지질역학적 관점에서의 경상분지 이산화탄소 지중저장 잠재성

장찬동(Chandong Chang),조영욱(Yeonguk Jo),이성복(Sungbok Lee),염병우(Byung-Woo Yum) 대한지질학회 2013 대한지질학회 학술대회 Vol.2013 No.10

A Method of Removing 2-Dimensional Wrap-Around Effects in Fourier Domain Migration

Chandong Chang(장찬동),Chang-Eob Baag(박창업) 대한지질학회 1995 지질학회지 Vol.31 No.3

포항분지 해상 CO<SUB>2</SUB> 주입실증 저류층 응력상태

장찬동(Chandong Chang),조영욱(Yeonguk Jo),송인선(Insun Song) 대한지질학회 2015 대한지질학회 학술대회 Vol.2015 No.10

지각의 지질역학 프로세스: 응력, 단층운동, 지진

장찬동(Chandong Chang) 대한지질학회 2022 대한지질학회 학술대회 Vol.2022 No.10

균열과 단층이 지각응력에 미치는 영향

장찬동(Chandong Chang) 대한지질학회 2013 대한지질학회 학술대회 Vol.2013 No.10

고분해능 시추공 변형률계 활용을 통한 지진 연구 가능성

소인호 ( Inho Soh ),장찬동 ( Chandong Chang ) 대한지질공학회 2016 지질공학 Vol.26 No.2

고분해능 시추공 변형률계로부터 측정된 변형 신호를 이용하여 지진에 의한 응력 변화 해석의 가능성에 대해 고찰하였다. 응 력 변화 분석을 위해 2010년 4월 4일 발생한 El Mayor-Cucapah 지진(Mw=7.2)에 의한 변형 신호가 기록된 자료를 이용하여 주압축응력 방향과 크기를 산정하였다. 분석 결과는 지진 전후의 응력 변화 양상에 대한 차이점과 지진 발생과 동시에 특징적 인 응력 변화 양상을 보였다. 지진 발생 전후 응력 방향 변화는 지진 해로 규명되는 최대주응력 방향에서의 응력 증가와 연관 성이 있는 것으로 해석된다. 지진 발생 시 응력 크기 변화는 주방향에서 10-3-10-2MPa 수준의 응력 급상승, 하강으로 나타났 다. 산정된 응력 크기 변화량에 대한 검증을 위해 지진과 관련된 매개변수를 이용하여 응력 전파를 모사할 수 있는 쿨롱 응력 전파 모델링을 실시하였다. 시추공 측정 결과로부터 계산된 전단응력 변화량은 (0.3-0.8) × 10-2MPa의 증가가 있었으며 이는 쿨 롱 응력 전파 모델을 통해 얻어진 전단응력 증가량 (0.1-0.6) × 10-2MPa과 상당히 유사함을 확인하였다. 따라서 시추공 변형률 계 자료가 설치 지역에서 작용하는 주응력의 영향과 지진에 의해 변화하는 응력 변화를 충분히 반영하고 있음을 시사하며 시 추공 변형률계 자료로부터 얻어지는 유의미한 응력 정보는 지진 관련 연구에서 활용될 수 있을 것으로 기대한다. This work investigates whether stress changes induced by an earthquake can be estimated using the deformation measured by high-resolution borehole strainmeters. We estimate the changes in the orientation and magnitude of the principal compression stresses using borehole strainmeter data recorded before and after the M7.2 El Mayor-Cucapah earthquake on April 4, 2010. Clear differences in the stress orientations and magnitudes are apparent before and after the event. The change in stress orientation appears related to subtle increases of stress in the tectonic maximum principal orientation, which is in agreement with the earthquake focal mechanism solution. The sudden stress drop at the onset of the earthquake was 10-3-10-2 MPa in the principal orientations. The Coulomb stress transfer model, which can estimate stress transfer, predicts a shear stress increase of (0.1-0.6) × 10-2 MPa at the strainmeter site, which is in line with the measured data (0.3-0.8) × 10-2 MPa. Overall, our results suggest that borehole strainmeter data reflect the subtle stress changes associated with earthquake occurrence, and that such data can be utilized for earthquake-related research.

Split-Step Fourier Migration for the Anelastic Medium

Chang-Eob Baag(박창업),Chandong Chang(장찬동) 대한지질학회 1995 지질학회지 Vol.31 No.3

수압파쇄시험 해석을 위한 중공원통 인장시험과 압열인장시험 화강암 인장강도 비교

조영욱(Yeonguk Jo),장찬동(Chandong Chang),이태종(Tae Jong Lee),김광염(Kwang-Yeom Kim) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.5

수압파쇄법으로 최대수평주응력 크기 규명에 필요한 요소 중 하나인 암반의 인장강도를 측정하는 방법에 대해 연구하였다. 석모도 시추공에서 회수한 화강암 시료에 대해 두 가지 실내시험(중공원통 인장시험 및 압열인장시험)으로 인장강도를 측정하고 두 결과가 차이를 보이는지 비교하였다. 중공원통 인장시험에서는 높은 수압증가율 상태에서 더 높은 인장강도를 보여, 현장의 수압파쇄시험에서 보인 수압 증가율 상태에서 측정된 인장강도나 그 증가율로 보정된 인장강도를 이용해야한다는 점을 보였다. 인장강도에 대한 수압 증가율 효과와 크기 효과를 보정하면 중공원통 인장시험 결과는 압열인장시험 결과와 유사하게 나타났으며 이는 수압파쇄 인장강도를 위해 압열인장강도를 이용할 수도 있다는 점을 시사한다. We conducted hollow cylinder tensile strength tests and Brazilian tests in Seokmo granite to measure tensile strength necessary for estimating the magnitude of the maximum horizontal principal stress in hydraulic fracturing stress measurements. Two different pressurization rates were used in hollow cylinder tests. Tensile strengths were determined to be higher at higher pressurization rate, which suggests that tensile strength should be measurement at the same rate used in actual in situ hydraulic fracturing tests. Considering the effect of pressurization rate and specimen size on tensile strength, the hollow cylinder tests and Brazilian tests yield similar results each other. This demonstrates that Brazilian tests can be utilized to produce representative tensile strengths for interpretation of hydraulic fracturing test results.

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증연구 안전성 평가

권이균 ( Yi Kyun Kwon ),장찬동 ( Chandong Chang ),신영재 ( Youngjae Shinn ) 대한지질공학회 2018 지질공학 Vol.28 No.2

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구사업은 저장소 선정 및 저장소 특성화 연구 과정에서 CO₂ 지중저장 실증의 지진 유발 가능성과 누출 가능성에 대하여 진지하게 검토하고 CO₂ 지중저장 실증의 안정성을 확보하기 위한 많은 노력을 경주해 왔다. 그럼에도 불구하고 2017년 11월 15일 발생한 규모 5.4의 포항 지진으로 큰 피해를 입은 포항시와 시민들은 CO₂ 지중저장 실증의 지진 유발 가능성에 대하여 큰 우려를 가지고 있는 상황이다. 포항분지 해상 CO₂ 지중저장 실증 연구팀은 2017년 포항 지진 이후 포항 영일만 CO₂ 지중저장 실증의 안전성에 대하여 자체 조사를 수행하여, 2017년 포항 지진과 포항분지 영일만 해상 CO₂ 지중저장 실증의 관련성과 향후 본격적인 CO₂ 지중저장 실증이 수행될 경우 지진 유발 가능성이나 누출 가능성에 대하여 면밀하게 평가하였다. 자체 조사 결과, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구사업은 2017년 포항지진의 진앙과 약 10 km 떨어진 영일만 해역에 저장소가 위치하며, CO₂ 저장층의 심도도 해저면 아래 약 750-800 m 정도로서 포항 지진의 심도와 큰 차이를 보인다. 또한 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구사업은 2017년 1월 12일부터 3월 12일까지 약 3개월간 CO₂ 시험 주입을 수행한 이후 수송체계 구축과 주입공 격상을 위해 CO₂ 주입 행위가 중지된 상황으로 2017년 11월 15일에 발생한 포항 지진과 직접적인 관련성을 찾기 어렵다. 무엇보다도 CO₂ 지중저장 기술의 개념이 지층을 파쇄하는 것이 아니라 염수와 같은 유체로 채워진 다공질 퇴적층에서 염수를 천천히 밀어내면서 초임계상의 CO₂를 주입한다는 측면에서 대용량의 CO₂를 장기간 주입하여 저장층의 압력이 크게 상승하는 경우를 제외하면 인간 사회에 피해를 가져오는 일정 규모 이상의 지진을 유발할 가능성이 크지 않은 것으로 분석되었다. 게다가 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구사업의 CO₂ 시험 주입 규모가 약 100톤 정도로서 규모 5.0 이상의 지진을 유발할 수 있는 대규모 주입 행위가 없었기 때문에 2017년 포항 지진과의 연관성을 가정하는 것이 무리가 있다. 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구사업의 연구팀은 자체 조사를 통해 향후 포항분지 해상 CO₂ 지중저장 실증 연구사업이 장기적으로 수행될 경우 지진 유발 가능성과 누출 가능성에 대하여도 평가를 수행하였다. 자체 평가 결과에 따르면, 저장층 상부의 덮개층이 파쇄되거나 주변 단층의 재활성화가 발생하지 않도록 정해진 범위에서 압력을 조절하면서 CO₂ 스트림을 주입할 경우 지진 유발이나 단층 재활성화를 초래할 가능성이 매우 희박한 것으로 분석되었다. 더불어, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구사업은 CO₂ 지중저장 실증 과정에서 주입된 CO₂ 스트림의 누출을 최소화하기 위해 저장소 인근 지층의 파쇄 압력, 저장소 인근 단층의 재활성화 압력, 주입공 누출을 방지하기 위한 완결 공정, 주입된 CO₂ 스트림의 누출 경로 파악과 거동 및 누출 모니터링, 안전한 CO₂ 저장을 위한 저장소 운영과 관련된 연구를 충실하게 수행하고 있으며, 연구팀의 자체 조사 결과 주입된 CO₂ 스트림이 인간 사회에 영향을 미칠 정도의 규모로 누출될 가능성은 크지 않은 것으로 평가되었다. 결론적으로 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구사업은 인간이 감지할 정도의 지진 유발 및 주입된 CO₂ 스트림의 누출을 발생시 킬 가능성이 크지 않으며, 비록 적은 가능성이지만, 지진이나 누출이 발생하지 않도록 지속적으로 안전성 확보를 위한 연구개발을 최우선적으로 수행할 계획이다. During the selection and characterization of target formations in the Small-scale Offshore CO₂ Storage Demonstration Project in the Pohang Basin, we have carefully investigated the possibility of induced earthquakes and leakage of CO₂ during the injection, and have designed the storage processes to minimize these effects. However, people in Pohang city have a great concern on CO₂-injection-intrigued seismicity, since they have greatly suffered from the 5.4 magnitude earthquake on Nov. 15, 2017. The research team of the project performed an extensive self-investigation on the safety issues, especially on the possible CO₂ leakage from the target formation and induced earthquakes. The target formation is 10 km apart from the epicenter of the Pohang earthquake and the depth is also quite shallow, only 750 to 800 m from the sea bottom. The project performed a pilot injection in the target formation from Jan. 12 to Mar. 12, 2017, which implies that there are no direct correlation of the Pohang earthquake on Nov. 15, 2017. In addition, the CO₂ injection of the storage project does not fracture rock formations, instead, the supercritical CO₂ fluid replaces formation water in the pore space gradually. The self-investigation results show that there is almost no chance for the injection to induce significant earthquakes unless injection lasts for a very long time to build a very high pore pressure, which can be easily monitored. The amount of injected CO₂ in the project was around 100 metric-tonne that is irrelevant to the Pohang earthquake. The investigation result on long-term safety also shows that the induced earthquakes or the reactivation of existing faults can be prevented successfully when the injection pressure is controlled not to demage cap-rock formation nor exceed Coulomb stresses of existing faults. The project has been performing extensive studies on critical stress for fracturing neighboring formations, reactivation stress of existing faults, well-completion processes to minimize possible leakage, transport/leakage monitoring of injected CO₂, and operation procedures for ensuring the storage safety. These extensive studies showed that there will be little chance in CO₂ leakage that affects human life. In conclusion, the Small-scale Offshore CO₂ Storage Demonstration Project in the Pohang Basin would not cause any induced earthquakes nor signifiant CO₂ leakage that people can sense. The research team will give every effort to secure the safety of the storage site.

점토함량 및 탄성파속도를 이용한 사암 불연속면 마찰계수 추정법

조영욱(Yeonguk Jo),장찬동(Chandong Chang),고희재(Hee Jae Koh) 대한지질학회 2014 대한지질학회 학술대회 Vol.2014 No.10