다중채널 탄성파 자료를 이용한 북극해 가스하이드레이트 부존 퇴적층의 특성화 연구

Abstract

북극해 가스하이드레이트는 전세계 기후 변화에 중요한 역할을 하기 때문에 관심의 대상이 되고 있다. 기후변화로 인해 해리된 가스하이드레이트는 대기 중 메탄 농도를 증가시키며, 지구 온난화를 가속화한다. 따라서 기후 변화와 가스하이드레이트의 관계를 이해하기 위해서는 북극 가스하이드레이트를 특성화하는 것이 필수적이다. 이번 연구의 주요 목적은 북극해의 척치해와 보퍼트해에서 획득한 다중채널 탄성파 자료를 이용하여 탄성파 속도와 포화도와 같은 북극해 가스하이드레이트의 특성을 규명하는 것이다. 이에, 획득한 탄성파 자료를 전산처리 하였으며, 구조보정 속도분석과 유효매질이론 모델을 이용하여 탄성파 속도모델, 가스하이드레이트 포화도 모델, 자유가스 포화도 등 여러 지구물리학적 모델을 구축하였다. 척치해에서 획득한 탄성파 자료의 처리 결과는 해저면모사반사파, 침니, 고진폭 반사파 등 가스하이드레이트의 존재를 암시하는 다양한 탄성파 지시자를 보여주었다. 탄성파 속도모델에서는 가스하이드레이트에 의한 고속도 층과 자유가스에 의한 저속도층이 잘 나타났다. 척치해의 Western Spur에서는 2.0-2.5 km/s의 고속도 가스하이드레이트 층과 0.8-1.2 km/s의 저속도 자유가스층이 각각 확인되었다. Western Spur의 능선을 따라 추정된 평균 가스하이드레이트 포화도 및 자유가스 포화도는 22.72 % 및 3.24 %이다. Mid-Lower Slope과 아라온 마운드에서는 1.85-2.25 km/s의 고속도 가스하이드레이트 층이 확인되었으며, 0.8-1.25 km/s 범위의 저속도 자유가스 층이 확인되었다. Mid-Lower Slope에서 추정된 평균 가스하이드레이트 및 자유가스 포화도는 각각 12.3 %, 2.09 %이다. 대조적으로, 아라온 마운드의 해저면 아래에서는 각각 평균 20.06 % 및 평균 3.74 %가 확인되었다. 2018년 보퍼트해에서 획득한 탄성파 구조보정 단면도에는 해저면모사반사파와 고진폭반사파가 잘 나타나며, 이는 가스하이드레이트의 부존을 시사한다. 추가적으로 반복적 구조보정 속도분석을 통해 구축한 정밀 속도모델에서 2.0-2.3 km/s 범위의 고속도 가스하이드레이트 층과 1.0-1.3 km/s의 저속도 자유가스 층이 확인되었다. 구축된 속도모델에 유효매질이론 모델을 적용하면, 평균 가스하이드레이트 포화도는 17.59 %, 평균 자유가스 포화도는 2.2 %로 추정된다. 추가적으로, 2014년 보퍼트해 대륙사면의 진흙화산에서 획득한 고해상도 다중채널 탄성파 자료에서는 해저면모사반사파로 추정되는 고진폭, 역위상 반사파가 확인되었다. 탄성파 자료의 반사파가 가스하이드레이트에 의한 것인지 확인하기 위하여, 열전도 방정식을 바탕으로 진흙화산 내부의 열구조를 수치적으로 모사하였고 가스하이드레이트 안정영역의 하부경계를 결정하였다. 탄성파 구조보정 단면도의 고진폭 반사파의 깊이와 결정된 가스하이드레이트 안정영역의 하부경계를 비교한 결과, 두 자료가 잘 일치함을 확인하였다. 이 결과는 진흙화산 내부에 가스하이드레이트가 존재한다는 강력한 증거를 제시한다.