KR101859650B1 - 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법 - Google Patents
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Abstract
3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법이 개시되어 있다. 본 발명은, 3차원 탄성파 자료의 신호 대 잡음비(Signal/Noise)를 개선하기 위해 잡음을 저감시키기 위한 필터링 공정과 주파수 분해 기법을 통한 분해능 향상 공정을 진행하는 데이터 준비 단계; 탄성파 자료의 속성 분석을 통해 가시화된 단층자취를 시간 단면에서 해석하는 공정으로 일정한 시간단위로 탄성파 시간단면을 상, 하 이동하며 단층의 자취를 해석하는 탄성파 자료 시간단면에서 단층의 말단점 설정 단계; 3차원 탄성파 자료의 시간단면에서 해석된 단층의 자취를 가이드로 이용하여 탄성파 자료의 수직단면에서 단층의 자취를 해석하는 탄성파 자료 수직단면에서 단층 해석 단계; 수직-수평적으로 해석된 단층면의 변위-거리(displacement-distance) 그래프를 단층작용의 영향을 받은 각각의 지층면에서 도출하는 지층면에 기반한 단층의 기하패턴 분석 단계; 기 수행된 단층의 기하패턴 분석에 의해 단층해석의 오류로 확인된 구간의 오류 수정을 위해 단층의 변위를 조절하는 단계; 및 수정된 단층해석의 검증 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법에 관한 것으로서, 단층의 기하학적 특징과 역학적인 특징을 반영하는 단층면의 변위-거리 그래프를 이용한 해석 검증절차를 제시할 수 있도록 한 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법에 관한 것이다.
탄성파 신호는 지하 매질을 전파한다. 불연속 경계면을 만나면 그 일부가 굴절 또는 반사하게 된다. 이와 같이 지하 매질에서 굴절 또는 반사되어 지표로 되돌아오는 신호를 감지, 분석하여 지하 구조를 조사하는 것이 탄성파 탐사의 기본 원리이다. 즉, 인공적으로 발생시킨 탄성파를 지하로 쏘아 보낸 후 돌아오는 신호를 수신하여 지하 또는 해저면 아래의 지질구조와 지층단면을 획득하는 것이다. 이런 탄성파 탐사는 지질구조와 층서를 뚜렷하게 가시화 할 수 있는 유일한 지구물리 탐사방법으로서 탄화수소 탐사에 가장 널리 이용되고 있다.
이와 같은 탄성파 탐사자료의 특성을 이해하기 위해서는 먼저 지하지층을 이루는 매질을 통과하는 음파 또는 충격파의 운동을 지배하는 물리학적 원리를 짚어보는 것이 필요하다. 지구 표면 위의 한 점에 있는 음파 에너지원을 고려하자. 세 가지 종류의 파동이 표면에서 방출된 후 주변의 층들을 통과하여 전파되는데 이때 각 층에서의 음파 속도와 밀도는 각각 
와 
이다. 표면파(surface wave 혹은 longitudinal wave)는 지표면을 따라 이동한다. 다른 두 가지 종류의 파동은 실체파(body wave)라고 하며 에너지원으로부터 방사상으로 전파한다. P파는 파면에 대해 진행방향의 운동을 전달하며 S파는 접선방향의 운동을 전달하며, P파의 속도는 S파의 속도보다 빠르다. 표면파는 탄성파 탄사에서 제한적 의미를 가진다. 표면파는 실체파보다 느린 속도로 지표를 따라 이동한다. 표면 운동은 그라운드롤(ground roll)이라고 하며 레일파(Rayleigh wave)와 그 밖의 다른 수직 및 수평 모드의 전파를 포함한다.
탄성파 탐사는 1차(primary) P파와 깊은 관련이 있다. 지표면에서 방출된 파동이 서로 다른 음향임피던스(acoustic impedance: 밀도와 속도의 곱)를 가진 두 매질 사이의 경계를 만나면 일부 에너지는 상부 매질로 반사된다. 입사각에 따라서 일부 에너지는 두 매질 사이의 경계면을 따라 굴절되거나 혹은 하부 매질로 굴절되어 전파될 것이다.
위와 같이 지구표면 또는 해수면 근처에서 발생한 탄성파 펄스는 하나 또는 그 이상의 층을 가진 암석의 경계면에서 반사 혹은 굴절되어 지표면으로 다시 돌아왔을 때의 진폭과 전파시간을 기록함으로서 지층단면이나 지질구조를 보여준다. 이와 같은 정보들은 탐사의 목적이나 이용 가능한 자원에 따라서 이차원 탄성파 단면, 삼차원 탄성파 볼륨으로 나뉜다(도 1 참조).
단층(fault)이란 전통적으로 “그 부분을 따라 인지할만한 전단변위를 갖는 어떤 면이나 좁은 구역”을 의미하며, 일반적으로 여러 개의 미끌림면, 부수단열, 변형띠로 구성되는 복잡한 변형대이다. 이와 같은 단층은 층서의 절단 또는 결손을 가져오는 것으로 층서 또는 암체의 연속성을 깨뜨리고 횡적 또는 수직적 불연속면을 생성한다. 이는 특히 킬로미터 규모의 변위를 갖는 큰 단층들을 고려할 때 명백하게 나타나며, 탄성파 자료상에서 하나의 선으로 고려될 수 있다.
단층은 일반적으로 상반(hanging wall)과 하반(footwall)으로 구성되며, 수직이 아닌 단층들은 상반을 아래의 하반으로부터 분리시킨다. 여기서 하반에 대해 상반이 더 낮거나 아래로 떨어지면 그 단층은 정단층(normal fault)이라 하고, 그 반대의 경우로 상반이 하반에 대해 위로 올라가는 것은 역단층(reverse fault)이라 한다. 만약 운동이 수평면과 같이 횡적이면 그 단층은 주향이동단층(strike-slip fault)이라 하며, 운동 방향에 따라 좌수향(sinistral or left-lateral)이거나 우수향(dextral or right-lateral)일 수 있다. 이와 같은 단층은 자연적으로 변형된 암석에서는 수직에서 수평까지 전 범위의 경사를 갖는다. 만약 단층의 경사각이 30°이하이면 저각단층(low-angle fault)이라 불리는 반면, 고각단층(steep fault)은 경사가 60°보다 급하다. 특히 단층에서의 이동이 수십에서 수백 킬로미터인 저각의 역단층들은 충상단층(thrust fault)이라 불린다.
위와 같은 단층들은 야외조사에서 종종 수평이나 수직방향으로 나타나는 단층 변위의 변화를 도시하는 것이 가능하다. 이때 단층의 변위는 단층의 자취를 따라 중심에서 최대변위를 보이고 단층의 말단으로 가면서 점차 감소하는 양상을 보이지만, 하나의 단층으로부터 충분한 변위자료를 획득하는 하는 것은 어려울 수 있다. 하지만 고품질의 삼차원 탄성파 볼륨 등장과 함께 단층면에서의 변위 변화양상을 가시화 할 수 있게 되었다. 하나의 고립된 단층면의 변위 말단점과 변위등고선을 연결하여 가시화한 단층면은 기하학적으로 타원(elliptical shape)의 형태를 보이며, 타원의 중심에서 최대 변위를 보이고 단층 자취의 말단으로 갈수록 변위값이 작아지는 규칙적인 변화를 보인다. 이는 이전에 언급했던 야외관찰의 결과와 일치한다.
상기에 언급한 바와 같이 단층은 미소단열이나 변형띠로부터 성장하고 변형이 진행됨에 따라 변위가 누적된다. 이처럼 동일한 임계응력의 영향을 받는 지역에서 생성된 다양한 단층의 그룹을 단층군집(fault population)이라 부르며, 단층이 성장함에 따라서 그들은 인근의 단층들과 간섭 또는 결합하며 하나의 거대한 단층을 형성한다. 결과적으로 단층을 성장시킬 충분한 에너지가 존재하는 지역의 단층군집은 궁극적으로 중첩 또는 오버랩(overlap)으로 인해 강연결(hard link)되며, 변위 양상은 타원 형태로 발달한다. 이 같은 단층들의 연결과정에서 단층의 변위 양상은 비대칭적으로 변하지만 이는 하나의 단층에서 다른 단층으로의 연성적 변위전달(relay)의 결과이고, 직접적으로 중첩대 말단구간에서 높은 변위변화를 보인다. 이와 같은 갑작스런 단층변위의 변화는 전달구조(relay structure), 파괴전달램프(breached relay ramp), 가지단층(splay fault), 분기선 또는 분기점(branch line, branch point)과 같은 지질학적 요인에 의해서 설명가능하며, 단층의 진화의 성숙도에 따라 결과적으로 단층의 변위 양상은 타원 형태로 발달한다(도 2 및 도 3 참조).
탄성파 탐사를 통해 취득된 자료는 탐사 시기나 목적에 따라서 이차원 탄성파 단면, 삼차원 탄성파 볼륨으로 나뉘며, 각각의 자료에서 수행되는 지질구조(단층)의 해석 방법 또한 상이하다. 이차원 탄성파 단면의 경우 탐사의 범위가 삼차원 자료와 비교하여 상대적으로 넓은 지역을 포함하지만 자료의 횡적 연장성이 부족하며, 그 결과 이차원 탄성파 단면의 단층해석은 주로 수직단면에서 수행된다. 탄성파 단면상 단층의 해석은 단층면 자체가 탄성파 반사면이 되는 경우가 드물기 때문에 반사면(reflectors)의 상 변화(phase change), 반사 강도의 변화(amplitude change), 경사변화(the dip of reflectors), 일관성 변화(reflector coherency), 주시 시간 변화(fault intercept time)등을 이용하여 단층의 자취를 수직적으로 인지한다. 이와 같이 반사면의 불연속성(cutoff)에 기초한 이차원 탄성파 단면의 단층해석은 인접한 탐사측선간 단층의 연장성 파악에 있어 해석자의 지질학적 배경지식이나 경험에 의존한 다양한 해석이 가능하기 때문에 단층면 가시화에 불확실성이 크다.
20세기 초 방대한 자료 처리와 함께 조밀한 탐사 측선 설계가 가능해지며, 본격적으로 삼차원 탄성파 자료가 이용 가능해졌다. 이와 같은 삼차원 탄성파 자료는 수평적 표현이나 수직적(시간별) 표현이 모두 가능하기 때문에 지질학적 구조나 특징을 효과적으로 나타낼 수 있게 되었다. 이를 위한 탄성파 속성분석(seismic attribute analysis)의 발달은 이차원 탄성파 단면을 이용한 단층해석 시 발생할 수 있는 단층의 횡적 대비에 획기적인 발전을 가져왔다. 여기서 탄성파 속성이란 탄성파 자료가 포함하고 있는 에너지 스펙트럼을 얘기하는 것으로 탄성파 에너지는 파의 진행방향에 존재하는 물질이나 구조의 음향 특성(acoustic properties)을 반영한다. 이와 같은 탄성파 속성의 삼차원 시간단면상 영상화로 인해 단층자취의 횡적(시간단면) 해석이 발달하게 된다. 하지만 지질학적 구조 또는 특징의 영상화, 정량화 노력에도 불구하고 탄성파 자료가 갖는 잡음(noise), 자료처리 과정의 오류(processing effects), 분해능(resolution)의 한계로 인해 시간단면에서의 단층해석은 불확실성을 갖는다.
즉, 기존의 탄성파 자료를 이용한 단층해석은 지질학적 구조의 이해, 탄화수소탐사의 성공이란 관점에서 매우 중요한 단계임에 불구하고 여전히 주관적이며, 해석의 신뢰성 또한 탄성파 자료의 해상도 또는 해석자의 지질학적 배경지식에 의존해 달라지기 때문에 해석의 불확실성이 존재한다. 그러나, 이와 같은 불확실한 해석을 검증하기 위한 절차는 아직 제시되지 못하였다.
이에 본 발명에서는 단층의 기하학적 특징을 이용한 해석절차를 제시한다.
본 발명의 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단층의 기하학적 특징과 역학적인 특징을 반영하는 단층면의 변위-거리 그래프를 이용한 해석 검증절차를 제시함으로써, 해석의 신뢰성, 탄성파 자료의 해상도 또는 해석자의 지질학적 배경지식에 따라 달라지는 단층해석의 불확실성 또는 오류를 극복할 수 있도록 한 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법은,
3차원 탄성파 자료의 신호 대 잡음비(Signal/Noise)를 개선하기 위해 잡음을 저감시키기 위한 필터링 공정과 주파수 분해 기법을 통한 분해능 향상 공정을 진행하는 데이터 준비 단계; 탄성파 자료의 속성 분석을 통해 가시화된 단층자취를 시간 단면에서 해석하는 공정으로 일정한 시간단위로 탄성파 시간단면을 상, 하 이동하며 단층의 자취를 해석하는 탄성파 자료 시간단면에서 단층의 말단점 설정 단계; 3차원 탄성파 자료의 시간단면에서 해석된 단층의 자취를 가이드로 이용하여 탄성파 자료의 수직단면에서 단층의 자취를 해석하는 탄성파 자료 수직단면에서 단층 해석 단계; 수직-수평적으로 해석된 단층면의 변위-거리(displacement-distance) 그래프를 단층작용의 영향을 받은 각각의 지층면에서 도출하는 지층면에 기반한 단층의 기하패턴 분석 단계; 기 수행된 단층의 기하패턴 분석에 의해 단층해석의 오류로 확인된 구간의 오류 수정을 위해 단층의 변위를 조절하는 단계; 및 수정된 단층해석의 검증 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 지층면에 기반한 단층의 기하패턴 분석 단계는,
각각의 지층면에서 계산된 변위-거리 그래프 중 비대칭적인 변위 또는 급격한 변위 변화양상을 보이는 구간 또는 영역을 확인하는 단계; 및 상기 변위-거리 그래프의 변화양상을 확인한 후에 지질학적 구조를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 변위-거리 그래프의 변화 양상은,
단층군집의 진화 공정에서 발생하는 것으로, 그 원인으로 전달구조(relay structure), 파괴전달램프(breached relay ramp), 가지단층(splay fault), 분기선(branch line), 분기점(branch point), 끌림(drag zone) 또는 성장단층(growth fault)인 것을 특징으로 한다.
상기 단층의 변위를 조절하는 단계는,
기하 패턴의 오류 중 국소적으로 급격한 변위 변화 양상을 보이는 구간은 우선적으로 단층면의 기울기와 함께 단층면의 위치를 탄성파 자료상에서 수정한 후 층서면 위치를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 단층의 변위를 조절하는 단계는,
변위 변화 양상 중 넓은 영역에 걸쳐 발생하거나 완만한 변위 패턴 오류를 보이는 구간은 단층면 인근의 층서면 위치를 우선적으로 수정하여 단층면의 변위를 조절하고 단층면의 기울기와 위치를 수정하는 것을 특징으로 한다.
수정된 단층해석의 검증 단계는,
재계산된 변위-거리 그래프의 변화 패턴이 이전에 확인된 오류구간에서 규칙적인 변화를 보이지 못한다면 단층 변위 조절단계로 돌아가 수정 작업을 다시 수행하는 단계; 및 만약 오류구간의 변위 패턴이 수정되어 규칙적인 변화를 보인다면 해석의 유효성이 검증된 것으로 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 특정한 지질학적 모델을 가정하지 않기 때문에 기존의 단층해석 시 해석자가 갖는 지질학적 배경지식에 따라 발생할 수 있는 주관적 해석의 오류를 최소화할 수 있다.
본 발명에 다르면, 단층작용 영향으로 인한 복잡한 구조 또는 탄성파 자료가 갖는 분해능의 한계로 인해 야기된 단층해석의 오류를 발견하고 수정하는 근거자료로 활용될 수 있으며, 이를 통한 단층 해석의 정확성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄성파 자료를 이용한 지하구조 해석은 순수 연구목적 뿐만 아니라 에너지 탐사관련 분야에서도 광범위하게 이용되고 있다. 이중 본 발명에서 제시하는 단층해석 절차는 단층운동의 영향을 받은 주요 반사면의 대비 및 층서해석의 도구로 이용될 수 있으며, 단층해석의 유효성을 단층의 기하학적 특징을 이용하여 검증함으로써 구조 트랩의 인지나 석유시스템 분석의 위험요소 인지에 활용될 수 있다.
도 1은 탄성파 탐사과정을 나타낸 모식도(왼쪽 도면)와, 탄성파 탐사를 통해 얻어진 이차원 또는 삼차원 탄성파 자료(오른쪽 도면)이다.
도 2는 층작용에 영향을 받은 지층 또는 암층서 단위(a)에서 각각의 지층면에 나타난 단층자취(b)를 나타낸 변위-거리 그래프(c)이다.
도 3은 단층진화 시 연결구조(relay structures)에 의해서 발달하는 단층의 형태(왼쪽)와 이때 변화하는 변위-거리 패턴을 보여주는 그래프(오른쪽)이다.
도 4는 탄성파 자료에서 단층의 인지자(왼쪽 그림의 수직 점선, 오른쪽 그림의 노란 실선은 단층을 의미함)이다. (a) 탄성파 상의 변화, (b)반사 강도의 변화, (c)반사면의 경사변화, (d)반사면의 일관성, (e) 왕복 주시의 변화, (f)단층면의 반사.
도 5는 본 발명에 따른 단층 해석방법을 나타낸 블럭도이다.
도 6은 본 발명에 따라 탄성파 속성을 이용한 단층해석 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 탄성파 자료의 수직단면에서 단층의 자취를 해석하는 공정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 전통적인 단층해석 방법을 이용하여 삼차원적으로 가시화된 단층면을 이용하여 단층작용에 영향을 받은 각각의 지층면에서 상, 하반의 변위-거리관계를 계산한 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따라 단층의 변위 조절 공정에서 계산된 변위-거리 그래프를 이용하여 변위 변화 양상이 비대칭적이거나 급격한 변화가 보이는 영역 또는 구간의 해석을 검증하는 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따라 변위-거리 그래프의 변화 양상을 이용한 단층면의 변위 조절 공정을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따라 수정된 단층 해석 검증을 나타낸 그래프 및 도면이다.
도 2는 층작용에 영향을 받은 지층 또는 암층서 단위(a)에서 각각의 지층면에 나타난 단층자취(b)를 나타낸 변위-거리 그래프(c)이다.
도 3은 단층진화 시 연결구조(relay structures)에 의해서 발달하는 단층의 형태(왼쪽)와 이때 변화하는 변위-거리 패턴을 보여주는 그래프(오른쪽)이다.
도 4는 탄성파 자료에서 단층의 인지자(왼쪽 그림의 수직 점선, 오른쪽 그림의 노란 실선은 단층을 의미함)이다. (a) 탄성파 상의 변화, (b)반사 강도의 변화, (c)반사면의 경사변화, (d)반사면의 일관성, (e) 왕복 주시의 변화, (f)단층면의 반사.
도 5는 본 발명에 따른 단층 해석방법을 나타낸 블럭도이다.
도 6은 본 발명에 따라 탄성파 속성을 이용한 단층해석 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 탄성파 자료의 수직단면에서 단층의 자취를 해석하는 공정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 전통적인 단층해석 방법을 이용하여 삼차원적으로 가시화된 단층면을 이용하여 단층작용에 영향을 받은 각각의 지층면에서 상, 하반의 변위-거리관계를 계산한 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따라 단층의 변위 조절 공정에서 계산된 변위-거리 그래프를 이용하여 변위 변화 양상이 비대칭적이거나 급격한 변화가 보이는 영역 또는 구간의 해석을 검증하는 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따라 변위-거리 그래프의 변화 양상을 이용한 단층면의 변위 조절 공정을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따라 수정된 단층 해석 검증을 나타낸 그래프 및 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 단층은 일반적으로 단층면을 따라 지층단위에 상대적인 변위를 야기한다. 이런 상대적인 움직임은 단층작용의 영향을 받은 각각의 지층면에 수평적 또는 수직적 불연속성(offset), 중첩(ovelap)등을 야기하며 단층의 기하학적 형태를 형성한다. 이와 같은 단층의 형태는 단층면 자체가 탄성파의 반사면이 되는 경우는 드물기 때문에 탄성파 자료상에서의 단층(단층자취)은 반사면(reflectors)의 절단(cutoff)이나 반사면의 경사변화(경사분리)등으로 인지한다.
이러한 반사면의 불연속성에 기초한 2차원 탄성파 자료의 단층해석에서는 인접한 탐사측선간의 단층 연장성을 파악하기 어려워 단층면의 가시화는 불확실성이 크다. 또한 탄성파 자료의 해상도 한계로 탄성파 자료를 활용한 단층운동의 복잡한 양상을 해석하기 어렵다. 그러나 3차원 탄성파자료의 경우 다양한 속성분석을 이용한 불연속적인 반사면(reflectors)의 가사화를 통해 3차원적으로 단층형태를 해석할 수 있으므로 낙차가 큰 주요 단층의 실제 단층면(fault plane)을 인지 할 수 있다.
이와 같은 단층의 기하학적 특징은 일반적으로 고립계에서 타원의 형태로 가시화 되지만, 단층진화 시 상대적으로 복잡한 형상으로 변하는 특징이 있다. 이상의 단층의 형태는 각각의 지층면에 발달한 단층 자취의 말단점(Tip points)을 연결하여 가시화 할 수 있다. 단층작용의 영향을 받은 각각의 지층에 발달한 단층의 자취는 변위-거리(fault displacement-distance) 관계의 그래프로 나타낼 수 있다.
이와 같은 변위-거리의 관계는 단층작용의 중심에서 최고 변위값을 보이며, 양 끝단으로 갈수록 작아지는 특징을 보인다. 각각의 지층단위에서 나타나는 단층의 변위-거리 그래프는 일반적으로 규칙적이고 예측 가능한 변화 패턴을 보여주는데, 이러한 특징은 단층진화 시 복수의 단층이 연결되는 과정에서도 관찰가능하기 때문에 지질학적 구조 해석과 검증에 유용하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법은, 데이터 준비단계, 탄성파 자료 시간단면에서 단층의 말단점 설정단계, 탄성파 자료 수직단면에서 단층 해석단계, 지층면 기반한 단층의 기하학 분석단계, 단층의 변위조절 단계 및 수정된 단층해석 검증단계를 포함한다.
본 발명은 전통적 해석방법을 이용한 단층면의 가시화 작업 후에, 기 해석된 단층면의 변위-거리 그래프 이용하여 해석의 유효성을 검증하고 수정하는 절차로 진행된다.
1. 데이터 준비 단계
3차원 탄성파 자료의 신호 대 잡음비(Signal/Noise)를 개선하기 위해 잡음을 저감시키기 위한 필터링 공정과 주파수 분해 기법을 통한 분해능 향상 공정을 진행한다. 본 발명에서는 ffA사의 Geoteric software에서 제공하는 SO FMH, TDiffusion 필터, Gabor 파형을 이용한 주파수 분해기능을 이용하였다.
2. 탄성파 자료 시간단면(수평면)에서 단층의 말단점 설정 단계
탄성파 자료의 속성 분석(attribute analyses)을 통해 가시화된 단층자취(fault trace)를 시간 단면에서 해석하는 공정으로 일정한 시간단위로 탄성파 시간단면을 상, 하 이동하며 단층의 자취를 해석한다.
도 6은 탄성파 속성을 이용한 단층해석 과정을 도시한 도면으로서, 일관성(coherence) 계열의 속성을 이용하여 단층의 자취를 가시화하였으며, 이후 시간단면에서 50ms씩 하부로 이동하며 단층의 자취를 해석하였다.
3. 탄성파 자료 수직단면에서 단층 해석 단계
삼차원 탄성파 자료의 시간단면에서 해석된 단층의 자취를 가이드로 이용하여 탄성파 자료의 수직단면에서 단층의 자취를 해석하는 공정으로, 해석 완료시 단층면의 3차원 영상화가 가능해진다.
도 7은 기 해석된 시간단면의 해석결과를 가이드로 이용(왼쪽)하여 수직단면에서의 단층의 자취를 해석하는 단계(중간)이며, 수직해석이 완료되면 단층면의 삼차원적인 기하패턴을 확인할 수 있다(오른쪽).
4. 지층면에 기반한 단층의 기하패턴 분석 단계
(a) 수직-수평적으로 해석된 단층면의 변위-거리(displacement-distance) 그래프를 단층작용의 영향을 받은 각각의 지층면에서 도출한다. 본 발명에서는 Schlumberger사의 Petrel software를 이용하여 단층 변위를 계산한다.
(b) 각각의 지층면에서 계산된 변위-거리 그래프 중 비대칭적인 변위 또는 급격한 변위 변화양상을 보이는 구간 또는 영역을 확인한다(도 8 참조).
상기 변위-거리 그래프의 변화 양상은 주로 단층군집의 진화 과정에서 발생하며 그 원인으로 전달구조(relay structure), 파괴전달램프(breached relay ramp), 가지단층(splay fault), 분기선 또는 분기점(branch line, branch point), 끌림(drag zone), 성장단층(growth fault)등이 있다.
(c) 상기 변위-거리 그래프의 변화양상을 확인한 후에 지질학적 구조를 확인한다(도 9 참조).
예를 들어, 상기 공정을 통해 계산된 변위-거리 그래프 중 올리고세(Oligocene)의 변위 변화 양상은 급격한 패턴의 변화를 보이지만 a-a’ 단면의 확인 결과 전달구조와 함께 파괴전달램프의 구조가 확인되며 이와 같은 지질학적 구조는 단층의 자취를 수평면에 나타낸 단층절단선(fault cutoff line)에서도 확인된다.
그러나, 플라이오세(Pliocene)의 경우 17600m 구간에서 변위-거리 그래프의 변화 양상을 확인 할 수 있으나, b-b’단면 확인 결과 변위-거리 그래프의 변화를 야기할 수 있는 지질학적 구조를 확인할 수 없으며 이와 같은 결과는 수평면에 나타낸 단층절단선에서도 확인할 수 있으므로 해석의 오류로 간주한다.
5. 단층의 변위를 조절하는 단계
기 수행된 단층의 기하패턴 분석에 의해 단층해석의 오류로 확인된 구간의 오류 수정을 위해 단층면의 기울기, 위치, 단층 인근의 층서면 대비를 통해 탄성파 자료상의 단층해석을 수평-수직관점에서 재해석한다(도 10 참조).
(a) 기하 패턴의 오류 중 국소적으로 급격한 변위 변화 양상을 보이는 구간은 우선적으로 단층면의 기울기와 함께 단층면의 위치를 탄성파 자료상에서 수정한 후 층서면 위치를 조절하는 대비(stratigraphic correlation)를 수행한다.
즉, 일반적으로 변위 변화 양상이 급격하게 나타날 때는 단층의 횡적 연장 오류에 기인한다. 이 경우 해석의 오류를 야기하는 끌림, 파괴전달램프, 가지단층이 주로 발달하는 곳으로 잘못된 단층면의 기울기나 위치에 의해서 주로 야기된다.
이때, 단층면의 기울기와 함께 단층면의 위치를 탄성파의 자료상에서 수정한다(도 10의 상단 그래프).
(b) 변위 변화 양상 중 넓은 영역에 걸쳐 발생하거나 완만한 변위 패턴 오류를 보이는 구간은 단층면 인근의 층서면 위치를 우선적으로 수정하여 단층면의 변위를 조절하고 단층면의 기울기와 위치를 수정한다.
즉, 변위 변화의 양상이 광역적으로 나타나는 지역은 주로 전달구조나 성장단층이 우세한 지역으로 복잡한 구조나 퇴적층의 발달로 인해 층서면 대비가 부정확할 수 있기 때문에 우선적으로 층서면의 위치를 고려해야 한다(도 10의 하단 그래프).
도 10의 그래프에 있어서, 검은색 점선은 수정전 해석의 변위 양상을, 붉은색 실선은 수정된 해석의 변위 양상을, 빗금영역은 해석의 오류영역를 나타낸다.
6. 수정된 단층해석의 검증 단계
상기 단층의 변위를 조절하는 단계 공정에서 단층면의 기울기, 위치, 층서면 대비를 통해 수정된 단층해석의 유효성을 검증하기 위해 수정된 단층면의 변위-거리 그래프 이용한다.
재계산된 변위-거리 그래프의 변화 패턴이 이전에 확인된 오류구간에서 규칙적인 변화를 보이지 못한다면 단층 변위 조절단계로 돌아가 수정 작업을 다시 수행하고, 만약 오류구간의 변위 패턴이 수정되어 규칙적인 변화를 보인다면 해석의 유효성이 검증된 것으로 확인한다(도 11 참조).
한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용이 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타실시 예로 변경할 수 있으므로 본 발명의 특징에 대한 변형과 응용에 관계된 내용은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (6)
- 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법으로서,
3차원 탄성파 자료의 신호 대 잡음비(Signal/Noise)를 개선하기 위해 잡음을 저감시키기 위한 필터링 공정과 주파수 분해 기법을 통한 분해능 향상 공정을 진행하는 데이터 준비 단계;
탄성파 자료의 속성 분석을 통해 가시화된 단층자취를 시간 단면에서 해석하는 공정으로 일정한 시간단위로 탄성파 시간단면을 상, 하 이동하며 단층의 자취를 해석하는 탄성파 자료 시간단면에서 단층의 말단점 설정 단계;
3차원 탄성파 자료의 시간단면에서 해석된 단층의 자취를 가이드로 이용하여 탄성파 자료의 수직단면에서 단층의 자취를 해석하는 탄성파 자료 수직단면에서 단층 해석 단계;
수직-수평적으로 해석된 단층면의 변위-거리(displacement-distance) 그래프를 단층작용의 영향을 받은 각각의 지층면에서 도출하는 지층면에 기반한 단층의 기하패턴 분석 단계;
기 수행된 단층의 기하패턴 분석에 의해 단층해석의 오류로 확인된 구간의 오류 수정을 위해 단층의 변위를 조절하는 단계; 및
수정된 단층해석의 검증 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법. - 제 1항에 있어서, 상기 지층면에 기반한 단층의 기하패턴 분석 단계는,
각각의 지층면에서 계산된 변위-거리 그래프 중 비대칭적인 변위 또는 급격한 변위 변화양상을 보이는 구간 또는 영역을 확인하는 단계; 및
상기 변위-거리 그래프의 변화양상을 확인한 후에 지질학적 구조를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법. - 제 2항에 있어서,
상기 변위-거리 그래프의 변화 양상은,
단층군집의 진화 공정에서 발생하는 것으로, 그 원인으로 전달구조(relay structure), 파괴전달램프(breached relay ramp), 가지단층(splay fault), 분기선(branch line), 분기점(branch point), 끌림(drag zone) 또는 성장단층(growth fault)인 것을 특징으로 하는 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법. - 제 1항에 있어서, 상기 단층의 변위를 조절하는 단계는,
기하 패턴의 오류 중 국소적으로 급격한 변위 변화 양상을 보이는 구간은 우선적으로 단층면의 기울기와 함께 단층면의 위치를 탄성파 자료상에서 수정한 후 층서면 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법. - 제 1항에 있어서, 상기 단층의 변위를 조절하는 단계는,
변위 변화 양상 중 넓은 영역에 걸쳐 발생하거나 완만한 변위 패턴 오류를 보이는 구간은 단층면 인근의 층서면 위치를 우선적으로 수정하여 단층면의 변위를 조절하고 단층면의 기울기와 위치를 수정하는 것을 특징으로 하는 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법. - 제 1항에 있어서, 수정된 단층해석의 검증 단계는,
재계산된 변위-거리 그래프의 변화 패턴이 이전에 확인된 오류구간에서 규칙적인 변화를 보이지 못한다면 단층 변위 조절단계로 돌아가 수정 작업을 다시 수행하는 단계; 및
만약 오류구간의 변위 패턴이 수정되어 규칙적인 변화를 보인다면 해석의 유효성이 검증된 것으로 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 탄성파 자료로부터 정단층 변위패턴을 이용한 단층 해석방법.
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| KR (1) | KR101859650B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112859159A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-05-28 | 中国石油大学(北京) | 一种雁列式正断层走滑带走滑位移量的计算方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0640847B1 (en) | 1993-08-30 | 1998-03-18 | Western Atlas International, Inc. | Method of seismic data processing including loss compensation |
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| CN112859159A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-05-28 | 中国石油大学(北京) | 一种雁列式正断层走滑带走滑位移量的计算方法 |
| CN112859159B (zh) * | 2021-01-13 | 2022-03-11 | 中国石油大学(北京) | 一种雁列式正断层走滑带走滑位移量的计算方法 |
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