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문제 정의
- 본 연구에서는 GRACE로부터 획득된 고정밀의 중력자료를 이용하여 한반도를 포함하는 인근 아시아 지역에서의 지구물리학적 연구를 수행함으로서, 국토분단의 현실로 인해 그동안 이루어지지 못했던 북한 지역을 포함한 한반도 전체의 지체 구조 및 심부 지하지질구조에서 기인하는 중력이상의 특성을 파악하고, 최근 공개된 전지구적 지형모델 2'X2' global topography (Smith와 Sandwell, 1997)를 이용하여 Free-air 중력 이상과 지형과의 관계를 살펴보았다.
제안 방법
- 한반도와 인근 지역의 지질학적, 지구물리학적 연구를 수행하기 위하여 100°~150°E, 10。〜60°N의 광역적인 연구지역을 설정하고, GGM01C 모델에서 구면조화분석을 통한 지오이드와 중력이상을 계산하고, 신호의 주파수대역을 달리하여 중력이상을 추출, 스펙트럼과 공간해상도와의 관계를 고찰하였으며, 최종적으로 지구의 심부 즉, 맨틀과 핵으로부터 기인한다고 판단되는 장파장성분의 중력효과를 제거하여 지각성분의 잔여 이상을 계산하였다.
- GGM01C 모델의 조화함수로부터 최대 degree인 200까지 경위도 0.5°간격으로 WGS84 지구타원체 기준으로 중력 이상을 구하였다. 전체적으로 중력이상은 -60-60 mgal의 분포를 보이고 있으나, 부분적으로 판과 판이 만나는 섭입대에서 -100 mgal 이하의 저이상을 특징적으로 보여준다.
- 하지만 이러한 중력이상에는 지각 성분 외에도 이론상 지구중심까지의 모든 질량에 대한 중력효과가 포함되어 있고, 이들은 지각성분보다 파장이 길다. 따라서 본 연구에서는 깊이에 따른 중력효과를 고려하기 위하여 10, 50, 100, 150의 degree를 달리하여 구면조화분석을 실시하고, 중력이상을 산출, 비교하였다. degree가 10일 때의 중력이상에서는 보이지 않던 고주파 성분들이 degree가 높아질수록 서서히 지형의 특성이 반영되어 나타남이 관찰된다(Fig.
- 한반도를 포함하는 동아시아 지역에서 GRACE로부 터 약 4개월간 획득된 자료를 이용하여 지구물리학적 연구를 수행하였다. 구면조화분석을 통하여 계산, 추출된 지오이드의 기복은 전체적으로 -60〜60 m까지의 분포를 보이고, 한반도를 포함한 인근 주변 지역의 경우 10-30이의 분포를 보이고 있으며, 북서방향에서 남동방향으로 서서히 증가하는 경향을 보인다.
- 특히 황해의 군산분지와 제주분지와는 달리 높은 degree 에서 나타나는 흑산분지에서의 고이상은 낮은 심도내 에서의 고밀도 물질의 부존을 지시한다. 지각성분만을 고려하기위한 방법으로 degree 10의 광역성분을 제거하여 잔여 이상을 계산하였다. 계산된 잔여 이상은 기존의 중력이상와 0.
대상 데이터
- 위성간 220km의 거리를 두고 운행하며, 사다리꼴모양의 각각의 위성에는 자세 제어를 위한 2대의 STAR 카메라와 GPS수신기가 장착되어 있다. 본 연구에 사용된 GGM01C 모델은 2002년 4월부터 11월까지 11일간에 걸쳐 GRACE로부터 수집되어 생성된 GGM01S의 업그레이드 모델로서, 여기에는 기존의 다른 위성의 궤도정보자료, 육상 중력자료, 고도위성의 해수면 고도자료들이 병합되어 있다. 본 연구에서는 연구지역의 중력이상과 지형과의 관계를 살펴보기 위하여 Geosat GM(Geodetic Mission),Geosat ERM(Exact Repeat Mission), ERSI 등 인공위성 레이더 고도계 자료와 depth sounding 자료가 병합되어 유도된 2'X2' global topography data를 사용하였다(Smith와 Sandwell, 1997; Fig.
- 본 연구에 사용된 GGM01C 모델은 2002년 4월부터 11월까지 11일간에 걸쳐 GRACE로부터 수집되어 생성된 GGM01S의 업그레이드 모델로서, 여기에는 기존의 다른 위성의 궤도정보자료, 육상 중력자료, 고도위성의 해수면 고도자료들이 병합되어 있다. 본 연구에서는 연구지역의 중력이상과 지형과의 관계를 살펴보기 위하여 Geosat GM(Geodetic Mission),Geosat ERM(Exact Repeat Mission), ERSI 등 인공위성 레이더 고도계 자료와 depth sounding 자료가 병합되어 유도된 2'X2' global topography data를 사용하였다(Smith와 Sandwell, 1997; Fig. 1).
성능/효과
- GGM01C 모델에서 WGS84 지구타원체 기준으로 산출된 지오이드의 기복은 중국 내륙에서 한반도를 거쳐 태평양 쪽으로 갈수록 -60m에서 60m으로 변화가 나타나며, 유라시아판과 태평양판, 필리핀판이 만나는 섭입대를 따라 복잡한 지오이드의 변화가 관찰된다. 한반도를 포함한 인근 주변 지역의 경우, 10-30이의 분포를 보이며, 북서방향에서 남동방향으로 서서히 증가하는 경향을 보인다(Fig.
- 5°간격으로 WGS84 지구타원체 기준으로 중력 이상을 구하였다. 전체적으로 중력이상은 -60-60 mgal의 분포를 보이고 있으나, 부분적으로 판과 판이 만나는 섭입대에서 -100 mgal 이하의 저이상을 특징적으로 보여준다. 연구지역 내 한반도의 경우 북한지역의 백두산과 개마고원, 남한지역의 태백산맥에서 고이상을 보이며, 동해의 울릉분지, 일본분지, 그리고 야마토분지에서 저이상이 관찰된다(Fig.
- 4(a)의 광역성분을 제거하고 잔여 이상을 계산하였다. 계산된 잔여 이상은 기존의 중력이상과 0.94의 상관관계를 보이며 크게 달라진 것은 없으나, 전체적으로 낮아진 중력이상이 육안으로 확인되며, 특히 한반도 육상 북부 산간지역과 경상분지 일대에서 고이상의 영역이 좁아져 주변 지역과 더욱 쉽게 구별된다. 해양지역의 경우 북한 황해지역의 서한만 분지와 우리나라 군산분지, 제주분지, 울릉분지 등지에서 이상대가 관찰된다(Fig.
- 한반도를 포함하는 동아시아 지역에서 GRACE로부 터 약 4개월간 획득된 자료를 이용하여 지구물리학적 연구를 수행하였다. 구면조화분석을 통하여 계산, 추출된 지오이드의 기복은 전체적으로 -60〜60 m까지의 분포를 보이고, 한반도를 포함한 인근 주변 지역의 경우 10-30이의 분포를 보이고 있으며, 북서방향에서 남동방향으로 서서히 증가하는 경향을 보인다. 또한 중력이상은 섭입대에서의 특징적인 저이상대를 제외하면 전체적으로 -60-60 mgal의 분포를 보이고, 육상지역에서는 백두산, 개마고원 및 태백산맥에서 고이상이, 해양지역의 경우 황해의 흑산분지에서 고이상이 동해의 울릉분지, 일본분지, 그리고 야마토분지에서 저이상이 관찰된다.
- 또한 중력이상은 섭입대에서의 특징적인 저이상대를 제외하면 전체적으로 -60-60 mgal의 분포를 보이고, 육상지역에서는 백두산, 개마고원 및 태백산맥에서 고이상이, 해양지역의 경우 황해의 흑산분지에서 고이상이 동해의 울릉분지, 일본분지, 그리고 야마토분지에서 저이상이 관찰된다. 깊이에 따른 중력효과를 파악하고자 degree를 달리하여 중력이상을 산출한 결과, 낮은 degree에서 보이지 않던 고주파 성분들이 degree가 높아질수록 서서히 지형의 특성이 반영되어 나타났다. 특히 황해의 군산분지와 제주분지와는 달리 높은 degree 에서 나타나는 흑산분지에서의 고이상은 낮은 심도내 에서의 고밀도 물질의 부존을 지시한다.
- 지각성분만을 고려하기위한 방법으로 degree 10의 광역성분을 제거하여 잔여 이상을 계산하였다. 계산된 잔여 이상은 기존의 중력이상와 0.94의 상관관계를 보이며, 이상값이 전체적으로 낮아졌다. 한반도 육상 북부 산간지역과 경상분지 일대에서 고이상의 영역이 좁아져 주변지역과 더욱 쉽게 구별되고, 황해지역의 서한만 분지와 군산분지, 제주분지, 울릉분지 등지에서 이상대가 관찰된다.
후속연구
- 한반도 육상 북부 산간지역과 경상분지 일대에서 고이상의 영역이 좁아져 주변지역과 더욱 쉽게 구별되고, 황해지역의 서한만 분지와 군산분지, 제주분지, 울릉분지 등지에서 이상대가 관찰된다. 육상지역과 해상지역에서 계산된 잔여 이상과 degree별 분리된 이상대의 분포는 지하지질 규모 및 심도별 분포와 관련하여 대규모 지구조를 규명하거나, 나아가 지하자원 탐사에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 해상도에 있어서는 항공탐사나 육상, 해상탐사 같은 저고도 탐사의 결과에 비해 떨어지나, 물리적 또는 정치적으로 접근이 용이하지 못한 지역의 탐사라든지, 주기적이고 장기적인 관측이 필요한 경우에 매우 유용하다. 따라서 인공위성을 통해 획득된 지구정보 자료와 현장조사를 통해 얻어진 지구정보자료를 GIS DB로 구축하고 통합적으로 관리하는 지구정보 활용 계획을 수립하고 관리한다면, 추후 우리나라의 종합적 지구환경시스템 관리에 많은 도움이 될 것이다.
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