KR100660563B1 - 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치 및탐사방법 - Google Patents

자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치 및탐사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연안역 해상 탄성파 탐사의 한계를 극복하고, 석유탐사수준의 고해상도 탄성파 단면(반사법 및 굴절법)을 획득하기 위하여 해상 탄성파 탐사장치의 개발과 더불어 취득자료에 대한 전산처리 시스템을 구축하도록 한 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치 및 탐사방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치는 일정한 속도로 극천해를 운항하는 탐사선과; 상기 탐사선의 선두에 고정 설치되며, 탐사선의 위치 및 항적을 기록하는 인공위성 위치측정장치와; 상기 탐사선의 선상에 고정 설치되며, 반사신호를 디지털방식으로 기록하는 탄성파 기록장치와; 상기 탐사선의 선측에 고정 설치되는 자동화 부표판 및 단일채널로 이루어진 음향측심기와; 상기 탐사선의 선미에 고정 설치되며, 청음기와 무선송신기가 내장되는 수중청음기로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사방법은 각종 탐사장비가 장착된 탐사선을 일정한 속도로 운항하는 단계; 상기 탐사선에 장착된 인공위성 위치측정장치로 탐사선의 위치 및 항적을 기록하는 단계; 목표시작 시점부터 자동화 부표판을 이용하여 소정의 간격마다 음원을 발생함과 동시에 탄성파 기록장치를 이용하여 반사신호를 디지털방식으로 기록하는 단계; 상기 해상에서 취득한 자료 중 반사파 이외의 불규칙잡음을 모두 제거함과 동시에 자료처리 프로그램으로 전산처리하는 단계; 상기 자료처리 프로그램을 통해 최종 반사 단면에 대한 지질학적 해석을 수행하는 단계를 순차적으로 시행하여 해상 탄성파 반사법 탐사를 시행함을 특징으로 한다.
자동화 부표판, 다중채널, 해상, 탄성파, 반사파, 굴절파, 탐사장치, 탐사방법

Description

자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치 및 탐사방법{buoy-plate multi channel seismic survey system and method}
도 1은 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 자동화 부표판을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사 결과를 도시한 그래프.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
10: 탐사선 20: 인공위성 위치측정장치
30: 탄성파 기록장치 40: 자동화 부표판
41: 지지대 42: 목재부
43: 알루미늄판 44: 유압실린더 중추
45: 압력조절장치 46: 구동모터
50: 음향측심기 60: 수중청음기
70: 소노부표 100: 반사파
200: 굴절파
본 발명은 지구물리탐사 공학 분야 중 해상 탄성파 반사법 및 굴절법 탐사분야로서 해상 또는 수상에서 반사법 탐사로는 해저면 하부 약 100m심도까지의 고해상도 해저지층 단면(seismic profile)을 획득할 수 있으며, 굴절법 탐사로는 탐사시행 각 지점의 탄성파 P파 속도 값을 구할 수 있도록 한 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치 및 탐사방법에 관한 것이다.
일반적으로 연안역에서 시행하는 해상 탄성파 탐사는 수심 및 비용의 제한으로 인하여 석유탐사선과 같은 고비용, 대형선박의 활용은 불가능하므로 탄성파 탐사 수행방법 및 장비의 운용에 많은 제약이 따르고 있다.
여기서, 상기 종래의 연안역 SBP(sub-bottom profiler)방법 즉, bubble pulse, chirp, boomer, 3.5kHz 등의 아날로그 단일채널 장비를 이용한 탐사방식은 간편하고, 장비의 소형화로 인하여 소형선박(5ton 미만)을 이용한 탐사는 가능하였으나, 저에너지 음원의 한계 즉, 가탐심도가 해저면 퇴적층에도 미치지 못한다는 것이 큰 단점으로 지적되어 탐사구역 전반에 걸친 퇴적층 하부 기반암 확인이 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연안역 해상 탄성파 탐사의 한계를 극복하고, 석유탐사수준의 고해상도 탄성파 단면(반사법 및 굴절법)을 획득하기 위하여 해상 탄성파 탐사장치의 개발과 더불어 취득자료에 대한 전산처리 시스템을 구축하도록 한 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치 및 탐사방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치는 일정한 속도로 극천해를 운항하는 탐사선과; 상기 탐사선의 선두에 고정 설치되며, 탐사선의 위치 및 항적을 기록하는 인공위성 위치측정장치와; 상기 탐사선의 선상에 고정 설치되며, 반사신호를 디지털방식으로 기록하는 탄성파 기록장치와; 상기 탐사선의 선측에 고정 설치되는 자동화 부표판 및 단일채널로 이루어진 음향측심기와; 상기 탐사선의 선미에 고정 설치되며, 청음기와 무선송신기가 내장되는 수중청음기로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사방법은 각종 탐사장비가 장착된 탐사선을 일정한 속도로 운항하는 단계; 상기 탐사선에 장착된 인공위성 위치측정장치로 탐사선의 위치 및 항적을 기록하는 단계; 목표시작 시점부터 자동화 부표판을 이용하여 소정의 간격마다 음원을 발생함과 동시에 탄성파 기록장치를 이용하여 반사신호를 디지털방식으로 기록하는 단계; 상기 해상에서 취득한 자료 중 반사파 이외의 불규칙잡음을 모두 제거함과 동시에 자료처리 프로그램으로 전산처리하는 단계; 상기 자료처리 프로그램을 통해 최종 반사 단면에 대한 지질학적 해석을 수행하는 단계를 순차적으로 시행하여 해상 탄성파 반사법 탐사를 시행함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사를 도시한 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 자동화 부표판을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사 결과를 도시한 그래프이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치는 일정한 속도로 극천해를 운항하는 탐사선(10)과; 상기 탐사선(10)의 선두에 고정 설치되며, 탐사선(10)의 위치 및 항적을 기록하는 인공위성 위치측정장치(20)와; 상기 탐사선(10)의 선상에 고정 설치되며, 반사신호를 디지털방식으로 기록하는 탄성파 기록장치(30)와; 상기 탐사선(10)의 선측에 고정 설치되는 자동화 부표판(40) 및 단일채널로 이루어진 음향측심기(50)와; 상기 탐사선(10)의 선미에 고정 설치되며, 청음기와 무선송신기가 내장되는 수중청음기(60)로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치는 탐사선(10), 인공위성 위치측정장치(20), 탄성파 기록장치(30), 자동화 부표판(40), 음향측심기(50) 및 수중청음기(50)가 유기적으로 결합되어, 해상의 탄성파를 반사법 및 굴절법으로 탐사함을 특징으로 한다.
여기서, 상기 탐사선(10)은 수심 0.5m의 극천해 운항 가능한 선박을 이용하여 4knot 이하로 정속 운항한다.
또한, 상기 인공위성 위치측정장치(20, Differential Global Positioning System)은 위치정보시스템(Global Positioning System)의 오차를 보다 정밀하게 보정하여 이용자에게 제공하는 일종의 GPS 보정 시스템으로서, 정밀하게 측정된 기준국의 위치와 GPS 위성으로부터 수신한 신호를 비교하여 오차 보정값(Differential Correction Error)을 해상용 중파 라디오비컨 송신기로 전송하는 방식이다.
그리고, 상기 탄성파 기록장치(30)는 48채널(24bit A/D 컨버터)로 탄성파의 측정값의 시간적 변화를 자동적으로 기록하는 장치이다.
또한, 상기 자동화 부표판(40, buoy-plate))는 소정의 단면형상으로 이루어진 지지대(41)와; 상기 지지대(41)상에 고정 설치되는 목재부(42)와 상기 목재부(42)상에 고정 설치되는 알루미늄판(43)과 상기 알루미늄판(43) 상에 고정 설치되는 유압실린더 중추(44)와, 상기 유압실린더 중추(44)를 감싸며 압력을 조절하는 압력조절장치(45)와; 상기 압력조절장치(45)상에 고정 설치되면서 압력조절장치(45)를 구동시키는 구동모터(46)로 구성되며, 중심주파수 150Hz이며, 유압타격식으로서, 음원을 발생하는 장치이다.
그리고, 상기 음향측심기(50)는 발음기로 초음파를 발사하여, 그 음파가 해저에서 반사되어 오는 것을 수음기로 수신한 후 그 시간을 측정하여 바다의 깊이를 탐지하는 장치로 단일채널이다.
그리고 상기 수중청음기(60, hydrophone)는 48채널로 2.0m간격으로 배치된 구조로서, 반사·굴절된 파를 수신하는데, 그 전기신호는 증폭되어 세기에 따라서 기록지에 농담(濃淡)으로 기록된다.
또한, 상기 탐사선(10)으로부터 일정한 거리를 두고, 해저면에 고정 설치되 는 소노부표(70)로 구성된다.
이러한 소노부표(70, sono-buoy)는 청음기와 무선송신기를 내장하고 있는 부표로서 디지털방식으로 굴절법 탐사 전용부표이다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사에 대해 반사법과 굴절법으로 나누어 설명한다.
전자인 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사방법중 반사파(100) 탐사는 각종 탐사장비가 장착된 탐사선(10)을 일정한 속도로 운항하는 단계; 상기 탐사선(10)에 장착된 인공위성 위치측정장치(20)로 탐사선(10)의 위치 및 항적을 기록하는 단계; 목표시작 시점부터 자동화 부표판(40)을 이용하여 소정의 간격마다 음원을 발생함과 동시에 탄성파 기록장치(30)를 이용하여 반사신호를 디지털방식으로 기록하는 단계; 상기 해상에서 취득한 자료중 반사파 이외의 불규칙잡음을 모두 제거함과 동시에 자료처리 프로그램으로 전산처리하는 단계; 상기 자료처리 프로그램을 통해 최종 반사단면에 대한 지질학적 해석을 수행하는 단계를 순차적으로 시행하여 해상 반사파(100) 탐사를 시행함을 특징으로 한다.
즉, 다중채널 해상 탄성파의 반사파(100) 탐사는 탐사선(10)을 수심 0.5m의 극천해 운항 가능한 선박을 이용하여 4knot 이하로 정속 운항하고, 자동화 부표판(40) 및 음향측심기(50)는 선측에, 48채널 수중청음기(60)는 선미에 부착 고정시킨 후, 탐사개시와 더불어 해상용 인공위성 위치측정장치(20)로 항적을 기록하며, 목표시작 시점부터 자동화 부표판(40)을 이용하여 2초에 한번씩 음원을 발생함과 동 시에 48채널 탄성파 기록장치(30)를 이용하여 반사신호를 디지털 방식으로 기록한다.
이어서, 해상에서 취득한 자료를 천해용 반사법 자료처리 프로그램으로 전산처리하되, 이 과정에서 반사파(100) 이외의 불규칙잡음(다양한 종류의 다중반사파, 버블, 선박잡음, 너울보정외 기타잡음)을 모두 제거함과 동시에 12중합 이상의 고S/N비를 구현하여, 석유탐사수준의 고해상도 반사단면을 취득한다.
최종적으로 반사단면에 대한 지질학적 해석을 시행한다.
또한, 후자인 전자인 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사방법중 굴절파(200) 탐사법은 탐사선(10)에 각종 탐사장비를 고정 설치한 후, 일정한 속도로 운항하는 단계; 상기 탐사선(10)에 장착된 인공위성 위치측정장치(20)로 탐사선(10)의 위치 및 항적을 기록하는 단계; 상기 탐사선(10)에서 해상에 소노부표(70)를 투하함과 동시에 이 소노부표(70)를 앵커를 이용하여 해저면에 고정 설치하는 단계; 상기 탐사선(10)이 소노부표(70)로부터 멀어지면서 자동화 부표판(40)을 이용하여 소정의 간격마다 음원을 발생함과 동시에 상기 소노부표(70)에 수신된 굴절파(200)는 무선으로 탐사선(10)의 탄성파 기록장치(30)에 수신, 기록 및 저장하는 단계; 상기 탐사선(10)을 목적심도의 약 5배가 해당되는 부분까지 운항한 다음 종료하는 단계; 상기 해상에서 취득한 자료에 대해 실내에서 자료처리 프로그램으로 전산처리하여 각 지점의 속도(Vp)를 파악하는 단계; 상기 각 지점의 속도(Vp)를 토대로 반사단면의 시간영역을 심도영역으로 정밀하게 전환하는 단계를 순차적으로 시행하여 해상 굴절파(200)를 탐사함을 특징으로 한다.
즉, 해저면이 평탄한 곳에 탐사선(10)으로부터 소노부표(70)를 투하하고, 이 소노부표(70)를 앵커를 이용하여 해저면에 고정시킨 후, 탐사선(10)이 소노부표(70)에서 점차 멀어지면서, 자동화 부표판(40)을 이용하여 1초에 한번씩 음원을 발생하고, 소노부표(70)에 수신되는 굴절파(200)는 무선으로 탐사선(10)의 탄성파 기록장치(30)에 수신, 기록, 저장시킨 후, 목적심도의 약 5배에 해당될 때까지 탐사선(10)을 운항한 다음 종료한다.
이어서, 해상에서 취득된 자료에 대한 실내자료를 전산처리 후, 각 지점의 속도(Vp)을 파악한 후, 이를 토대로 반사단면의 시간영역을 심도영역으로 정밀하게 전환한 후, 반사단면에 대한 지질학적 해석을 시행하는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치 및 탐사방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 최소수심 0.5m의 연안역에서도 수행 가능한 다중채널 고해상도 탄성파 반사법 및 굴절법 탐사 장비 및 방법을 개발함으로써 향후 해양개발 분야에서 요구되는 상세한 해저 지반정보를 제공할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 본 발명은 고효율, 저비용 구현이 가능한 해상 탄성파 탐사장비(음원)개발 및 PC환경에서도 가능한 자료 전산처리 소프트웨어 및 알고리즘을 적용하여 경제성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 일정한 속도로 극천해를 운항하는 탐사선과; 상기 탐사선의 선두에 고정 설치되며, 탐사선의 위치 및 항적을 기록하는 인공위성 위치측정장치와; 상기 탐사선의 선상에 고정 설치되며, 반사신호를 디지털방식으로 기록하는 탄성파 기록장치와; 상기 탐사선의 선측에 고정 설치되는 자동화 부표판 및 단일채널로 이루어진 음향측심기와; 상기 탐사선의 선미에 고정 설치되며, 청음기와 무선송신기가 내장되는 수중청음기로 구성됨을 특징으로 하는 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자동화 부표판은 소정의 단면형상으로 이루어진 지지대와; 상기 지지대상에 고정 설치되는 목재부와 상기 목재부상에 고정 설치되는 알루미늄판과 상기 알루미늄판상에 고정 설치되는 유압실린더 중추와, 상기 유압실린더 중추를 감싸며 압력을 조절하는 압력조절장치와; 상기 압력조절장치상에 고정 설치되면서 압력조절장치를 구동시키는 구동모터로 구성됨을 특징으로 하는 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치.
  3. 각종 탐사장비가 장착된 탐사선을 일정한 속도로 운항하는 단계; 상기 탐사선에 장착된 인공위성 위치측정장치로 탐사선의 위치 및 항적을 기록하는 단계; 목 표시작 시점부터 자동화 부표판을 이용하여 소정의 간격마다 음원을 발생함과 동시에 탄성파 기록장치를 이용하여 반사신호를 디지털방식으로 기록하는 단계; 상기 해상에서 취득한 자료중 반사파 이외의 불규칙잡음을 모두 제거함과 동시에 자료처리 프로그램으로 전산처리하는 단계; 상기 자료처리 프로그램을 통해 최종 반사단면에 대한 지질학적 해석을 수행하는 단계를 순차적으로 시행하여 해상 탄성파 반사법 탐사를 시행함을 특징으로 하는 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사방법.
  4. 탐사선에 각종 탐사장비를 고정 설치한 후, 일정한 속도로 운항하는 단계; 상기 탐사선에 장착된 인공위성 위치측정장치로 탐사선의 항적을 기록하는 단계; 상기 탐사선에서 해상에 소노부표를 투하함과 동시에 소노부표를 앵커를 이용하여 해저면에 고정 설치하는 단계; 상기 탐사선이 소노부표로부터 멀어지면서 자동화 부표판을 이용하여 소정의 간격마다 음원을 발생함과 동시에 상기 소노부표에 수신된 굴절파는 무선으로 탐사선의 탄성파 기록장치에 수신, 기록 및 저장하는 단계; 상기 탐사선을 목적심도의 약 5배가 해당되는 부분까지 운항한 다음 종료하는 단계; 상기 해상에서 취득한 자료에 대해 실내에서 자료처리 프로그램으로 전산처리하여 각 지점의 속도(Vp)를 파악하는 단계; 상기 각 지점의 속도(Vp)를 토대로 반사단면의 시간영역을 심도영역으로 정밀하게 전환하는 단계를 순차적으로 시행하여 해상 탄성파 굴절법 탐사를 시행함을 특징으로 하는 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사방법.
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