전기 검층법에 대해 알아보자

전기 검층법

◦ 자연전위(self-potential : SP) 검층

· 원리

자연전위(SP) 검층은 시추공내에서 염도차에 의해 발생하는 전류를 측정 기록

일반적으로 청수이수를 사용하는 시추공에서 측정

· Sp 검층의 원리

시추공내에서 이동하는 하나의 전극과 지표상에 고정되어 있는 기준전극 사이의 전위차 측정

지표상 고정된 기존전극의 위치는 일정하므로 SP 곡선은 공내의 이동전극 주위의 지층에서 발생하는 자연전위의 변화를 기록

SP 곡선에서 0의 값을 정의할 수 없다

SP 곡선의 크기는 보통 셰일기선(shale base line)으로부터의 편향 크기로 정한다.

자연전위는 여러 가지 역학적 현상이나 전기화학적 현상에 의해 발생하며 지하수가 주된 역할

· Sp의 기작

- 전기역학적 전위(electrokinetic, streaming potential)

이수와 지층수 사이에 압력차가 있을 경우 투수성 지층을 통한 전해물질의 흐름 때문에 발생

E_k = 0.039DeltaP sqrt{R_mc cdot t_mc cdot f~}

┏ Ek : 전기역학적 전위(millivolt)

┣ Rmc, tmc : 각각 이벽의 전기비저항과 두께

┗ f : 필터손실계수(filter loss factor), ΔP : 공내 이수와 지층수의 압력차

- 확산전위(액간 접촉전위)

지층수와 시추이수의 염도가 다를 경우 염분 확산이 발생

NaCl 용액→ Cl-이온이 Na+이온보다 유동성이 좋아 빨리 이동.

→ 염도나 낮은 쪽에 광잉 음전하가 생겨 기전력이 발생 → 액간접촉전위

- 셰일전위(Nernst 전위)

셰일 : 이온을 선택적으로 투과시키는 막 역할

Na+이온은 셰일을 통해 이동하지만 Cl-이온은 통과하지 못한다.

선택적 이온 통과로 SP전류가 형성

확산전위와 셰일전위를 묶어서 전기화학적 전위(electrochemical potential) 또는 정 자연전위(static self-potential ; SSP)라 한다.

깨끗한 입상저류암층(사암층)에 대한 전기화학적 전위

E_c (=SSP) = -70.7{(273+T)} over 293 log left( R_mf over R_w right)

┏ Ec : 전기화학적 전위(millivolt), T : 지층의 온도(℃)

┗ Rmf : 이수여과수의 전기비저항, Rw : 지층수의 전기비저항

사암층과 셰일층의 호층인 지역은 전기역학적 전위 보다는 전기화학적 전위가 주

적용

이수 염도 < 지층수 염도 → SP는 셰일기선에서 왼쪽으로 편향 → 음의 극성

이수 염도 > 지층수 염도 → 양의 극성

가정 자연전위(pseudo-static SP ; PSP)

실제 검층시 SP 측정치는 셰일 기선으로부터 서서히 증가하므로 그 최대치는 보통 정자연전위보다 낮게 나타나게 되는 값

- 광화 전위

금속 광화대에서 종종 나타나는 대규모의 전위이상의 원인

황화광물, 흑연, 자철석 등을 함유하는 광상에서 현저

· 응 용

- 유정에 의한 SP 검층의 응용

사암 등과 같은 투수성 지층 판별, 사암층과 셰일층의 경계를 결정, 시추공에 층대비

- 지층수의 전기비저항 계산

- 저류층내의 셰일함량 추정 → Vs(셰일 함유율) ≤ 1 -PSP / SSP

- 셰일질 사암층 지역 → SPrhrtjs의 모양이 그 지역의 퇴적환경을 반영

- 저유암인 사암층 내에서의 입도 변화 → 퇴적 당시 에너지 반영

- SP 측정치값 → 유정 최고 75mV

황화광물, 흑연 자철석 등을 배태한 광상 지역은 700~800mV의 대규모 광화전위가 측정

- 광화대에서 나타나는 SP이상

◦ 전기 비저항 검층

· 단극 전기저항 검층

직류 또는 저주파 교류를 시추공내에 위치하는 이동전극 C1과 지표상에 고정되어 있는 전극 C2 사이에 흘려보내고 두 전극 사이에 있는 지층의 전기저항을 측정

I = DeltaV over{sum gamma_i +gamma_c_1}

(γi : 이동전극 C1에서의 접지저항 γc1을 제외한 회로중 각 부분에 나타나는 총저항)

저항 rc1은 전극 주위 암석의 전기비저항 Re에 비례

r_c_1 = DR_e (D : 전극의 크기와 기학적 모양에 따른 비례상수) 

if, ┏ 등방성 균질 물체내에 이동전극이 위치 : Re → 물질의 진전기비저항을 나타냄

┗ 비균질 물체내에서 이동전극이 위치 : Re → 유효저항을 나타냄

→ 다극 전기 비저항 검층의 겉보기 전기비저항과 유사

장점

사용기기 간단

단극 전기저항 검층은 일정한 전압하에서 전류의 변화를 측정함으로써 전기저항 계산 가능

단점

공극률이나 암상의 정량적 해석에 필요한 지층의 전기비저항치를 구할 수 X

회로내 전기저항은 실제로 일정하게 유지되지 않음

측정치가 공경의 변화 이수의 전비저항치에 영향을 받음

유용성

심도가 비교적 얕은 공에 사용

지층 대비 등을 위한 정성적 해석에 이용

탄층 또는 소폭의 금속광을 찾거나 파쇄대 등을 구분하는 데도 유용

· 노말 전기비저항검층

물리검층법충 최초로 시도되었던 것

지하수공 검층 등에 유용한 검층법 중의 하나

4개의 전극(전류전극 2, 전위전극2)을 사용 → 2극법

전류전국 C1과 전위전극 P1간의 거리를 다른 전극간의 거리에 비해 짧게 배열

→ 측정전위가 C1으로부터 흐르는 전류 때문에 생기는 P1 전극에서 전위를 나타냄

R_a ≃ 4pi DeltaV over I bar {(P_1 C_1 )}

조사심도(반경) - bar {P_1 C_1} 의 약 2배

종류 ┏ 단노말 : 두 전극간의 간격을 16in.로 배열하는 경우

┗ 장노말 : 64in.로 배열하는 경우

· 레터럴 전기비저항 검층

3극법 배열 사용

조사심도 - 전극 간격과 거의 동일

전기비저항 측정치

Ra ≃ left ( {4pi DeltaV} over I right) {(bar {P_1 C_1 })(bar {P_2 C_1 })} over{(bar {P_1 C_1 })-(bar {P_2 C_1 })}

레터럴 곡선

바대칭적 모양

전류전극고 전위 전극의 배열을 서로 바꾸면 비칭의 모양이 반대로 됨

암질이 균일하고 두꺼운 지층의 전기비저항 측정에 매우 유용

· 지향식 전기비저항 검층

전도성 이수(염수)를 사용한 시추공과 박층 및 비저항이 매우 높은 지층에 사용하기 위하여 고안된 것

가이드 전극(guard electrode)들을 전류전극의 상하에 장치

→ 같은 크기의 전위를 유지시켜 측정 전류가 지층의 수평 방향으로 집중되러 흐르게 함

지향식 검층곡선은 지층의 경계를 명확히 나타냄

인접지층의 영향을 거의 받지 않음

조사심도 - 가이드 길이의 약 3배

- 단 간격(short-spacing) 시스템

전극간격을 30in.정도로 좁게 배열한 것

공벽가까이의 이수로 교체된 지역(Rxo)이나 전이대(Ri)의 전기비저항을 측정하는데 사용

- 장 간격(long-spacing) 시스템

전극간격이 10ft 정도로 길게 배열한 것

지층의 진전기비저항을 측정하는데 용이

지층의 진전기비저항치에 매우 근사

· 마이크로 전기비저항 검층

공벽이 아주 가까운 부분의 전기 비저항을 측정

청수이수의 침입을 받은 지층은 노말 곡선이 인버스곡선보다 높은 전기비저항치를 나타냄

투수성 지층을 판별하는데 매우 용이

- Microlaterlog, Minifocussed log

일종의 지향식 검층 시스템

이동 가능한 탄화수소의 존재를 확인할 수 있다.

마이크로 전기비저항 검층은 일반적으로 마이크로 캘리퍼 검층과 함께 실시

· 전자유도 검층

지층내에 전류를 유도시켜기 위한 코일 시스템

지층의 전도율을 측정

원리

송신코일에 일정한 세기의 교류 전류 흘려 보냄 →

코일 주위에 전자장 형성 →

지층내에 이차전류 유도(푸우코 효과 ; 원형의 수평루프를 따라 흐름) →

이차 자기장 유도 →

수신코일에 이들의 합인 총자기장이 감지되어 기전력 발생

수신 코일의 기전력은 지층의 전기전도율에 비례

본래 비전도성 이수를 사용하는 공에 사용하기 위해 고안

이후 모든 종류의 이수에 대하여서도 효과적임이 밝혀져서 최근에 자장 많이 이용

듀얼 인덕션로그(dual induction log)

전기비저항 검층 시스템중 가장 진보된 방법의 하나

조사심도가 다른 세 종류의 전기 비저항 곡선을 기록

특히 이수침입의 정도가 심한 지층에 매우 유용

deep, medium, shallow의 전기비저항 측정치의 비를 이용하여 이수 칩입의 심도 결정

· 전기비저항 검층의 응용

이수로 교체된 구역과 본래상태를 유지하고 있는 구역에 대한 물 포화율

(→ 탄화수소 포화율)을 계산

전기비저항 검층곡선은 석유탐사의 초기 단계에서부터 지층대비 등에 이용

암석의 지질학적 특성과 퇴적 환경 등을 잘 반영

◦ 유도분극 검층(IP 검층)

광물탐사용 시추공에서 전기비저항 검층과 동시에 실시

시간영역과 주파수 영역 시스템을 모두 사용 가능

투과심도 및 탐사 대상물의 규모에 따라 전위전극과 전류전극간의 간격을 다양하게 조절

지표상의 원거리 전류전극을 이동시키면서 방향성 조사를 실시할 수 있다.

황화광물 조사에 매우 유용

산포상 황화동광의 경우 황화동의 총량과 유도분극 위상 φ사이의 상관 관계가 성립

맥상광체의 경우에는 총량과 sqrt{10phi/R_a``}(Ra : 겉보기 비저항) 사이에 상관관계 성립

◦ 전자 검층

육상 전자탐사용 기기를 시추공에 적합하게 개조하여 사용. 탐사원리는 동일

전자유도 검층도 엄밀한 의미에서는 공내 전자 검층법의 범주에 속함

목적 - 시추에 의하여 착맥되지 않은 시추공 주변의 전지전도성이 좋은 광화대를 탐사