<사진. 지질지구연구소가 제안한 지표면 지구화학 오일가스 신호에 관한 신개념과 새로운 방법
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

중국, 지표면 지구화학 석유가스 신호에 관한 신개념 및 새로운 방법

석유가스(oil and gas)를 함유한 분지는 모두 지표면 혹은 근지표면(near-surface)에서 석유가스의 누설신호(leakage signal)를 나타낸다. 이런 유형의 석유가스 신호는 지표면 지구과학에서 석유가스 이상(oil and gas abnormal)이라고 불린다. 석유가스 탐사(oil and gas exploration) 기술에서 지표면 석유가스 지구화학은 일종의 저렴하고 빠르며 직접적인 탐사 수단이다.

비록 80여 년간의 발전과정을 거쳤지만 아직도 많은 문제점이 존재하고 있다.

(1) 지표면 간섭으로 "허위값 이상"을 초래할 수 있다.
(2) 지질조건의 영향으로 말미암아 "진실한 차이"가 나타나지 않을 수 있다.
(3) 석유가스 이상의 다양성은 예측의 다양성을 초래할 수 있다.

이러한 문제점이 존재함으로 인해 지표면 석유가스 지구화학의 응용은 광범위하게 전파되지 않았다. 지표면 석유가스 지구화학의 핵심적인 문제는 정확한 석유가스 이상 정보를 어떻게 접수하는 것이 되었고 만약 이러한 비정상을 정확하게 확인하고 응용하게 된다면 석유가스 탐사 영역에서 중요한 역할을 발휘하게 된다.

중국과학원 지질과 지구물리연구소 오일가스분지유체동역학 학과팀 Liu-ping Zhang 연구원 등은 위에서 서술한 문제에 대해 새로운 개념과 방법을 제안하였고 또한 이에 따른 우수한 응용효과를 얻었다. 연구자는 우선 오일가스 이상에 대해 연구하여 여러 유형의 형성 메커니즘과 관련된 여러 유형의 오일가스 이상을 발견하였고 다양한 유형의 오일가스 이상에 대해 다양한 예측방법을 사용하였다.

연구자들의 연구에 의하면, 유형을 분류하지 않은 조건에서 직접 예측을 진행하는 방법은 이상에 대한 해석의 다양성을 초래하였을 뿐만 아니라 또한 예측실패를 초래하는 중요한 원인 중 하나이다. 예측결과의 다양성을 줄이기 위해 연구자는 미세 투석-누설(저강도, 수직)과 투석-누설(고강도, 측면) 두 유형의 오일가스 이상의 신개념과 관련된 예측방법을 건립하였다.

이외에, 오일가스 이상신호를 수집하는 중요한 고리는 이상의 최저한도를 확정하는 것이다. 전통적인 이상의 최저한도 확정공식은 실제로 단순한 선형 변환으로서 인위적으로 이상의 최저한도를 확정해야 하고 다양한 유형의 이상을 분류할 수 없다. 연구자는 오일가스 이상 신개념에 기초하여 이상 최저한도와 다양한 유형의 이상 사이 경계선을 새롭게 정의하였고 또한 엄밀한 수학적 추산을 통해 이상 최저한도와 다양한 이상 사이의 경계선에 관한 이론공식을 건립하였다.

따라서, 통계학, 오퍼레이션리서치(operations research), 프랙탈 기하학(fractal geometry)과 인공 신경네트워크 등 다양한 방법을 사용하였을 뿐만 아니라 논리승산(logic multiplication) 군집분석(cluster analysis)의 새로운 수학방법을 창조하고 응용하여 오일가스 이상을 분류하고 식별하는 새로운 방법을 건립하였다. 지표면 간섭과 지질 조건이 오일가스 이상에 미치는 예측 성공률이 낮거나 예측하지 못하는 영향에 대해서는 관련 메커니즘에 대한 연구를 통해 이론모델을 건립하고 웨이브릿 분석(Wavelet Analysis) 등 처리를 진행하여 간섭과 영향을 제거하는 새로운 방법을 건립하였다.

이 새로운 개념, 새로운 방법은 이미 중국 발해만(Bohai Bay), 이련분지(Erlian Basin), 어얼도스(Erdos), Tuha, 러시아 서부 시베리아분지 등 10곳 이상의 지역에서 관련된 응용실천을 진행하였고 또한 우수한 응용효과를 얻었다. 그 중, 발해만분지 동영 침하(Dongying Depression) 남쪽 비탈의 응용이 가장 전형적이다. 이 지역의 데이터는 지표면 간섭, 덮개암(cap rock) 영향이 강렬하고 이상의 다양성이 강하기에 기존의 개념과 방법으로서는 오일가스 분포를 예측할 수 없다.

신개념과 새로운 방법을 응용한 후, 각종의 간섭과 영향을 제거하였고 이상의 형성 메커니즘에 따라 이상을 분류하고 식별하였다. 연구결과는 지구물리와 탐사자료와 일치하였으며 지표면 오일가스 지구화학으로 하여금 예측 불가능에서 오일가스 분포를 예측할 수 있도록 변하였으며 따라서 3곳의 오일가스 풍부지역을 제시(그림)하였다.

이론과 실천에 따르면, 이 신개념과 새로운 방법은 효과적으로 지표면 간섭, 지질 영향과 이상 다양성을 감소시키며 리스크가 크고 효과가 낮은 분지 가장자리의 오일가스 탐사와 분지 다른 지역 음폐된 오일가스에 대한 탐사에 적용되며 쾌속으로 오일가스 분포를 예측하고 탐사 위험도를 줄이면서 탐사 효과를 제고하는데 적극적인 촉진작용이 있다.

이 연구는 최근에 국제해양과 석유지질저널 Marine and Petroleum Geology에 발표되었다(Zhang et al. Data-processing and recognition of seepage and microseepage anomalies of acid-extractable hydrocarbons in the south slope of the Dongying depression, eastern China. Marine and Petroleum Geology,2014,57: 385-402).

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