[한국미디어뉴스통신=박주환 기자] 현대사회에서 석유가 없는 생활은 생각하기 힘들다. 우리나라에서 하루에 소비하는 석유는 100만 배럴 이상으로, 어지간한 실내 체육관 2~3개를 채울 수 있는 양이다. 지난 20여 년 간 우리나라 대륙붕 지역에서 석유 탐사를 실시하고는 있지만, 아직도 경제성이 있는 유전은 발견하지 못하고 있다. 그러나 그 동안 축적된 기술을 바탕으로 국내뿐만 아니라 해외 유전 개발에 나서고 있는 것은 매우 고무적이라 할 수 있다.
지하에 집적된 원유의 광상 즉, 유전을 찾는 작업을 탐사라고 한다. 석유는 보통 지표면으로부터 수 킬로미터, 최대 10㎞ 아래에 매장돼 있기 때문에 어느 지역에 매장돼 있는지 사전에 정확하게 알기 어렵다. 때문에 매장 지역을 가능한 한 정확하게 짚어낼수록 석유 시추에 소요되는 시간과 비용, 노력을 크게 절감할 수 있다. 초기의 원유 탐사 방법은 원유가 지하에서 노출되고 있는 곳이나 지표면 및 천연가스가 분출되는 곳 등 지표 표면의 현상에 의해서 시추하였으나, 근대의 탐사 기술은 크게 진보하여 지표 표면상의 원유 존재의 징후가 발견되지 않은 장소에서도 지하 깊숙이 있는 지질 구조를 조사해 원유를 발견할 수 있게 되었다.
‘지하 영상화 기술’의 세계적인 권위자로 인정받고 있는 서울대학교 에너지자원공학과의 신창수 교수가 석유탐사에 관련된 기술 연구에 매진하며 주목할 만한 성과를 낳고 있다. 석유, 가스 등 에너지 자원의 부존 위치를 찾아내고 매장량을 평가하고자 지층 구조를 시각화하는 지하 영상화 기술은 석유탐사의 중요한 전략기술 중 하나로 지속적인 연구개발을 통한 기술력 제고가 필요하다. 특히 석유에너지 탐사 분야에서 가장 중요한 지하지층의 속도를 찾아내는 파형역산 기술은 슈퍼컴퓨팅 시스템을 기반으로 시뮬레이션 된 합성기록과 현장기록의 차이를 최소화하여 지하지층의 속도를 자동으로 측정, 지구 내부의 물 성치를 분석하는 최첨단 기술이다. 신 교수는 “석유 자원호가보를 위한 지하물성과 지하구조 탐사는 우리나라가 또 다른 의미의 산유국 대열에 오르는 데 있어 반드시 필요한 기술”이라고 강조했다.
신창수 교수가 개발한 라플라스 영역에서의 완전파형역산 기술은 2008년 최초로 세계적으로 가장 영향력 있는 물리탐사 학술지인 ‘Geophysical Journal International’에 발표되었고 타 주요 학술지에도 모두 기고되며 독창성을 인정받았다. 파형역산기술의 발전과 더불어 30년간 오로지 이 연구에만 전념해 온 신 교수가 그동안 발표한 논문은 학계뿐만이 아니라 전 세계의 산업계에서도 큰 인정을 받았다. 신 교수팀이 개발하고 있는 ‘지층속도 모델링과 지하구조 영상화 기술’ 역시 해외 유수의 메이저 석유회사와 협력관계를 구축하는 등 여러 개의 연구성과가 상업화 가능성을 보이고 있으며 국내 석유개발분야 전문 서비스산업 발전에 기여할 것으로 기대되고 있다.
완전파형역산 기법은 실제 현장에서 활용됨에 있어 국부 최소 점들의 존재로 인한 비유일해 문제, 수치분산의 억제를 위한 엄청난 계산량, 그리고 현장자료의 저주파수 부재로 인해 속도모델의 장파장 성분을 추정할 수 없다는 문제점과 한계점이 있다. 이러한 어려움에도 불구하고 신 교수는 라플라스 변환을 파형역산에 도입함으로써 국부 최소점 문제를 완화시켜 완전파형역산의 수렴성을 향상시켰다. 또한, 라플라스 변환의 특성으로 생성되는 영주파수 및 저주파수 성분을 이용해 주관적인 초기모델을 설정 하지 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 실현시켰다.
신창수 교수 연구팀은 석유 및 천연가스 탐사 시 탄성파 자료를 이용해 석유 부존 지역을 고해상도의 이미지로 만드는 기법을 실제 현장 자료에 적용하는 데 성공했다. 기존 지하구조 이미지 기법은 탄성파 자료로부터 탄성파 속도 모델을 안정적으로 계산해내지 못했지만 현장으로부터 얻은 탄성파 자료에 순차적 주파수 전략을 적용함으로써 큰 차이를 보이는 속도 값들을 더 안정적으로 계산해 냈다. 계산된 속도모델을 이용해 얻은 지하구조 이미지의 정확도와 해상도 역시 크게 향상되는 것이 확인됐으며 석유 탐사의 발전에 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다. 실제로 BGP, ION Geophysical 등 글로벌 석유서비스 기업들이 신 교수 연구팀의 연구 성과에 대한 실용성 및 창의성을 인정했으며 국외 특허로 등록되어 국내외 석유개발 및 서비스기업에서도 사업화가 진행 중이다.
한편 신창수 교수는 학교와 학생들에 대한 남다른 애정으로 학생들이 취업할 공간을 만들어주기 위해 연구소를 설립했다. 국가나 산업체에서 기술을 발전시키기 위해서 수많은 테스트가 필수지만 연구실이 보유한 컴퓨터만으로는 연구를 수행하는데 무리가 따랐다. 신 교수는 “석유 탄성파 탐사에 사용되는 중합전 심도 구조보정 기술은 필연적으로 방대한 계산량과 거대 저장 능력을 요구하므로 석유 탐사 연구가 활성화되기 위해서 뛰어난 성능의 슈퍼컴퓨터 확보가 무엇보다 중요하다.”며 “정부와 대기업이 에너지 자원개발뿐 아니라 슈퍼컴퓨터가 응용될 수 있는 다양한 분야에 대해 적극적인 투자와 장비지원이 절실한 시점”이라고 의견을 피력했다. 실제로 이웃나라 일본은 올해 미국보다 2.8배의 연산능력을 보유한 ‘후카쿠’란 슈퍼컴퓨터 개발을 완성(1조2천억 투자)했으며, 세계 500대 컴퓨터명단에조차 제외됐던 중국도 현재 세계에서 가장 많은 슈퍼컴 보유국으로 등극했다.
“과학기술은 미래 사회의 변혁을 주도하는 핵심 요인이며, 경제·사회 발전과 상호작용을 일으켜 끊임없이 국부를 창출하는 원동력”이라는 신창수 교수는 “앞으로도 에너지 산업 부양을 위한 기술개발에 매진해 석유탐사분야의 정확한 이해를 도모하고 국민적 관심을 확대해 나가겠다.”고 의지를 피력했다.