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Numerical analysis of sedimentary compaction

- Implications for porosity and layer thickness variation

수치해석적 다짐 작용 연구 : 공극률과 퇴적층 두께 변화에 미치는 영향
지질학회지 제54권 제6호, 2018.12, 631-640 (10 pages)
DOI :10.14770/jgsk.2018.54.6.631
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초록
퇴적층의 두께와 형성 기간을 분석하는 것은 퇴적분지의 발달사를 이해하기 위한 분지 해석과 모델링 연구에서 중요하다. 분지 발달 과정에서 퇴적층은 깊이가 증가함에 따라 다짐 작용에 의해 두께가 감소하고, 이 두께 변화는 깊이에 따른 공극률 변화 경향(다짐 작용 경향)을 통해 계산이 가능하다. 이 연구에서는 대표적인 퇴적암상인 사암, 셰일, 탄산염암의 깊이에 따른 공극률 변화 자료를 기반으로, 암상에 따른 다짐 작용 경향의 범위를 지수 함수를 이용하여 정량화하였다. 그리고 다짐 작용이 퇴적층의 공극률과 두께 변화에 미치는 영향을 수치해석적 방법을 이용해 평가하였다. 사암은 초기 공극률의 범위가 좁고 깊이 증가에 따른 공극률 감소 경향이 비교적 일정하여, 다짐 작용에 의한 층두께의 변화 범위가 작다. 셰일은 약 2,000 m 깊이까지 공극률이 빠르게 감소한 후, 급격히 낮아진 감소율을 보이며 이는 퇴적층의 두께 변화에도 반영된다. 탄산염암은 초기 공극률의 범위가 넓고, 깊이 증가에 따른 공극률 감소 양상의 차이가 커서, 결과적으로 다짐 작용에 의해 감소한 퇴적층 두께 차이의 범위도 크게 나타난다. 이 수치 해석적 다짐 작용 연구의 정량적 분석 결과에서 나타난 각 암상들의 다짐 작용에 따른 공극률과 층두께 감소의 특징들은 퇴적분지의 생성과 발달 과정을 이해하기 위해 필요한 퇴적층 두께 복원과 침강사 그리고 지열 작용 분석에 영향을 끼치며, 이는 다짐 작용 경향이 분지 모델링 연구에서 중요한 요소이며 적절한 적용이 필요함을 보여준다.

To understand the formation and evolution of a sedimentary basin in basin analysis and modelling studies, it is important to analyze the thickness and age range of sedimentary layers infilling a basin. Because the compaction effect reduces the thickness of sedimentary layers during burial, basin modelling studies typically restore the reduced thickness using the relation of porosity and depth (compaction trend). Based on the compilation plots of published compaction trends of representative sedimentary rocks (sandstone, shale and carbonate), this study estimates the compaction trend ranges with exponential curves and equations. Numerical analysis of sedimentary compaction is performed to evaluate the variation of porosity and layer thickness with depth at key curves within the compaction trend ranges. In sandstone, initial porosity lies in a narrow range and decreases steadily with increasing depth, which results in relatively constant thickness variations. For shale, the porosity variation shows two phases which are fast reduction until ~2,000 m in depth and slow reduction at deeper burial, which corresponds to the thickness variation pattern of shale layers. Carbonate compaction is characterized by widely distributed porosity values, which results in highly varying layer thickness with depth. This numerical compaction analysis presents quantitatively the characteristics of porosity and layer thickness variation of each lithology, which influence on layer thickness reconstruction, subsidence and thermal effect analyses to understand the basin formation and evolution. This work demonstrates that the compaction trend is an important factor in basin modelling and underlines the need for appropriate application of porosity data to produce accurate analysis outcomes.

목차
요약
ABSTRACT
1. Introduction
2. Materials and Methods
3. Results
4. Discussion
5. Conclusions
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