얇은 층

석유 산업에서 지난 30년 동안 저류층의 암질 및 유체 유형 또는 저류층 내 유체의 양을 추정하는 목적으로 저류층 내부의 소규모 퇴적구조를 영상화시키 는 기술은 점진적으로 향상되어왔다. 이런 저류층의 특성 가운데 가장 기본적 인 것은 층의 두께이다(Marfurt & Kirlin, 2001). Widess (1973)는 일찍이 얇은 층의 튜닝(tuning)효과에 대한 연구를 진행하였고 이들은 튜닝효과에 의해 해상 도가 제한된다고 언급하였다. 또한, Robertson and Nogami (1984)는 얇은 층을 감지하기 위해 Ricker 파형요소를 이용해서 취득된 자료에 탄성파 속성분석 방 법을 적용하여 분석하였다. 하지만, chirp signal을 이용해서 취득된 자료에 탄 성파 속성분석 방법을 적용하여 얇은 층을 감지하는 연구는 없었다.

쐐기 모델(wedge model)은 탄성파 축소모형 및 수치모형 실험에서 수행하는 기본적인 모델로써 핀치아웃(pinch-out) 구조, 얇은 암염침(salt pillow)의 가장자 리, 불규칙한 영구동토(permafrost) 등 실제로 저류층에서 나타나는 퇴적구조를 모사한다. 이 때 쐐기 모델은 얇은 층의 튜닝(tuning)효과에 대한 연구에 주로 사용된다(Cooper, et al., 2010). 따라서 본 연구에서는 튜닝효과에 가려지는 얇 은 층을 감지하기 위해 Fig. 10의 쐐기 모델에서 측정된 chirp 반응 신호에 다 양한 탄성파 속성 분석 방법들을 적용시켜보았다.

모델은 3층의 쐐기 모델로 설정하였고 각각의 층을 해수, 점토질 실트층, 굵 은 모래층으로 모사하였다. 각 층의 물성 값은 관련 도서 및 논문에 게재된 값 으로 설정하였고 해당 실험에 큰 영향을 미치지 않는 음향 감쇠, 불연속면 층 의 두께, 마찰 손실 표준편차는 0으로 설정함으로써 배제하였다.

Fig. 11은 Table 8의 파라미터를 사용했을 때 양방향 주시 25 ~ 30 ms에서 Chirp SBP 수치모델링 및 탄성파 속성분석 적용 결과이다. Fig. 11(a)는 쐐기 모 델에 따른 chirp 반응 신호이며, Fig. 11(b) ~ (g)는 생성된 chirp 반응 신호에

각각의 탄성파 속성분석 방법을 적용한 결과이다.

(a)

(b)

Fig. 10 A schematic of wedge model : (a) P-wave velocity, (b) density

Parameter Frequency band pulse length Sampling frequency

Weighting factor Table 8 Parameters for generating Fig. 11

(a)

(b)

Fig. 11 Results of wedge model for TWT 25 ~ 30 ms : (a) chirp signal response, (b) envelope, (c) envelope derivative, (d) second derivative of

envelope, (e) instantaneous phase, (f) instantaneous frequency, (g) instantaneous bandwidth

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

Fig. 11 Continued.

Fig. 11(a)는 쐐기 모델에 따른 chirp 반응 신호의 단면도이다. 단면도의 가로 축을 쐐기의 위와 아래의 차이인 쐐기의 두께로 설정함으로써 쐐기의 윗부분을 기준으로 아랫부분이 쐐기 두께가 몇 m일 때까지 나타나는지 확인하였다. Fig.

11(a)에서 chirp 반응 신호는 주파수 변조 신호를 사용하기 때문에 일반적인 탄 성파 트레이스와 달리 스윕되어 나타남에 따라서 다양한 크기의 신호가 나타나 며 단일 주파수에 의해 나타나는 반사파에 비해 폭이 상대적으로 큰 것을 확인

할 수 있다. 또한, 쐐기의 두께가 0.4 m 이상일 때 쐐기의 윗부분 및 아랫부분 의 신호는 명확히 구분되어 지는 것을 확인할 수 있지만 쐐기의 두께가 0.4 m 이하일 때 얇은 층의 튜닝효과에 의해 쐐기의 윗부분 및 아랫부분을 구분하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.

엔벨로프를 적용한 경우 Fig. 11(b)에서 각 층에 따른 엔벨로프 신호의 최댓 값을 기준으로 봤을 때 Fig. 11(a)의 chirp 반응 신호와 마찬가지로 쐐기의 두께 가 0.4 m 이상일 때 쐐기의 윗부분 및 아랫부분을 명확히 구분할 수 있는 것을 볼 수 있었다. 하지만 0.2 ~ 0.4 m일 때 얇은 층의 튜닝효과에 의해 간헐적으로 구분되어 지는 것으로 나타났고 0.2 m 이하에서 완전히 구분하지 못하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 chirp 반응 신호에 비해 신호의 폭이 상대적으로 작기 때문에 수직해상도가 보다 좋은 것을 알 수 있고 이로 인해 더 낮은 쐐기의 두 께에 대해서 확인할 수 있었다.

1차 및 2차 미분 엔벨로프를 적용한 경우 Fig. 11(c), (d)에서 각각 양수로 나 타나는 빨간색 신호와 음수로 나타나는 파란색 신호를 기준으로 봤을 때 쐐기 의 두께가 0.2 m 이상일 때 쐐기의 윗부분 및 아랫부분을 명확히 구분할 수 있 는 것을 볼 수 있었고 0.2 m 이하에서 완전히 구분하지 못하는 것으로 나타났 다.

순간 대역폭을 적용한 경우 Fig. 11(g)에서 음원의 대역폭의 최솟값에서 주로 지층에 따른 신호가 발생하기 때문에 0 ~ 2 kHz에서 나타나는 신호를 기준으 로 봤을 때 쐐기의 두께가 0.3 m 이상일 때 쐐기의 윗부분 및 아랫부분을 명확 히 구분할 수 있는 것을 볼 수 있었고 0.2 ~ 0.3 m일 때는 얇은 층의 튜닝효과 에 의해 간헐적으로 구분되어 지는 것으로 나타났지만 0.2 m 이하에서 완전히 구분하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.

이는 1차 및 2차 미분 엔벨로프와 순간 대역폭의 경우 엔벨로프에 비해 신호 의 폭이 크지만 각 층을 나타내는 신호를 한정적으로 봤을 때 수직해상도가 보 다 좋거나 비슷한 것을 알 수 있고 이로 인해 더 낮거나 비슷한 쐐기의 두께에 대해서 구분할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

1.2 m, 0.8 m 이하일 때 얇은 층의 튜닝효과에 의해 쐐기의 윗부분 및 아랫부 분을 구분하지 못하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 각 층에 대한 신호의 폭이 크기 때문에 수직해상도가 안 좋은 것을 알 수 있고 이로 인해 다른 속성분석 방법에 비해 안 좋은 결과를 나타내는 것을 볼 수 있었다.