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문제 정의
- 이번 연구에서는 선행 연구의 한계를 극복하기 위하여 황해 배타적 경제수역 내 군산 분지와 주변 지역의 해상자력탐사자료와 인공위성중력 자료 및 선행연구 자료들을 이용하여 군산분지의 기반암 구조 연구를 수행하였다. 보다 정밀한 해석을 수행하기 위하여 중자력 자료의 기본적인 보정을 수행한 후 심도 역산, 파워스펙트럼 분석 (power spectrum analysis), 분석신호기법 (analytic signal) 등의 다양한 분석 기법을 적용하였으며 중력자료와 자력자료의 연관 관계를 확인하고자 포아송 관계식을 이용하였다.
제안 방법
- 심도역산의 특성상 역산에 이용되는 블록을 층 구조로 생성하고 각 층의 밀도 차이만을 고려하여 역산을 수행하기 때문에 동일 층 내에서 밀도의 불연속이 존재할 경우 실제 심도 구조를 왜곡할 수 있으나, 연구지역의 특성상 기반암 직상부 퇴적층과 기반암의 밀도가 상대적으로 균일한 특성을 가지며, 연구지역 내에서의 가장 큰 밀도 불연속면은 기반암과 상부 퇴적층의 경계면이므로 중력이상 자료를 통해 기반암 심도를 타당성 있게 해석할 수 있다. 따라서 퇴적층 내부의 밀도변화가 중력효과에 주는 효과는 미미하다고 가정하고, 음향기반암 직상부 퇴적층과 음향기반암의 밀도차를 선행 연구 결과와 중력이상 분포를 고려 0.3 g/cik로 설정하여 심도역산을 수행하였다. 심도역산 결과 퇴적 분지가 아닌 연구지역 남부에서는 평탄하고 심도가 깊지 않은 기반암구조를 보이며, 연구지역의 북부에서는 기반암 심도의 기복이 다소 심하게 나타나고 있음을 알 수 있다.
- 수행하였다. 보다 정밀한 해석을 수행하기 위하여 중자력 자료의 기본적인 보정을 수행한 후 심도 역산, 파워스펙트럼 분석 (power spectrum analysis), 분석신호기법 (analytic signal) 등의 다양한 분석 기법을 적용하였으며 중력자료와 자력자료의 연관 관계를 확인하고자 포아송 관계식을 이용하였다. 이러한 연구 결과는 차후에 수행될 연구지역의 자원 개발과 한반도를 포함한 주변 해양의 지각 구조 및 광역적인 지체구조 해석의 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.
- 지형 보정은 3차원 중력 지형 역산 기법 (박계순 외, 2005)을 응용하여 해수의 중력 효과를 블록 수치화 하여 처리하였다. 이를 위하여 해양 중력 탐사자료 해석에서 해수의 영항을을 계산하기 위하여 해저 지형을 niultiquadric equation(권병두 외, 1990)을 이용하여 재구성하고 이를 통해 해수면 하부의 해수와 지형을 블록화 하여 계산하였다, 이 때 해수의 밀도로 1.03 g/cm', 상부퇴적층의 밀도는 eg cm, 라 두었으며, 연구지역의 10km 외부까지 고려하여 지형보정을 포함한 부게 보정을 수행하였다.
- 이번 연구에서는 동일지역의 탄성파 탐사 결과와 임의의 밀도-자화강도비를 이용한 기중력변환값을 이용하여 화성암 효과가 제거된 인공위성 중력 이상의 패턴을 가장 유사하게 하는 밀도-자화강도 비를 추정하였으며 그 결과 lOOkg/An?의 밀도자화강도 비를 산출하였다. 이를 이용하여 획득된 가중력 이상값과 그 심도 역산 결과는 Fig.
- 이번 연구에서는 밀도불연속면의 깊이를 추정하기 위해 연구지역 내 중력이상의 양상이 다르다고 판단되는 세 측선-연구지역 남부의 중력고이상대(측선 A), 연구지역 중앙의 분지지형을 포함한 중력저이상대(측선 B), 연구지역 북부(측선 C)-을 설정하고 측선 A, B, C에 해당되는 자료를 추출하여 파워스펙트럼 분석을 수행하였다. 선행연구 결과와 그 심도를 고려할 때, Fig.
- 위하여 IGRF-10을 사용하였다. 이어서 중위도 지역에서 획득된 복잡한 지자기 특성을 수직 지자기장을 갖는 극에서 측정된 자료와 같이 단순화하여 해석하기 위해 측정 자력이상을 자극화 변환 (Reduction to the pole) 하였다. 자극화 변환된 총자기 이상값은 Fig.
- 보통 해상 중력의 기준면은 해수면으로 설정되므로 해저면의 기복에 의하여 발생하는 효과를 제거하는 지형 보정을 수행하였다. 지형 보정은 3차원 중력 지형 역산 기법 (박계순 외, 2005)을 응용하여 해수의 중력 효과를 블록 수치화 하여 처리하였다. 이를 위하여 해양 중력 탐사자료 해석에서 해수의 영항을을 계산하기 위하여 해저 지형을 niultiquadric equation(권병두 외, 1990)을 이용하여 재구성하고 이를 통해 해수면 하부의 해수와 지형을 블록화 하여 계산하였다, 이 때 해수의 밀도로 1.
대상 데이터
- 장수 분지는 남부 함몰대의 육상 연장 부이고, 군산 분지는 북부함몰대의 동측 해양 연장 부이다(박관순 외, 2005). 연구지역은 군산 분지와 인근 남쪽지역까지이며, 동경 122.9-125.2, 북위 34.5-36.2에 위치한 지역이다(Fig. 1). 연구지역 내의 수심은 약 70-90 m 정도로 큰 기복 없이 평탄한 모습을 보여 준다.
- 연구지역의 중력 자료를 획득하기 위하여 UCSD (University of California-San diego)의 Scripps 연구소에서 제공하는 인공위성 고도계자료로부터 유도된 중력자료(version 15.1)를 이용하였다(Sandwell et al., 1997; http://topex.ucsd.edu/index.html). 자료의 분해능은 0.
- 이번 연구에서는 2005년 5월 13일부터 25일의 기간 동안 한국 해양연구원 연구선 온누리호에 설치된 해상 측정용 자력계(SeaSPY)를 이용하여 황해 배타적 경제수역의 일부인 군산 분지와 그 부근의 해상지자기 자료를 획득하였다(Fig. 6). 해상용 자력계인 SeaSPY는 종자기를 즉정하는 오버하우져 (Overhouser) 형 자력계로 300m 이상의 신호 케이블과 자료 획득을 위한 센서, 컴퓨터 인터페이스 및 신호제어용 컴퓨터 등으로 구성되어 있으며, 센서는 총자기를 측정하는 오버하우져형 총자기력 센서 외에도 온도 측정이 가능한 온도 센서, 물과 센서의 접촉을 인지할 수 있는 누수 센서, 깊이 측정을 위한 압력 센서로 구성되어 있다.
- 이번 연구에서는 획득된 자력 자료의 일변화 보정을 위해서 홍성 지자기 관측소의 자료를 사용하였으며, IGRF(International Geomagnetic Reference Field) 보정을 위하여 IGRF-10을 사용하였다. 이어서 중위도 지역에서 획득된 복잡한 지자기 특성을 수직 지자기장을 갖는 극에서 측정된 자료와 같이 단순화하여 해석하기 위해 측정 자력이상을 자극화 변환 (Reduction to the pole) 하였다.
이론/모형
- 부게보정을 수행한 중력 자료를 통해 기반암 심도에 대한 3차원적인 정보를 파악하기 위하여 Newton method의 일종인 Marquardt-Levenberg법을(Levenberg, 1944; Marquardt, 1963) 이용하여 심도역산을 수행하였다. 심도 역산 결과는 Fig.
성능/효과
- Fig. 4에서 볼 수 있는 바와 같이 파워스펙트럼 분석 결과에서 파악된 밀도불연속면의 평균심도는 측선 A에서 0.560 km와 3.304 km, 측선 B에서 0.538 km 와 3.656 km, 측선 C에서 0.443 km와 2.534 km로 나타났다. 측선 A, B, C에서 각각 나타나는 두 개의 밀도 불연속면 심도 중 깊은 곳에서의 불연속면 심도는 기반암의 평균깊이로, 낮은 곳에서의 불연속면 심도는 상부 퇴적층 내에 존재하는.
- 3 g/cik로 설정하여 심도역산을 수행하였다. 심도역산 결과 퇴적 분지가 아닌 연구지역 남부에서는 평탄하고 심도가 깊지 않은 기반암구조를 보이며, 연구지역의 북부에서는 기반암 심도의 기복이 다소 심하게 나타나고 있음을 알 수 있다. 역산 결과에서 연구지역의 기반암 심도는 분지 지역을 중심으로 대략 2 km에서 6 km까지 분포하고 있는 것으로 해석되었다.
- 심도역산 결과 퇴적 분지가 아닌 연구지역 남부에서는 평탄하고 심도가 깊지 않은 기반암구조를 보이며, 연구지역의 북부에서는 기반암 심도의 기복이 다소 심하게 나타나고 있음을 알 수 있다. 역산 결과에서 연구지역의 기반암 심도는 분지 지역을 중심으로 대략 2 km에서 6 km까지 분포하고 있는 것으로 해석되었다.
- 6b는 분석신호의 절대값, 즉 energy envelope 를 나타낸 것이다. 이를 해석하면, 연구지역의 중앙부와 동부 그리고 남서부에 자력이상체의 경계라 생각되는 부분이 존재하며, 국지적으로 작은 경계들이 존재함을 확인할 수 있다.
- 이번 연구지역에 포함되는 군산분지는 세 개의 소분지- 남서소분지 동쪽일부, 남중소분지, 동소분지-로구분되는데 중력 자료의 분석 결과, 남서소분지 동쪽 일부와 남중소분지에 의한 중력효과는 비교적 명확하게 파악할 수 있었으나 동소분지에 의한 중력효과는 미미하였다. 한편, 연구지역을 둘로 나누어 보면 퇴적분지가 위치한 연구지역 북서부에서 상대적으로 낮은 중력이상이 나타나며 퇴적분지 내에 고이 상대가 혼재하고 있는 반면 연구지역 남동부는 전반적으로 변화폭이 크지 않은 높은 중력이상대를 이루고 있음을 알 수 있다.
- 이는 황해의 수심변화가 거의 없어, 해저지형변화에 의한 중력이상변화보다는 기반암 심도변화와 퇴적층 두께변화에 의한 중력이상 변화가 훨씬 크다는 것을 의미하는 것으로 파악된다. 전체적으로 볼 때 연구지역의 북서부가 남동부보다 낮은 중력이상을 나타내고 있음을 확인할 수 있으며, 이는 남중소분지의 영향과 더불어 퇴적층의 두께가 북서쪽으로 가면서 두꺼워지는 효과에 기인한 것으로 판단된다. 동소분지는 그보다 높은 중력이상을 나타내고 있지만 중력이상만으로 동소분지의 모습을 정확히 파악하는 것은 어렵다.
- 6)를 비교해보면 부게중력이상은 전체적으로 음향기반암의 심도분포와 잘 일치하고 있으나, 남중소분지 중심부에서 음향기반암이 가장 깊은 곳에 존재하고 있음에도 불구하고 중력 고이상이 나타나는 것은 강한 자력이상을 나타내는 고밀도암체의영향으로 인한 것이라고 해석할 수 있다. 즉 중력자료를 이용한 심도역산결과만 고려하면 남중소분지 중앙부에서 기반암이 솟아있는 것으로 파악되나, 중 자력 자료와 탄성파 왕복주시 자료를 종합적으로 해석하면 남중소분지 중앙부의 기반암 자체는 가장 깊은 곳에 위치하지만 고밀도의 화강암체가 관입하여 중력 고이상이 나타나는 것으로 파악된다. 비슷한 양상을 가중력 심도역산결과에서도 찾아볼 수 있다.
- 광역부정합면의 평균 깊이로 생각된다. 측선 A에서 측선 C까지 기반암 평균심도는 각각 3.304, 3.656, 2.534 km로 파악되었다. 남쪽에서 얕고 중앙에서 깊어졌다가 북쪽에서 다시 얕아지는 주머니 모양의 기반구조를 보이고 있다는 것을 알 수 있으며, 이는 퇴적분지 분포를 반영하는 결과라고 생각되며 탄성파 탐사를 통해 해석된 선행 연구결과와 잘 부합하고 있다(신재봉 오], 2005).
- 포텐셜 자료를 이용한 이번 연구의 해석 결과는 선행연구로 수행된 탄성파 탐사 결과와 전반적으로 높은 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 따라서 향후 선행 정보가 부족한 해양지역에서 지구물리탐사를 수행하게 될 경우에라도 전 세계 모든 해양에 대해 이미 공개되어 있는 고해상도 인공위성 중력 이상 자료를 분석하여 선행 자료로 활용하는 것이 유익할 것으로 생각된다.
후속연구
- 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 따라서 향후 선행 정보가 부족한 해양지역에서 지구물리탐사를 수행하게 될 경우에라도 전 세계 모든 해양에 대해 이미 공개되어 있는 고해상도 인공위성 중력 이상 자료를 분석하여 선행 자료로 활용하는 것이 유익할 것으로 생각된다.
- 보다 정밀한 해석을 수행하기 위하여 중자력 자료의 기본적인 보정을 수행한 후 심도 역산, 파워스펙트럼 분석 (power spectrum analysis), 분석신호기법 (analytic signal) 등의 다양한 분석 기법을 적용하였으며 중력자료와 자력자료의 연관 관계를 확인하고자 포아송 관계식을 이용하였다. 이러한 연구 결과는 차후에 수행될 연구지역의 자원 개발과 한반도를 포함한 주변 해양의 지각 구조 및 광역적인 지체구조 해석의 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.
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