Analysis of Geothermal Reservoir Fluctuation using SP Monitoring

doi:None

All Issue

2005 Vol.42, Issue 4 Preview Page Next Page

Analysis of Geothermal Reservoir Fluctuation using SP Monitoring SP 모니터링을 이용한 지열수 저류층 변동 해석: 임성근, 송윤호, 이태종, Kasumi Yasukawa, 조병욱, 송영수
Sung Keun Lim, Yoonho Song, Tae Jong Lee, Kasumi Yasukawa, Byong Wook Cho and Young Soo Song

31 August 2005. pp. 308-317

PDF

Abstract

Self-potential (SP) monitoring were carried out to delineate the areas related to the reservoir fluctuation and to estimate the flow-path of geothermal water due to the long-term pumping test from the test borehole of 1.5 km depth in Pohang geothermal site. It is not easy, however, to extract the SP signal induced by the reservoir fluctuation during the pumping test, from the measured time series because SP measurements on the surface are inevitably affected by many parameters such as artificial electrical noises, water saturation of soils, magnetic field perturbation caused by solar activity, rainfalls, and so forth. In this study, to figure out how the various SP effects appears in the time series of SP monitoring data, SP monitoring went through from several days before and till after the pumping test. Depth to ground water level from the shallow boreholes nearby as well as the pumping well were also been monitored for the same period. Shallow ground water level did not show enough amount of change to generate SP anomaly throughout the period. The rainfalls, however, induced prompt changes in SP monitoring data, while SP effects due to the pumping shows long-term fluctuation. Finally, when we compared SP monitoring data with these two major factors which seriously affect SP responses, we could identify some areas showing obvious SP fluctuation responsible to the well pumping. Long-term SP changes caused by well pumping were observed near the test well and in the south-west part of the boreholes during the two long-term pumping periods, which is corresponding to the zone of possible fractures appeared as low-resistivity anomaly in a three dimensional interpretation of magnetotelluric data. On the contrary, such SP changes cannot be found in most of northern part and eastern part of the pumping well. From this we can deduce that there exist no or weak hydraulic connection between these areas and the pumping well.

Keywords

Pumping test

Monitoring

Streaming potential

Geothermal

Reservoir

포항 지열개발 지역에 굴착된 1.5 km 심도 심부 시추공에서의 장기간 양수로 인한 심부 지열수 저류층의 변동 및 지열수의 유동 방향을 알아보고자 자연전위(self-potential ; SP) 모니터링을 실시하였다. 그러나 지표에서 측정된 SP는 저류층 변동에 의한 유동전위뿐 아니라 토양의 상태, 인공적인 외부 잡음, 지자기 변동, 강우 등에 크게 영향을 받기 때문에 측정된 SP 모니터링 자료의 해석에 있어서 지열수 저류층 변동에 의한 유동전위의 영향만을 구별해 내는 것은 쉽지 않다. 본 연구에서는 SP 모니터링 자료의 해석상에서 이러한 다양한 자연전위 발생 요인들을 요인별로 구분해보고자, 양수시험이 시작되기 이전부터 끝나고 일정기간 지난 후까지 SP 모니터링뿐만 아니라 이와 동시에 양수시험공 및 조사지역 주변의 얕은 심도 시추공들에서 천부 지하수위 변화, 그리고 일일 강우량 관측 자료를 비교·고찰하였다. 양수시험 기간을 포함해서 SP 모니터링을 실시한 결과 천부 지하수위 변화는 거의 없었으며, 따라서 SP도 이에 의한 영향은 없는 것으로 생각된다. 강우에 의한 영향으로 인한 SP는 즉각적인 반응을 보였는데, 오랜 시간 양수로 인하여 서서히 변하는 장주기 SP 변화와 뚜렷하게 구별할 수 있었다. 결과적으로, 이와 같은 두 가지 큰 영향 요인과 전체 SP 모니터링 자료를 비교한 결과 양수시험에 의한 변동이 비교적 크고 분명하게 나타난 측점들이 일정지역에 모여서 나타났다. 이러한 분명한 SP 변화는 시추공 주변의 일부 지역과 시추공으로부터 먼 남서쪽 지역에서 두 번의 장기 양수시험에 걸쳐서 반복하여 나타나는데, 이 지역은 3차원 MT탐사 결과에서 나타난 하부의 저비저항대 및 파쇄대 방향과 거의 일치한다. 이에 반하여 양수시험과 무관하게 SP가 변하는 시험 시추공에서 먼 대부분의 북쪽 지역 및 동쪽 지역은 양수정과 이들 지역 간에 수리적인 연결성이 거의 없게 나타났다.

키워드

양수시험

모니터링

유동전위

지열

저류층

References

송성호, 2001, 자연전위법을 이용한 수리시설물 누수 탐지, 교육학박사학위논문, 서울대학교.
송성호, 용환호, 2003, “대수층 이방성 분석을 위한 자연전 위 모니터링의 적용”, 자원환경지질, 제36권, 1호, pp. 49-58.
송윤호, 이창범, 박덕원, 김형찬, 이철우, 이성곤, 이종철, 이병태, 박인화, 이태종, 조병욱, 염병우, 이승구, 이봉주, 기원서, 박노욱, 박영수, 임무택, 현혜자, 손정술, 임형래, 황세호, 오재호, 김세준, 이윤수, 김민규, 박 찬, 정용복, 천대성, 김통권, 이진수, 임성근, 2004, 심부 지열 에너지 개발 사업, 일반사업보고서 일반-04(연차)-01, 한국지질 자원연구원.
임성근, 이태종, 송윤호, 송성호, Kasumi, Y., 조병욱, 송영수, 2004, “포항 지열 개발지역에서의 SP 장기 관측,” 물리탐사, 제7권, 3호, pp. 164-173.
Ahmad, U., 1964, “A laboratory study of streaming potentials,” Geophys. Prospect. Vol. 12, pp. 49-62.
Blake, E. W. and Clarke, G. K. C., 1999, “Subglacial electrical phenomena,” J. Geophys. Res., Vol. 104, pp. 7481-7495.
Friedel, S., Byrdina, S., Jacobs, F., and Zimmer, M., 2004, “Self-potential and ground temperature at Merapi volcano prior to its crisis in the rainy season 2000-2001,” J. Volc. Geoth. Res. Vol. 134, pp. 149-168.
Gensane, O., Konyukhov, B., Le Mouel, J. L., and Morat, P., 1999, “SP coseismic signals observed on an electrodes array in an underground quarry,“ Geophys. Res. Lett., Vol. 26, pp. 3529-3532.
Ishido, T., 1989, “Self-potential generation by subsurface water flow through electrokinetic coupling,” in Detection of Subsurface Flow Phenomena, Lecture Notes in Earth Sciences, 27, edited by G.-P. Merkler et al., Springer-Verlag, New York, pp. 121-131.
Jouniaux, L., Bernard, M. L., Zamora, M., and Pozzi, J. P., 2000, “Streaming potential in volcanic rocks from Mount Pelee,” J. Geophys. Res. Vol. 105 (B4), pp. 8391-8401.
Lee, D. S., 1977, “Chemical composition of petrographic assemblages of igneous and relate rocks in south Korea,” J. Korea. Inst. Mining Geol., Vol. 10, pp. 75-92.
Mizutani, H., Ishido, T., Yokokura, T., and Ohnishi, S., 1976, “Electrokinetic phenomena associated with earthquakes,” Geophys. Res. Lett., Vol. 3, pp. 365-368.
Morat, P., Le Mouel, J. L., and Zlotnicki, J., 1989, “Electrical signals generated by the collapse of the pilllars of a gypsum quarry,” C. R. Acad. Sci., Vol. 308, pp. 33-38.
Morrison, H. F., Corwin, R. F., de Moully, and Durand, D., 1978, Interpretation of self-potential data from geothermal areas: Semi-annual Technical Process Report, October 31. USGS contract No. 14-08-0001-10545, University of California, Berkeley.
Morrison, H. F., Corwin, R. F., Harding, R., and de Moully, 1979, Interpretation of self-potential data from geothermal areas: Semi-annual Technical Process Report, April 30. USGS contract No. 14-08-0001-10546, University of California, Berkeley.
Perrier, F., Trique, M., Lorne, B., Avouac, J.P., Hautot, S., and Tarits, P., 1999, “Electrical variations associated with periodic spring discharge in western Nepal,” CR Acad. Sci. Paris, Serie II 328, pp. 73-79.
Yasukawa, K., Andan, A., Kusuma, D. S., Uchida, T., and Kikuchi, T., 2002a, “Self-potential mapping of the Mataloko and Nage geothermal fields, central Flores, Indonesia for applications on reservoir modeling,” Bull., Geological Survey of Japan, Vol. 53, pp. 285-294.
Yasukawa, K., Kusdinar, E., and Muraoka, H., 2002b, “Reservoir response to a well test identified through a self-potential monitoring at the Mataloko geothermal fields, central Flores, Indonesia,” Bull., Geological Survey of Japan, Vol. 53, pp. 355-363.
Yasukawa, K., Ishido, T., Suzuki, I., Kusdinar, E., Takahashi, M. and Muraoka, H., 2002c, “Geothermal reservoir monitoring by continuous self-potential measurements,” Proc. New Zealand Geothermal Workshop 24, pp. 181-186.

Information

Publisher :The Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers
Publisher(Ko) :한국자원공학회
Journal Title :Journal of the Korean Society for Geosystem Engineering
Journal Title(Ko) :한국지구시스템공학회지
Volume : 42
No :4
Pages :308-317

[1] 송성호, 2001, 자연전위법을 이용한 수리시설물 누수 탐지, 교육학박사학위논문, 서울대학교.

[2] 송성호, 용환호, 2003, “대수층 이방성 분석을 위한 자연전 위 모니터링의 적용”, 자원환경지질, 제36권, 1호, pp. 49-58.

[3] 송윤호, 이창범, 박덕원, 김형찬, 이철우, 이성곤, 이종철, 이병태, 박인화, 이태종, 조병욱, 염병우, 이승구, 이봉주, 기원서, 박노욱, 박영수, 임무택, 현혜자, 손정술, 임형래, 황세호, 오재호, 김세준, 이윤수, 김민규, 박 찬, 정용복, 천대성, 김통권, 이진수, 임성근, 2004, 심부 지열 에너지 개발 사업, 일반사업보고서 일반-04(연차)-01, 한국지질 자원연구원.

[4] 임성근, 이태종, 송윤호, 송성호, Kasumi, Y., 조병욱, 송영수, 2004, “포항 지열 개발지역에서의 SP 장기 관측,” 물리탐사, 제7권, 3호, pp. 164-173.

[5] Ahmad, U., 1964, “A laboratory study of streaming potentials,” Geophys. Prospect. Vol. 12, pp. 49-62.

[6] Blake, E. W. and Clarke, G. K. C., 1999, “Subglacial electrical phenomena,” J. Geophys. Res., Vol. 104, pp. 7481-7495.

[7] Friedel, S., Byrdina, S., Jacobs, F., and Zimmer, M., 2004, “Self-potential and ground temperature at Merapi volcano prior to its crisis in the rainy season 2000-2001,” J. Volc. Geoth. Res. Vol. 134, pp. 149-168.

[8] Gensane, O., Konyukhov, B., Le Mouel, J. L., and Morat, P., 1999, “SP coseismic signals observed on an electrodes array in an underground quarry,“ Geophys. Res. Lett., Vol. 26, pp. 3529-3532.

[9] Ishido, T., 1989, “Self-potential generation by subsurface water flow through electrokinetic coupling,” in Detection of Subsurface Flow Phenomena, Lecture Notes in Earth Sciences, 27, edited by G.-P. Merkler et al., Springer-Verlag, New York, pp. 121-131.

[10] Jouniaux, L., Bernard, M. L., Zamora, M., and Pozzi, J. P., 2000, “Streaming potential in volcanic rocks from Mount Pelee,” J. Geophys. Res. Vol. 105 (B4), pp. 8391-8401.

[11] Lee, D. S., 1977, “Chemical composition of petrographic assemblages of igneous and relate rocks in south Korea,” J. Korea. Inst. Mining Geol., Vol. 10, pp. 75-92.

[12] Mizutani, H., Ishido, T., Yokokura, T., and Ohnishi, S., 1976, “Electrokinetic phenomena associated with earthquakes,” Geophys. Res. Lett., Vol. 3, pp. 365-368.

[13] Morat, P., Le Mouel, J. L., and Zlotnicki, J., 1989, “Electrical signals generated by the collapse of the pilllars of a gypsum quarry,” C. R. Acad. Sci., Vol. 308, pp. 33-38.

[14] Morrison, H. F., Corwin, R. F., de Moully, and Durand, D., 1978, Interpretation of self-potential data from geothermal areas: Semi-annual Technical Process Report, October 31. USGS contract No. 14-08-0001-10545, University of California, Berkeley.

[15] Morrison, H. F., Corwin, R. F., Harding, R., and de Moully, 1979, Interpretation of self-potential data from geothermal areas: Semi-annual Technical Process Report, April 30. USGS contract No. 14-08-0001-10546, University of California, Berkeley.

[16] Perrier, F., Trique, M., Lorne, B., Avouac, J.P., Hautot, S., and Tarits, P., 1999, “Electrical variations associated with periodic spring discharge in western Nepal,” CR Acad. Sci. Paris, Serie II 328, pp. 73-79.

[17] Yasukawa, K., Andan, A., Kusuma, D. S., Uchida, T., and Kikuchi, T., 2002a, “Self-potential mapping of the Mataloko and Nage geothermal fields, central Flores, Indonesia for applications on reservoir modeling,” Bull., Geological Survey of Japan, Vol. 53, pp. 285-294.

[18] Yasukawa, K., Kusdinar, E., and Muraoka, H., 2002b, “Reservoir response to a well test identified through a self-potential monitoring at the Mataloko geothermal fields, central Flores, Indonesia,” Bull., Geological Survey of Japan, Vol. 53, pp. 355-363.

[19] Yasukawa, K., Ishido, T., Suzuki, I., Kusdinar, E., Takahashi, M. and Muraoka, H., 2002c, “Geothermal reservoir monitoring by continuous self-potential measurements,” Proc. New Zealand Geothermal Workshop 24, pp. 181-186.

Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers ISSN:2288-0291(Print) 2288-2790(Online) 한국자원공학회지

All Issue