개요
스톤리 파동(Stoneley wave)은 두 개의 고체 매질이 맞닿은 경계면, 즉 고체-고체 계면을 따라 전파되는 계면파(interface wave) 또는 경계파(boundary wave)의 일종이다. 이 파동은 계면에서 에너지 강도가 최대가 되고 계면으로부터 멀어질수록 지수함수적으로 감쇠하는 특성을 보인다. 액체-고체 계면에서 유사한 형태로 나타나는 파동은 숄테 파동(Scholte wave)이라고 따로 부른다. 스톤리 파동은 표면 음향파(surface acoustic wave)에 속하며, 지진파의 한 갈래로 분류된다. [1][2]
역사·유래
이 파동은 영국의 지진학자 로버트 스톤리 박사(Dr. Robert Stoneley, 1894~1976)가 1924년 10월 1일 발견하였다. 스톤리 박사는 리즈 대학교(University of Leeds)에서 강사로 재직 중이었다. 그의 이름을 따서 이 파동을 스톤리 파동이라 명명하였다. [2]
작동 방식과 유형
스톤리 파동은 고체-고체 경계면을 따라 전파되며, 파동의 입자 운동은 계면에 수직인 면 안에서 타원 궤적을 그린다. 파동 에너지는 계면에 집중되어 있으며, 계면으로부터 양쪽 매질 내부로 거리가 멀어질수록 진폭이 지수함수적으로 감소한다. 매질의 유체성에 따라 다양한 파동 모드가 예측되는데, 액체-고체 계면에서는 숄테 파동이 나타난다. [2]
투과율(Permeability)의 영향
지층의 투과율은 스톤리 파동 전파에 세 가지 주요한 방식으로 영향을 미친다. 첫째, 단층, 암상 변화, 시추공 직경 변화 등 급격한 임피던스 대비(impedance contrast) 구간에서 스톤리 파동이 부분적으로 반사된다. 둘째, 지층 투과율이 증가함에 따라 스톤리 파동의 속도가 감소하며, 그 결과 분산(dispersion) 현상이 유도된다. 셋째, 스톤리 파동의 감쇠(attenuation)가 발생한다. 이러한 특성 때문에 스톤리 파동 분석을 통해 지층의 투과율 및 파쇄대 여부 등 암석 물성을 추정할 수 있다. [2]
사례
스톤리 파동은 주로 시추공 음향 로깅(borehole sonic logging)과 수직 지진 프로파일링(vertical seismic profiling, VSP) 과정에서 가장 흔하게 생성된다. 유체로 채워진 시추공 벽면을 따라 전파하며, 지진파원에서 나오는 신호의 저주파 성분 중 큰 비중을 차지한다. 스톤리 파동의 감쇠 특성은 파쇄대(fractures)와 지층 투과율(formation permeability)에 민감하게 반응한다. 최근 연구에 따르면 시추공 내 스톤리 파동 처리를 통해 파쇄된 석탄층과 파쇄되지 않은 석탄층을 구별할 수 있음이 밝혀졌다. 음향 로그 표준 자료 처리를 통해 파동 속도와 에너지 함량을 도출하는 방법이 관련 문헌에 설명되어 있다. [2]
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