토모그래피(VSP 탐사)

(1) 원리

수직 탄성파탐사(Vertical Seismic Profiling: VSP)는 지표에서 발생시킨 탄성파를 시추공 내에서 수신하는 방법으로, 측정 원리는 하향식 탄성파탐사(downhole seismic survey)와 거의 마찬가지이지만 초동 이후에 도달되는 탄성파를 해석한다는 점이 하향식 탄성파탐사와 다르다. 주로 지층 경계면에서의 반사파를 추출하여 반사법 탄성파탐사의 기준 자료로 이용함으로써 시추공 주변의 반사 구조를 해석하는 것이라 할 수 있다. VSP 탐사로부터 얻게 되는 반사 구조는 수진기가 조사 대상의 반사면에 근접된 위치에 놓일 수 있기 때문에 그 정밀도가 높다고 할 수 있다.

(2) 탐사 종류

측정 방법에 따라 다음 두 종류로 분류될 수 있다.

1) 영 오프셋(zero-offset) VSP시추공 지점에서 반사 파형 취득

2) 오프셋 VSP시추공 주변의 반사 구조 조사

(3) 탐사심도 및 분해능

영 오프셋 VSP는 시추 굴착 심도까지의 시추공 직하부에 대한 반사 파형을 얻을 수 있다. 오프셋 VSP는 시추공으로부터 발생원 위치의 중간점 즉, 공통중감점(CMP)에 대한 반사 구조를 해석할 수 있다. 해석할 수 있는 심도는 영 오프셋 VSP와 마찬가지로 시추 굴착 심도까지이다. 따라서, 심도가 얕아짐에 따라 반사파의 해석 범위가 좁아진다. 반사파에 의한 지층 두께의 분해능은 일반적으로 파장의 1/4 정도로 알려져 있다. 예를 들면 탄성파 속도가 1km/s의 지층에서 전파되는 탄성파의 주 주파수가 500Hz라면, 지층 두께의 분해능은 0.5m가 된다.

하이드로폰을 이용한 VSP 자료에서는 열린 균열 내의 유체로부터 생성된 튜브파도 관찰되기 때문에 시추공 주변의 균열 해석에도 활용될 수 있다.

(4) 측정․해석으로부터 얻는 정보

영 오프셋 VSP는 시추공 위치의 직하부 지층 경계면에 대한 반사 파형을 얻을 수 있다. 이것은 반사법 탄성파탐사의 해석에서 반사파와 지층 대비를 위한 기준 자료가 된다. 오프셋 VSP는 시추공 주변의 반사법 탄성파탐사 단면을 얻을 수 있다. 여기서 얻게 되는 단면은 반사면으로부터 가까운 심도에서 획득된 것이기 때문에 지표에서 수행한 반사법 탄성파탐사보다 높은 정밀도를 기대할 수 있다.

하이드로폰 VSP로는 튜브파의 발생 심도에서 투수성 균열의 위치를 검출하거나 진폭을 이용하여 균열의 투수계수를 추정하는 것도 시도되고 있다.

(5) 사용 기기

시추공 3성분 수진기, 다중채널 하이드로폰, 자료기록 장치, 탄성파 발생원 등을 이용한다. 자료기록 장치는 반사법 탄성파탐사 이용되는 디지털 수록이 가능한 기종이 적합하다. 탄성파 발생원으로는 다이나마이트, 중력추(weight drop), 스윕(sweep) 발생원 등을 이용한다.

(6) 조사 방법

지표에 설치된 탄성파 발생원으로부터 생성된 탄성파를 시추공 내에 설치된 수진기에서 측정된다. 수신된 파형은 케이블을 통하여 자료기록 장치에 전송되고 여기서 디지털 자료로 변환되어 기록된다. 수진기를 시추공 내에서 일정 간격으로 이동하면서 반복 측정한다.

(7) 해석 방법

해석은 반사법 탄성파탐사 자료처리 소프트웨어를 이용하여 컴퓨터상에서 수행된다. 측정 자료를 심도 순서로 다시 배열하고 심도･시간의 탄성파 기록을 작성한다. 그 자료에 대한 디콘볼루션 등의 전산 처리를 수행하고 목적에 따라 반사파 또는 튜브파를 추출한다. 추출된 반사파에 대해 동보정, 중합 등의 전산처리를 수행하여 탄성파 단면도를 작성한다.

(8) 적용상의 문제점

반사법 탄성파탐사와 마찬가지로 급경사의 지층 경계면에 대한 적용이 곤란하다. 시추공의 보호를 위해 케이싱 파이프나 와이어라인 로드가 사용되는 경우에는 지층을 따라 전달되는 탄성파의 에너지가 현저하게 감쇠하는 경우가 있기 때문에 주의가 필요하다.

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