S-wave Velocity Derivation Near the BSR Depth of the Gas-hydrate Prospect Area Using Marine Multi-component Seismic Data

S-wave, which provides lithology and pore fluid information, plays a key role in estimating gas-hydrate saturation. In general, P- and S-wave velocities increase in the presence of gas-hydrate and the P-wave velocity decreases in the presence of free gas under the gas-hydrate layer. Whereas there are very small changes, even slightly increases, in the S-wave velocity in the free gas layer because S-wave is not affected by the pore fluid when propagating in the free gas layer. To verify those velocity properties of the BSR (bottom-simulating reflector) depth in the gas-hydrate prospect area in the Ulleung Basin, P- and S-wave velocity profiles were derived from multi-component ocean-bottom seismic data which were acquired by Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM) in May 2009. OBS (ocean-bottom seismometer) hydrophone component data were modeled and inverted first through the traveltime inversion method to derive P-wave velocity and depth model of survey area. 2-D multichannel stacked data were incorporated as an initial model. Two horizontal geophone component data, then, were polarization filtered and rotated to make radial component section. Traveltimes of main S-wave events were picked and used for forward modeling incorporating Poisson's ratio. This modeling provides S-wave profiles and Poisson's ratio profiles at every OBS site. The results shows that P-wave velocities in most OBS sites decrease beneath the BSR, whereas S-wave velocities slightly increase. Consequently, Poisson's ratio decreased strongly beneath the BSR indicating the presence of a free gas layer under the BSR.

해양 다성분 탄성파 자료를 이용한 가스하이드레이트 유망지역의 BSR 상하부 S파 속도 도출

가스하이드레이트 부존량 평가에 있어서 해당 부존 지역의 S파 속도 정보는 암상과 공극유체의 정보를 파악하는데 결정적인 역할을 한다. 만일 퇴적층 내에 가스하이드레이트가 존재한다면 이 층에서의 P파 속도와 S파 속도는 동시에 증가하게 되며, 그 하부에 자유가스가 존재하는 경우 P파의 속도는 감소한다. 하지만 S파의 경우 공극을 채우고 있는 유체의 영향을 받지 않고 순수하게 매질을 통해서 진행하므로 하이드레이트 층의 하부에 자유가스층이 존재한다고 해도 그 속도가 변하지 않거나 오히려 매질의 영향으로 그 속도가 증가한다. 본 연구에서는 이러한 특성을 확인하기 위해 울릉분지의 가스하이드레이트 유망지역 중 탄성파 단면상에서 BSR(해저변 모방 반사면)이 강하게 분포하는 한 지점에서 한국지질자원연구원이 2009년 5월에 OBS(해저면 탄성파 기록계)를 이용하여 취득한 해저면 다성분 탄성파 자료를 이용하여 가스하이드레이트 부존 심도 부근의 P파 빛 모드전환 S파의 속도를 구하였다.OBS의 하이드로폰(hydrophone) 성분에 기록된 P파 자료를 이용하여 탄성파 주시 역산법을 수행하여 P파 속도 및 섬도 구조를 도출하였다. 해당지역에 취득한 2차원 반사법 탐사 자료는 기본 전산처리를 통해 구한 탐사지역의 기본 층서모델을 초기모델로 삼았다. 여기에 수평 2성분 지오폰(geophone)에 기록된 자료의 극성 분석을 통해 S파의 에너지가 최대로 모인 radial 성분 단면도를 생성하고 여기서 발췌한 주요 S파 이벤트의 주시를 이용해 포아송 비 정모델링을 수행하여 OBS가 위치한 지점에서의 포아송 비와 S파 속도구조를 최종적으로 도출하였다. 본 연구를 통해 탐사지역의 가스하이드레이트 존재로 인한 BSR 상하부 층의 P파 속도 역전 현상과 P파와는 달리 BSR 상부에서 히부로 갈수록 S파의 속도가 약간 증가하는 경향을 보여 결과적으로 자유가스층의 존재로 인한 BSR 하부에서 포아송 비 감소현상이 뚜렷함을 확인하였다.