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완전파형역산(FWI: Full Waveform Inversion)을 이용하여 지하영상화 기술의 새로운 영역을 넓히다
2016년 06월 03일 (금) 00:12:49 황인상 전문기자 his@newsmaker.or.kr


우리나라의 연간 원유 수입량 중 중동산이 차지하는 비율이 10년째 80%를 넘었다. 한국 석유공사에 따르면, 지난해 우리나라는 2014년 원유 9억2천여만배럴을 수입했으며 이 가운데 중동산 원유가 84%를 차지했다. 

황인상 기자 his@

우리나라 명목 GDP 대비 석유소비액은 2014년 기준 5.9%로 독일(2.1%), 일본(3.2%), 중국(3.6%), 미국(3.7%)에 비해 상대적으로 높다. 한국석유공사에 따르면 올해 1월부터 3월까지 수송용 석유제품 소비량은 7134만 배럴로 전년 동월 대비 4.4% 증가했다. 같은 기간 휘발유는 2.8% 증가한 1904만 배럴, 경유는 6.2% 증가한 3975만 배럴을 보였다. 발전용 석유제품 소비량도 72.4% 증가한 702만 배럴로 나타났다.

진동파 활용해 석유 매장 지점 짚어내는 기술 개발
   
▲ 신창수 교수
신창수 서울대학교 에너지자원공학과 교수는 최근 진동파를 활용해 석유 매장 지점을 정확히 짚어내는 기술 개발에 성공, 전 세계적인 주목을 받고 있다. 신창수 교수가 선보인 석유탐사 ‘완전파형역산을 이용한 지하 영상화 기술’은 석유 에너지 분야의 탐사와 개발, 생산, 시스템 개발 등 미래 에너지자원 대안의 핵심 기술이다. 신창수 서울대학교 에너지자원공학과 교수는 “완전파형역산은 석유, 천연가스 등 에너지 자원이 매장되어 있는 장소를 지질학적 정보를 이용해 자원이 존재할 가능성이 높은 지역을 추정한다.”며 “정확한 데이터 분석과 측정을 기반으로 석유가 매장된 위치와 매장량의 평가를 위해 지하지층 구조를 시각화하는 기술이다”라고 설명했다.

현재 신창수 교수는 지하영상화 분야로 석유 및 가스와 같은 에너지자원이 부존되어 있는 위치를 찾아내고 매장량을 평가하기 위해 지하 지층구조를 시각화하는 기술에 몰두하고 있다. 그가 개발에 성공한 지하 영상화 기술은 탄성파 파동방정식을 이용해 컴퓨터로 시뮬레이션된 합성기록과 현장기록의 차이를 최소화하여 지하지층의 속도를 자동적으로 구해서 지구내부의 물성 수치를 분석(예를 들어 속도가 1500m/s에 가깝다면 물이라는 것을 추정할 수 있다)하는 첨단기술로 평가받는다. 일반적으로 완전파형역산 기법은 실제 현장에서 활용됨에 있어 국부 최소 점들(local minima)의 존재로 인한 비유일해 문제, 수치분산의 억제를 위한 엄청난 계산량, 그리고 현장자료의 저주파수 부재로 인해 속도모델의 장파장 성분을 추정할 수 없다는 문제점과 한계가 있다. 이에 신창수 교수는 많은 사람들이 불가능하다고 생각했던 라플라스 변환을 파형역산에 도입함으로써 국부 최소점 문제를 완화시켜 완전파형역산의 수렴성을 향상시켰다.

특히 라플라스 변환의 특성으로 생성되는 영주파수 및 저주파수 성분을 이용해 주관적인 초기모델을 설정하지 않아도 장파장 속도모델을 효과적으로 얻을 수 있도록 만들었다. 뿐만 아니라 모델 격자 크기의 제약이 적어 계산량을 획기적으로 줄임으로써 최고성능의 슈퍼컴퓨터로도 불가능하였던 현실적인 3차원 탄성모델의 계산도 가능하도록 구현했다. 신창수 서울대학교 에너지자원공학과 교수는 “석유 탐사 기술은 숨어 있는 석유까지 찾아내 인류에게 선물해 주는 기술”이라며 “지금의 기술로는 실제 매장된 석유의 30% 정도 밖에 발견하지 못하고 있는 것이다. 석유 탐사기술 개발로 숨어있는 석유를 찾아내 인류의 생존을 위협하는 에너지 고갈문제에 대비하여야 한다”고 강조했다.

음파를 이용해 인체 영상화하는 기술 개발에 매진
석유 에너지 산업의 상류부문인 탐사, 개발 및 생산 분야에서 가장 핵심적인 기술인 지하영상화 기술의 새로운 영역을 넓혀온 신창수 교수. 완전파형역산기술의 발전과 더불어 지난 30여 년간 이 연구에 몰두해온 신 교수는 지금까지 SCI급 논문 116편을 발표했으며 다른 연구자들에 의해 3254회 피인용 되었고, 해외유명학회지에 95편의 초록을 발표했으며 다른 연구자들에 의해 495회 피인용 되기도 했다. 석유물리탐사 분야에서 영향력 있는 학술지 중 하나인 국제지구물리학저널(Geophysical Journal International)에 라플라스 영역 완전파형역산에 관한 논문을 2008년과 2009년 연이어 발표했다. 이러한 공로를 인정받아 신 교수는 지난 9월, 대한민국학술원상을 수상하는 쾌거를 거두었다.

대한민국학술원상은 인문학, 사회과학, 자연과학부문에서 학술연구 또는 저작이 우수해 학술발전에 공로가 있는 학자에게 수여된다. 신창수 교수는 이러한 성과에 만족하지 않고 최근 인체를 영상화하는 장비인 MRI, CT, 초음파기기들과 원리가 동일한 지하영상화 기술을 연구하는 중이다. 이 기술과 노하우는 기존에 사용되고 있는 초음파에 비해 훨씬 낮은 주파수를 가진 음파를 이용해 인체를 영상화하는 것이다. 이것이 성공한다면 의료계의 큰 혁명이 일어날 것으로 기대된다. 신 교수는 “남들과 다른 창의적인 생각을 통해 그 벽을 허물 때 기존 연구 성과 이상의 훌륭한 업적을 이룰 수 있다”며 “기술을 상업화하여 새로운 기술로 탐사해서 우리나라에서 석유를 찾을 수 있게 기술력과 연구력을 다해 매진하겠다”고 다짐했다. NM  

   
 

 

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