Oil & Gas 01-01-05 근원암(Source Rock, 根源巖)

5) 근원암(Source Rock, 根源巖)

포유 구조 보다 먼저 설명을 하는게 나았을 것 같은데...

근원암(Source Rock)이란 일반적으로 어떤 것이 유래한 모암(母岩)을 지칭합니다. 석유지질학에서는 석유가 생성되는 지층을 말하죠. 즉, 유기물을 함유하고 그것이 압력과 열의 작용으로 원유나 가스로 변화하는 작용이 일어난 것으로 보여지는 지층입니다.

셰일(shale, 혈암, 頁岩)이나 이암(mudstone, 泥巖) 등 점토질 퇴적암 또는 탄산염암 퇴적암으로 흑색 내지 흑회색 등 어두운 색깔을 띠며, 퇴적된 유기물의 함량이 매우 높습니다.

석유가 유체이다 보니 가만히 이동을 하게 되어서, 최초에 생성되었을 때의 지층과 묻혀있는 지층이 반드시 같지는 않게 됩니다. 유층(油層) 부근 또는 그 하위에 발달해 있는 경우가 많습니다.

여러 지층 중 주로 석유가 생성되는 지층은 Shale 층으로 근원암의 65% 정도를 차지한다고 합니다. 그 外 탄산염(carbonate, 炭酸鹽)이 21%, 이회암(marl, 泥灰岩) 12%, 석탄(coal, 石炭) 2% 등이 있습니다.

Oil이냐 Gas냐는 온도에 의해 결정되는데 60℃~120℃에서는 원유, 100℃~200℃에서는 가스가 생성되게 됩니다.

Oil & Gas 01-01-04 포유구조(entrapment)

4) 포유구조(entrapment)

이솝우화 중에 두루미와 여우의 이야기가 있습니다.

어느 날 여우가 두루미를 집으로 초대합니다. 여우는 두루미를 식탁으로 안내했습니다. 식탁에는 납작한 접시에 맛있는 스프가 담겨 있었죠.

"두루미야, 맛있게 먹어!"

그리고 여우는 혓바닥으로 맛있게 국을 핥아 먹었습니다. 하지만, 부리가 뽀족한 두루미는 한 입도 먹지 못한 채, 고소한 냄새만 맡아야 했습니다.

"이렇게 맛있는 걸 왜 안 먹어? 속이 안좋으면 내가 대신 먹을게."

말을 마친 여우는 두루미의 스프까지 모두 먹어 버렸죠. 두루미는 화가 난채 고픈 배를 쥐고 집으로 돌아갈 수 밖에 없었습니다.

두루미라고 가만히 있지는 않았죠. 두루미는 저번 초대에 대한 답례로 여우를 초대합니다.

"어서와, 여우야!"

식탁 위에는 목이 긴 호리병이 놓여있었습니다. 맛있는 스프가 담겨있었습니다. 뭉툭한 주둥이가 들어가지 않는 여우는 병을 들어 마시고 싶지만, 병이 식탁에 붙어 있어서 들을 수 없었습니다. 결국 이번에는 여우가 맛있게 먹는 두루미를 바라보고 있을 수 밖에 없었습니다.

왜 갑자기 전혀 상관없어 보이는 이솝우화를 이야기 하나 싶을 겁니다. 앞의 두루미와 여우의 예에서 스프가 어디에 담겨있냐가 중요하 듯이, 석유 역시 어디에 어떻게 담기냐가 중요해 집니다.

같은 양이어도 얇고 넓게 퍼져있을 수도 있고, 깊고 집중해 모여있을수도 있습니다. 아니면 모래 바닥에 쏟아진 스프처럼 물리적으로 존재는 하겠지만 아예 회수가 불가능할 수도 있습니다.

이처럼 석유는 생성되었지만 담길 그릇 자체가 없는지, 담기긴 하는데 어떻게 담겨 있을지 알려주는 것이 포유구조입니다. 다만, 석유는 위로 올라가도록 힘을 받고 있기 때문에 그런 구조들은 보통은 오목한 것이 아니라 바가지를 거꾸로 돌려놓은 것처럼 볼록한 모양을 띄게 됩니다.

포유구조는 크게 생성원인에 따라 구조트랩(structural traps)과 층위트랩(stratigraphic traps)으로 나뉩니다.

구조적 포유구조라고도 하는 구조트랩(structural traps)은 구조적 변형, 즉 강한 압력이나 기타 지질학적 과정(geological processes)에 의해 저류암(reservoir rock)이 변형되거나 단절되어 생겨난 구조입니다. 쌓이고 나서 외부의 힘에 의해 모습이 바뀌면서 모일 수 있는 구조가 생겼다고 보면 됩니다.

어떤 이유로 생겼느냐에 따라 구조트랩도 배사(背斜, anticline), 단층(fault), 돔(dome) 등으로 나뉩니다.

외부 압력에 의해 암석이 휘어지게 되었을 때 이러한 지질구조를 습곡(褶曲, fold)이라고 하고, 볼록하게 올라간 부분을 배사(背斜, anticline)라고 합니다. 그리고 이런 모양으로 생긴 포유구조가 배사트랩[背斜構造]입니다. 전통적(conventional) 방법에 의한 세계 유전의 90% 이상이 이런 배사 트랩에서 발견되고 있다고 하니 유전탐사에서 중요한 구조입니다.

전통적 방법이라고 한 이유는 나중에 언급하겠지만, 얼마 전부터 이슈가 되고 있는 Shale Oil∙Gas와 같은 비전통적인 방법은 또 다른 접근을 해야 하기 때문입니다.

또 다른 구조트랩은 단층트랩입니다. 외부의 힘에 의해 지각이 휘는게 아니라 끊어졌을 때 이를 단층(斷層, fault)이라고 합니다. 이런 단층 작용에 의해 저류층 지층이 절단되면서 흐름이 막히게 되면 저장될 공간이 생기게 되는데 이런 구조가 단층트랩입니다.

지층학적 포유구조라고도 하는 층위 트랩(stratigraphic traps)은 외부 압력에 의해 변형이 된 것이 아니라 강 하구(river channel), 沙洲(reef) 등과 같이 퇴적 및 침식에 의해 생겨난 구조입니다. 주위 지층의 퇴적기간 내에 암염전이 간헐적으로 상승하면 생길 수 있는 구조입니다.

층위트랩은 일반적으로 구조 트랩보다 층위 트랩이 발견하기 어렵다고 합니다. 층위 트랩도 정층위(正層位) 트랩, 준층위(準層位) 트랩 등 몇가지 종류로 나뉜다고 합니다.

그 외에 구조트랩과 층위트랩이 복합적으로 이루어진 혼합구조(combinational traps)도 있고, 앞에서 말한 것보다 더 많은 구조들이 있지만, 지질학자가 되려거나 탐사 사업을 하려는 것이 아니라면, 투자자 입장에서는 그 모든 걸 알 필요도 없고 배사트랩과 단층트랩 용어 정도만 알면 되지 않을까 생각됩니다.

Oil & Gas 01-01-03 석유의 생성

3) 석유의 생성

유기설로는 설명 안되는 구조가 있다고는 하지만 유기설에 의해 설명되는 구조가 80~90%는 된다고 하고, 지질학적 접근이 아닌 투자 대상으로 접근할 때는 아마 대부분 유기설만 알아도 설명 가능한 곳에만 투자를 하게 되리라 생각됩니다.

땅속에 존재하는 석유는 순수하게 석유만 존재하는 것이 아니라 황이나 질소 등 여러 불순물을 같이 포함하고 있습니다. 이러한 불순물들은 대부분 유기물인 단백질이 분해될 경우 발생하게 되며, 과거 얕은 바다나 호수 밑이었을 것이라 추정되는 퇴적암들에서 대부분의 석유가 발견된다는 점을 들어 유기설이 더 타당하다고 보는 시각이 많습니다.

앞서 말한 듯이 유기설에 의하면, 생물들이 죽어서 쌓인 후 압력과 온도에 의해 석유가 됩니다. 이렇게 만들어진(generation) 곳을 근원암(source rock)이라고 합니다. 석유는 그대로 묻혀있지 않고, 물과 함께 유체 형태로 지각의 변동에 따라 이동(migration)을 하게 됩니다. 일반적으로 위로 올라오려는 경향이 있는데, 땅속에는 유체를 잘 투과시키는 지층도 있고, 붙잡아 두는 지층도 있습니다.

덮개암(cap rock)이라고 불리는 층은 위로 올라가던 유체가 더이상 투과하지 못하게 잡아두는 역할을 합니다. 이렇게 이동이 억제되어 갇히게 되는 곳을 포유구조(entrapment)라고 합니다.

더이상 위로 움직이지 못하게 갇힌 상태에서 지층에 갇히게 되는데 이러한 유체를 품고 있는 곳을 저류암(reservoir rock)이라고 합니다. 물, 원유(Oil), 가스(Gas)는 서로 다른 비중을 갖고 있다 보니, 아래에서 부터 물, 원유, 가스 순으로 모여있게 됩니다.

Oil & Gas 01-01-02 석유의 생성 원인

2) 석유의 생성 원인

석유의 생성원인은 유기설(organic theory)과 무기설(inorganic theory)로 나누어 집니다.

유기설 또는 유기성인설(organic theory )은 지질시대에 살았던 동물이나 식물 등 각종 유기물들이 퇴적된 후 높은 압력과 온도를 받아 분해되며 탄화수소로 변했다는 이론입니다. 가장 주된 것은 높은 압력과 온도이며 그 과정에서 다른 퇴적물의 촉매작용이나 특수 박테리아 등이 작용을 하였다고 봅니다.

반면 무기설 또는 무기성인설(inorganic theory)은 땅속 깊은 곳에서 물과 이산화탄소 및 다른 무기 물질들 간에 화학반응이 일어나서 탄화수소가 발생했다는 이론입니다. 금속 탄화물과 반응이 일어났다는 설과 황과 섞이면서 반응이 일어났다는 설이 있습니다.

또 다른 의견은 우주에서 떨어진 운석에 아스팔트와 비슷한 물질이 붙어 있다는 점을 근거로 우주에서 유입되었다고 주장하기도 합니다.

이 중 현재 가장 지지를 받고 있는 설은 유기설입니다. 학문적으로 접근하는 것이 아닐 때는 무기설을 아예 설명에서 빼기도 합니다. 하지만 지질학적으로 볼 때 유기설로는 도저히 설명되지 않고 무기설로만 설명될 수 있는 곳들도 존재하여, 여전히 무기설을 무시할 수는 없다고 합니다.

[유기설(organic theory)에 의한 석유의 생성]


① 바닷속의 생물이 죽어서 바다 밑에 가라앉아 바닥에 쌓임.

 

② 죽은 생물들이 쌓인 물질(유기물)들은 땅속에서 압력과 열을 받아 석유로 변하게 됨.



③ 석유로 변한 유기물들은 지각변동에 따라 지층 속을 움직임.

④ 이동하던 석유는 구조가 맞는 곳에 고이게 됨.

Oil & Gas 01-01-01 석유(Petroleum, 石油)란?

비전문가가 보는 '자원개발: Oil & Gas'에 대한 글을 시작할까 생각 중입니다.

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I. 석유 개요

1. 석유의 생성

1) 석유(Petroleum, 石油)란?

석유(petroleum, 石油), 원유(crude oil, 原油), 천연가스(Natural Gas), 탄화수소(hydrocarbon, 炭化水素) 등 몇 가지 용어가 나옵니다. 설마 그 정도도 모를까봐 라고 생각하실 수도 있지만, 먼저 잠깐 용어에 대한 설명을 먼저 해볼까 합니다.

일단 가장 포괄적인 것은 탄화수소입니다. 탄소와 수소로만 이루어진 유기화합물을 통틀어 말하며, 원유나 가스 모두 탄화수소에 포함됩니다.

원유는 지하에서 채굴한 기름으로 가공을 거치지 않은 액체 탄화수소화합물을 의미합니다.

천연가스는 사전적으로 천연상태에서 산출된 가스를 의미하며 기체상태의 탄화수소화합물과 비탄화수소화합물을 모두 포함하기도 합니다. 하지만 자원개발에서 언급할 때는 일반적으로 Gas라고만 표현하며, 기체상태의 탄화수소화합물만을 이야기합니다.

석유를 말할 때 사람들 마다 조금씩 다른 의미로 사용합니다. 혹자는 ①일반적으로 천연가스를 제외하고, 원유(Crude Oil)와 원유를 정제한 휘발유, 등유, 경유, 중유 등을 포함하여 석유라 부릅니다. [그림1] ②하지만, 때로는 석유를 원유(Oil)를 혼용하기도 합니다. ③자원개발에서도 조금씩 다르게 사용하는 사람들이 있긴 하지만 석유(petroleum )를 원유(Oil)와 가스(Gas)를 포함한 개념, 즉 탄화수소와 같은 의미로 많이 사용합니다.[그림2]

[그림 1]

[그림 2]

자원개발(석탄)에 관한 간단한 Q&A

자원개발(석탄)에 관한 간단한 Q&A

Q: 셰일가스로 위협받는 건 오일이다?
A: No. 가스는 오일의 대체가 되기 어렵고 석탄의 대체재에 가깝다고 합니다. 10~15% 정도 대체가 이루어지고 있다고 합니다.

Q: 석탄 발전소 보다 가스 발전소의 수명이 짧아 가스 발전이 석탄 발전을 대체하기 어렵다?
A: No. 가스의 황 성분때문에 그런 말이 나올 수 있으나 아닌 경우도 많아서 일반화 시킬 수는 없다고 합니다. 발전용 연료는 꾸준히 같은 품질을 유지하는 것이 중요한데 이 점에서도 석탄보다 가스가 유리합니다. 석탄 가스 복합 발전이 많아지고 있는데 이 경우 대체 효과는 더 커질 수 있습니다.

Q: 석탄의 핵심은 수송이다?
A: Yes. 석탄과 철광의 경우 바로 쓸 수 있기 때문에 수송이 중요합니다. 탄광보다 수송 등 인프라 비용이 더 많이 들기도 합니다. 수송의 경우, 배나 기차를 이용하게 되는데 직접 수송 부문을 보유하기도 하고, 외주를 주기도 합니다. 참고로 동, 아연, 텅스테의 경우 정제련 등 처리시설이 중요합니다.

Q: 석탄은 사라져 버릴 사양산업이다?
A: No. 축소될 수는 있으나 포기할 수는 없는 에너지원 중 하나입니다. 가장 문제되는 오염 물질 관련해서 최근에는 오염물질 배출을 획기적으로 줄인 발전소도 나오고 있습니다. 하지만 Main이 되기는 어렵겠죠.

Q: 석탄의 탄질은 기술자만 관심을 가지면 된다?
A: No. 채광되는 석탄의 탄질에 해당 석탄의 사용처가 결정될 수 있습니다. 기술적 부분을 깊이는 모르더라도 투자자 입장에서도 어느 정도의 탄질은 분석할 수 있어야 합니다.

Q: 석탄은 광부가 곡괭이 들고 탄광에 들어가 캔다?
A: No. 물론 옛날이나 지금도 소규모 광산에서는 그럴 수도 있겠지만, 대규모 노천채광을 하거나, 갱내채광을 하더라도, 적은 수의 인력과 대규모 장비가 투입되는 경우가 일반적입니다. 특히 FI투자자에게 오는 건들은 광부가 곡괭이 들고 탄광에 들어가 캐내는 경우는 없다고 봐야겠죠.

Q: 석탄은 캐내면 팔린다?
A: No. 석탄은 판매처 역시 중요하게 됩니다. 탄질도 다르고, 수송도 중요하다 보니 원유와 달리 캐낸다고 팔리는게 아니라 판매처 확보가 중요합니다.