• 지구물리와물리탐사
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• 제26권3호
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• pp.138-149
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• 2023

해저지층의 지질특성을 파악하는 것은 지구과학 및 공학에서 중요한 과업으로 신뢰도 높은 탐사자료를 확보하는 경우 가능하다. 대한민국 남동해역 대한해협 천부 지층의 특성을 파악하기 위하여 심부 시추 지층물성 실험실 분석자료와 탄성파 탐사자료를 확보하였고, 이를 통합 분석하였다. 해저면 심도 200 m 하부까지 심부 시추코어를 회수하여 천부 지층 탄성파 음파속도 로그를 얻었고, 탄성파 단면과 대비하였다. 지층 음파속도 로그와 시간 영역 탄성파 자료는 시간-심도 변환을 수행하여 상관성이 15%에서 45%로 증가하였다. 탄성파 임피던스 초기모형을 설정하고 모형기반, 대역제한 및 산재쐐기 역산을 각각 수행하여 결과를 비교하였다. 도출된 탄성파 임피던스는 천부 지층 내부 퇴적층이 우세한 영역과 미고결 영역에서 변화되는 양상을 보였다. 본 연구에서 수행된 음파 임피던스 역산 기법은 향후 지층 물성분석 로그자료와 탄성파자료의 추가 확보 시 통합 분석을 위한 프레임워크로, 임피던스 분포 단면은 해저면 단층 규명과 천부가스 누출 탐지 등에 활용 가능하다. 국내 해양 심부 시추는 이산화탄소 저장 후보지 특성 파악과 자원 부존 평가 등을 목적으로 지속 추진되고 있으므로 통합 역산의 지구물리 분야 적용 가치가 높아질 것으로 기대된다.

• 자원환경지질
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• 제38권2호
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• pp.165-176
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• 2005

심해저 퇴적물에 분포하는 천연가스는 물리, 화학적인 조건에 따라서 세 가지 상(phase)으로 존재한다. 즉, 공극수에 녹아있는 가스의 농도가 용해도 이하이면 용존 가스 형태로 존재할 것이며, 용해도 이상이면 자유가스가(free gas) 형성될 것이며, 자유가스를 포함하는 해저 퇴적물이 저온 고압 조건인 하이드레이트 안정 지역이라면 가스 하이드레이트로 존재한다. 심해저 퇴적물내의 가스의 농도를 정확히 파악할 수 있다면 천연가스와 하이드레이트의 형성과 분포를 예측할 수 쳐다. 그러나, 해저 퇴적물 내에 포함되어 있는 가스의 양을 정확히 측정하는 것은 매우 어렵다. 심해저 퇴적층에서 가스를 채취하는 방법으로 널리 이용되는 공기층 가스 기법을 이용하여 퇴적물내의 가스의 양을 가늠하는 것은 천부 퇴적층에서만 가능하고 심부 지층에서 채취한 가스는 코어 회수와 시료 채취 과정에서 대부분의 가스가 유실되고 극히 일부만 정량 분석된다. 압력 코어(Pressure Core Sampler PCS)는 길이 $1{\cal}m$, 반경 $4.32{\cal}cm$ 규격으로 총 $1,465cm^3$의 퇴적물을 68.9 Mpa 압력 하에서 채취하는 장비이다. ODP Leg 204 시추 동안에 총 6개 지점(site) 에서 압력 코어를 사용하여 각 시추 지점에서 심도에 따른 퇴적물내의 가스의 양과 가스 하이드레이트의 분포를 측정하였다. 분석 결과 시추 위치에 따라서 가스 농도 및 분포 특성이 서로 다르게 나타났다. 하이드레이트 릿지(Hydrate Ridge)의 정상 주변에는 해저면 퇴적물에 메탄가스가 과포화되어 있고 정상 측면 및 분지지역에는 일부 심도의 퇴적물에서만 과포화되어 있었다. 하이드레이트 릿지의 가스 하이드레이트 분포는 압력 코어에 의해서 측정한 현장(in-situ)의 가스 농도 특성과 매우 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.419-423
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• 2006

Basic studies on natural gas hydrates in the East Sea were been carried out by the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM) from 2000 to 2004 involving 2D multichannel seismic lines and piston coring. 27 piston cores recovered from the deed-water Ulleung Basin of the East Sea were analyzed in this study. In piston cores cracks generally developed parallel to bedding suggest significant gas content. The core analyses showed high total organic carbon (TOC) content, sedimentation rate and heat flow of sediments. The cores recovered from the southern study area show also high residual hydrocarbon gas concentrations for the formation of natural gas hydrates. This study indicates that there is the potential for the generation of biogenic gas and the formation of natural gas hydrates in the near seafloor sediments of the study area.

• 지구물리와물리탐사
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• 제10권1호
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• pp.37-43
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• 2007

MH21 연구 컨소시엄에서는 일본 난카이 트러프 동부의 메탄 하이드레이트 탐사를 위해 고분해능 3 차원 탄성파 탐사와 해저면 지구화학탐사를 수행해 왔다. 메탄 하이트레이트가 존재하는 천부지층을 영상화 하기 위해 수행된 고분해능 3 차원 탄성파탐사 결과, 천부 지층에 대한 훌륭한 지질 정보를 획득할 수 있었다. 이러한 정보들은 지질학적, 지구화학적 모델을 구축하는데 유용하며, 특히 메탄가스 또는 메탄을 포함하는 유체의 이동통로, 지구화학적 메탄 하이드레이트 지시자등을 포함하는 복잡한 해저면 지질구조를 이해하는데 유용하다. 수중잠수정을 이용해 확인된 메탄 유출 지점과 탄성파 단면의 비교 결과, 해저면 하부의 메탄가스층 및 메탄 하이드레이트 저류층과 해저면 메탄 하이드레이트 지시자 사이의 특정적인 관계가 확인되었다. 해저지형도와 해저면 반사파로부터 영상화된 해저면 반사파진폭 영상 역시 넓은 지역에 대한 이들 관계를 이해하는 유용하며, 이러한 자료에 기반한 새로운 지구화학적 해저면 탐사도 요구된다. 메탄 하이드레이트 저류층과 해저면 메탄 하이드레이트 지시자 사이의 관계는 고분해능 3 차원 탄성파탐사 자료의 해석을 통해 점점 더 분명해지고 있다. MH21 연구 컨소시엄은 향후 고분해능 3 차원 탄성파탐사로부터 구축된 지질학적, 지구화학적 모델에 기반하여 해저면 지구화학탐사를 수행할 것이다. 이 논문에서는 3 차원 탄성파 탐사와 해저면 지구화학탐사기술의 융합에 의한 일본에서의 메탄 하이트레이트 탐사에 대해 소개한다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2002년도 정기총회 및 제4회 특별심포지움
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• pp.46-66
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• 2002

스파커와 12채널 스트리머, 그리고 휴대용 기록기를 이용하여 고리원전 연안에서 탄성파탐사를 수행함으로써 4기 단층의 분포와 특성을 파악하였다. 스트리머의 채널간격은 6.25 m이며 스파커는 500 Hz까지의 음파를 발생시키므로 수평 및 수직분해능이 매우 높은 자료를 얻을 수 있었다. 조사지역에는 한반도의 동남부 해안을 따라 분포하는 mud belt를 구성하는 홀로세 퇴적물이 30-40 m의 두께로 쌓여 있다. 조사지역 전체에서 홀로세와 플라이스토세의 경계를 이루는 반사면은 매우 뚜렷하며 천부가스층의 분포도 확인되었다. 조사지역내에서 다수의 4기 단층들이 발견되는데 이들은 수직에 가까운 경사를 가지며 남북방향으로 연장되고 있다. 이들 단층들은 수백 m의 간격으로 배열되어 있으며 지역적으로 인장력에 의해 형성된 특성을 보여주기도 하지만 대체로 압축력이 우세한 영역에서 형성된 것으로 해석된다. 홀로세 전기동안 해침과 관련된 침식충진 퇴적층으로 해석되는 지층을 자르는 단층들도 지역적으로 발견되었다. Mud belt를 구성하는 퇴적층 내에 분포하는 천부가스는 균열이 생긴 단층면을 따라 올라온 것 같은 양상을 보여주기도 한다. 동해를 형성시킨 지구조 운동이 마이오세 후기 이후 약해졌지만 그 이후에 한반도의 남동연안에서 단층운동이 활발하였음은 아직도 정상보다 뜨거운 맨틀영역에 속하는 이 지역이 지체구조적으로 안정되지 못함을 지시한다.

• 한국석유지질학회:학술대회논문집
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• 한국석유지질학회 2001년도 제8차 학술발표회 발표논문집
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• pp.56-62
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• 2001

울릉분지 남서부 해역에서 채취한 두 개의 피스톤 코어 (piston core) 시료를 이용하여 퇴적학 및 지화학적 특성을 연구하였다. 코어는 제4기말의 이질 퇴적물로 대부분 구성되어 있고, 테프라 (tephra layer)와 사질 퇴적물이 일부 협재되어 나타난다. 기존 확인된 울릉분지의 테프라를 이용하여 층서 대비를 한 결과, 두 코어는 대양보다는 높은 퇴적률 (10-12cm/kyr)을 갖는다. 이는 코어가 약 4만 4천년 전의 기록부터 시작하고 있음을 의미한다. 동위원소 층서 2 (마지막 빙기) 중에 형성된 구간에서는 저탁류의 영향을 많이 받은 여러 종류의 퇴적상들이 교호하여 나타난다. 코어의 하부 구간에서는 가스의 방출에 의하여 형성된 것으로 사료되는 수평균열이 다수 관찰된다. 두 코어에서 측정된 유기탄소 (organic carbon) 함량은 평균 $1.8\% $(0.1-4.5\%)$으로 열린 바다 (open sea) 퇴적물의 유기탄소 함량보다 높다. 이는 Termination I 시기 때 해수면 상승으로 인해 산소가 다소 결핍된 환경으로 전이되면서 유기탄소의 양이 증가하였음을 보여주는 것으로 해석된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제17권4호
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• pp.216-230
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• 2014

동해 울릉분지 북서 해역에서 취득한 3차원 탄성파 탐사자료의 해석에 의하면 연구해역 내 천부퇴적층은 광역반 사면에 의해 분리되는 5개의 탄성파 단위로 구분되며, 다수의 단층을 수반하는 배사구조가 발달한다. 가스하이드레이트 안정영역 내에는 높은 RMS 진폭을 보이는 해저모방반사면과 낮은 RMS 진폭을 보이는 음향공백대가 특징적으로 분포한다. 탄성파 속성 분석에 의하면 가스하이드레이트와 자유가스가 동시에 부존한 경우 그 경계를 따라 순간진폭이 높게 나타나며 하부에서 순간주파수가 급격히 감소한다. 반면 가스하이드레이트만 존재하는 경우에는 하부에서 순간진폭이 낮고 순간주파수가 감소하지 않는다. 해저모방반사면의 주파수 성분 분해 결과 특정 고주파수 영역에서 나타나는 강한 진폭은 하부 자유가스에 의한 튜닝효과를 지시한다. 가스하이드레이트, 자유가스 및 퇴적층의 경사를 고려한 네 가지 가스하이드레이트 부존모델을 제시하고 그 특징을 기술하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.622-625
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• 2005

본 연구의 목적은 동해 울릉분지 천부퇴적층의 공극수와 메탄의 특징 및 상호작용을 규명하는데 있다. 울릉분지에서 채취한 코어에서 공극수를 추출하여 분석한 결과, 공극수의 황산염 농도가 퇴적물의 심도가 증가할수록 감소하며, 감소하는 경향은 크게 세 가지 (직선성, concave down, upward kink)로 나뉨을 알 수 있었다. 이는 모든 코어에서 황산염 환원작용이 일어나고 있음을 지시한다 황산염 농도의 수직적 구배를 이용하여 SMI (sulfate-methane interface) 심도를 계산하면, 남부울릉분지가 북부울릉분지보다 낮은 값을 갖는다. 반면에 메탄 농도는 퇴적물의 심도가 증가할수록 전반적으로 증가하며, 공간적으로는 남부 울릉분지가 북부울릉보지보다 높다. 또한 남부울릉분지에서 메탄가스 농도는 SMI 심도 아래에서 급격히 증가한다 메탄가스의 탄소 안정동위원소$(\delta^{13}C)$ 분석 값들은 대부분 $-60\%_{\circ}$이하로서 이는 메탄가스가 열기원 보다는 박테리아기원임을 지시해준다 또한 남부 울릉분지에서 메탄의 탄소 안정동위원소 분석 값들은 메탄농도가 증가할수록 낮은 값을 보여 주는 데 이러한 결과들은 남부 울릉분지에서 무산소 메탄 산화작용이 일어나고 있음을 지시하고, 메탄의 상향 분산 (diffusion)량이 북부 울릉분지보다 많이 일어난다는 것을 의미한다. 공극수내 황산염 이온 농도 구배와 메탄가스 농도를 종합적으로 고려할 때, 울릉분지에서 가스하이드레이트의 부존가능성은 북부 울룽분지보다 남부 울릉분지가 높은 것으로 추정된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.50-53
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• 2006

Regional geophysical surveys and geological cal studies on natural gas hydrate (NGH) in the East Sea were carried out by the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM) from 2000 to 2004. 16 piston cores, 2270 L-km of multi-channel reflection seismic (MCRS) data and 730 L-km of 3.5kHz Chirp data obtained from the southwestern part of the deep-water Ulleung Basin were analyzed in this study. In piston cores, cracks generally developed parallel to bedding suggest significant gas content. The core analyses showed high total organic carbon (TOC) content, sedimentation rate and heat flow of sediments. These are in favor of the general ion of substantial biogenic methane, which can form the NGH within the stability zone of the near seafloor sediments in the study area. The cores generally show also high residual hydrocarbon gas concentrations for the formation of natural gas hydrates The geophysical indicators of the presence of gas and/or NGH such as bottom simulating reflectors (BSRs), seismic blank Bones, pockmarks and gas seeping features were well defined on the MCRS and Chirp data.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.597-599
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• 2007

Studies on the hydrocarbons in shallow sediments of the East Sea of Korea have been carried out by the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM) since 2000. 4946 L-km of 2D multichannel reflection seismic data, 3250 L-km of high-resolution Chirp profiles and 16 selected piston cores were analyzed to determine the presence of hydrocarbons in shallow sediments of the western deep-water Ulleung Basin. The seismic data show a number of blanking zones that probably reflect widespread fluid and gas venting. The blanking zones are often associated with velocity pull-up structures. These upwelling structures are interpreted to be the result of high-velocity natural gas hydrate. There are also several bottom-simulating reflectors that are associated with free gas and probably overlying gas hydrate. Numerous pockmarks were also observed in the Chirp profiles. They are seafloor depressions caused by the removal of near-seafloor soft sediments by escaping of fluid and gas. In piston cores, cracks generally oriented parallel to bedding suggest significant gas content some of which may have been contained in gas hydrate in situ.