태평양 해양 지각판과 인도-호주 대륙 지각판간 섭입작용에 의해 형성된 남태평양 라우분지는 활동성 후열도분지로서 해저열수광상이 부존할 가능성이 매우 높은 지역이다. 한국해양연구원은 라우분지를 대상으로 다중음향측심장비(EM120)을 이용하여 정밀지형조사를 실시하여 열수활동이 활발할 것으로 예측되는 해저 지각 확장축 주변지역 (FRSC)과 해저화산 지역(MTJ)을 선별하였다. 또한, 표층 및 심해견인 자력탐사결과를 토대로 저 자기이상 현상을 나타내는 열수광체 지역을 선정하였다. 표층 및 심해 견인 자력탐사 결과 해령에서 주로 나타나는 Central Anomaly Magnetization High(CAMH)가 FRSC-2 지역에서 관측되었으며, MTJ-1 지역에서는 열수분출작용으로 추정되는 저자화이상이 발견되었다. CTD 시스템을 이용하여 열수 플룸 추적자인 투명도, 수소이온(pH), 미생물생체량(ATP), 메탄$(CH_4)$농도를 실시간으로 측정한 결과 FRSC-2와 MTJ-1 지역은 현재 매우 활발한 화산 활동이 진행되고 있음을 알 수 있었다. 이 지역에서 채취한 열수분출공과 기반암 시료는 이 지역에서 열수활동이 진행되었거나 진행되고 있으며, 실제로 열수 광체가 부존하고 있음을 확인할 수 있었다. 첨단 해저면 영상장비를 사용하지 않고도, 전통적인 해양 지구물리탐사 방법이 해저열수광상의 탐지에 비용 효과적인 탐사방법임을 알 수 있었다.
태평양 해양 지각판과 인도-호주 대륙 지각판간 섭입작용에 의해 형성된 남태평양 라우분지는 활동성 후열도분지로서 해저열수광상이 부존할 가능성이 매우 높은 지역이다. 한국해양연구원은 라우분지를 대상으로 다중음향측심장비(EM120)을 이용하여 정밀지형조사를 실시하여 열수활동이 활발할 것으로 예측되는 해저 지각 확장축 주변지역 (FRSC)과 해저화산 지역(MTJ)을 선별하였다. 또한, 표층 및 심해견인 자력탐사결과를 토대로 저 자기이상 현상을 나타내는 열수광체 지역을 선정하였다. 표층 및 심해 견인 자력탐사 결과 해령에서 주로 나타나는 Central Anomaly Magnetization High(CAMH)가 FRSC-2 지역에서 관측되었으며, MTJ-1 지역에서는 열수분출작용으로 추정되는 저자화이상이 발견되었다. CTD 시스템을 이용하여 열수 플룸 추적자인 투명도, 수소이온(pH), 미생물생체량(ATP), 메탄$(CH_4)$농도를 실시간으로 측정한 결과 FRSC-2와 MTJ-1 지역은 현재 매우 활발한 화산 활동이 진행되고 있음을 알 수 있었다. 이 지역에서 채취한 열수분출공과 기반암 시료는 이 지역에서 열수활동이 진행되었거나 진행되고 있으며, 실제로 열수 광체가 부존하고 있음을 확인할 수 있었다. 첨단 해저면 영상장비를 사용하지 않고도, 전통적인 해양 지구물리탐사 방법이 해저열수광상의 탐지에 비용 효과적인 탐사방법임을 알 수 있었다.
Lau basin of the south Pacific, as an active back arc basin, is promising area bearing seafloor massive hydrothermal deposit that is located in a subduction zone between the Pacific ocean plate and Indo-Australian continental plate. We performed multi-beam bathymetry survey in the Lau basin using EM...
Lau basin of the south Pacific, as an active back arc basin, is promising area bearing seafloor massive hydrothermal deposit that is located in a subduction zone between the Pacific ocean plate and Indo-Australian continental plate. We performed multi-beam bathymetry survey in the Lau basin using EM120, to find out high hydrothermal activity Bone. Fonualei Rift and Spreading Center (FRSC) and Mangatolou Triple Junction (MTJ) area were selected for precise site survey through seafloor morphology investigation. The result of surface and deep-tow magnetometer survey showed that Central Anomaly Magnetization High (CAMH) recorded which is associated with active ridge in FRSC-2 and revealed very low magnetic anomalies that can be connected to past or present high hydrothermal activity in MTJ-1 seamount area. Moreover, the physical and chemical tracers of hydrothermal vent flume, i.e., transmission, hydrogen ion concentration (pH), adenosine triphosphate (ATP), methane (CH4) by use of CTD system, showed significant anomalies in those areas. From positive vent flume results, we could conclude that these areas were or are experiencing very active volcanic activities. The acquired chimney and hydrothermal altered bed rock samples gave us confidence of the existence of massive hydrothermal deposit. Even though not to use visual exploration equipment such as ROV, DTSSS, etc., traditional marine geophysical investigation approach might be a truly cost-effective tool for exploring seafloor hydrothermal massive deposit.
Lau basin of the south Pacific, as an active back arc basin, is promising area bearing seafloor massive hydrothermal deposit that is located in a subduction zone between the Pacific ocean plate and Indo-Australian continental plate. We performed multi-beam bathymetry survey in the Lau basin using EM120, to find out high hydrothermal activity Bone. Fonualei Rift and Spreading Center (FRSC) and Mangatolou Triple Junction (MTJ) area were selected for precise site survey through seafloor morphology investigation. The result of surface and deep-tow magnetometer survey showed that Central Anomaly Magnetization High (CAMH) recorded which is associated with active ridge in FRSC-2 and revealed very low magnetic anomalies that can be connected to past or present high hydrothermal activity in MTJ-1 seamount area. Moreover, the physical and chemical tracers of hydrothermal vent flume, i.e., transmission, hydrogen ion concentration (pH), adenosine triphosphate (ATP), methane (CH4) by use of CTD system, showed significant anomalies in those areas. From positive vent flume results, we could conclude that these areas were or are experiencing very active volcanic activities. The acquired chimney and hydrothermal altered bed rock samples gave us confidence of the existence of massive hydrothermal deposit. Even though not to use visual exploration equipment such as ROV, DTSSS, etc., traditional marine geophysical investigation approach might be a truly cost-effective tool for exploring seafloor hydrothermal massive deposit.
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문제 정의
이를 통해 첨단 영상장비를 사용하지 않고도, 지구물리탐사 방법을 이용하여 열수 광체를 탐지할 수 있는 대안을 제시하고자 하였다. 또한, 국내에서는 처음 시도된 심해견인자력계(Deep Tow Magnetometer)를 이용한 지구자기장 분포 특성을 통해 해저 열수광상의 유무를 확인하고자 하였다.
본 연구는 국토해양부가 지원하는 “남태평양 광물자원 개발 (PM45601, PM45602)”의 일환으로 수행되었다. 연구수행에 많은 도움을 주신 한국해양연구원 심해연구사업단 연구원 여러분에게 감사드립니다.
또한, MTJ 지역에서는 전형적인 칼데라 구조를 가진 해저산 지역을 MTJ-1 로 명칭을 부여하고 집중적인 탐사활동을 수행하였다. 위 후보지역 중에서 지구물리 탐사결과 및 시료채취 결과에서 뚜렷한 이상 증후를 발견한 FRSC-2 및 MTJ-1 해저산에서의 탐사 결과를 중심으로 열수광체 추적 방법을 소개하고자 한다.
분석하였고 이를 토대로 선택한 시료채취 정점에서의 시료분석 결과가 지구물리 탐사 결과와 부합하는지 비교하였다. 이를 통해 첨단 영상장비를 사용하지 않고도, 지구물리탐사 방법을 이용하여 열수 광체를 탐지할 수 있는 대안을 제시하고자 하였다. 또한, 국내에서는 처음 시도된 심해견인자력계(Deep Tow Magnetometer)를 이용한 지구자기장 분포 특성을 통해 해저 열수광상의 유무를 확인하고자 하였다.
제안 방법
EM120 자료처리는 전문프로그램(Neptune)에서 필터링한 수심자료를 ascii 형태(X, y, z)로 저장하여 범용 다중빔 자료처리 소프트웨어인 GMT와 MB-system (Caress and Chayes, 1996)을 이용하여 수심도를 작성하였고 그 결과를 Fig. 2와 3 에 도시하였다.
(transmissometer)이다. 따라서 부유물질의 이상농도가 확인된 수심은 열수 분출수에 의한 영향여부를 확인하기 위하여 선상에서 수소이온(pH), 미생물생체량(ATP), 메탄(CH4) 등을 분석하였으며, 무기영양염 및 망간 등의 분석시료는 전처리과정을 통하여 실험실에서 분석하였다(해양수산부, 2006). 이러한 방식은 많은 국가에서 열수분출구를 확인하는 방법으로 가장 널리 사용하고 있으며, 그 외 Gamo et al.
지구자기장의 시간적 변화량 외에도 측정 자기장에는 지구심부근원의 전 지구적 주기를 갖는 주지자기장 성분이 90%를 넘게 차지한다. 따라서 지구를 균일하게 자화된 회전 타원체로 가정하고 자기장을 구면조화함수로 표시한 국제 참고지 자기장 (IGRF2005)을 산출하여 측정 자료에서 소거하였다. 광역주기성분을 분리함으로써 지각 내 분포하는 지질 암상이나 구조의 변화에 의한 자력치만을 얻을 수 있다.
-2, -3, -4로 명명하였다. 또한, MTJ 지역에서는 전형적인 칼데라 구조를 가진 해저산 지역을 MTJ-1 로 명칭을 부여하고 집중적인 탐사활동을 수행하였다. 위 후보지역 중에서 지구물리 탐사결과 및 시료채취 결과에서 뚜렷한 이상 증후를 발견한 FRSC-2 및 MTJ-1 해저산에서의 탐사 결과를 중심으로 열수광체 추적 방법을 소개하고자 한다.
사용된 심해견인 자력계인 SeaSPY는 오버하우져형의 총성분 측정 자력계로서 5000 m 신호케이블과 센서, 컴퓨터 인터페이스 및 신호제어용 컴퓨터, logging S/W 등을 이용하여 기존의 자력계로는 획득하기 어려웠던 심해 근접 자력 자료를 획득할 수 있었다. 본 조사에서 표층 자력탐사의 경우 온누리호(전장 60 m) 선체에 의한 영향을 최소화하기 위해 자력 센서를 선체의 길이보다 약 세 배 이상 긴 200 m 후미에서 5~6 knot의 속도로 예인하였으며 이때 자력센서는 수면에서 평균 10-15 m 깊이에 위치하였다. 심해 자력탐사는 5000 m 신호케이블을 이용하여 해저면에서 약 500 m 고도를 유지하며 2~3 knot의 속도로 견인하였다.
실해역탐사를 통해 획득한 탐사자료를 실시간으로 처리 . 분석하였고 이를 토대로 선택한 시료채취 정점에서의 시료분석 결과가 지구물리 탐사 결과와 부합하는지 비교하였다. 이를 통해 첨단 영상장비를 사용하지 않고도, 지구물리탐사 방법을 이용하여 열수 광체를 탐지할 수 있는 대안을 제시하고자 하였다.
위치보정이 끝난 자력치로부터 불량자료들을 편집 . 삭제하고 고주파 잡음을 제거하기 위한 노이즈 필터를 적용하였다. 측정 자력치에는 해저지질구조와 관계없는 자기장의 시간적 변화량이 포함되어 있으므로 이를 측정치에서 소거해야 한다.
본 조사에서 표층 자력탐사의 경우 온누리호(전장 60 m) 선체에 의한 영향을 최소화하기 위해 자력 센서를 선체의 길이보다 약 세 배 이상 긴 200 m 후미에서 5~6 knot의 속도로 예인하였으며 이때 자력센서는 수면에서 평균 10-15 m 깊이에 위치하였다. 심해 자력탐사는 5000 m 신호케이블을 이용하여 해저면에서 약 500 m 고도를 유지하며 2~3 knot의 속도로 견인하였다. 1초 간격으로 신호를 측정 .
, 1999). 이를 바탕으로 전통적인 지구물리 탐사방법인 광역정밀수심 탐사와 자력탐사를 수행하여 라우 분지 열수광체 추적에 시용하였다. 실해역탐사를 통해 획득한 탐사자료를 실시간으로 처리 .
주어야 한다. 이를 위해서 선미에서 센서까지와 선미로부터 DGPS 안테나까지의 거리를 합하고 센서의 수심을 고려하여 실제 지자기 측정위치를 결정하였다. 위치보정이 끝난 자력치로부터 불량자료들을 편집 .
지금까지 기술한 지구물리 탐사방법에 의한 결과와 CTD에의한 열수 플룸 추적 결과를 토대로 예측한 해저면에서 열수광상 암석시료의 채취를 시도하였다. 원형 드렛지(dredge)를 이용하여 연구지역에 분포하는 열수 분출공(chimney) 및 기반암 시료를 채취하였다.
이를 방지하기 위하여 탐사 시작 직전 수층별 음파 속도 측정을 SVP (sound velocity profiler)# 사용하여 실시하였다. 탐사 진행 중에는 선저 수심 5 m에 설치된 실시간 음파속도 측정기를 통하여 정점에서의 기관측치와 차이를 비교하였다. 탐사 도중 최고 2 m/s의 속도 차가 나타났으나, 재측정 요구 수준인 5 m/s에 미치지 못하는 값으로 자료 정확도에 영향을 미치지 못하는 것으로 판단하였다(Kongsberg maritime AS, 2003).
해저열수광상 탐사 선진국들은 무인잠수정 (ROV), 심해견인음향측심기(DTSSS), 심해저카메라 등을 이용하여 광체를 추적하고 있으나, 첨단 장비가 확보되지 않은 우리의 상황을 타개하고자 기존의 탐사방법을 조합하여 직접적으로 열수광체를 확인할 수 있는 탐사방법 이전에 열수 광체를 확인할 수 있는 적합한 방법을 고안하고 이를 적용하여 보았다.
활동성 후열도분지가 발달된 남태평양 라우 분지를 해저열수광상 탐사지역으로 선정하여 정밀수심측정장비인 EM120으로 지형을 평가하였다. 열수활동이 활발할 것으로 예측되는 해저 지각 확장축 주변지역(FRSC)과 해저화산 지역 (MTJ)을 선별하였고, 첨단 영상탐사 장비를 사용하지 않고도 표충 및 심해견인 자력탐사결과를 토대로 저 자기이상 현상을 나타내는열수광체 지역을 선정하였다.
대상 데이터
MTJ-1 구역은 MTJ의 북동쪽 연장선에 위치한 칼데라로써 분화구의 중앙부에는 후기 분출에 의한 콘이 형성되어 있다. 이 지역은 남쪽에 완만한 저 이상대가 존재하지만 분화구를 중심으로 북쪽에는 전형적인 쌍극자 이상이 나타난다(Fig.
9)가 획득되었다(해양수산부, 2006). Valu Fa ridge 지역과 FRSC 지역에서 드렛지를 통해 획득한 시료는 대부분이 기반암을 구성하고 있는 현무암들이다. MTJ-1 칼데라에서는 현무암질 기반암 외에 열수변질 작용을 받은 암석들이 함께 채취되었다.
사용된 심해견인 자력계인 SeaSPY는 오버하우져형의 총성분 측정 자력계로서 5000 m 신호케이블과 센서, 컴퓨터 인터페이스 및 신호제어용 컴퓨터, logging S/W 등을 이용하여 기존의 자력계로는 획득하기 어려웠던 심해 근접 자력 자료를 획득할 수 있었다. 본 조사에서 표층 자력탐사의 경우 온누리호(전장 60 m) 선체에 의한 영향을 최소화하기 위해 자력 센서를 선체의 길이보다 약 세 배 이상 긴 200 m 후미에서 5~6 knot의 속도로 예인하였으며 이때 자력센서는 수면에서 평균 10-15 m 깊이에 위치하였다.
포함하고 있다. 암석의 총 자기는 열잔류자기 MTRM과 현재의 쌍극자장 M1로부터 유도된 자기 두 가지 성분을 가진다.
연구선 온누리호와 심해견인 자력계(SeaSPY)를 이용하여 표층 자력탐사와 심해견인 자력탐사를 병행하여 지자기 자료를 획득하였다. 사용된 심해견인 자력계인 SeaSPY는 오버하우져형의 총성분 측정 자력계로서 5000 m 신호케이블과 센서, 컴퓨터 인터페이스 및 신호제어용 컴퓨터, logging S/W 등을 이용하여 기존의 자력계로는 획득하기 어려웠던 심해 근접 자력 자료를 획득할 수 있었다.
연구지역인 라우분지 안에는 해양지각이 분포하고 있으며, 분지의 중앙부근에는 Eastern Lau Spreading Center (ELSC)와 Central Lau Spreading Center (CLSC)가 남북방향으로 길게발달되어 있다. 연장이 19°20$부터 2FS까지 약 180km에 달하는 ELSC는 분지의 폭이 좁아지는 남쪽 끝에서 발루파 해령 (Valu Fa Ridge, VFR)과 합쳐진다.
열수 분출 후보지역을 조사하기 위해 FRSC 지역의 해저 확장 축을 중심으로 4개 지역을 선정하였으며, 이들을 각각 FRSC-1, -2, -3, -4로 명명하였다. 또한, MTJ 지역에서는 전형적인 칼데라 구조를 가진 해저산 지역을 MTJ-1 로 명칭을 부여하고 집중적인 탐사활동을 수행하였다.
지형을 평가하였다. 열수활동이 활발할 것으로 예측되는 해저 지각 확장축 주변지역(FRSC)과 해저화산 지역 (MTJ)을 선별하였고, 첨단 영상탐사 장비를 사용하지 않고도 표충 및 심해견인 자력탐사결과를 토대로 저 자기이상 현상을 나타내는열수광체 지역을 선정하였다. 열수 플룸 추적 결과 FRSC-2와 MTJ-1 지역은 현재 매우 활발한 화산 활동이 진행되고 있음을 알 수 있었으며, 채취한 열수분출공과 기반암 시료는 열수광체가 부존하고 있음을 확인할 수 있었다.
암석시료의 채취를 시도하였다. 원형 드렛지(dredge)를 이용하여 연구지역에 분포하는 열수 분출공(chimney) 및 기반암 시료를 채취하였다. 총 33회의 드렛지 중 FRSC-2 지역에서 수행된 드렛지에서 기반암과 함께 열수 침니 시료(Fig.
원형 드렛지(dredge)를 이용하여 연구지역에 분포하는 열수 분출공(chimney) 및 기반암 시료를 채취하였다. 총 33회의 드렛지 중 FRSC-2 지역에서 수행된 드렛지에서 기반암과 함께 열수 침니 시료(Fig. 9)가 획득되었다(해양수산부, 2006). Valu Fa ridge 지역과 FRSC 지역에서 드렛지를 통해 획득한 시료는 대부분이 기반암을 구성하고 있는 현무암들이다.
한국해양연구원의 연구선 온누리호 선저에 장착된 Kongs- berg Maritime사의 단일빔음향측심기 (single beam echo sounder, EA500)과 다중빔음향측심기 (multi beam echo sounder, EM 120)을 사용하여 연구지역의 수심과 지형자료를 획득하였다. 두 장비는 모두 12 kHz의 주파수를 사용한다.
이론/모형
기인한다(Wille, 2005). 이를 방지하기 위하여 탐사 시작 직전 수층별 음파 속도 측정을 SVP (sound velocity profiler)# 사용하여 실시하였다. 탐사 진행 중에는 선저 수심 5 m에 설치된 실시간 음파속도 측정기를 통하여 정점에서의 기관측치와 차이를 비교하였다.
성능/효과
and Taylor, 2001). MW9603 탐사를 통하여 확장 축의 측면 (rift flank) 깊이는 1,000 m 이하로 얕지만, 지구대 (graben floor)는 평균 3, 500m의 깊이를 갖는 것으로 확인되었다. FRSC의 가장 남쪽 끝단부터 18°113에서 발생한 지진자료는 FRSC가 정단층 구조를 가진 활동성 확장이 일어나고 있음을 보여준다(Zellmer and Taylor, 2001).
연구 지역의 지자기 분포특성은 총자력과 자기이상분포 모두 전반적으로 해저지형분포를 잘 반영하지 못하며 장주기 특성을 보여준다. FRSC-2 구역의 표층자력탐사에 의한 자기이상은 편평한 북서쪽지역에서는 넓은 저이상대가 나타나고, 남쪽 마운드를 중심으로 높은 자기 이상이 분포한다(Fig.
열수활동이 활발할 것으로 예측되는 해저 지각 확장축 주변지역(FRSC)과 해저화산 지역 (MTJ)을 선별하였고, 첨단 영상탐사 장비를 사용하지 않고도 표충 및 심해견인 자력탐사결과를 토대로 저 자기이상 현상을 나타내는열수광체 지역을 선정하였다. 열수 플룸 추적 결과 FRSC-2와 MTJ-1 지역은 현재 매우 활발한 화산 활동이 진행되고 있음을 알 수 있었으며, 채취한 열수분출공과 기반암 시료는 열수광체가 부존하고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서, 해양 지구물리탐사 방법은 해저열수광상의 탐지에 간접적인 방법이지만 비용대비 효과적인 탐사방법임을 알 수 있다.
탐사 도중 최고 2 m/s의 속도 차가 나타났으나, 재측정 요구 수준인 5 m/s에 미치지 못하는 값으로 자료 정확도에 영향을 미치지 못하는 것으로 판단하였다(Kongsberg maritime AS, 2003). 즉선 종료 후 SVP를 다시 측정하였으며 탐사전 관측 자료와 거의 동일한 음파 속도 단면을 얻었다.
따라서 열수 분출구 탐사에서 1차적으로 분출수를 확인할 수 있는 가장 중요한 측정 항목 중 하나이다. 표층에서 부터 수심 500 m 이내의 수층에서 나타나는 이상농도는 형광자료에 의해 플랑크톤 등 부유생물에 의한 것으로 확인되었다. FRSC-2 구역에서는 일부 정점의 저층수에서 이상농도가 확인되었고, 주변의 농도보다 0.
후속연구
그러므로 열수분출대의 정확한 위치를 산출하기 위해서는 현재의 무게추를 보강하여 횡적인 변동을 저감시켜야 한다. 또한 지구물리 탐사 결과와 물리, 지화학, 생물, 암석샘플 자료들과의 비교를 통해 해저 열수광상의 정확한 위치를 파악하여야 할 것이다.
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