서울대 공대(학장 이건우)는 에너지시스템공학부 신창수 교수팀이 석유 및 천연가스 탐사 시 탄성파 자료를 이용해 석유 부존 지역을 고해상도의 이미지로 만드는 기법을 실제 현장 자료에 적용하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.
탄성파 탐사 자료는 땅속의 지층으로부터 반사해 돌아온 파동 신호를 기록한 것을 말한다. 탄성파 탐사 자료를 이용해 지하 구조를 고해상도의 이미지로 만들기 위해서는 탄성파 속도가 필요하며 이를 정확히 계산해야 한다.
신 교수는 “기존 지하구조 이미지 기법은 탄성파 자료로부터 탄성파 속도 모델을 안정적으로 계산해내지 못했다”며, “특히 주변과 큰 차이를 보이는 속도를 갖는 모델(예, 암염돔)에 대해서는 정확한 이미지를 산출하지 못하는 한계점을 갖고 있어 새로운 기술이 요구된 것”이라고 이번 연구의 취지를 밝혔다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 탄성파 자료의 주파수 성분을 저주파수부터 고주파수로 순차적으로 증가시키면서 속도 모델 계산 기법에 적용하는 이른바 ‘순차적 주파수 전략’을 제안했다. 그 성과는 이미 2010년에 세계적으로 주목받아 물리탐사 분야 최고 권위의 논문집인 GJI(Geophysical Journal International, 181, 935-950 (2010))에 게재된 바 있다(‘Sequentially ordered single-frequency 2-D acoustic waveform inversion in the Laplace–Fourier domain’).
순차적 주파수 전략은 각 주파수에 따른 반영 비율을 고르게 만듦으로써 모든 주파수 성분이 충분히 속도 모델 추정에 반영된다. 이를 통해 더 정확한 속도모델을 계산할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 초기 조건에 대해서 일정한 속도 모델을 산출할 수 있다.
최근 연구팀은 현장으로부터 얻은 탄성파 자료에 순차적 주파수 전략을 적용함으로써 큰 차이를 보이는 속도 값들을 더 안정적으로 계산해내는 데 성공했다. 나아가 계산된 속도모델을 이용해 얻은 지하구조 이미지의 정확도와 해상도 역시 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
이번 연구는 석유 탐사의 발전에도 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다. 실제로 BGP*, ION Geophysical** 등의 글로벌 석유서비스기업들이 신 교수 연구팀의 연구 성과에 대한 실용성 및 창의성을 인정했으며, 국내외 석유개발 및 서비스기업에서도 사업화가 진행 중이다. 또한 작년 5월에는 국외 특허로 등록됐다.
신 교수는 “새롭게 제안한 순차적 주파수 전략을 적용함으로써 석유 부존 지역의 탄성파 탐사 성공률을 5~10배까지 향상시킬 수 있다”며, “석유공사와의 협력을 통해 동해 대륙붕 탐사에 이 기술을 적용한다면 국내의 석유 부존 가능성에 대한 정확한 평가를 수행할 수 있을 것”이라 설명했다.
본 연구는 10년간의 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행하였다.
한편 신 교수는 미국 털사대(University of Tulsa)에서 지구물리학 박사학위 취득 후, 1996년 서울대 공대 지구환경시스템공학부 조교수로 부임, 2006년부터는 에너지자원공학과 교수로 재직 중이다. 한국공학한림원 및 탐사지구물리학회(SEG) 정회원이며, 지구과학 분야의 유명 학술지 ‘Journal of Seismic Exploration’의 편집위원을 맡고 있다. 또한 대한민국학술원상, 서울대 훌륭한 공대 교수상(교육상) 등을 수상한 바 있다.
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