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캐나다 아퀴스토어 CCS 프로젝트의 이산화탄소 모니터링을 위한 Baseline 탄성파 속성분석 (Baseline Survey Seismic Attribute Analysis for CO2 Monitoring on the Aquistore CCS Project, Canada)

  • 정순홍;김병엽;배재유
    • 자원환경지질
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    • 제46권6호
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    • pp.485-494
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    • 2013
  • 주입된 $CO_2$가 환경에 영향을 미치지 않고 지하에서 안정적으로 저장되어 있는지를 총체적으로 모니터링 하는 주입 및 주입 후 관리 (Monitoring, Mitigation and Verification, MMV) 기술은 이산화탄소 지중저장 분야에서 경제적 및 환경적으로 매우 중요한 역할을 하고 있다. 특히, 해외 대규모 지중저장 프로젝트 사례를 보았을 때 주입한 $CO_2$의 거동을 가장 효율적으로 모니터링할 수 있는 방법 중의 하나로 탄성파를 이용한 시간 경과 (Time-lapse) 모니터링 기술이 그 핵심으로 떠오르고 있다. 이 연구에서는 캐나다 Estevan에 위치한 Aquistore 이산화탄소 주입 현장의 3차원 베이스라인 (baseline) 탄성파 자료를 수집하고 분석하여 국내 지중저장 탄성파 모니터링 실증화를 위한 기초 연구를 수행하였다. 이산화탄소 주요 저장 대상층은 탄성파 도달 시간 1,800 ~ 1,900 ms 깊이의 Winnipeg 와 Deadwood 사암층이다. Aquistore 탄성파 자료에 대한 에너지, 유사도(similarity)를 도출하고 주파수를 분해하여 $CO_2$ 주입 대상층의 특성을 규명하였다. 그 결과 등시선도 1,800 ms의 연구지역 북측, 1,850 ms의 남측에 탄성파 에너지가 큰 영역이 집중적으로 분포함을 확인할 수 있었고, 탄성파 에너지 속성을 도시하여 반사계수가 큰 사질 퇴적양상이 우세한 영역을 구분할 수 있었다. 또한 탄성파 기록의 유사도를 도출하여 두 개의 주요한 구조선이 북서-남동 방향으로 지중저장 대상층을 절단함을 확인하였다. 탄성파자료의 주파수를 성분별로 분해하고 5, 20 및 40 Hz 성분을 분석한 결과 연구지역의 중앙에서 동서 방향으로 발달하는 균질한 퇴적 양상이 구체화되었다. 베이스라인 자료의 경우 추가적으로 인위적인 잡음을 제거하고 층서 해석 결과를 통합하여 이산화탄소 지중저장 영역을 묘사한다면 시간경과 모니터링 자료와의 효율적인 대비가 가능할 것이다.

얇은 저류층 내에서 WVD 빛띠 분해에 의한 가스 포화 구역 탐지 (Detection of the gas-saturated zone by spectral decomposition using Wigner-Ville distribution for a thin layer reservoir)

  • 신승일;변중무
    • 지구물리와물리탐사
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    • 제15권1호
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    • pp.39-46
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    • 2012
  • 최근에는 지금까지 주로 탐사개발이 이루어진 구조적 저류층보다 층서적 저류층에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 얇은 두께의 가스 저류층의 경우 동조효과로 인해 겹쌓기 단면도에서 탐지가 어렵다. 게다가 얇은 저류층 내 염수가 있는 부분과 가스로 치환된 부분으로부터의 반사파가 동일한 극성을 갖는 경우 일반적인 자료 처리 기술을 이용해서 가스가 있는 부분을 규명하는 것이 쉽지 않다. 본 연구에서는 빛띠 분해를 이용해서 얇은 저류층 내 가스로 치환된 부분을 나타내는 방법을 소개하고자 한다. 먼저, Class 1, Class 3 그리고 Class 4의 AVO 반응을 가지는 매질의 물성을 이용하여 다양한 입사각과 진동수에 따른 진폭 빛띠를 분석하였다. 그 결과 입사각과 AVO 종류에 무관하게 최대 진폭 빛띠 값을 갖는 꼭지 진동수 근처에서 염수와 가스로 치환된 얇은 층의 진폭 빛띠 값이 가장 크게 차이가 나는 것을 확인하였다. 또한 Class 3와 Class 4의 성질을 가지는 매질에서는 가스로 치환된 부분의 진폭 빛띠가 꼭지 진동수에서 염수로 치환된 부분의 진폭 빛띠보다 크게 나타나는 것을 확인하였고 이러한 현상은 Class 1에서는 반대로 일어나는 것을 확인하였다. 위의 결과를 토대로 얇은 저류층내에서 가스로 치환된 부분을 염수로 치환된 부분과 구분하기 위해서 겹쌓기 단면에 빛띠 분해법을 적용하였다. 위 방법에 대한 타당성을 검증하기 위해서 동일한 반사 극성을 가지면서 염수와 가스로 치환된 부분이 모두 있는 하나의 얇은 저류층 속도 모델을 설정하였다. 결과적으로 Wigner-Ville distribution을 사용해서 얻은 꼭지 진동수 근처에서의 빛띠 분해 단면도를 통해 겹쌓기 단면에서는 구분이 어려웠던 얇은 저류층 내에서의 염수와 가스로 치환된 부분을 구분할 수 있었다.

포항(浦項) 및 장기분지(盆地)에 대한 고지자기(古地磁氣), 층서(層序) 및 구조연구(構造硏究); 화산암류(火山岩類)의 K-Ar 연대(年代) (Paleomagnetism, Stratigraphy and Geologic Structure of the Tertiary Pohang and Changgi Basins; K-Ar Ages for the Volcanic Rocks)

  • 이현구;문희수;민경덕;김인수;윤혜수;이타야 테츠마루
    • 자원환경지질
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    • 제25권3호
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    • pp.337-349
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    • 1992
  • The Tertiary basins in Korea have widely been studied by numerous researchers producing individual results in sedimentology, paleontology, stratigraphy, volcanic petrology and structural geology, but interdisciplinary studies, inter-basin analysis and basin-forming process have not been carried out yet. Major work of this study is to elucidate evidences obtained from different parts of a basin as well as different Tertiary basins (Pohang, Changgi, Eoil, Haseo and Ulsan basins) in order to build up the correlation between the basins, and an overall picture of the basin architecture and evolution in Korea. According to the paleontologic evidences the geologic age of the Pohang marine basin is dated to be late Lower Miocence to Middle Miocene, whereas other non-marine basins are older as being either Early Miocene or Oligocene(Lee, 1975, 1978: Bong, 1984: Chun, 1982: Choi et al., 1984: Yun et al., 1990: Yoon, 1982). However, detailed ages of the Tertiary sediments, and their correlations in a basin and between basins are still controversial, since the basins are separated from each other, sedimentary sequence is disturbed and intruded by voncanic rocks, and non-marine sediments are not fossiliferous to be correlated. Therefore, in this work radiometric, magnetostratigraphic, and biostratigraphic data was integrated for the refinement of chronostratigraphy and synopsis of stratigraphy of Tertiary basins of Korea. A total of 21 samples including 10 basaltic, 2 porphyritic, and 9 andesitic rocks from 4 basins were collected for the K-Ar dating of whole rock method. The obtained age can be grouped as follows: $14.8{\pm}0.4{\sim}15.2{\pm}0.4Ma$, $19.9{\pm}0.5{\sim}22.1{\pm}0.7Ma$, $18.0{\pm}1.1{\sim}20.4+0.5Ma$, and $14.6{\pm}0.7{\sim}21.1{\pm}0.5Ma$. Stratigraphically they mostly fall into the range of Lower Miocene to Mid Miocene. The oldest volcanic rock recorded is a basalt (911213-6) with the age of $22.05{\pm}0.67Ma$ near Sangjeong-ri in the Changgi (or Janggi) basin and presumed to be formed in the Early Miocene, when Changgi Conglomerate began to deposit. The youngest one (911214-9) is a basalt of $14.64{\pm}0.66Ma$ in the Haseo basin. This means the intrusive and extrusive rocks are not a product of sudden voncanic activity of short duration as previously accepted but of successive processes lasting relatively long period of 8 or 9 Ma. The radiometric age of the volcanic rocks is not randomly distributed but varies systematically with basins and localities. It becomes generlly younger to the south, namely from the Changgi basin to the Haseo basin. The rocks in the Changgi basin are dated to be from $19.92{\pm}0.47$ to $22.05{\pm}0.67Ma$. With exception of only one locality in the Geumgwangdong they all formed before 20 Ma B.P. The Eoil basalt by Tateiwa in the Eoil basin are dated to be from $20.44{\pm}0.47$ to $18.35{\pm}0.62Ma$ and they are younger than those in the Changgi basin by 2~4 Ma. Specifically, basaltic rocks in the sedimentary and voncanic sequences of the Eoil basin can be well compared to the sequence of associated sedimentary rocks. Generally they become younger to the stratigraphically upper part. Among the basin, the Haseo basin is characterized by the youngest volcanic rocks. The basalt (911214-7) which crops out in Jeongja-ri, Gangdong-myon, Ulsan-gun is $16.22{\pm}0.75Ma$ and the other one (911214-9) in coastal area, Jujon-dong, Ulsan is $14.64{\pm}0.66Ma$ old. The radiometric data are positively collaborated with the results of paleomagnetic study, pull-apart basin model and East Sea spreading theory. Especially, the successively changing age of Eoil basalts are in accordance with successively changing degree of rotation. In detail, following results are discussed. Firstly, the porphyritic rocks previously known as Cretaceous basement (911213-2, 911214-1) show the age of $43.73{\pm}1.05$$49.58{\pm}1.13Ma$(Eocene) confirms the results of Jin et al. (1988). This means sequential volcanic activity from Cretaceous up to Lower Tertiary. Secondly, intrusive andesitic rocks in the Pohang basin, which are dated to be $21.8{\pm}2.8Ma$ (Jin et al., 1988) are found out to be 15 Ma old in coincindence with the age of host strata of 16.5 Ma. Thirdly, The Quaternary basalt (911213-5 and 911213-6) of Tateiwa(1924) is not homogeneous regarding formation age and petrological characteristics. The basalt in the Changgi basin show the age of $19.92{\pm}0.47$ and $22.05{\pm}0.67$ (Miocene). The basalt (911213-8) in Sangjond-ri, which intruded Nultaeri Trachytic Tuff is dated to be $20.55{\pm}0.50Ma$, which means Changgi Group is older than this age. The Yeonil Basalt, which Tateiwa described as Quaternary one shows different age ranging from Lower Miocene to Upper Miocene(cf. Jin et al., 1988: sample no. 93-33: $10.20{\pm}0.30Ma$). Therefore, the Yeonil Quarterary basalt should be revised and divided into different geologic epochs. Fourthly, Yeonil basalt of Tateiwa (1926) in the Eoil basin is correlated to the Yeonil basalt in the Changgi basin. Yoon (1989) intergrated both basalts as Eoil basaltic andesitic volcanic rocks or Eoil basalt (Yoon et al., 1991), and placed uppermost unit of the Changgi Group. As mentioned above the so-called Quarternary basalt in the Eoil basin are not extruded or intruaed simultaneously, but differentiatedly (14 Ma~25 Ma) so that they can not be classified as one unit. Fifthly, the Yongdong-ri formation of the Pomgogri Group is intruded by the Eoil basalt (911214-3) of 18.35~0.62 Ma age. Therefore, the deposition of the Pomgogri Group is completed before this age. Referring petrological characteristics, occurences, paleomagnetic data, and relationship to other Eoil basalts, it is most provable that this basalt is younger than two others. That means the Pomgogri Group is underlain by the Changgi Group. Sixthly, mineral composition of the basalts and andesitic rocks from the 4 basins show different ground mass and phenocryst. In volcanic rocks in the Pohang basin, phenocrysts are pyroxene and a small amount of biotite. Those of the Changgi basin is predominant by Labradorite, in the Eoil by bytownite-anorthite and a small amount pyroxene.

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캐나다 아사바스카 오일샌드 지질특성 (Geology of Athabasca Oil Sands in Canada)

  • 권이균
    • 한국석유지질학회지
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    • 제14권1호
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    • pp.1-11
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    • 2008
  • 오일샌드는 비재래형(unconventional) 석유자원의 하나로서 비투멘(bitumen), 물, 점토, 모래의 혼합물이다. 오일샌드 비투멘은 API 비중이 $8-14^{\circ}$이고 점도가 10,000 cP 이상인, 매우 무겁고 점성이 큰 탄화수소 자원으로서 일반적으로 지표나 천부퇴적층에서 유동성을 갖지 않는다. 오일샌드 비투멘은 주로 캐나다 앨버타주와 사스캐추완주에 분포하고 있으며, 캐나다에만 원시부존량이 1조 7천억 배럴, 확인매장량이 1천 7백억 배럴에 달한다. 대부분은 앨버타주 포트 멕머레이(Fort McMurray) 인근의 아사바스카(Athabasca), 콜드레이크(Cold Lake), 피스리버(Peace River) 지역에 매장되어 있다. 캐나다 오일샌드 저류지층은 아사바스카 지역의 멕머레이층(McMurray Fm)과 클리어워터층(Clearwater Fm), 콜드레이크 지역의 멕머레이층(McMurray Fm), 클리어워터층(Clearwater Fm), 그랜드래피드층(Grand Rapid Fm), 피스리버 지역의 블루스카이층(Bluesky Fm)과 게팅층(Gething Fm)이다. 이들 지층은 하부 백악기 지층으로서 중생대 초-중기에 발생한 북미판과 태평양판의 충돌과 그로 인한 대륙전면분지(foreland basin)의 형성과정에서 퇴적되었다. 분지의 기반암은 복잡한 지형을 갖는 고생대 탄산염암이며, 그 위에 북미대륙 북쪽의 보레알해(Boreal Sea)로부터 현재의 북미대륙 서부를 남북으로 관통하는 전기백악기내해로(Early Cretaceous Interior Seaway)를 따라 해침이 발생하면서 오일샌드 저류지층이 형성되었다. 세 개의 주요 오일샌드 분포지역 가운데 80% 이상의 오일샌드를 매장하고 있는 아사바스카 지역의 저류지층인 멕머레이층과 크리어워터층의 최하부층원인 와비스코 층원(Wabiskaw Mbr)은 전기 백악기 시기의 해침층서를 잘 반영하고 있다. 멕머레이층 하부에는 하성기원의 퇴적층이 발달하고, 상부로 가면서 점차로 조석기원의 천해 퇴적층이 우세해지며, 와비스코 층원에 와서는 의해 세립질 퇴적층이 광역적으로 분포한다. 이러한 해침기원의 상향 세립화 경향은 아사바스카 오일샌드 부존지역에서 일반적으로 관찰된다. 오일샌드 부존지층은 일반적으로 불균질 저류층이며, 주요 저류층은 하성퇴적층이나 에스츄어리(estuary) 기원의 퇴적층에 발달한 하도-포인트 바 복합체(channel-pont bar complex)이다. 이러한 하도-포인트바 복합체는 범람원 및 조수평원 세립질 퇴적층이나 만-충진(bay-fill) 퇴적층과 함께 멕머레이층을 형성한다. 멕머레이층 상부에 오는 와비스코 층원은 주로 외해 세립질 퇴적층으로 이루어져 있으나, 멕머레이층을 대규모로 침식하는 하도사암층이 지역적으로 발달하기도 한다. 캐나다에서 오일샌드는 주로 노천채굴(surface mining)과 심부열회수(in-situ thermal recovery) 방식으로 생산한다. 50 m 미만의 심도에 묻혀있는 오일샌드는 노천채굴 방식으로 회수하여 비투멘 추출(extraction)과 개질(upgrading)과정을 거쳐 합성원유(synthetic crude oil)로 생산된다. 반면에 150-450 m 심도에 묻혀있는 오일샌드는 주로 심부열회수 방식으로 비투멘을 회수하여 비교적 간단한 비투멘 블렌딩(blending)과정을 통해 유동성을 증가시켜 정유시설로 운반한다. 심부열회수 방식으로 오일샌드를 개발할 경우 주로 스팀주입중력법(SAGD: Steam Assisted Gravity Drainage)이나 주기적스팀강화법(CSS: Cyclic Steam Stimulation)이 사용된다. 이러한 방법들은 저류층에 스팀을 주입하여 저류층 내의 온도를 상승시킴으로써 비투멘의 유동성을 증가시켜 회수하는 기술을 사용한다. 따라서 오일샌드 저류층 내부의 스팀전파효율을 결정하는 저류지층의 주요 지질특성에 대한 이해가 선행되어야 효과적인 생산설계와 효율적인 생산을 수행할 수 있다. 오일샌드 생산에 영향을 미치는 저류층의 주요 지질특성에는 (1)비투멘 샌드층의 두께(pay) 및 연결성(connectivity), (2) 비투멘 함량, (3) 저류지역 지질구조, (4) 이질배플(mud baffle)이나 이질프러그(mud plug)의 분포, (5) 비투멘 샌드층에 협재하는 이질퇴적층의 두께 및 수평연장성(lateral continuity), (6) 수포화층(water-saturated sand)의 분포, (7) 가스포화층(gas-saturated sand)의 분포, (8) 포인트바의 성장방향성, (9) 속성층(diagenetic layer)의 분포, (10) 비투멘 샌드층의 조직특성 변화 등이 있다. 이러한 지질특성에 대한 고해상의 분석을 통해 보다 효과적인 오일샌드 개발이 달성될 수 있을 것이다.

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