KR20170092830A - 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법 및 장치 - Google Patents

수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직횡적등방성 매질과 같이 이방성을 띠는 매질에 대해 다양한 물성정보를 획득 및 분석함으로써 상기 매질의 보다 정확한 특성 분석을 가능하도록 하는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법 및 장치{Analysis method and apparatus for rock properties with vertically transverse isotropy media}
본 발명은 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직횡적등방성 매질과 같이 이방성을 띠는 매질에 대해 다양한 물성정보를 획득 및 분석함으로써 상기 매질의 보다 정확한 특성 분석을 가능하도록 하는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법 및 장치에 관한 것이다.
자원개발분야에서 석유 및 가스자원의 분포여부와 매장량을 파악하기 위해 탄성파 탐사자료에 역산, 구조보정 등 수치해석적 기술을 적용하고 있다. 이러한 탄성파 파형역산 및 구조보정은 지하 지질구조를 영상화하거나 속도구조의 규명에 매우 유용한 방법으로, 초창기 대부분의 속도모델은 등방성(isotropy)에 기초하여 수행되어 왔다.
하지만 실제 지하구조는 이방성(anisotropy)을 띠는 경우가 있음이 밝혀졌으며, 따라서 정확한 물성 도출을 위해서는 이방성 특성에 대한 고려가 필수적이다.
특히, 자원개발 분야에서의 대표적인 이방성 매질인 셰일은 수직횡적등방성(VTI; Vertically Transverse Isotropy) 매질로서 각도에 따라 물성값이 달라져, 보다 정밀한 분석이 요구되어진다.
기존에는 시추를 통해 획득한 VTI 매질의 코어로부터 속도정보와 역속도(slowness)에 대한 분석이 수행되어 왔다. 이와 관련된 기술로 국내등록특허 제 10-1459388호("지하 속도정보 도출 방법", 등록일 : 2014.11.03.)가 개시된 바 있다.
하지만, 이방성은 등방에 비해 고려해야 할 변수가 훨씬 많기 때문에 종래 등방성에 기초한 분석 기술과 같이 소수의 변수만으로 이방성 특성을 해석하고자 할 경우, 실제와는 다른 왜곡이 발생하는 오류를 범할 수 있어 이를 최소화할 방법이 요구된다.
국내등록특허 제 10-1459388호("지하 속도정보 도출 방법", 등록일 : 2014.11.03.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 VTI 매질과 같은 이방성을 띠는 매질의 보다 정확한 특성 분석이 가능하도록 기초분석자료를 제공하는 VTI 매질의 암석물성정보 분석 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 수직횡적등방성(VTI; Vertically Transverse Isotropy) 매질의 암석물성정보를 획득하고 분석하기 위한 방법은, 수직횡적등방성 매질에 대한 P파의 속도정보(
Figure pat00001
), S파의 속도정보(
Figure pat00002
), 밀도(
Figure pat00003
), Thomsen 파라미터(
Figure pat00004
)가 입력되는 입력 단계(S100); 상기 입력 단계(S100)에서 입력된 데이터를 바탕으로 강성 행렬(stiffness matrix)의 각 요소 값을 산출하고, 산출된 요소 값들로부터 상기 수직횡적등방성 매질에 대한 암성물성정보를 산출하는 산출 단계(S200); 및 상기 산출 단계에서 산출된 암석물성정보를 상기 수직횡적등방성 매질의 층 별로 도표 및/또는 그래프 형태로 시각화하는 시각화 단계(S300);를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 상기 산출 단계(S200)는 a) 상기 입력 단계(S100)에서의 입력 데이터를 바탕으로 강성 행렬(stiffness matrix)의 각 요소 값을 산출하는 단계(S210); b) 상기 산출된 요소 값으로부터 라메상수(
Figure pat00005
)를 산출하는 단계(S220); 및 c) 상기 입력 데이터 및 상기 라메상수를 바탕으로 포아송 비(poisson's ratio,
Figure pat00006
), 압축탄성률(compressional modulus,
Figure pat00007
), 영률(Young's modulus,
Figure pat00008
), 체적탄성률(bulk modulus,
Figure pat00009
), 전단탄성률(shear modulus,
Figure pat00010
), 압축률(compressibility,
Figure pat00011
), 라메 임피던스비(Lame impedance ratio,
Figure pat00012
) 중 선택된 어느 하나 이상의 탄성계수를 산출하는 단계(S230);를 포함하여 이루어질 수 있다.
아울러, 상기 산출 단계(S200)는 d) 상기 입력 데이터 및 상기 요소 값으로부터 설정된 파의 종류에 따른 반사계수(
Figure pat00013
) 및 위상속도(
Figure pat00014
)를 산출하는 단계(S240); 및 e) 경험식을 이용하여 일축압축강도(unconfined compressive strength,
Figure pat00015
), 일축인장강도(unconfined tensile strength,
Figure pat00016
), 마찰각(friction angle,
Figure pat00017
), 취성도(brittleness,
Figure pat00018
), 점착력(cohesion,
Figure pat00019
), 전단강도(shearing strength,
Figure pat00020
) 중 선택된 어느 하나 이상의 변수 정보를 산출하는 단계(S250);를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 시각화 단계(S300)는 각 층에 대해 상기 산출 단계(S200)에서 산출된 상기 라메상수, 상기 탄성계수, 상기 반사계수, 상기 위상속도, 상기 변수 정보 중 어느 하나 이상의 암석물성정보의 변화양상 파악을 위해 상기 암석물성정보를 특성에 따라 그룹화하고, 각도에 따른 변화값을 극좌표 그래프로서 도시할 수 있다.
또, 상기 시각화 단계(S300)는 상기 강성 행렬의 각 요소 값을 크기에 따라 색깔 또는 음영으로 구분하여 매트릭스 형태로 도시 및/또는 요소 값의 크기를 스템(stem) 그래프로 도시할 수 있다.
마지막으로 본 발명의 암석물성정보 분석 방법은 상기 시각화 단계(S300)에서 시각화된 암석물성정보로부터 상기 수직횡적등방성 매질의 이방성 특성을 보여주는 정보를 획득하고, 매질의 특성 분석을 위한 변수 선정 시 활용하는 활용 단계(S400);를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 수직횡적등방성(VTI; Vertically Transverse Isotropy) 매질의 암석물성정보를 획득하고 분석하기 위한 장치는 수직횡적등방성 매질에 대한 P파의 속도정보(
Figure pat00021
), S파의 속도정보(
Figure pat00022
), 밀도(
Figure pat00023
), Thomsen 파라미터(
Figure pat00024
)를 입력받는 입력부; 상기 입력부에서 입력된 데이터를 바탕으로 강성 행렬(stiffness matrix)의 각 요소 값을 산출하고, 산출된 요소 값들로부터 상기 수직횡적등방성 매질에 대한 암성물성정보를 산출하는 산출부; 및 상기 산출부에서 산출된 암석물성정보를 상기 수직횡적등방성 매질의 층 별로 도표 및/또는 그래프 형태로 시각화하여 나타내는 출력부;를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 상기 암석물성정보는 라메상수(
Figure pat00025
), 포아송 비(poisson's ratio,
Figure pat00026
), 압축탄성률(compressional modulus,
Figure pat00027
), 영률(Young's modulus,
Figure pat00028
), 체적탄성률(bulk modulus,
Figure pat00029
), 전단탄성률(shear modulus,
Figure pat00030
), 압축률(compressibility,
Figure pat00031
), 라메 임피던스비(Lame impedance ratio,
Figure pat00032
), 파의 종류에 따른 반사계수(
Figure pat00033
), 파의 종류에 따른 위상속도(
Figure pat00034
), 일축압축강도(unconfined compressive strength,
Figure pat00035
), 일축인장강도(unconfined tensile strength,
Figure pat00036
), 마찰각(friction angle,
Figure pat00037
), 취성도(brittleness,
Figure pat00038
), 점착력(cohesion,
Figure pat00039
), 전단강도(shearing strength,
Figure pat00040
) 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
또, 상기 출력부는 상기 강성 행렬의 각 요소 값을 크기에 따라 색깔 또는 음영으로 구분하여 매트릭스 형태로 도시 및/또는 요소 값의 크기를 스템(stem) 그래프로 도시하며, 상기 암석물성정보를 특성에 따라 그룹화하고, 각도에 따른 변화값을 극좌표 그래프로서 도시할 수 있다
본 발명은 VTI 매질에 대해 다양한 암석물성정보들을 산출하여 물성분석 연구를 위한 다양한 기초자료로서 제공함에 따라, 등방에 비해 고려해야 할 변수가 훨씬 많은 이방성 특성을 갖는 매질을 분석하는데 매우 유용하다.
아울러, 산출 결과를 도표와 그래프 형태로 시각화함으로써, 암석물성정보의 변화 양상을 파악하기 용이한 장점이 있다.
특히, 산출 결과를 극좌표 그래프로서 시각화하는 경우 매질의 이방성 특성에 따라 두드러지는 차이를 나타내는 물성정보를 직관적으로 확인할 수 있으며, 또한, VTI 매질의 특성 분석 시 최적의 변수를 선정하는데 활용 가능하여 매질의 더욱 정확한 특성 분석을 수행할 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 VTI 매질의 암석물성정보 분석 방법의 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 VTI 매질의 암석물성정보 분석 장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 입력부로의 입력 데이터의 일예.
도 4 내지 도 11은 본 발명에 따른 출력부 화면의 여러 실시예.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 VTI 매질의 암석물성정보 분석 방법의 흐름도이며, 도 2는 본 발명에 따른 VTI 매질의 암석물성정보 분석 장치의 구성도이다.
본 발명은 수직횡적등방성(VTI; Vertically Transverse Isotropy) 매질의 암석물성정보를 획득하고 분석하기 위한 장치로, 도 2에 도시된 바와 같이 입력부, 산출부 및 출력부를 포함하여 이루어진다. 이하, 도 1을 참고하여 본 발명의 분석 장치를 이용한 분석 방법에 대해 설명한다.
먼저, 입력부로 수직횡적등방성 매질에 대한 P파의 속도정보(
Figure pat00041
), S파의 속도정보(
Figure pat00042
), 밀도(
Figure pat00043
), Thomsen 파라미터(
Figure pat00044
)가 입력되는 입력 단계(S100)가 수행된다. 이때, 상기 입력 데이터는 탄성파 축소모형실험 등을 통해 측정된 데이터 또는 실제 측정을 통해 획득한 데이터일 수 있다. 참고로, 상기 Thomsen 파라미터(
Figure pat00045
)는 이방성 특성을 보여주는 무차원 변수이다.
이어서, 산출부에서 산출 단계(S200)가 수행되며, 산출 단계(S200)는 상기 입력 단계(S100)에서 입력된 데이터를 바탕으로 강성 행렬(stiffness matrix)의 각 요소 값을 산출하고, 산출된 요소 값들로부터 상기 수직횡적등방성 매질에 대한 암성물성정보를 산출하는 단계이다.
본 발명에 있어서, 상기 암석물성정보는 라메상수(
Figure pat00046
), 포아송 비(poisson's ratio,
Figure pat00047
), 압축탄성률(compressional modulus,
Figure pat00048
), 영률(Young's modulus,
Figure pat00049
), 체적탄성률(bulk modulus,
Figure pat00050
), 전단탄성률(shear modulus,
Figure pat00051
), 압축률(compressibility,
Figure pat00052
), 라메 임피던스비(Lame impedance ratio,
Figure pat00053
), 파의 종류에 따른 반사계수(
Figure pat00054
), 파의 종류에 따른 위상속도(
Figure pat00055
), 일축압축강도(unconfined compressive strength,
Figure pat00056
), 일축인장강도(unconfined tensile strength,
Figure pat00057
), 마찰각(friction angle,
Figure pat00058
), 취성도(brittleness,
Figure pat00059
), 점착력(cohesion,
Figure pat00060
), 전단강도(shearing strength,
Figure pat00061
) 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 사용자의 요청에 따라 상기 암석물성정보 중 필요한 정보만 산출되도록 할 수 있다.
상기 산출 단계(S200)는 세부 단계(a ~ e단계)들로 이루어질 수 있으며, 이하 각 세부 단계들을 상세하게 설명한다.
먼저, a단계는 상기 입력 데이터를 바탕으로 강성 행렬(stiffness matrix)의 각 요소 값을 산출하는 단계(S210)이다. 강성 행렬(
Figure pat00062
) 및 강성 행렬의 각 요소 값은 아래 수학식 1을 통해 산출된다.
Figure pat00063
Figure pat00064
이후, b단계에서는 a단계에서 산출된 요소 값으로부터 라메상수(
Figure pat00065
)를 산출한다(S220). 라메상수는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 이때,
Figure pat00066
는 수평성분을 나타내며,
Figure pat00067
는 수직성분을 의미한다.
Figure pat00068
이어서, 본 발명에서는 입력 데이터 및 산출된 라메상수를 바탕으로 포아송 비(poisson's ratio,
Figure pat00069
), 압축률(compressional modulus,
Figure pat00070
), 영률(Young's modulus,
Figure pat00071
), 체적탄성률(bulk modulus,
Figure pat00072
), 전단탄성률(shear modulus,
Figure pat00073
), 압축률(compressibility,
Figure pat00074
), 라메 임피던스비(Lame impedance ratio,
Figure pat00075
) 중 선택된 어느 하나 이상의 탄성계수를 산출하는 c단계(S230)를 수행한다. 각 탄성계수는 아래 수학식 3에 나타내었다.
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
Figure pat00082
Figure pat00083
Figure pat00084
Figure pat00085
Figure pat00086
Figure pat00087
Figure pat00088
Figure pat00089
본 발명에서는 더욱 다양한 암석물성정보를 산출하기 위해, 라메상수 및 탄성계수를 획득하는데 그치지 않고, 반사계수 및 위상속도와 같은 추가적인 암석물성정보를 산출하며, 더불어 경험식을 통해 얻을 수 있는 다양한 암석물성정보들을 계산할 수 있도록 한다.
즉, 본 발명은 d단계(S240)에서 입력 데이터 및 상기 요소 값(또는 탄성계수)으로부터 설정된 파의 종류에 따른 반사계수(
Figure pat00090
) 및 위상속도(
Figure pat00091
)를 산출할 수 있으며, 이를 아래 수학식 4 내지 수학식 9에 나타내었다.
Figure pat00092
Figure pat00093
Figure pat00094
Figure pat00095
여기서, 수학식 4는 P파에 대한 등방성(isotropy)에서의 반사계수를 나타내며, 수학식 5는 P파에 대한 이방성(anisotropy)에서의 반사계수를 나타낸다. 또한, 수학식 6은 SH파, 수학식 7은 SV파에 대한 등방성에서의 반사계수이다. 이때, 반사계수는 각각 P파, S파의 임피던스(
Figure pat00096
)와 포아송비(
Figure pat00097
)를 이용하여 산출 가능하다. 참고로, 위 수학식에서
Figure pat00098
는 변화량을 나타내고
Figure pat00099
(bar)는 산술평균, 층(layer) 및 파(wave)에 따른 구분은 아래첨자로 표기하였다.
또한, 각도 변화에 따른 P파, SV파, SH파의 위상속도는 아래 수학식 8을 이용하여 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00100
Figure pat00101
Figure pat00102
Figure pat00103
Figure pat00104
Figure pat00105
Figure pat00106
또한, 본 발명에서는 암석에 관한 물성 중 토목 설계나 안전성 평가 등에 가장 널리 사용되는 일반적인 변수들을 선정하고, 이를 North Sea, Mostly high porosity Tertiay shale을 가정으로 하는 Mohr-Coulomb 경험식을 이용하여 각종 변수 정보들을 산출할 수 있다.
즉, 마지막 e단계에서 일축압축강도(unconfined compressive strength,
Figure pat00107
), 일축인장강도(unconfined tensile strength,
Figure pat00108
), 마찰각(friction angle,
Figure pat00109
), 취성도(brittleness,
Figure pat00110
), 점착력(cohesion,
Figure pat00111
), 전단강도(shearing strength,
Figure pat00112
) 중 선택된 어느 하나 이상의 변수 정보를 산출하는 것이다(S250).
아래 수학식 10과 같이, 일축압축강도(
Figure pat00113
)는 Horsrud(2001)와 Lal(199)에 의한 두 식을 이용하여 산출될 수 있다.
Figure pat00114
아울러, 나머지 변수 정보 산출을 위한 경험식은 아래 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00115
이상으로, 산출부에서 다양한 암석물성정보들을 산출하는 단계들에 대해 설명하였으며, 본 발명은 이어서 출력부가 산출된 암석물성정보를 상기 수직횡적등방성 매질의 층 별로 도표 및/또는 그래프 형태로 시각화하는 시각화 단계(S300)가 수행된다.
구체적으로, 도 3에 본 발명에 따른 입력부로 입력되는 입력 데이터의 일예를 도시하였다. 도시된 바와 같이, 입력 데이터는 각 층(layer) 별로 입력될 수 있다. 상기 입력 데이터를 활용하여, 본 발명의 산출부에서 산출된 결과를 출력부를 통해 시각화하는 단계(S300)의 구체적인 실시예를 설명한다.
도 4는 입력 데이터가 입력되기 전의 출력부 화면이다. A영역은 GUI 환경에서 사용자로부터 입력부로 입력되는 데이터가 표시되는 영역으로, 본 실시예에서는 두 층에 대해 데이터가 입력될 수 있도록 하였다. B영역은 탄성계수를 산출하기 위한 버튼이며, 입력 데이터에 대한 산출 결과는 팝업 창으로 나타낸다. 아울러, C영역은 사용자로부터 원하는 각도 범위 및 파의 종류를 입력받으며, Plot 버튼을 누르면 팝업 창의 그래프로 나타내도록 한다. D영역은 선택된 층에 대해 위상속도, 라메상수, 탄성계수, 암석의 변수 정보(Rock properties) 중 원하는 암석물성정보가 선택되는 영역으로, Plot 버튼을 누르면 선택된 정보를 산출하여 그래프로서 도시한다. 마지막 E영역은 D영역에서 선택된 층에 대해 입력 데이터로부터 산출된 강성 행렬을 시각화하는 영역이다.
더욱 상세하게 설명하자면, 산출부에 의해 1 층에 대한 강성 행렬이 산출되면, 도 5의 우측 상단과 같이 강성 행렬의 각 요소 값을 크기에 따라 색깔 또는 음영으로 구분하여 매트릭스 형태로 도시할 수 있으며, 동시에 우측 하단에 요소 값의 크기를 스템(stem) 그래프로 도시하여 직관적인 크기 비교가 가능하도록 할 수 있다. 아울러, 중앙 영역에는 주요 요소 값의 크기를 수치화하여 나타내도록 할 수 있다. 또한, 도 6에 2 층에 대한 강성 행렬 데이터를 위와 동일하게 이미지화하여 도시하였다.
도 7은 B영역의 버튼을 클릭하였을 때 표시되는 창으로서, 라메상수와 이를 이용하여 산출된 탄성계수들을 수치화하여 도시한다. 또, 도 8은 C영역의 Plot 버튼을 눌렀을 때의 팝업 창으로, 도 5에 도시된 바와 같이 사용자에 의해 입력된 0 ~ 40도의 범위, 모든 종류의 파에 대해 d단계(S240)에서 산출된 계산 결과를 그래프로서 보여준다.
또, 도 9는 D영역의 Plot 버튼을 눌렀을 때의 도면으로, 좌측 상단은 1 층의 라메상수, 우측 상단은 파의 종류 별로 위상속도를 극좌표로 도시한 것이며, 좌측 하단 및 우측 하단은 2 층의 라메상수 및 위상속도를 극좌표로 도시한 것이다.
아울러, 도 10은 1 층(좌측) 및 2 층(우측)의 탄성계수를 극좌표로 도시한 것이며, 도 11은 1 층에 대한 암석 변수 정보들을 극좌표로 도시한 것이다.
한편, 도면상에 도시하지는 않았으나 D영역의 정규화(normalization) 옵션이 선택되면, 다양한 암석물성정보들이 정규화되어 도시됨에 따라 각 암석물성정보들의 일괄적인 비교가 가능하다.
상술한 바와 같이 시각화 단계(S300)는 도 4 내지 도 11에 도시된 바와 같이 다양한 암성물성정보들을 특성(플로팅 옵션)에 따라 그룹화하여 분류하였으며, 0 ~ 360도까지 각도에 따른 변화값을 극좌표 그래프로서 도시함으로써, 각 층에 대해 산출 단계(S200)에서 산출된 라메상수, 탄성계수, 반사계수, 위상속도, 변수 정보 중 어느 하나 이상의 암석물성정보의 변화 양상을 파악하기 용이한 장점이 있다. 이때, 산출 결과는 팝업 창으로 표시함으로써 입력 자료와의 동시 확인이 가능하다.
한편, 본 발명의 출력부는 상술한 바와 같이 화면상에 산출 결과를 그래프와 매트릭스 형태로 도시함과 동시에 결과에 대한 개별적인 이미지를 그림 파일로 캡쳐하여 저장되도록 할 수 있다. 아울러, 산출된 결과를 텍스트 파일로 정리하여 별도로 저장되도록 할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 VTI 매질에 대한 기본적인 입력 데이터들을 토대로 탄성계수, 변수 정보 등의 암석물성정보를 사용자의 선택에 따라 산출하고, 산출 결과를 그래프와 매트릭스 형태로 도시함에 따라 보다 효율적으로 가시적인 비교가 가능한 장점이 있다.
한편, 본 발명의 분석 방법은 상기 시각화 단계(S300)에서 시각화된 암석물성정보로부터 수직횡적등방성 매질의 이방성 특성을 보여주는 정보를 획득하고, 매질의 특성 분석을 위한 변수 선정 시 활용하는 활용 단계(S400)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 출력부를 통해 수평구조의 1 층과 2 층에 대한 산출데이터를 시각화할 경우 극좌표 그래프로서 나타낼 수 있는데, 이때 이방성 특성 정보에 따라 두드러지는 차이를 나타내는 정보가 존재할 수 있다. 이러한 특정 암석물성정보는 사용자가 두 매질을 분석하고자 하는 목적에 따라 주요한 비교기준으로서 활용될 수 있다. 본 발명의 출력부는 이러한 결과를 직관적으로 나타내고 있으며, 동시 비교가 가능함에 따라 사용자가 선택적으로 최적의 변수를 선정할 수 있도록 도움을 준다. 즉, 탄성파 탐사의 자료처리를 위한 이방성 속도모델을 제작하는데 변수 정보들이 필요로 되는데, 본 발명을 이용함으로써 최적의 변수를 설정할 수 있다.
한편, 자원개발분야에서 활용되는 지하구조 영상화 기술에서 가장 중요한 것은 정확한 지하 지질구조를 취득하는 것이며, 이를 위해서는 보다 실제에 가깝게 매질의 특성을 표현하는 것이 중요하다. 따라서, 정확한 해석을 위해서는 이방성에 대한 고려가 필수적이므로, 본 발명에서는 다양한 암석물성정보들을 산출하고 시각화함으로써, 이방성 특성을 보여주는 정보를 손쉽게 획득 가능하도록 하였다. 획득한 정보를 토대로 역시간 구조보정에 쓰이는 VTI 모델의 최적의 구성정보(ex. 이방성 매개변수인
Figure pat00116
및 )를 얻을 수 있으며, 탄성파 탐사자료의 역산 과정에서도 사용될 수 있을 것이다. 아울러, VTI 매질에서의 유사 음향 파동방정식과 같이 이방성을 고려한 알고리듬에도 활용하여 매질의 속도 및 지하지질 구조 영상을 정확히 구현해낼 수 있다.
따라서, 자원탐사에서 정확한 시추위치 선정이나 부존량 평가에서의 정확도를 높일 수 있어 궁극적으로 탄성파 탐사를 이용한 물성분석 연구의 질(quality)을 향상시킬 수 있다.
자원개발 외에 기초토목공사나 암반굴착과 같은 지하개발에도 암반의 공학적 특성을 명확히 파악하는 것은 매우 중요하다. 이러한 암반의 공학적 특성에는 물리적 성질과 역학적 성질이 포함된다. 암반의 공학적 특성을 파악하기 위해 평가시험은 실내시험과 현장시험으로 구분되는데 현장시험은 실내시험에 비해 현실적인 특성을 제공할 수 있지만, 시간과 비용이 많이 소요되며 특히 현장시험 자체가 수행될 수 없거나 현장시험으로부터 얻을 수 없는 특성이 존재한다. 이때 실내시험에 의한 특성규명을 통해 암반을 평가하게 된다.
본 발명에서는 실내시험과 같은 간접적 물성도출의 일환으로 암석 및 암반의 가장 중요한 공학적 특성인 강도와 변형 특성(포아송비, 영률, 체적탄성률, 전단탄성률 등)을 산출하며, 특히 실제 현장시험이 어려운 해상환경에서의 탄성파 탐사자료로부터 암석물성정보를 도출할 수 있으므로, 활용 범위가 더욱 넓어지는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 입력부
200 : 산출부
300 : 출력부

Claims (9)

  1. 수직횡적등방성(VTI; Vertically Transverse Isotropy) 매질의 암석물성정보를 획득하고 분석하기 위한 방법에 있어서,
    수직횡적등방성 매질에 대한 P파의 속도정보(
    Figure pat00118
    ), S파의 속도정보(
    Figure pat00119
    ), 밀도(
    Figure pat00120
    ), Thomsen 파라미터(
    Figure pat00121
    )가 입력되는 입력 단계(S100);
    상기 입력 단계(S100)에서 입력된 데이터를 바탕으로 강성 행렬(stiffness matrix)의 각 요소 값을 산출하고, 산출된 요소 값들로부터 상기 수직횡적등방성 매질에 대한 암성물성정보를 산출하는 산출 단계(S200); 및
    상기 산출 단계에서 산출된 암석물성정보를 상기 수직횡적등방성 매질의 층 별로 도표 및/또는 그래프 형태로 시각화하는 시각화 단계(S300);
    를 포함하여 이루어지는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산출 단계(S200)는,
    a) 상기 입력 단계(S100)에서의 입력 데이터를 바탕으로 강성 행렬(stiffness matrix)의 각 요소 값을 산출하는 단계(S210);
    b) 상기 산출된 요소 값으로부터 라메상수(
    Figure pat00122
    )를 산출하는 단계(S220); 및
    c) 상기 입력 데이터 및 상기 라메상수를 바탕으로 포아송 비(poisson's ratio,
    Figure pat00123
    ), 압축탄성률(compressional modulus,
    Figure pat00124
    ), 영률(Young's modulus,
    Figure pat00125
    ), 체적탄성률(bulk modulus,
    Figure pat00126
    ), 전단탄성률(shear modulus,
    Figure pat00127
    ), 압축률(compressibility,
    Figure pat00128
    ), 라메 임피던스비(Lame impedance ratio,
    Figure pat00129
    ) 중 선택된 어느 하나 이상의 탄성계수를 산출하는 단계(S230);
    를 포함하여 이루어지는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 산출 단계(S200)는,
    d) 상기 입력 데이터 및 상기 요소 값으로부터 설정된 파의 종류에 따른 반사계수(
    Figure pat00130
    ) 및 위상속도(
    Figure pat00131
    )를 산출하는 단계(S240); 및
    e) 경험식을 이용하여 일축압축강도(unconfined compressive strength,
    Figure pat00132
    ), 일축인장강도(unconfined tensile strength,
    Figure pat00133
    ), 마찰각(friction angle,
    Figure pat00134
    ), 취성도(brittleness,
    Figure pat00135
    ), 점착력(cohesion, ), 전단강도(shearing strength,
    Figure pat00137
    ) 중 선택된 어느 하나 이상의 변수 정보를 산출하는 단계(S250);
    를 더 포함하여 이루어지는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 시각화 단계(S300)는,
    각 층에 대해 상기 산출 단계(S200)에서 산출된 상기 라메상수, 상기 탄성계수, 상기 반사계수, 상기 위상속도, 상기 변수 정보 중 어느 하나 이상의 암석물성정보의 변화양상 파악을 위해 상기 암석물성정보를 특성에 따라 그룹화하고, 각도에 따른 변화값을 극좌표 그래프로서 도시하는 것을 특징으로 하는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 시각화 단계(S300)는,
    상기 강성 행렬의 각 요소 값을 크기에 따라 색깔 또는 음영으로 구분하여 매트릭스 형태로 도시 및/또는 요소 값의 크기를 스템(stem) 그래프로 도시하는 것을 특징으로 하는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 시각화 단계(S300)에서 시각화된 암석물성정보로부터 상기 수직횡적등방성 매질의 이방성 특성을 보여주는 정보를 획득하고, 매질의 특성 분석을 위한 변수 선정 시 활용하는 활용 단계(S400);
    를 더 포함하여 이루어지는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 방법.
  7. 수직횡적등방성(VTI; Vertically Transverse Isotropy) 매질의 암석물성정보를 획득하고 분석하기 위한 장치에 있어서,
    수직횡적등방성 매질에 대한 P파의 속도정보(
    Figure pat00138
    ), S파의 속도정보(
    Figure pat00139
    ), 밀도(
    Figure pat00140
    ), Thomsen 파라미터(
    Figure pat00141
    )를 입력받는 입력부;
    상기 입력부에서 입력된 데이터를 바탕으로 강성 행렬(stiffness matrix)의 각 요소 값을 산출하고, 산출된 요소 값들로부터 상기 수직횡적등방성 매질에 대한 암성물성정보를 산출하는 산출부; 및
    상기 산출부에서 산출된 암석물성정보를 상기 수직횡적등방성 매질의 층 별로 도표 및/또는 그래프 형태로 시각화하여 나타내는 출력부;
    를 포함하여 이루어지는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 암석물성정보는,
    라메상수(
    Figure pat00142
    ), 포아송 비(poisson's ratio,
    Figure pat00143
    ), 압축탄성률(compressional modulus,
    Figure pat00144
    ), 영률(Young's modulus,
    Figure pat00145
    ), 체적탄성률(bulk modulus,
    Figure pat00146
    ), 전단탄성률(shear modulus,
    Figure pat00147
    ), 압축률(compressibility,
    Figure pat00148
    ), 라메 임피던스비(Lame impedance ratio,
    Figure pat00149
    ), 파의 종류에 따른 반사계수(
    Figure pat00150
    ), 파의 종류에 따른 위상속도(
    Figure pat00151
    ), 일축압축강도(unconfined compressive strength,
    Figure pat00152
    ), 일축인장강도(unconfined tensile strength,
    Figure pat00153
    ), 마찰각(friction angle,
    Figure pat00154
    ), 취성도(brittleness,
    Figure pat00155
    ), 점착력(cohesion,
    Figure pat00156
    ), 전단강도(shearing strength,
    Figure pat00157
    ) 중 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 강성 행렬의 각 요소 값을 크기에 따라 색깔 또는 음영으로 구분하여 매트릭스 형태로 도시 및/또는 요소 값의 크기를 스템(stem) 그래프로 도시하며,
    상기 암석물성정보를 특성에 따라 그룹화하고, 각도에 따른 변화값을 극좌표 그래프로서 도시하는 것을 특징으로 하는 수직횡적등방성 매질의 암석물성정보 분석 장치.
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