탄성파 탐사 - 굴절법 및 반사법 탐사

탄성파 탐사(seismic prospecting)

 

굴절법 탐사

이 원리는 탄성파탐사법의 굴절법과 반사법 중의 하나로서 지진학자들이 지구 내부의 속도 분포를 연구하는데 응용하였다. 1920년대 이후 석유 부존에 중요한 구조인 암염돔(salt dome) 등을 찾는데 효과적으로 이용하였다. 최근에는 석유 탐사는 거의 반사법을 이용하고 있다. 반면에, 예비지질조사, 광물조사, 지하수 탐사 등은 굴절법이 유용하게 이용된다. 굴절법은 탐성파의 전파과정에서 임계굴절 (critical refraction)이 일어날 수 있는 경우에만 사용된다(그림 6-11). 적용되는 구조로는 수평 구조(2층 · 다층), 경사층(2층·다층) 구조가 있다.

 

야외 탐사 방법 중에서 해양 굴절법 탐사는 1960년 말까지는 에너지원으로 다이너마이트를 사용하였고 탐사선 에너지 수신과 발사를 별도로 사용해야하므로 반사법에 비해서 유리하지 못한다. 미 해군에서 잠수함 탐지 방법으로 개발된 무선 부표(sonobuoy)와 비 폭발성 에너지원이 굴절법에 사용된 것은 1968년 이후부터이다. 한 척의 배(에너지 발사용)에서 8 ~ 12초 간격으로 에너지를 발사하고 수중청음기 (hydrophone)와 라디오 송신기를 장치한 무선 부표를 해양에 띄워서 탐사하고자 하는 선(line)을 따라 가면서 주기적으로 발사하여 트레이스(trace)를 각각 기록하는 방법이다.

 

이외에도 암염돔 탐사를 위한 선형 발파법을 사용한다. 암염돔은 유전의 형성에 매우 중요한 구조로서, 1930년대에 미국의 텍사스와 루이지리아나주 연안의 멕시코만 에서도 수천 번에 달하는 선형 발파법에 의한 탐사가 실시되었다. 이 방법의 수진기들은 발파점으로부터 5 10km 정도 떨어진 지점에 부채살 모양으로 배열된다. 탐사방법의 순서는 먼저 암염돔이 없는 주변 지역에서 통상적인 측선발파에 의한 조사를 실시하여 검정 (calibration)용 주시곡선을 얻는다. 다음에는 암염돔이 예상되는 지점에서 두 곳에 발파점을 설치하고 선형발파를 실시한다. 이때 각 수진기에 기록되는 굴절파의 주시는 그림 6-12 (b) 에서 점으로 표시되어 있다. 검정곡선과 비교하여 주시가 짧게 나타나는 점은 고속도의 암염돔을 통과하여 전파되어 온 파를 나타내며, 이때 시간차(time lead)는 각 전파 경로에 따른 암염의 두께에 비례한다.

 

이상의 방법으로 구한 시간차는 수진기 배열 위치와 탄성파의 전파 경로를 나타내는 지도상에 원형의 시간척도(circular time scale)로서 도시한다. 척도상의 빗금친 부분은 시간차를 표시한 것이며, 이것으로부터 암염돔의 윤곽을 알아낼 수 있다. 이와 같은 선형 발파법은 짧은 시간 내에 비교적 광범위한 지역을 손쉽게 조사할 수 있기 때문에 새로운 지역에 대한 예비 탐사에도 효과적으로 이용된다.

 

 

반사법 탐사

여러 가지 탐사법이 있지만 이 반사법 탄성파 탐사(reflection seismic method)는 지하의 퇴적층 조사에 어느 방법보다 많이 이용된다. 또한 석유 탐사에 많이 사용되고 있고 이 방법의 원리는 음향측심법(echo-sounding)의 원리와 유사하며 퇴적층 구별에는 각 지층별로 반사되어오는 파를 판별하고 있다. 심도에 따른 속도 분포에 어떠한 제한도 없으므로 복잡한 다층구조를 자세히 연구하는데는 굴절법보다 우수하다 (수백에서 수천 정도), 반사법 탐사자료를 정확하게 해석하기 위해서는 반사파 전파 경로상의 모든 점에서의 속도에 대한 정보가 필요하며 이를 해석하는 것은 매우 복잡하다. 즉, 수평 층에서 경사층 구조에서 반사파 등 2차, 3차원적 해석이 뒤따라야 한다.

굴절파에서처럼 탄성파 탐사초기에는 다이너마이트가 거의 유일한 에너지원이며 현재에도 많이 사용되고 있다(폭발성 에너지원). 위 에너지원을 제외한 바이브로사이스(vibroseis)와 같은 지표용 에너지원들이 있다. 해양 반사법 탐사의 기본원리는 육지와 동일하다. 에너지원은 탐사선 뒤에 매달고 수중청음기(streamer cable)를 끌고 항해한다. 이 방법은 수중에서 순간적인 압력임펄스(pressure impulse)를 생성할 수 있도록 고안되어 있고 이 충격파가 지하로 전파해 간다.

 

주의해야 할 점은 발파점 주변의 물의 진동 때문에 생겨나는 2차적 펄스이다. 이런 현상을 기포효과(bubble effect)라 한다. 에너지원은 다이너마이트 같은 폭발성 에너지 (플렉소티르)와 에어 건(air-gun) 같은 非 폭발성 에너지원이 있다. 이외에도 여러 가지 에너지원들이 있으며 각기 특수한 기능을 지니고 있으나 많이 사용되지는 않는다.

 

탄성파 자료는 푸리에 변환(Fourier transform), 상관 (correlation), 컨벌루션(convolution)과 필터링(filtering) 또는 역과정, Z-변환과 파형의 위상, 수학적 방법에 의하여 처리를 하게 되고 많은 자료를 전산처리 과정을 거쳐서 자료보정과 속도보정을 거쳐서 종합하여 탄성파 단면을 도시하게 된다. 이 탄성파 자료를 해석하여 지질구조를 추정하여 탄화수소를 직접 탐사할 수 있고 탄성파 모형실험도 할 수 있다.