위해서는 자료취득 단계부터 정확한 반사파 진폭을 획득해야 하며 자료처리 과정에서도 반사파 진폭을 보존할 수 있는 기술이 필요하다.
Recently, AVO analysis has been widely used in oil exploration with seismic subsurface section as a direct indicator of the existence of the gas. In the case of the deep reservoirs like the gas reservoirs in the East-sea, it is often difficult to observe AVO responses in CMP gathers even though the ...
Recently, AVO analysis has been widely used in oil exploration with seismic subsurface section as a direct indicator of the existence of the gas. In the case of the deep reservoirs like the gas reservoirs in the East-sea, it is often difficult to observe AVO responses in CMP gathers even though the bright spots are shown in the stacked section. Because the reservoir becomes more consolidated as its depth deepens, P-wave velocity does not decrease significantly when the pore fluid is replaced by the gas. Thus the difference in Poisson's ratio, which is a key factor for AVO response, between the reservoir and the layer above it does not increase significantly. In this study, we analyzed the effects of Poisson's ratio difference on AVO response with a variety of Poisson's ratios for the upper and lower layers. The results show that, as the difference in Poisson's ratio between the upper and lower layers decreases, the change in the reflection amplitude with incidence angle decreases and AVO responses become insignificant. To consider the limitation of AVO responses shown in the gas reservoir in East-sea, the velocity model was made by simulation Gorae V structure with seismic data and well logs. The results of comparing AVO responses observed from the synthetic data with theoretical AVO responses calculated by using material properties show that the amount of the change in reflection amplitude with increasing incident angle is very small when the difference in Poisson's ratio between the upper and lower layers is small. In addition, the characteristics of AVO responses were concealed by noise or amplitude distortion arisen during preprocessing. To overcome such limitations of AVO analysis of the data from deep reservoirs, we need to acquire precisely reflection amplltudes In data acquisition stage and use processing tools which preserve reflection amplitude in data processing stage.
Recently, AVO analysis has been widely used in oil exploration with seismic subsurface section as a direct indicator of the existence of the gas. In the case of the deep reservoirs like the gas reservoirs in the East-sea, it is often difficult to observe AVO responses in CMP gathers even though the bright spots are shown in the stacked section. Because the reservoir becomes more consolidated as its depth deepens, P-wave velocity does not decrease significantly when the pore fluid is replaced by the gas. Thus the difference in Poisson's ratio, which is a key factor for AVO response, between the reservoir and the layer above it does not increase significantly. In this study, we analyzed the effects of Poisson's ratio difference on AVO response with a variety of Poisson's ratios for the upper and lower layers. The results show that, as the difference in Poisson's ratio between the upper and lower layers decreases, the change in the reflection amplitude with incidence angle decreases and AVO responses become insignificant. To consider the limitation of AVO responses shown in the gas reservoir in East-sea, the velocity model was made by simulation Gorae V structure with seismic data and well logs. The results of comparing AVO responses observed from the synthetic data with theoretical AVO responses calculated by using material properties show that the amount of the change in reflection amplitude with increasing incident angle is very small when the difference in Poisson's ratio between the upper and lower layers is small. In addition, the characteristics of AVO responses were concealed by noise or amplitude distortion arisen during preprocessing. To overcome such limitations of AVO analysis of the data from deep reservoirs, we need to acquire precisely reflection amplltudes In data acquisition stage and use processing tools which preserve reflection amplitude in data processing stage.
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문제 정의
동해 고래 V구조와 같이 해저면에서 심부에 존재하는 가스 저류 층의 AVO 분석에서 당면할 수 있는 문제점에 대해 고찰하였다. 또한 고찰한 결과를 확인하기 위하여 고래 V 구조를 모사한 속도모델을 만들고 이를 이용하여 합성탄성파 탐사 자료를 얻었다.
본 연구에서는 동해가스전의 AVO 분석에서 나타난 위와 같은 문제의 원인을 규명하고자 동해가스전처럼 해저 면으로부터 깊은 곳에 위치하는 심부저류층 매질의 특성과 공극수가 가스로 치환될 때의 AVO 반응 변화를 고찰하였다. 이를 통해 심부 저류 층에서 발생할 수 있는 AVO 반응에서의 문제점을 규명하고 동해 5구조를 모사한 속도모델로부터 얻은 합성탄성파 탐사자료를 이용하여 이를 확인하였다.
제안 방법
분석하였다. AVO 반응 분석에 앞서 행해지는 전처리 과정에서는 반사층이 얇아서 생긴 직접 파와 하부층에서 생기는 반사파를 구분하기 위해서 중앙값 필터(median filter)를 이용하여 직접파를 제거하였다. 그리고 매질의 특성 이외에 진폭에 가장 큰 영향을 미치는 구형발산으로 인한 진폭 감쇠를 보정 (Spherical spreading correction) 하였다.
6에 보이는 주요 지층의 경계면을 디지타이징 (digitizing)하여 지층의 경계면을 만들고 NMO 속도 분석을 통해 얻은 구간 속도를 이용하여 중합단면도의 시간축을 심도에 대해 변환하여 실제 고래 V 구조와 유사하게 만든 2차원 속도 모델이다. 가스저류층 지역의 각각의 덮개암과 가스 저류 층의 경계면은 물리검층 자료를 참조하여 만들었다. 또한 가스저류층 지역의 각각의 층에 사용될 가스층들의 심도와 매질의 성질들도 가스층에 대한 AVO 반응의 정밀 분석을 위해서 물리검층 자료에 근거하여 Table 2와 같이 제작하였다.
과거 동해에서도 탄화수소의 존재여부를 확인하기 위하여 일부 가스저류층에 대해서 반사법 탐사 자료와 검층 자료를 이용하여 AVO 반응 분석이 시행되었다. 그 결과 중합 단면 도상에서는 명점 (Bright spot)을 뚜렷이 볼 수 있었지만 공심점단면도 상에서는 예상된 AVO 반응을 확인할 수 없었다 (Hilterman, 1992).
AVO 반응 분석에 앞서 행해지는 전처리 과정에서는 반사층이 얇아서 생긴 직접 파와 하부층에서 생기는 반사파를 구분하기 위해서 중앙값 필터(median filter)를 이용하여 직접파를 제거하였다. 그리고 매질의 특성 이외에 진폭에 가장 큰 영향을 미치는 구형발산으로 인한 진폭 감쇠를 보정 (Spherical spreading correction) 하였다.
5 km로 설정하였고 첫 번째 송신원은 12 km에 위치하였고 왼쪽 방향으로 5 km까지 20 m 간격으로 이동하였다. 그리고 수신기는 송신원의 좌측에 10 m 떨어지게 위치시켜서 10 m 간격으로 500개를 설정하였다. 즉 마지막 송신 지점인 5 km 지점에서 마지막 수신기의 위치는 0인 지점에 놓이게 하였다.
또한 고찰한 결과를 확인하기 위하여 고래 V 구조를 모사한 속도모델을 만들고 이를 이용하여 합성탄성파 탐사 자료를 얻었다. 얻은 합성탄성파 탐사자료에 일반적으로 현장 자료에 적용되는 전처리과정과 AVO 분석방법을 수행하여 그 결과를 이론적으로 계산한 결과와 비교 .
이때 사용된 시추공의 수평 좌표는 약 7160 m 지점이다. 로깅 자료를 통해서 가스층으로 추정되는 5개의 층을 선택하여 각각의 층을 Bl, B2, B3&4와 B5로 명명하고 Table 2에서처럼 그 속도와 매질의 탄성파 특성을 속도모델에 사용하였다.
본 연구에서는 실제 과거 동해가스전에서 수행된 탄성파 반사법 탐사와 유사하게 Fig. 7에 도시한 속도모델을 이용하여 합성탄성파 자료를 생성하였다. 모델크기는 X 방향으로 13 km, z 방향으로 3.
이 때 나타나는 AV0 반응을 이론적으로 계산한 결과와 비교. 분석하여 심부저류층에서 나타날 수 있는 AVO 반응 분석의 한계점을 고찰하였다.
8). 수치모형 반응계산은 시간 영역 유한차분법으로 작성된 ELA2D 프로그램(Joachdn Falk, 1997)을병 렬처리가 가능하도록 수정 한 후 40개의 CPU를 이용하여 수행하였다. Fig.
앞에서 분석한 심부저류층 자료의 AVO 반응 특징이 해저면 2 km 부근에 존재하는 동해 가스전에서도 나타날 수 있는지를 확인하기 위하여 동해 고래 V 구조의 시추공에서 얻은 탄성파 반사법 자료와 물리검층 자료를 이용하여 동해 고래 V 구조를 모사한 속도 모델을 구성하였다. 이 속도 모델을 이용하여 합성탄성파 자료를 생성하였으며 현장 자료의 AVO 분석에 적용되는 기본적인 전처리 과정과 AVO 분석을 시행하였다.
위와 같은 가정을 한 뒤 상부층 포아송비는 0.15, 0.25, 0.35, 하부층 포아송비는 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35로 변화시켜 가면서 관찰하였다. 이때 P파, S파 속도, 포아송비와 밀도의 관계는 Table 1과 같다.
모사한 속도 모델을 구성하였다. 이 속도 모델을 이용하여 합성탄성파 자료를 생성하였으며 현장 자료의 AVO 분석에 적용되는 기본적인 전처리 과정과 AVO 분석을 시행하였다. 이 때 나타나는 AV0 반응을 이론적으로 계산한 결과와 비교.
치환될 때의 AVO 반응 변화를 고찰하였다. 이를 통해 심부 저류 층에서 발생할 수 있는 AVO 반응에서의 문제점을 규명하고 동해 5구조를 모사한 속도모델로부터 얻은 합성탄성파 탐사자료를 이용하여 이를 확인하였다.
합성탄성파 탐사 자료의 AVO 분석에 앞서 Table 2의 가스층과 그 상부층의 매질의 변수들을 이용하여 입사각에 따른 반사진폭의 값을 이론적으로 계산하여 AVO 반응을 예측하였다. 이때 사용한 Zoeppritz 근사식으로는 Shuey의 근 사 식을 사용하였다.
데이터처리
Fig. 7의 2차원 속도 모델로부터 만들어진 합성탄성파 자료에 일반적인 AVO 전처리 과정을 적용하고 분석한 결과를 앞의 이론적으로 계산된 AVO 반응과 비교 . 분석하였다.
또한 고찰한 결과를 확인하기 위하여 고래 V 구조를 모사한 속도모델을 만들고 이를 이용하여 합성탄성파 탐사 자료를 얻었다. 얻은 합성탄성파 탐사자료에 일반적으로 현장 자료에 적용되는 전처리과정과 AVO 분석방법을 수행하여 그 결과를 이론적으로 계산한 결과와 비교 . 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
이 속도 모델을 이용하여 합성탄성파 자료를 생성하였으며 현장 자료의 AVO 분석에 적용되는 기본적인 전처리 과정과 AVO 분석을 시행하였다. 이 때 나타나는 AV0 반응을 이론적으로 계산한 결과와 비교. 분석하여 심부저류층에서 나타날 수 있는 AVO 반응 분석의 한계점을 고찰하였다.
이론/모형
3. 밀도는 Vp와 Gardner 방정식을 이용하여 구하였다(Gardner, 1974).
4. 입사각에 다른 반사계수를 계산하기 위해서 식 (8)에 보여 지는 Shuey의 근사식을 사용하였다.
이때 사용한 Zoeppritz 근사식으로는 Shuey의 근 사 식을 사용하였다.
성능/효과
1. 해저면으로부터 심부에 있는 가스저류층의 경우 상부층들의 압력으로 일반적으로 고결 현상이 두드러지며, 바로 상부층과의 탄성파 속도가 크게 차이가 나지 않는다.
2. 저류층 매질이 고결상태인 경우 미고결 상태에 비해 가스가 염수를 치환하며 포화될 때의 탄성파 P파 속도의 감소 정도가 미고결 암석에 비해 현저히 떨어진다. 이로 인해 가스가포화된 가스저류층의 경우라도 그 상부층과 포아송비에서 큰차이가 나지 않는다.
3의 반응을 보인다. 3개의 가스층 중 상부층과의 포아송비 차이가 가장 크게 나는 B3&4층의 AVO 반응이 가장 뚜렷하게 나타나며 포아송비의 차이가 비슷한 B5층과 B2층의 경우는 입사각에 따른 반사계수의 변화량도 비슷하게 나타난다.
4. 입사각에 따른 반사파 진폭의 변화량이 작은 경우 잡음이나 전처리 과정 속에서 왜곡된 진폭 변화에 의해 AVO 반응 특성이 가려질 수 있다.
속도차이가 크게 나지 않는다. 따라서 이론적으로 계산된 결과는 수직입사 시 상대적으로 작은 음의 반사계수를 가진다. 또한 포아송비의 차이도 작기 때문에 입사각이 증가할 때 반사계수의 변화는 Fig.
하부층의 포아송비를 변화시키며 AVO 반응을 분석한 결과 상. 하부층의 포아송비 차이가 작을 때는 입사각에 따른 반사계수의 변화가 작아져 AVO 반응이 미세하게 나타나는 것을 확인하였다. 이는 Koefoed (1955)에 의해 제시된 결과와도 일치함을 알 수 있다.
후속연구
5. 따라서 심부저류증의 경우 정확한 AVO 반응 분석을 위해서는 자료취득 단계부터 정확한 반사파진폭을 획득해야 하며 자료처리 과정에서도 반사파 진폭을 보존할 수 있는 기술이 필요하다.
참고문헌 (12)
허식, 유해수, 김한준, 한상준, 이용국, 2004, 동해 울릉분지 남부 해역에 분포하는 가스 하이드레이트층의 특성 연구, 한국석유지질학회지, 10, 19-22
Aki, K., and Richards, P. G., 1980, Quantitative seismology- Theory and Methods, 1: W. H. Freeman and Co., San Francisco
Castagna, J. P., Batzle, M. L., and Kan, T. K, 1993, Rock Physics-The Link between rock properties and AVO response; in Castagna, J. P. and Backus, M. M., eds., Offset-dependent reflectivity - Theory and practice of AVO anomalies, Soc. Expl. Geophysics. Investigations in Geophysics no. 8, 135-171
Chiburis, E. F., 1993, AVO applications in Saudi Arabia: in Castagna, J. P. and Backus, M. M., eds., Offset-dependent reflectivity - Theory and practice of AVO anomalies, Soc. Expl. Geophysics. Investigations in Geophysics no. 8, 211- 229
Gardner, G. H. F., Gardner, L. W., and Gregory, A. R., 1974, Formation velocity and density-The diagnostic basics for stratigraphic traps: Geophysics, 39, 770-780
Joachim Falk, Hard- & Software of AGG Hamburg.: Finitedifference 2D full waveform modelling: ELA2D rel. 1.1, Finite-Difference modelling for 2D heterogeneous isotropic elastic media
Koefoed, O., 1955, On the effect of Poisson's ratios of rock strata on the reflection coefficients of plane waves: Geophys. Prosp., 3, 381-387
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