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문제 정의
- 본 연구는 2007년 가스하이드레이트 탐사를 위해서 동해 울릉분지에서 취득한 물리검층 자료를 이용하여 가스하이드레이트 함유지층과 비함유지층의 음파전달속도 차이를 알아보고 음파전달속도와 다른 물성값과의 상관 관계 분석을 통하여 가스하이드레이트가 음파전달속도에 미치는 영향을 규명하고자 한다.
- 본 연구는 2007년 가스하이드레이트 탐사를 위해서 동해 울릉분지에서 취득한 물리검층 자료를 이용하여 가스하이드레이트 함유지층과 비함유지층의 음파전달속도 차이를 알아보고 음파전달속도와 다른 물성값과의 상관 관계 분석을 통하여 가스하이드레이트가 음파전달속도에 미치는 영향을 규명하고자 한다.
제안 방법
- 검층자료는 전기비저항값을 기준으로 하여 가스하이드레이트 함유지층과 비함유지층으로 구분하였다. 전기비저항은 전기전도도의 역수로 매질의 전기적 성질을 의미하는데 매질내의 공극이 물로 포화되어 있을 때보다 가스하이드레이트로 채워진 경우 전기의 흐름을 방해하여 높은 전기비저항값을 보여준다.
- 이러한 물리검층의 경우는 퇴적층을 시추하면서 이루어지기 때문에 시추속도를 일정하게 유지하는 것이 양질의 자료를 취득하는데 중요하다. 따라서 이번 물리검층에서는 일정한 깊이별 자료를 취득하기 위하여 검층 장비의 시추속도를 알려주는 ROP (Rate of Penetration)를 시간당 40~50 m 깊이로 유지하였다.
- 이러한 물리검층의 경우는 퇴적층을 시추하면서 이루어지기 때문에 시추속도를 일정하게 유지하는 것이 양질의 자료를 취득하는데 중요하다. 따라서 이번 물리검층에서는 일정한 깊이별 자료를 취득하기 위하여 검층 장비의 시추속도를 알려주는 ROP (Rate of Penetration)를 시간당 40~50 m 깊이로 유지하였다.
- 물리검층 자료는 가스하이드레이트 함유지층과 비함유 지층으로 구분하여 깊이별 변화 단면도와 물성간의 상관관계를 도시하여 해석하였다. 그림 4는 가스하이드레이트 함유지층과 비함유지층으로 구분하여 깊이별로 음파전달속도 및 전기비저항 값을 도시한 그래프이다.
- 물리검층 자료는 가스하이드레이트 함유지층과 비함유 지층으로 구분하여 깊이별 변화 단면도와 물성간의 상관관계를 도시하여 해석하였다. 그림 4는 가스하이드레이트 함유지층과 비함유지층으로 구분하여 깊이별로 음파전달속도 및 전기비저항 값을 도시한 그래프이다.
대상 데이터
- 가스하이드레이트 함유퇴적물의 음파전달속도는 지구물리검층을 통하여 현장에서 직접 취득하였다. 이 검층방법은 해저면 아래의 퇴적층을 시추하면서 동시에 속도를 비롯한 물성값을 측정하는 것 (Logging While Drilling, LWD)이다.
- 가스하이드레이트 함유퇴적물의 음파전달속도는 지구물리검층을 통하여 현장에서 직접 취득하였다. 이 검층방법은 해저면 아래의 퇴적층을 시추하면서 동시에 속도를 비롯한 물성값을 측정하는 것 (Logging While Drilling, LWD)이다.
- 동해 울릉분지에서의 조사는 가스하이드레이트의 탐사를 목적으로 2007년도에 수행되었으며 이용된 탐사선은 약 4천톤 규모의 노르웨이 국적 RemEtive이고 검층장비는 Schlumberger 사의 것을 이용하였다. 물리검층은 총 5개 정점에 대하여 수행하였지만 이번 연구에 이용된 자료는 연구의 목적상 가스하이드레이트의 함유량이 가장 높은 1개 정점 (그림 1)을 선정하여 그 자료를 이용하였다 [14], 이 정점은 울릉분지의 중앙에 위치하고 수심은 2,078 m이며 검층이 이루어진 깊이는 해저면에서부터 해저면하 약 230 m까지이다.
- 동해 울릉분지에서의 조사는 가스하이드레이트의 탐사를 목적으로 2007년도에 수행되었으며 이용된 탐사선은 약 4천톤 규모의 노르웨이 국적 RemEtive이고 검층장비는 Schlumberger 사의 것을 이용하였다. 물리검층은 총 5개 정점에 대하여 수행하였지만 이번 연구에 이용된 자료는 연구의 목적상 가스하이드레이트의 함유량이 가장 높은 1개 정점 (그림 1)을 선정하여 그 자료를 이용하였다 [14], 이 정점은 울릉분지의 중앙에 위치하고 수심은 2,078 m이며 검층이 이루어진 깊이는 해저면에서부터 해저면하 약 230 m까지이다.
- 동해 울릉분지에서의 조사는 가스하이드레이트의 탐사를 목적으로 2007년도에 수행되었으며 이용된 탐사선은 약 4천톤 규모의 노르웨이 국적 RemEtive이고 검층장비는 Schlumberger 사의 것을 이용하였다. 물리검층은 총 5개 정점에 대하여 수행하였지만 이번 연구에 이용된 자료는 연구의 목적상 가스하이드레이트의 함유량이 가장 높은 1개 정점 (그림 1)을 선정하여 그 자료를 이용하였다 [14], 이 정점은 울릉분지의 중앙에 위치하고 수심은 2,078 m이며 검층이 이루어진 깊이는 해저면에서부터 해저면하 약 230 m까지이다.
- 동해 울릉분지에서의 조사는 가스하이드레이트의 탐사를 목적으로 2007년도에 수행되었으며 이용된 탐사선은 약 4천톤 규모의 노르웨이 국적 RemEtive이고 검층장비는 Schlumberger 사의 것을 이용하였다. 물리검층은 총 5개 정점에 대하여 수행하였지만 이번 연구에 이용된 자료는 연구의 목적상 가스하이드레이트의 함유량이 가장 높은 1개 정점 (그림 1)을 선정하여 그 자료를 이용하였다 [14], 이 정점은 울릉분지의 중앙에 위치하고 수심은 2,078 m이며 검층이 이루어진 깊이는 해저면에서부터 해저면하 약 230 m까지이다.
- 취득된 자료는 그림 3과 같이 진폭이미지, slowness, 파형 등의 형태로 저장하고 이 값은 또 다른 목적을 위하여 재처리가 가능하다. 음파전달속도 자료외에 물성자료는 Adnvision (공극률 및 밀도 자료) 및 Geovision (전기 비저항 자료)을 이용하여 측정하였다 (각 검층장비에 대한 규격은 Schlumberger 홈페이 지를 참고하기 바람: www. slb.com).
- 취득된 자료는 그림 3과 같이 진폭이미지, slowness, 파형 등의 형태로 저장하고 이 값은 또 다른 목적을 위하여 재처리가 가능하다. 음파전달속도 자료외에 물성자료는 Adnvision (공극률 및 밀도 자료) 및 Geovision (전기 비저항 자료)을 이용하여 측정하였다 (각 검층장비에 대한 규격은 Schlumberger 홈페이 지를 참고하기 바람: www. slb.com).
이론/모형
- 그림 5는 음파전달속도 및 공극률과의 관계식이며 가스하이드레이트 함유구간과 비함유구간의 자료를 별도로 도시하였다. 음파전달속도와 공극률과의 관계는 Wood [17]와 Wllie[18]의 관계식을 이용하여 주로 해석한다. Wood의 경우는 강성률 (rigidity)을 갖지 않으며 입자가 주로 부유상태로 존재할 경우의 관계식이다.
성능/효과
- 결과적으로 본 연구지역의 경우 가스하이드레이트와 자유 가스로 인하여 Hamilton ⑵이 제시한 일반적인 해양퇴적층의 깊이에 대한 속도값의 변화량과는 많은 차이가 있기 때문에 가스하이드레이트가 함유된 지층의 경우 지 음향 모델을 이용하여 속도값을 예측하는데 세밀한 주의가 필요하다.
- 동해 울릉분지에서 지구물리검층을 통해서 취득한 물성자료를 분석한 결과 가스하이드레이트 함유지층과 비함유지층의 음파전달속도는 물론 물성값이 현저하게 다른 특징을 보여주었다. 또한 각 물성간의 상관관계에서도 일반적 인 해양 퇴적물에서 보여주는 관계식보다 다른 양상을 보여주어 가스하이드레이트가 퇴적물의 물성에 크게 영향을 준다는 것을 알 수 있었다. 이는 일반적으로 퇴적층 깊이에 따른 물성값의 변화보다도 더 크게 작용하고 있어 가스하이드레이트가 함유된 지층의 물성을 해석할 때는 가스하이드레이트의 존재 형태나 함량 등에 대한 연구가 병행되어야 정확한 물성을 예측할 수 있을 것으로 본다.
- 그 이유는 매질이 높은 공극률을 가지면서 매질의 밀도값과 체적탄성율의 변화량이 서로 차이가 나기 때문이다. 본 연구지역의 가스하이드레이트 함유지층의 경우 낮은 공극률에서부터 그 값이 증가할수록 속도값이 증가하는 양상을 보여주는데 이는 공극률이 높을 경우 공극내 포함되어 있는 가스하이드레이트의 함량이 증가하여 속도값이 증가하는 것으로 보인다.
- 3 km/s를 보이는데 이 역시 퇴적층내에 산재하여 존재할 경우에는 이보다 훨씬 낮아진다. 즉, 표 1에서와 같이 순수한 가스하이드레이트와 물로 포화된 해양 미고결퇴적물의 값 (북태평양 대륙붕 및 사면 자료)과는 각각의 물성값이 많은 차이가 있음을 알 수 있다 또한 울릉분지 지구물리 검층자료 중 분지의 남서부 사면에 위치하는 정점의 경우 가스하이드레이트 함유 가능성이 가장 낮아 일반적인 해양퇴적물의 경우와 유사한 특성을 가지는 곳으로 이 정점의 전기비저항은 0.5-1.0 Ohm-m의 범위로 해양퇴적물에 함유되어 있는 가스하이드레이트가 퇴적물의 전기비저항에 크게 영향을 준다는 것을 알 수 있다.
후속연구
- 해저면 부근 〜10 m 상부층도 낮은 속도값을 보이는데 이는 가스하이드레이트의 해리로 인한 자유가스가 퇴적층내에 존재하기 때문으로 생각된다. 결과적으로 본 연구지역의 경우 가스하이드레이트와 자유가스로 인하여 Hamilton [2]이 제시한 일반적인 해양 퇴적층의 깊이에 대한 속도값의 변화량과는 많은 차이가 있기 때문에 가스하이드레이트가 함유된 지층의 경우 지음향모델을 이용하여 속도값을 예측하는데 세밀한 주의가 필요하다.
- 이는 가스하이드레이트와 자유가스로 인해 본 연구지역 퇴적물의 물성특성이 일반적인 해양퇴적물과는 다른 특성을 보이기 때문이다. 그러나 이에 대한 자세한 이유는 더 많은 연구가 필요할 것으로 본다.
- 이 역시 그림 5에서 이미 설명한 바와 같이 가스하이드레이트의 존재형태가 퇴적물의 물성에 다양하게 영향을 주고 있음을 지시한다. 일반적으로 퇴적물의 밀도는 입자를 구성하는 광물성분, 속성작용, 미고생물의 함량 및 종류 등에 따라서 다양한 값을 보이며, 밀도가 증가 할수록 체적탄성율의 증가로 인해 음파전달속도값이 증가한다 그러나 본 연구지역과 같이 가스하이드레이트가 존재하거나 혹은 자유가스가 존재할 경우 일반적인 대륙붕 지역 해양퇴적물에 대한 연구결과를 바탕으로 제시한 Hamilton의 경험식 [19]은 적용될 수 없으며 새로운 경험식이 필요하다. 즉 밀도가 증가할수록 공극 내에 가스하이드레이트의 함량이 감소하는 결과를 초래하기 때문에 속도값이 감소하는 경향을 보이는 것으로 보인다.
- 이 역시 그림 5에서 이미 설명한 바와 같이 가스하이드레이트의 존재형태가 퇴적물의 물성에 다양하게 영향을 주고 있음을 지시한다. 일반적으로 퇴적물의 밀도는 입자를 구성하는 광물성분, 속성작용, 미고생물의 함량 및 종류 등에 따라서 다양한 값을 보이며, 밀도가 증가 할수록 체적탄성율의 증가로 인해 음파전달속도값이 증가한다 그러나 본 연구지역과 같이 가스하이드레이트가 존재하거나 혹은 자유가스가 존재할 경우 일반적인 대륙붕 지역 해양퇴적물에 대한 연구결과를 바탕으로 제시한 Hamilton의 경험식 [19]은 적용될 수 없으며 새로운 경험식이 필요하다. 즉 밀도가 증가할수록 공극 내에 가스하이드레이트의 함량이 감소하는 결과를 초래하기 때문에 속도값이 감소하는 경향을 보이는 것으로 보인다.
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