KR101665384B1 - 중력계를 이용한 지하물질의 밀도변화 측정방법 - Google Patents

중력계를 이용한 지하물질의 밀도변화 측정방법 Download PDF

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Abstract

지하물질의 밀도변화 측정방법이 개시된다. 지하물질의 밀도변화를 측정하기 위하여, 대상 지하물질 상부에 시추공을 형성하고, 형성된 시추공 외부 및 내부에 제1 중력계 및 제2 중력계를 각각 설치한다. 이어서, 제1 중력계 및 제2 중력계를 이용하여 측정된 제1 중력변화 및 제2 중력변화를 기초로 대상 지하물질의 밀도변화를 산출한다. 이러한 지하물질의 밀도변화 측정방법에 따르면, 지하 저류층(reservoir)에 저장된 오일(oil), 가스(gas) 등 그리고 지중 저장소 내에 주입된 이산화탄소 등과 같은 대상 지하물질의 밀도변화를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

중력계를 이용한 지하물질의 밀도변화 측정방법{METHOD OF MEASURING DENSITY OF UNDERGROUND MATERIAL}
본 발명은 중력계를 이용한 지하물질의 밀도변화 측정방법에 관한 것으로서, 저류층에 저장된 오일이나 가스, 지중 저장소에 저장된 이산화탄소 등의 분포의 변화, 누출 여부 등을 연속적으로 측정할 수 있다.
최근 지구 온난화 등 환경 문제로 인하여 이산화탄소의 포집 및 포집된 이산화탄소의 해양, 지중, 지표 저장에 대해 많은 연구가 수행되고 있다. 포집된 이산화탄소의 저장 방법 중 해양 저장은 해양 생태계 파괴의 문제를 야기할 수 있고, 지표 저장은 이산화탄소를 고착화시킨 광물의 저장소 문제 등으로 아직은 기술 초기단계에 불과하며, 지중 저장이 가장 대표적 저장 기술로 인정되고 있다.
이산화탄소의 지중 저장 후에는 이에 대한 정기적인 모티터링이 필요하다. 저장된 이산화탄소가 단층이나 암석의 틈을 통하여 상부로 이동하면서 지하수를 오염시키거나 대기 혹은 해수 속으로 누출되어 생태계에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 노르웨이 에너지회사는 1999년에 230만톤, 2001년에 440만톤의 이산화탄소를 지중에 주입한 후 탄성파 탐사를 실시하여 이산화탄소를 주입하지 않았던 1994년도의 자료와 비교하여 이산화탄소 주입 후 이산화탄소의 거동이 존재함을 증명하였다.
이산화탄소의 지중 저장이 활성화되기 위해서는 지중 저장된 이산화탄소의 거동을 파악할 수 있는 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.
또한, 고갈되고 있는 화석 연료의 효율적인 이용을 위하여 저류층(reservoir) 내에 저장된 오일이나 가스의 거동을 파악할 수 있는 기술에 대한 개발도 요구된다. 이러한 기술을 이용하면 채굴 과정에서 저류층 내에 저장된 오일이나 가스의 매장량, 분포 변화를 실시간으로 관찰이 가능하므로, 지하자원의 채굴 계획 수립에 많은 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 목적은 지표상에 설치된 중력계 및 시추공 내에 설치된 중력계를 수직으로 커플링시킴으로써 대상 지하물질의 밀도변화를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 지하물질의 밀도변화 측정방법은 대상 지하물질 상부에 시추공을 형성하는 단계; 상기 시추공 외부 및 내부에 제1 중력계 및 제2 중력계를 각각 설치하는 단계; 상기 제1 중력계 및 제2 중력계를 이용하여 제1 중력변화 및 제2 중력변화를 각각 측정하는 단계; 및 상기 제1 중력변화 및 상기 제2 중력변화를 기초로 상기 대상 지하물질의 밀도변화를 산출하는 단계를 포함한다. 상기 대상 지하물질은, 예를 들면, 지하 오일(oil), 가스(gas) 및 이산화탄소로 이루어진 그룹에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 시추공을 형성하는 단계 동안 상기 대상 지하물질 상부에 존재하는 지각 물질에 대한 정보를 획득하고, 상기 제2 중력계는 상기 지각 물질에 대한 정보를 기초로 설정된 위치에 설치될 수 있다. 일 예로, 상기 지각 물질에 대한 정보는 상기 시추공 깊이에 따른 지하 유체의 함량 및 분포에 대한 정보를 포함하고, 상기 제2 중력계는 상기 지하 유체에 의해 상기 제1 중력계에 작용하는 제1 만유인력의 절대값과 상기 지하 유체에 의해 상기 제2 중력계에 작용하는 제2 만유인력의 절대값 사이의 차(difference)가 기 설정된 허용 오차범위 내에 있는 위치에 설치될 수 있다. 상기 허용 오차범위는, 예를 들면, -10 μGal 내지 +10 μGal로 설정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 대상 지하물질의 밀도변화는 상기 제1 중력변화와 상기 제2 중력변화를 합한 값을 이용하여 산출될 수 있다.
본 발명에 따르면, 지표상에 설치된 제1 중력계와 시추공 내에 설치된 제2 중력계를 수직으로 커플링시킴으로써, 측정이나 예측이 곤란한 토양수분이나 지하수 등의 거동에 의한 중력변화를 간단하게 상쇄시킬 수 있고, 그 결과, 지하 저류층(reservoir)에 저장된 오일(oil), 가스(gas) 등 그리고 지중 저장소 내에 주입된 이산화탄소 등과 같은 대상 지하물질의 밀도변화를 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지하물질의 밀도변화 측정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 상기 지하물질의 밀도변화 측정방법을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
지하에서 거동할 수 있는 대상 지하물질, 예를 들면, 지하 저류층(reservoir)에 저장된 오일(oil), 가스(gas) 그리고 지중 저장소 내에 주입된 이산화탄소 등의 상부에 위치하는 지표상에서 중력계를 이용하여 중력 변화를 측정하는 경우, 대상 지하물질의 거동에 따라 측정되는 중력값도 변화한다. 하지만, 상기와 같이 대상 지하물질 상부의 지표상에서 중력계를 이용하여 중력 변화를 측정하는 경우, 중력계에 의해 측정되는 중력 변화는 대상 지하물질의 거동에 의한 영향뿐만 아니라 지구 조석(Earth tide), 오션 로딩(Ocean loading), 지구 극운동(Polar motion) 및 대기압 변화에 의한 영향과 지각 내의 토양수분(Soil moisture)과 지하수(Ground water)의 거동에 의한 영향도 받게 된다.
상기의 영향들 중, 지구 조석(Earth tide), 오션 로딩(Ocean loading), 지구 극운동(Polar motion) 및 대기압 변화에 의한 영향은 다양한 모델이나 실측에 의해 비교적 정확하게 계산될 수 있으므로, 상기 중력계에 의해 측정된 중력 변화에서 이들에 의한 영향은 용이하게 제거할 수 있다.
하지만, 상기 중력계에 의해 측정된 중력 변화에서 상기 토양수분(Soil moisture) 및 지하수(Ground water)의 거동에 의한 영향은 제거하기가 용이하지 않다. 구체적으로, 상기 토양수분(Soil moisture)의 거동에 의한 영향은 라이시미터(Lysimeter) 장치를 이용하여 토양수분 함량을 연속적으로 측정함으로써 그 영향을 산출할 수 있으나, 라이시미터(Lysimeter) 장치의 설치비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 상기 장치의 큰 규모로 인하여 그 이용에 큰 제약이 따르는 문제점이 있다. 그리고 지하수의 거동에 의한 영향은 중력계 주변에 지하수 관측공을 형성한 후 이를 통하여 지하수면 변동을 연속적으로 측정함으로써 산출할 수 있으나, 측정된 지하수면의 변동을 중력변화로 환산하는 과정에서 큰 오차가 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 토양수분(Soil moisture)과 지하수(Ground water)의 유동에 의한 영향을 간단한 방법을 통하여 효율적으로 제거함으로써 지하물질의 밀도변화를 정확하게 측정할 수 있는 '중력계를 이용한 지하물질의 밀도변화 측정방법'을 제공한다. 이하 본 발명의 실시예들에 대해 상술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지하물질의 밀도변화 측정방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 상기 지하물질의 밀도변화 측정방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지하물질의 밀도변화 측정방법은 대상 지하물질 상부에 시추공을 형성하는 단계(S110); 상기 시추공 외부에 제1 중력계(G1)를 설치하는 단계(S120); 상기 시추공 내부에 제2 중력계(G2)를 설치하는 단계(S130); 상기 제1 중력계(G1) 및 제2 중력계(G2)를 이용하여 중력변화를 각각 측정하는 단계(S140); 및 상기 제1 중력계(G1)에 의해 측정된 제1 중력변화 및 상기 제2 중력계(G2)에 의해 측정된 제2 중력변화를 기초로 대상 지하물질의 밀도변화를 산출하는 단계(S150)를 포함한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 지하물질의 밀도변화 측정방법은 지하 저류층(reservoir)에 저장된 오일(oil), 가스(gas) 등 그리고 지중 저장소 내에 주입된 이산화탄소 등과 같은 대상 지하물질의 밀도변화를 측정하는데 적용될 수 있고, 본 발명의 실시예에 따라 측정된 밀도변화값을 이용하면 대상 지하물질인 오일, 가스, 이산화탄소 등의 분포 변화, 누출 여부 등을 실시간으로 확인할 수 있다.
대상 지하물질의 밀도변화를 측정하기 위하여, 먼저 대상 지하물질의 상부에 시추공을 형성할 수 있다.(S110) 상기 시추공은, 예를 들면, 지표에서부터 대상 지하물질의 저장 공간의 상부까지 지구 중력방향을 따라 형성될 수 있다. 이러한 시추공은 공지의 방법으로 형성될 수 있고, 상기 시추공의 형성 방법은 특별히 제한되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 시추공을 형성하는 과정에서 대상 지하물질의 상부에 존재하는 지각 물질에 대한 정보를 획득할 수 있다. 일반적으로, 토양수분, 지하수 등과 같이 시간에 따라 거동할 수 있는 지하 유체는 지표 부근 또는 지하 천부(淺部)에 존재하는데, 상기 지각 물질에 대한 정보는 시추공 깊이에 따른 상기 지하 유체의 함량 및 분포에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 시추공을 형성한 후, 상기 시추공 외부에 제1 중력계(G1)를 설치할 수 있다.(S120) 상기 제1 중력계(G1)로는 공지의 중력계가 제한 없이 사용될 수 있으나, 드리프트(drift) 보정을 요구하지 않는 중력계, 예를 들면, 초전도 중력계가 사용되는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 제1 중력계(G1)는 지표면 상에 설치될 수 있다.
상기 제1 중력계(G1)를 설치한 후, 상기 시추공 내부에 제2 중력계(G2)를 설치할 수 있다.(S130) 상기 제2 중력계(G2)로는 공지의 중력계가 제한 없이 사용될 수 있으나, 드리프트(drift) 보정을 요구하지 않는 중력계, 예를 들면, 초전도 중력계가 사용되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 제2 중력계(G2)는 상기 제1 중력계(G1)와 다른 종류의 중력계가 사용될 수도 있으나, 동일한 종류의 중력계가 사용될 수도 있다.
상기 제2 중력계(G2)의 설치 위치는 시추공을 형성하는 과정에서 획득된 지각 물질에 대한 정보를 기초로 설정될 수 있다. 일 실시예로, 상기 제2 중력계(G2)는 시추공 내부 중 토양 수분이나 지하수와 같은 지하 유체가 존재하는 깊이보다 더 깊은 위치에 설치될 수 있다. 구체적으로, 상기 지하 유체에 의해 상기 제1 중력계(G1)에 작용하는 제1 만유인력의 크기와 상기 지하 유체에 의해 상기 제2 중력계(G2)에 작용하는 제2 만유인력의 크기가 서로 동일해지는 위치에 상기 제2 중력계(G2)가 설치될 수 있다. 시추공 내부 중 상기와 같은 위치에 제2 중력계(G2)를 설치하는 경우, 상기 제1 만유인력과 상기 제2 만유인력은 서로 반대방향으로 작용하므로, 제1 중력계(G1)에 의해 측정된 중력값과 상기 제2 중력계(G2)에 의해 측정된 중력값을 합하는 경우, 상기 지하 유체에 의한 만유인력의 영향은 상쇄된다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다. 본 발명에 있어서, '상기 제1 만유인력의 크기와 상기 제2 만유인력의 크기가 동일하다'는 것은 '상기 제1 만유인력 절대값과 상기 제2 만유인력 절대값의 차(difference)가 기 설정된 허용 오차 범위 내에 있다'는 것을 의미하고, 상기 허용 오차는 예를 들면, 약 -10 μGal 내지 +10 μGal의 범위 안에서 설정될 수 있다.
상기 제1 및 제2 중력계(G1, G2)를 설치한 후, 상기 제1 중력계(G1) 및 제2 중력계(G2) 각각을 이용하여 중력변화를 측정할 수 있다.(S140) 이하 설명의 편의를 위하여 상기 제1 중력계(G1)에 의해 측정된 중력변화를 '제1 중력변화'라 하고, 상기 제2 중력계(G2)에 의해 측정된 중력변화를 '제2 중력변화'라 한다.
상기 제1 중력계(G1)에 의해 측정되는 제1 중력변화는 앞에서 설명한 바와 같이 지구 조석(Earth tide), 오션 로딩(Ocean loading), 지구 극운동(Polar motion), 대기압 변화, 토양수분(Soil moisture) 및 지하수(Ground water)의 거동 그리고 대상 지하물질의 거동에 의해 영향을 받는다. 따라서, 상기 제1 중력변화를 수식으로 표현하면 하기 수식 1과 같이 표현될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위하여, 상기의 요소들 중 모델이나 실측에 의해 용이하게 계산이 가능한 지구 조석(Earth tide)에 의한 중력변화, 오션 로딩(Ocean loading)에 의한 중력변화, 지구 극운동(Polar motion)에 의한 중력변화 및 대기압 변화에 의한 중력변화를 총칭하여 '제1 요인에 의한 중력변화'라고 하고, 상기의 요소들 중 측정이나 예측이 용이하지 않은 토양수분(Soil moisture)의 거동에 의한 중력변화 및 지하수의 거동에 의한 중력변화를 총칭하여 '제2 요인에 의한 중력변화'라 한다.
[수식 1]
ΔG1 = ΔA + ΔB1 + ΔT
상기 수식 1에서, ΔG1, ΔA, ΔB1 및 ΔT는 '제1 중력변화', '제1 요인에 의한 중력변화', '제2 요인에 의한 중력변화' 및 '대상 지하물질의 거동에 의한 중력변화'를 각각 나타낸다.
상기 제2 중력계(G2)에 의해 측정되는 제2 중력변화 역시 지구 조석(Earth tide), 오션 로딩(Ocean loading), 지구 극운동(Polar motion), 대기압 변화, 토양수분(Soil moisture) 및 지하수(Ground water)의 거동 그리고 대상 지하물질의 거동에 의해 영향을 받는다. 다만, 제2 중력계(G2)에 대해서는 지구 조석(Earth tide), 오션 로딩(Ocean loading), 지구 극운동(Polar motion) 및 대기압 변화에 의한 영향과 대상 지하물질의 거동에 의한 영향은 제1 중력계(G1)와 동일하나, 토양수분(Soil moisture) 및 지하수(Ground water)의 거동에 의한 영향은 제1 중력계(G1)와 다를 것이다. 즉, 상기 제2 중력변화에 있어서, '제1 요인에 의한 중력변화'는 제1 중력변화에서의 값과 동일하고, '제2 요인에 의한 중력변화'는 제1 중력변화에서의 값과 다르다. 한편, 본 발명에서는 제2 중력계(G2)를 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 지하 유체에 의해 상기 제1 중력계(G1)에 작용하는 제1 만유인력의 크기와 상기 지하 유체에 의해 상기 제2 중력계(G2)에 작용하는 제2 만유인력의 크기가 서로 동일해지는 위치에 설치하므로, 제2 중력변화에서의 '제2 요인에 의한 중력변화'는 제1 중력변화에서의 '제2 요인에 의한 중력변화'와 그 크기는 동일하나 작용방향이 서로 다를 것이다. 따라서, 상기 제2 중력변화를 수식으로 표현하면 하기 수식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수식 2]
ΔG2 = ΔA + ΔB2 + ΔT
상기 수식 2에서, ΔG2, ΔA, ΔB2 및 ΔT는 '제1 중력변화', '제1 요인에 의한 중력변화', '제2 요인에 의한 중력변화' 및 '대상 지하물질의 거동에 의한 중력변화'를 각각 나타내고, 'ΔB2 = -ΔB1'의 관계가 성립할 것이다.
이어서, 상기 제1 중력계(G1)에 의해 측정된 제1 중력변화 및 상기 제2 중력계(G2)에 의해 측정된 제2 중력변화를 기초로 지하 대상 유체의 밀도를 산출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 중력계(G1)에 의해 측정된 제1 중력변화(ΔG1)와 상기 제2 중력계(G2)에 의해 측정된 제2 중력변화(ΔG2)를 합하면 하기 수식 3과 같이 표현될 수 있고, 수식 3으로부터 대상 지하물질의 거동에 의한 중력변화(ΔT)는 하기 수식 4와 같이 표현될 수 있다.
[수식 3]
ΔG1 + ΔG2 = 2ΔA + 2ΔT
[수식 4]
ΔT = (ΔG1 + ΔG2)/2 - ΔA
상기 지하물질의 거동에 의한 중력변화(ΔT)는 지하물질의 밀도변화와 비례하고 상기 제1 요인에 의한 중력변화(ΔA)는 모델이나 실측에 의해 계산이 가능한 값이므로, 제1 중력계(G1)에 의해 측정된 제1 중력변화(ΔG1)와 제2 중력계(G2)에 의해 측정된 제2 중력변화(ΔG2)를 이용하면 상기 지하물질의 밀도변화를 측정할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 지표상에 설치된 제1 중력계와 시추공 내에 설치된 제2 중력계를 수직으로 커플링시킴으로써, 측정이나 예측이 곤란한 토양수분이나 지하수 등의 거동에 의한 중력변화를 간단하게 상쇄시킬 수 있고, 그 결과, 지하 저류층(reservoir)에 저장된 오일(oil), 가스(gas) 등 그리고 지중 저장소 내에 주입된 이산화탄소 등과 같은 대상 지하물질의 밀도변화를 정확하게 측정할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
G1: 제1 중력계 G2: 제2 중력계

Claims (6)

  1. 대상 지하물질 상부에 시추공을 형성하는 단계;
    상기 시추공 외부 및 내부에 제1 중력계 및 제2 중력계를 각각 설치하는 단계;
    상기 제1 중력계 및 상기 제2 중력계를 이용하여 상기 시추공 외부에서의 중력변화인 제1 중력변화 및 상기 시추공 내부에서의 중력변화인 제2 중력변화를 각각 측정하는 단계; 및
    상기 제1 중력변화 및 상기 제2 중력변화를 기초로 상기 대상 지하물질의 밀도변화를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 시추공을 형성하는 단계 동안 상기 대상 지하물질 상부에 존재하는 지각 물질에 대한 정보를 획득하며,
    상기 제2 중력계는 상기 지각 물질에 대한 정보를 기초로 설정된 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 지하물질의 밀도변화 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대상 지하물질은 지하 오일(oil), 가스(gas) 및 이산화탄소로 이루어진 그룹에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 지하물질의 밀도변화 측정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지각 물질에 대한 정보는 상기 시추공 깊이에 따른 지하 유체의 함량 및 분포에 대한 정보를 포함하고,
    상기 제2 중력계는 상기 지하 유체가 존재하는 지하 깊이보다 더 깊은 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 지하물질의 밀도변화 측정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 중력계는 상기 지하 유체에 의해 상기 제1 중력계에 작용하는 제1 만유인력의 절대값과 상기 지하 유체에 의해 상기 제2 중력계에 작용하는 제2 만유인력의 절대값 사이의 차(difference)가 기 설정된 허용 오차범위 내에 있는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 지하물질의 밀도변화 측정방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 허용 오차범위는 -10 μGal 내지 +10 μGal인 것을 특징으로 하는 지하물질의 밀도변화 측정방법.
  6. 대상 지하물질 상부에 시추공을 형성하는 단계;
    상기 시추공 외부 및 내부에 제1 중력계 및 제2 중력계를 각각 설치하는 단계;
    상기 제1 중력계 및 상기 제2 중력계를 이용하여 상기 시추공 외부에서의 중력변화인 제1 중력변화 및 상기 시추공 내부에서의 중력변화인 제2 중력변화를 각각 측정하는 단계; 및
    상기 제1 중력변화 및 상기 제2 중력변화를 기초로 상기 대상 지하물질의 밀도변화를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 대상 지하물질의 밀도변화는 상기 제1 중력변화와 상기 제2 중력변화를 합한 값을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 지하물질의 밀도변화 측정방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11054539B2 (en) * 2019-10-30 2021-07-06 Vadim Kukharev Methods of searching for mineral resources by analyzing geochemical and other anomalies during gravitational resonances
CN111024549A (zh) * 2019-12-25 2020-04-17 芜湖映日科技有限公司 靶材的密度测试工装

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3747403A (en) * 1970-07-27 1973-07-24 Chevron Res Gravimetric determination of anomalies lateral to boreholes
NL8204307A (nl) * 1982-11-08 1984-06-01 Philips Nv Werkwijze voor het etsen van holten en openingen in substraten en inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze.
US5204568A (en) * 1991-09-23 1993-04-20 Gwr Instruments Superconducting bearing for borehole and survey gravimeters
US5448912A (en) * 1992-12-28 1995-09-12 Gas Research Institute Borehole gravity density measuring system
KR101080095B1 (ko) * 2009-09-21 2011-11-04 한국지질자원연구원 이산화탄소가 지중 저장되는 부지의 비포화대 이산화탄소 농도 모니터링 시스템 및 모니터링 방법
DE102010034757B4 (de) * 2010-08-19 2013-02-14 Prof. Dr. Eduard Heindl Energiespeicher auf Basis von Lageenergie durch hydraulische Hebung einer Felsmasse
US9110182B2 (en) * 2012-04-25 2015-08-18 Baker Hughes Incorporated Gaseous gravimeter
US9939551B2 (en) * 2012-09-24 2018-04-10 Schlumberger Technology Corporation Systems, devices and methods for borehole gravimetry

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101335513B1 (ko) 2013-07-03 2013-12-02 한국지질자원연구원 지자기 센서를 구비한 해저탐사장치

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