해상 탄성파탐사

(1) 원리

바다나 호수의 수심을 측정할 때 음향측심기가 사용된다. 음향측심기는 수면 근처에서 수백 kHz의 음파를 연속적으로 발사하고, 해저면이나 호수 바닥으로부터 반사한 반사파가 수신되기까지의 왕복시간을 측정한다. 해상 탄성파탐사는 원리적으로 음향측심과 같으나 음향측심보다 낮은 주파수의 음원을 사용한다. 수면 부근에서 발생하여 해저에 도달한 파의 일부는 지층으로 투과한다. 투과한 탄성파는 해저 지층의 음향 임피던스(지층의 P파 속도×밀도) 경계면에서 반사되어 온다. 파의 에너지가 크면 보다 심부의 경계면에서 반사한다. 탐사선을 이동하면서 일정한 간격으로 음파를 발생시키고 매 발파마다 반사파를 수신함으로써 해저면 하부의 지질구조를 왕복시간 단면으로서 나타낼 수 있다. 해상 탄성파탐사에는 수 kHz로부터 수 Hz의 파를 이용한다. 주파수가 높은 음원은 파장이 짧아 해상도는 높지만 에너지 감쇠가 커서 탐사심도는 얕다. 반면에 주파수가 낮은 음원은 탐사심도는 깊지만 해상도는 낮다.

(2) 탐사 종류

해상 탄성파탐사에는 단일 채널과 다중 채널의 두 가지 방법이 있다. 단일채널 탄성파탐사에는 수신한 반사파의 강약을 흑백으로 기록지에 표시하는 아날로그 방식과 신호를 디지털로 수록하는 방법이 있다. 한편, 다중채널 탄성파탐사는 탐사선의 선미에 여러 개의 수진기가 달려 있는 스트리머 케이블을 인하며 수행하는 스트리머 방식과, 해저에 여러 개의 수진기가 달려있는 케이블을 설치하고 수신하는 베이케이블(bay cable)방식이 있다.

(3) 탐사심도

탐사심도는 사용하는 음원, 수신 방법 및 분포하는 지층에 따라 다르다. 단일채널 탄성파탐사는 해저의 다중반사(수심의 2배 깊이)가 1차적인 기준이 된다. 한편 다중채널 탄성파탐사는 퇴적층이 두꺼운 곳에서는 2000~3000m 까지 가능하다. 단, 탐사심도가 깊어지면 해상도가 저하된다.

(4) 측정․해석으로부터 얻는 정보

취득한 탄성파탐사 기록으로부터 기반암층의 분포 및 심도 그리고 퇴적층의 구조와 단층, 습곡 등의 지질구조를 파악할 수 있다.

(5) 사용 기기

개념도에 나타낸 바와 같이 탐사선에는 배 위치측정 장치(GPS 수신기 등), 발파를 위한 음원 발생장치(발전기나 고압공기압축기), 자료기록 장치를 탑재한다. 선미에서 음원 및 하이드로폰이나 스트리머 케이블을 예인한다.

(6) 조사 방법

탐사선에 장비를 탑재하고, 3~4knot의 속력으로 일정 간격으로 음파를 발생시키면서 계획된 측선상을 항해하며 조사한다. 베이케이블 방식은 해저에 케이블을 설치하고, 케이블의 바로 위로 음파를 발생시키면서 이동하고, 관측선으로 반사파를 관측 기록한다. 해저면 하부로부터의 미약한 반사신호를 관측하기 때문에, 탐사선의 엔진 잡음, 스크루 잡음, 파랑, 조류 등에 의하여 생기는 잡음과 전기 잡음을 얼마만큼 최소화하느냐에 따라 기록의 품질이 좌우된다.

(7) 적용상의 문제점

탄성파탐사의 기록은 왕복시간 단면이므로 지층의 P파의 전파속도를 이용하여 심도 단면으로 변환할 필요가 있다. 다중체널 탄성파탐사로는 속도를 산출할 수 있지만 단일채널 탄성파탐사로는 속도를 구할 수 없다. 음파검층 자료(P 파 속도)가 있는 경우는 이 값을 이용하여 심도 단면을 작성하지만, 없는 경우는 해수 중의 전파속도를 유추하여 심도 단면도를 작성하는 방법이 있다. 해역에 따라서는 해저면 하부로 음파가 투과되기 어렵다. 이때는 해저면 하부의 정상적인 반사기록을 얻을 수 없다. 그 대책으로서 투과할 수 있는 큰 에너지의 음원을 사용하면 되지만 에너지가 큰 음원은 주파수가 낮아져 해상도가 저하되는 단점이 있다. 탄성파탐사 기록에는 해저면과 수면 사이에서 다중반사가 발생하거나 음원 및 수진기가 방향성이 없는 경우 등, 지질 정보 이외의 신호가 포함되는 경우가 있다. 다중채널 탄성파탐사는 자료처리시에 이러한 잡음을 줄이는 것이 가능하지만, 단일채널 탄성파탐사의 아날로그 방식으로는 어렵다.

 

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