[국내논문]중력, 자력 및 위성영상 자료를 이용한 의성소분지의 지질 및 지구조 연구 Subsurface Geology and Geologic Structure of the Euiseong Basin using Gravity, Magnetic, and Satellite Image Data원문보기
경상분지에 속하는 의성소분지는 백악기말 활발했던 화산활동의 결과로 형성되었으며, 밀양소분지와는 팔공산단층을 경계로, 영양소분지와는 안동단층을 경계로 구획된다. 본 연구에서는 화산암체와 심성암체의 복합체로 이루어진 의성지역에서 지구물리학적 연구를 수행하여 지표 및 지하 지질구조를 규명, 해석하고자 한다. 지표지질 양상을 파악하기 위하여 수행된 IRS 위성영상과 수치고도자료를 이용한 선구조와 선밀도 분석 결과, 선구조의 방향은 $N55^{\circ}\~65^{\circ}W$가 현저하게 우세하며, 연장성은 $N55^{\circ}\~65^{\circ}W$ 방향과 N-S 방향이 우세하게 나타났다. 지하 밀도 불연속면의 평균심도를 구하기 위하여 중력자료의 파워스펙트럼분석(Power spectrum analysis)을 시행한 결과, $4\~5{\cal}km$의 분지기반암의 심도와 $0.5\~0.6{\cal}km$의 천부지층경계면의 심도가 규명되었다. 파워스펙트럼 결과를 참고로 측선 A-A'와 B-B‘에서 2.5차원 모델링을 실시한 결과, 측선 A와 B에서 나타나는 특징적인 저이상은 지하지질구조 특성에 기인한 것으로 판단된다. 자력기반암의 경계를 파악하기 위한 자력자료의 Analytic signal 분석은 $0.001\~130nT/m$의 범위를 가지며, 높은 에너지를 보이는 부분은 팔공산 화강암체의 경계와 분지내의 칼데라 분포지역과 잘 일치한다.
경상분지에 속하는 의성소분지는 백악기말 활발했던 화산활동의 결과로 형성되었으며, 밀양소분지와는 팔공산단층을 경계로, 영양소분지와는 안동단층을 경계로 구획된다. 본 연구에서는 화산암체와 심성암체의 복합체로 이루어진 의성지역에서 지구물리학적 연구를 수행하여 지표 및 지하 지질구조를 규명, 해석하고자 한다. 지표지질 양상을 파악하기 위하여 수행된 IRS 위성영상과 수치고도자료를 이용한 선구조와 선밀도 분석 결과, 선구조의 방향은 $N55^{\circ}\~65^{\circ}W$가 현저하게 우세하며, 연장성은 $N55^{\circ}\~65^{\circ}W$ 방향과 N-S 방향이 우세하게 나타났다. 지하 밀도 불연속면의 평균심도를 구하기 위하여 중력자료의 파워스펙트럼분석(Power spectrum analysis)을 시행한 결과, $4\~5{\cal}km$의 분지기반암의 심도와 $0.5\~0.6{\cal}km$의 천부지층경계면의 심도가 규명되었다. 파워스펙트럼 결과를 참고로 측선 A-A'와 B-B‘에서 2.5차원 모델링을 실시한 결과, 측선 A와 B에서 나타나는 특징적인 저이상은 지하지질구조 특성에 기인한 것으로 판단된다. 자력기반암의 경계를 파악하기 위한 자력자료의 Analytic signal 분석은 $0.001\~130nT/m$의 범위를 가지며, 높은 에너지를 보이는 부분은 팔공산 화강암체의 경계와 분지내의 칼데라 분포지역과 잘 일치한다.
Euiseong subbasin, included in the Kyungsang Basin, was created by the result of volcanic activity in the late Cretaceous, and contacts with Milyang and Youngyang subbasins by Palgongsan and Andong faults, respectively. In this study, geophysical survey is implemented fur investigating surface and s...
Euiseong subbasin, included in the Kyungsang Basin, was created by the result of volcanic activity in the late Cretaceous, and contacts with Milyang and Youngyang subbasins by Palgongsan and Andong faults, respectively. In this study, geophysical survey is implemented fur investigating surface and subsurface geologic structure in Euiseong subbasin which composed with the complex of volcanic and plutonic rocks. To understand surface geologic feature, IRS satellite image and DEM(Digital Terrain Map) are used for analyzing lineament and its density. The numbers of lineaments show major trend in $N55^{\circ}\~65^{\circ}W$, and aspects of lineament lengths show major trend in $N55^{\circ}\~65^{\circ}W$ and N-S directions. 13 delineate subsurface density discontinuity; Power spectrum analysis was implemented for gravity anomaly data, resulting $4-5{\cal}km$ depth of basin basement and $0.5-0.6{\cal}km$ depth of shallow discontinuity. From the result of power spectrum analysis, 2.5-D modelings were implemented along two profiles of A-A' and B-B', and they show subsurface geology in detail. Analytic signal method for detecting boundaries of magnetic basements show 0.001-130 nT/m values, and high energy area show good correspondency with the boundaries of Palgongsan granite and caldera areas in Euiseong subbasin.
Euiseong subbasin, included in the Kyungsang Basin, was created by the result of volcanic activity in the late Cretaceous, and contacts with Milyang and Youngyang subbasins by Palgongsan and Andong faults, respectively. In this study, geophysical survey is implemented fur investigating surface and subsurface geologic structure in Euiseong subbasin which composed with the complex of volcanic and plutonic rocks. To understand surface geologic feature, IRS satellite image and DEM(Digital Terrain Map) are used for analyzing lineament and its density. The numbers of lineaments show major trend in $N55^{\circ}\~65^{\circ}W$, and aspects of lineament lengths show major trend in $N55^{\circ}\~65^{\circ}W$ and N-S directions. 13 delineate subsurface density discontinuity; Power spectrum analysis was implemented for gravity anomaly data, resulting $4-5{\cal}km$ depth of basin basement and $0.5-0.6{\cal}km$ depth of shallow discontinuity. From the result of power spectrum analysis, 2.5-D modelings were implemented along two profiles of A-A' and B-B', and they show subsurface geology in detail. Analytic signal method for detecting boundaries of magnetic basements show 0.001-130 nT/m values, and high energy area show good correspondency with the boundaries of Palgongsan granite and caldera areas in Euiseong subbasin.
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문제 정의
의성소분지의 층서-퇴적 및 지구조 연구로는 손진담(1989), 최현일 등(1982), 장기홍 등(1997) 등이 있으며, 화성활동 및 고지자기연구로는 김인수 등(1993)가 있으나, 이들 대부분의 연구에서는 한정적인 범위의 자료를 이용한 국부적인 해석이 이루어졌다. 따라서 본 연구에서는 의성지역에서 화산암체와 심성암체의 복합 체로 이루어진 지역을 중심으로 위성영상 자료를 이용한 지표 선구조의 방향 및 연장성을 분석하고, 지하구조 특성 고찰을 위해 중력과 자력탐사 자료를 이용하여 연구지역내 심성암체의 지하부존형태를 밝히는데 그 목적을 두고 있으며, 의성소분지의 전체적인 구조해석을 위해 GIS 기법을 활용하여 연구지역내 천부 및 심부의 구조를 고찰하고자 한다.
본 연구에서는 의성소분지의 전체적인 지질특성과 지구조를 규명하기 위하여, 중력, 자력, 인공위성 영상 및 수치고도자료를 이용하여 천부 및 심부의 구조를 고찰하였다.
백악기말 활발했던 화산활동의 결과로 의성지역일대 에 형성된 화산암체와 심성암체의 복합체로 구성된 의 성소분지에서 지표지질 및 지하지질구조를 파악하기 위하여 중력, 자력, 위성영상 및 수치고도자료에 의한 지구물리학적 연구를 수행하였다.
제안 방법
지표지질 특성 규명을 위해 IRS 인공위성 영상자료로부터 자동화된 선구조 추출 알고리즘에 의한 태양의 조명방위각과 센서의 관측방향에 따른 선택적 증감효과가 보정된 선구조도(Fig. 2)를, 수치고도자료(DEM;Digital Elevation Model) 에 의한 Shaded relief map(Fig. 3)을 작성하여 지표 선구조의 방향 및 연장성을 분석하였다.
지하구조 특성 고찰을 위한 중력자료로는 한국지질 자원연구원에서 제작한 1:250, 000 부게 중력이상도 안동도폭(조진동, 2003)과 금번 연구의 일환으로 금성산 칼데라지역에서 18점, 화산칼데라지역에서 46점, 총 64 점에서 새로이 측정, 획득된 중력자료 및 기존의 연세대학교, 부산대학교, 한국지 질자원연구원의 중력자료와 병합하여 기기보정, 조석보정 위도보정, 고도보정 및 지형보정의 과정을 거친 후 종합, 해석되었다. 해석결과는 우익(1993), 유철(1996), 제일영(1998), 김원균(1999)의 연구결과와 비교 검토되었고, 전체적인 변화 양상 및 이상대가 매우 잘 일치하고 있어 자료의 신뢰도가 높음을 알 수 있었다(Fig.
자동회된 신구조 추출 알고리즘에 의해 위성영상 자 료로부터 태양의 조명방위각과 센서의 관측방향에 따른 선택적 증감효과가 보정된 선구조도와, 수치고도자료(DEM; Digital Elevation Mod이)로부터 작성된 shaded relief map을 이용하여 지표 선구조의 방향 및 연장성을 분석하였다. IRS 인공위성 영상자료의 기하학적 보정과 판독 및 분석을 위한 전처리과정으로 영상강조 및 특징추출 둥의 자료처리를 실시하였으며, 위 성 영상자료와 수지지 형고도자료로 생성된 음영기복도 를 이용하여 예상되는 선구조를 추출하고 3차원 모델을 구성, 다양한 시각에서의 선구조여부를 판독하였다 (Fig.
자동회된 신구조 추출 알고리즘에 의해 위성영상 자 료로부터 태양의 조명방위각과 센서의 관측방향에 따른 선택적 증감효과가 보정된 선구조도와, 수치고도자료(DEM; Digital Elevation Mod이)로부터 작성된 shaded relief map을 이용하여 지표 선구조의 방향 및 연장성을 분석하였다. IRS 인공위성 영상자료의 기하학적 보정과 판독 및 분석을 위한 전처리과정으로 영상강조 및 특징추출 둥의 자료처리를 실시하였으며, 위 성 영상자료와 수지지 형고도자료로 생성된 음영기복도 를 이용하여 예상되는 선구조를 추출하고 3차원 모델을 구성, 다양한 시각에서의 선구조여부를 판독하였다 (Fig. 6). 추출된 선구조는 분포방향별 개소수와 연장성을 분석하고, 밀도도를 작성하였다(Fig.
연구지역내 밀도불연속면의 평균심도를 구하기 위하여, 각종 중력보정을 거쳐 얻어진 부게 중력이상을 주파수 영역에서 스펙트럼 분석에 의해 절단파수를 결정 하고, 결정된 파수를 이용한 파워스펙트럼분석을 실시 하였다. 파워스펙트럼 분석에 의해 white spectrum의 개념을 이용하여 측정자료의 일부 혹은 전부를 푸리에 (Fourier) 급수로 전개하여 지하에 밀도변화가 존재하는 경계면의 평균심도를 구할 수 있다.
3。><().3。크기의 4개 지역으로 구분하여, 각 지역별로 파워스펙트럼을 구하였다(Fig. 8). 4개 지역 모두에서 2개의 뚜렷한 밀도불 연속면이 존재하며, 이들의 심도는 각각 약 4-5 km 및 0.
자력자료를 이용한 지하 지질 및 지질구조 분석을 위하여 3-D analytic signa曲의 절대값인 energy envelope을 이용하여 연구지역내 자력이상체의 분포와 그 경계를 규명하였다. Analytic signal 방법은 자력이상의 수평 및 수직 미분치를 이용한 분석방법으로 암체나 구조의 경계에서 analytic signal의 절대값이 최대값을 보인다.
지하지질특성 규명을 위한 방법으로 중력이상의 파워스펙트럼분석과 자력이상의 analytic signal방법을 수 행하였다. 지형적인 특징을 반영하여 분리된 4개 지역에 대해 각각의 파워스펙트럼 분석에서, 분지기반암까지의 심도로 판단되는 4〜5km의 밀도 경계면의 평균 심도와 천부지층경 계면으로 판단되는 0.
자력이상의 analytic signal 분석에 의해 자력이상체의 분포와 그 경계를 파악하였다. 분석 결과 연구지역 내에서 높은 에너지를 보이는 부분은 팔공산 화강암의 경계와 분지내의 칼데라 분포지역과 잘 일치하고 있으며, 또한 높은 에너지를 보이는 곳곳에 화성암체들이 분포한다.
보다 정량적인 해석을 위하여 중력이상의 파워스펙트럼분석과 자력이상의 analytic signal 분석결과를 토대로 최근 획득된 중력자료를 이용한 지하 밀도 구조 모델링을 시행하였다. 두 개의 측선에서 나타나는 중력이상의 변화는 탐사 측선 주변의 지형적인 특성을 반영한 것으로 보인다.
대상 데이터
경상 분지는 동 해 및 남해와 접함으로서 대단위 공단과 원자력 발전소들이 위치해 있고, 앞으로도 많은 건설이 계획되고 있는 지역으로서 분지의 지질 및 지구조 연구는 그 중요성이 매우 크다. 본 연구지역인 의성소분지는 경상 분지 중의 하나로서 밀양소분지와는 팔공산단층을 경계로, 영양소분지와는 안동단층을 경계로 구획된다. 의 성소분지 전체의 지구조 연구는 아직까지 미비한 상태 이며, 팔공산단층도 퇴적상의 변화에 의한 가상단층으로만 표시되어 있어 그 존재가 확인되지 않은 상태이다(Chang, 1987).
4). 자력자료는 한국지 질자원연구원에서 1981년부터 1994년까지 년차적으로 획득한 항공자력탐사 자료로서, 비행측선의 편차에 대한 위치보정, Base station을 운영한 후 최소자승법에 의한 기기보정 및 일변화보정, 동서방향의 측선자료와 남북 방향의 측선자료 간의 가중평균법을 이용한 &e line 보정, 비행고도변화에 따른 기준고도인 400 feet로 고도보정이 수행된 자료이다. 이들은 Bi-directional gridding 방법에 의해 150x150 m 격자간격으로 변환되어 있고, 또한, 각 측정자료들은 측정시기가 다르므로 측청 연도를 기준으로 Gauss 계수를 8까지로 하여 IGRF 보정이 실시되었다(구성본 등, 1997)(Fig, 5).
또한, 연구지역내의 지형의 영향을 고려하기 위하여 NASA에서 최근 공개된 90 m간격의 SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) 고도자료를 사용하였다.
5차원 중력 및 자력 모델링 프로그램인 'GRAVMAG, 를 이용하여 모델링을 수행하였다. 모델링에 이용된 중력자료는 Fig. 1의 측선 A-N과 B-B상 에 있는 64점에서 측정된 중력자료로서 금성산칼데라 지역의 18점과 화산칼데라지역의 46점이다. 이들은 연 구지역의 지형과 목적을 감안하여 남동-북서 방향으 로 설정된 측선으로서 측점간격은 0.
이론/모형
중력이상의 파워 스펙트럼분석과 자력이상의 analytic signal 분석을 통해 얻어진 결과를 토대로 연구지역 내 심부 지하 지질구조를 해석하기 위하여 연구지역을 대표할 수 있는 2개으 임의의 측선을 설정하고, Pedley (1991)의 2.5차원 중력 및 자력 모델링 프로그램인 'GRAVMAG, 를 이용하여 모델링을 수행하였다. 모델링에 이용된 중력자료는 Fig.
성능/효과
본 연구지역에서 이루어진 선구조 분석결과 선구조의 방향은 卬5。~65气¥가 현저하게 우세하며, 연장성은 N55。〜65气¥와 N-S방향이 우세하다. 따라서, N55°~65°W 방향의 선구조가 빈도수와 연장성이 매우 높은 선구조임을 알 수 있다(Fig. 7(b), (c)).
6 km에 밀도불연속면이 존재한다고 하였다. 따라서, 기존의 연구결과와 비교할 때 중력자료의 파워스펙트럼 분석으로 본 연구에서 얻어진 4-5 km2] 심도는 분지기 반암의 심도로, 0.5〜0.6 km는 천부지층경계면 또는 관입암 및 천부지질변화에 의한 영향으로 해석된다. 또한 이들 경계면이 기존에 연구된 경계면과 동일한 것으로 보면, 연구지역의 남서부지역에서 북동부지역으로 갈수 록 분지기반암의 평균심도는 깊어지는 것으로 해석된다.
5 km 이고 Lacoste-Romberg 중력계로 획득된 중력자료이며, 기기보정, 조석보정 위도보정, 고도보정 및 지형보정이 실시 되었다. 25차원 모델링 결과, 금성산칼데라에서 측정된 측선 A-A, 의 부게 중력 이상곡선에서 나타나는 V자형 의 저이상대는 화산암체의 생성당시 약대를 따라 생긴 화도로 심부의 물질이 분출하였던 부분으로 판단되며, 측선 A-A의 구간 중 가장 많이 함몰이 일어났던 지역 으로 사료된다. 또한, 화산칼데라에서 측정된 측선 B-B'의 부게 중력 이상곡선중 퇴적 지형에서 나타나는 굴 곡은 측선 주변내지는 천부의 지질에 의한 영향으로 판단되며, 지질도에서 보이는 바와 동일한 지역, 즉 응회 암지대와 화강암이 만나는 지역에서 급구배의 중력이상 의 변화가 관찰되는데, 이는 측선이 지나는 지역에 발달된 NW-SE방향의 단층과 관입된 화강암의 영향으로 사료된다 (Fig.
지표지질 특성 규명을 위해 IRS 인공위성 영상자료를 이용한 선구조도와, 수치고도자료를 이용한 음영기 복도를 작성하여 지표 선구조의 방향 및 연장성을 분석한 결과, N55°~65°W 방향의 선구조가 빈도수와 연장성이 매우 높은 선구조임을 알 수 있었다.
지하지질특성 규명을 위한 방법으로 중력이상의 파워스펙트럼분석과 자력이상의 analytic signal방법을 수 행하였다. 지형적인 특징을 반영하여 분리된 4개 지역에 대해 각각의 파워스펙트럼 분석에서, 분지기반암까지의 심도로 판단되는 4〜5km의 밀도 경계면의 평균 심도와 천부지층경 계면으로 판단되는 0.5~0.6km 의 평균심도를 산출하였다. 파워스펙트럼 분석 결과에 따르면, 남서부지역에서 북동부지역으로 갈수록 분지기반 암의 평균심도가 깊어지는 것으로 해석된다.
6km 의 평균심도를 산출하였다. 파워스펙트럼 분석 결과에 따르면, 남서부지역에서 북동부지역으로 갈수록 분지기반 암의 평균심도가 깊어지는 것으로 해석된다.
자력이상의 analytic signal 분석에 의해 자력이상체의 분포와 그 경계를 파악하였다. 분석 결과 연구지역 내에서 높은 에너지를 보이는 부분은 팔공산 화강암의 경계와 분지내의 칼데라 분포지역과 잘 일치하고 있으며, 또한 높은 에너지를 보이는 곳곳에 화성암체들이 분포한다.
후속연구
현재 진행되고 있는 자력자료의 advanced analytic signal을 이용하여 자력기반암의 심도를 결정하고, 심도별로 구분하여 GIS분석을 통해 연구지역이 재해석 된다면, 이 결과는 의성소분지의 전체적인 형태, 타분지와의 경계, 구조의 심부로의 연장성 등과 같은 종합적인 해석이 가능할 것으로 사료된다.
참고문헌 (29)
김성균 (1995) 한반도의 지각구조에 관한 연구. 지질학회지, 31권, p. 393-400
황재하 (1992) 경상분지 고응력장 복원 및 구조운동사: 고령읍 부근의 경우. 지질학회지,28권, p. 471-482
황재하 (1994) 백악기초 이후 한반도 남동부에 작용한 고응력 복원. 한국지질학회지,30권, p. 27-34
Chang, Ki-Hong (1987) Cretaceous Strata, Geology of Korea(editor, Lee, Dai-Sung), p. 175-194
Hsu, Shu-Kun, Jean-Claude Sibuet, Chuen-Tien Shyu (1996) High-resolution detection of geologic boundaries from potential-field anomalies: An enhanced analytic signal technique. Geophysics, v. 61, p. 373-386
Pedley, R. (1986) Nonlinear problems by linearization, Short course on geophysical inverse theory and application. Presented by Scripps Industrial Associates, Scripps Institute of Oceanography, La Jolla, California
Thurston, J. B. and Brown R. James (1994) Automated source-edge location with a new variable pass-band horizontal-gradient operator. Geophysics, v. 59, p. 546-554
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