한반도 중남부 지각 속도구조를 밝히기 위해서, 주요 지체구조 경계와 거의 직각을 이루는 북서-남동 방향의 299 km측선(KCRT-2008)을 따라 대규모 인공지진파 실험을 실시하였다. 21~113 km 간격의 깊이 50~100 m인 8개시추공에서 250~1500 kg의 폭약을 발파하였고, 발생된 지진파 신호는 측선을 따라 평균 500 m 간격으로 매설한 4.5Hz 수신기로 수신하였다. 초동주시를 토모그래피 방식으로 역산한 결과, 파선경로는 2~3, 11~13, 20 km 깊이에 지각 내 굴절면이 존재함을 보인다. 굴절파 속도 7.7~8.1 km/s의 모호면은 중앙부에서 최대 34.2 km 깊이에 달하며, 동해와 황해로 접근하면서 얕아진다. 속도 7.6 km/s 등치선의 깊이는 31.3~34.4 km의 범위에서 변한다. 역산된 속도모델은 옥천계와 경기육괴 하부에, 깊이 7.2 km에 중심을 둔 저속도층이 129km까지 수평으로 연장되어 있고, 경상분지에는 속도5.4 km/s 이하의 저속도 암석이 최대 2.6 km 두께로 쌓여 있는 모습을 보여준다.
한반도 중남부 지각 속도구조를 밝히기 위해서, 주요 지체구조 경계와 거의 직각을 이루는 북서-남동 방향의 299 km 측선(KCRT-2008)을 따라 대규모 인공지진파 실험을 실시하였다. 21~113 km 간격의 깊이 50~100 m인 8개시추공에서 250~1500 kg의 폭약을 발파하였고, 발생된 지진파 신호는 측선을 따라 평균 500 m 간격으로 매설한 4.5Hz 수신기로 수신하였다. 초동주시를 토모그래피 방식으로 역산한 결과, 파선경로는 2~3, 11~13, 20 km 깊이에 지각 내 굴절면이 존재함을 보인다. 굴절파 속도 7.7~8.1 km/s의 모호면은 중앙부에서 최대 34.2 km 깊이에 달하며, 동해와 황해로 접근하면서 얕아진다. 속도 7.6 km/s 등치선의 깊이는 31.3~34.4 km의 범위에서 변한다. 역산된 속도모델은 옥천계와 경기육괴 하부에, 깊이 7.2 km에 중심을 둔 저속도층이 129km까지 수평으로 연장되어 있고, 경상분지에는 속도5.4 km/s 이하의 저속도 암석이 최대 2.6 km 두께로 쌓여 있는 모습을 보여준다.
To investigate the velocity structure in the central and southern parts of the Korean peninsula, a 299-km NW-SE seismic refraction profile KCRT-2008was obtained across major tectonic boundaries. Seismic waves were generated by detonating 250 ~ 1500 kg explosives at depths of 50 ~ 100 m in eight dril...
To investigate the velocity structure in the central and southern parts of the Korean peninsula, a 299-km NW-SE seismic refraction profile KCRT-2008was obtained across major tectonic boundaries. Seismic waves were generated by detonating 250 ~ 1500 kg explosives at depths of 50 ~ 100 m in eight drill holes located at intervals of 21 ~ 113 km. The seismic signals were detected by 4.5 Hz geophones at a nominal interval of 500 m. The first-arrival times were inverted to derive a velocity tomogram. The raypaths indicate several mid-crust interfaces including those at approximate depths of 2 ~ 3, 11 ~ 13, and 20 km. The Moho discontinuity with refraction velocity of 7.7 to 8.1 km/s has a maximum depth of 34.5 km under the central portion of the peninsula. The Moho becomes shallower as the Yellow Sea and the East Sea are approached on the west and east coasts of the peninsula, respectively. The depth of the 7.6 km/s velocity contour varies from 31.3 km to 34.4 km. The velocity tomogram shows the existence of a 129 km wide low-velocity zone centered at 7.2 km depth under the Okchon fold belt and Gyeonggi massif and low-velocity(< 5.4 km/s) rocks in the Gyeongsang sedimentary basin with a maximum thickness of 2.6 km
To investigate the velocity structure in the central and southern parts of the Korean peninsula, a 299-km NW-SE seismic refraction profile KCRT-2008was obtained across major tectonic boundaries. Seismic waves were generated by detonating 250 ~ 1500 kg explosives at depths of 50 ~ 100 m in eight drill holes located at intervals of 21 ~ 113 km. The seismic signals were detected by 4.5 Hz geophones at a nominal interval of 500 m. The first-arrival times were inverted to derive a velocity tomogram. The raypaths indicate several mid-crust interfaces including those at approximate depths of 2 ~ 3, 11 ~ 13, and 20 km. The Moho discontinuity with refraction velocity of 7.7 to 8.1 km/s has a maximum depth of 34.5 km under the central portion of the peninsula. The Moho becomes shallower as the Yellow Sea and the East Sea are approached on the west and east coasts of the peninsula, respectively. The depth of the 7.6 km/s velocity contour varies from 31.3 km to 34.4 km. The velocity tomogram shows the existence of a 129 km wide low-velocity zone centered at 7.2 km depth under the Okchon fold belt and Gyeonggi massif and low-velocity(< 5.4 km/s) rocks in the Gyeongsang sedimentary basin with a maximum thickness of 2.6 km
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문제 정의
, 2007b) 등의 다양한 연구를 통하여 정교한 2차원 속도구조가 밝혀지고 있다. 이 논문에서는 KCRT-2008 측선의 실험내용을 간략히 소개하고, 초동주시를 토모그래피법으로 역산한 후, 역산된 속도를 지체구조와 연관하여 해석한 내용에 관하여 논한다.
한반도 모호면 깊이에 관한 기존의 연구는 연구방법과 지각/맨틀 경계에 대한 정의에 따라 26 km (Kim, 1979)에서 41 km (최광선 등, 1993)까지 보고된 바 있다. 이 굴절파 연구에서는 모호면의 깊이를 임계굴절된 파선의 연장성 및 속도에 근거하여 정의코자 한다. 모호면에서 굴절된 파의 초동(Fig.
제안 방법
1). 측선 외부로부터 굴절되는 효과 및 겉보기 경사의 왜곡 등 3차원적 효과를 최소화하기 위하여, 주요 지체 구조 방향과 거의 수직을 이루도록 설계하였다. 파원 위치는 강화(S1), 여주(S2), 단양(S3), 충주(S4), 제천(S5), 영주(S6), 안동(S7), 영덕(S8) 등으로, 군사적으로 접근이 불가능한 북서쪽 끝의 발파지 S1은 원래 위치에서 남서쪽으로 이동하여 정하였다.
이에 따라 측선의 방향이 서울의 중심부에서 북서쪽으로 약 30 km 떨어진 부근에서 25도가량 반시계 방향으로 꺾여 있다. 각 발파지의 깊이 50 ~ 100 m의 시추공 내에서 250 ~ 1500 kg 폭약으로 인공지진파를 발생시켰다(Table 1). 7.
각 발파지의 깊이 50 ~ 100 m의 시추공 내에서 250 ~ 1500 kg 폭약으로 인공지진파를 발생시켰다(Table 1). 7.5 ~ 15분 간격으로 발생된 인공지진파 신호를 측선을 따라 평균 500 m 간격으로 매설된 593개의 4.5 Hz 수직성분 지오 폰으로 감지한 후, 250 Hz 샘플률로 이동식 지진기록계 (Reftek-125)에 기록하였다. 수신기 위치들은 되도록 측선과 일치하도록 하였으나, 지형적 제한 등으로 접근이 어려운 지역에 서는 측선에서 최대 4.
6 km까지 떨어져 있다. 각 발파 위치와 고도는 측량용 정밀 GPS로 측정하였고, 각 수신기들의 위치는 이동식 GPS로 결정하였다.
한편, 각 파원의 정확한 발파시간을 계산하기 위하여, 발파 이전에 각 발파공에서 수직탄성파(vertical seismic profiling) 탐사를 실시하였다. 시추공에서 가장 가까운 지진계 설치 위치까지 1 m 간격으로 해머를 알루미늄 판을 타격하여 소규모 지진파를 발생시켰으며, 폭약의 시추공 내 예정 중심위치에서 하이드로폰으로 수신하여 예정발파위치와 예정수신위치 사이의 주시를 구하였다(Table 1).
한편, 각 파원의 정확한 발파시간을 계산하기 위하여, 발파 이전에 각 발파공에서 수직탄성파(vertical seismic profiling) 탐사를 실시하였다. 시추공에서 가장 가까운 지진계 설치 위치까지 1 m 간격으로 해머를 알루미늄 판을 타격하여 소규모 지진파를 발생시켰으며, 폭약의 시추공 내 예정 중심위치에서 하이드로폰으로 수신하여 예정발파위치와 예정수신위치 사이의 주시를 구하였다(Table 1).
기록된 인공지진파 자료로부터 지진파 속도구조 규명을 위한 초동주시 역산은 포맷변환, 발파점 지연시간 보정, 위치정보 입력, 초동발췌, 속도분석, 가상측선 설정 및 발파/수신 위치 투영, 초동보정, 초기모델 작성, 토모그래피 역산 순서로 실시하였다(Fig. 2). SEG-Y 포맷으로 기록된 자료를 내부포맷으로 변환한 후, 각 발파점의 수직탄성파 자료를 이용하여 파원 지연효과 15.
모든 트레이스의 파원−수신기간 실제거리와 가상측선 거리의 비를 계산하여 발췌한 초동주시를 보정함으로써, 가상측선에서 벗어나 있는 불규칙한 파선경로를 가상측선에 투영하고, 2차원 토모그래피 분석이 가능하게 하였다.
5 ms를 보정하였다. Pg, P*, Pn 위상 등의 주시를 결정하기 위하여 공발점 자료(Common Shot Gather) 들을 환산속도 6.0 km/s, 6.5 km/s, 8.0 km/s로 각각 선형보정 하였으며, 20초를 지연시켜 도시함으로써 초동 발췌를 원활하게 하였다. 신호/잡음비가 낮은 S4에서의 발파자료는 초동을 발췌하지 않았고, 이 후 처리과정에서 제외시켰다.
0 km/s으로 선형보정 후에 거의 수평으로 나타나 있음을 보여준다. 측선이 서울의 북서쪽 부근에서 꺾여 있고 수신기 위치가 불규칙하게 나열되어 있으므로, 서울과 영덕 사이의 발파 및 수신위치들을 최소자승법으로 회귀분석하여 가상측선을 구하고, 모든 발파점과 수신점 위치들을 가상측선 상의 가장 가까운 점에 투영하였다. 모든 트레이스의 파원−수신기간 실제거리와 가상측선 거리의 비를 계산하여 발췌한 초동주시를 보정함으로써, 가상측선에서 벗어나 있는 불규칙한 파선경로를 가상측선에 투영하고, 2차원 토모그래피 분석이 가능하게 하였다.
4)를 결정하고 SIRT (simultaneous iterative reconstruction technique; Lo and Inderwiesen, 1994) 방식으로 역산하였다. 지구물리학적 역산에 의한 해가 국지적 극소값에 수렴하는 오류를 최소화하기 위하여, 초기모델 작성 시 가용한 속도자료를 이용하여 제약을 가하는 방식을 적용하였다. 따라서 Chang et al.
4 km 떨어져 있으나, 남동부에는 20 km 이내에 고정 지진관측소 자료가 없다. 따라서 가상측선으로부터 각각 북쪽 64.8 km와 남쪽 67.8 km 떨어진 고정 지진관측소 ULC와 HDB의 1차원 속도구조를 보간하여, 측선의 남동쪽 끝부분(Fig. 5의 ULC-HDB)의 속도를 구하였다. INCH, SNU, CHJ, ULC-HDB의 4개 위치에서의 1차원 속도구조의 배리오그램(variogram)을 분석한 후 크리깅 방법으로 공간적으로 보간하여 구하였다(Fig.
5의 ULC-HDB)의 속도를 구하였다. INCH, SNU, CHJ, ULC-HDB의 4개 위치에서의 1차원 속도구조의 배리오그램(variogram)을 분석한 후 크리깅 방법으로 공간적으로 보간하여 구하였다(Fig. 5). 이 때 배리오그램의상관거리(range)에 매우 심한 이방성을 보임에 따라, 수평거리−깊이 공간에서의 2차원적 보간에는 너깃효과(nugget effect) 0, 문턱값(sill) 1, 이방비(anisotropy ratio) 30의 값을 선택하였다.
대상 데이터
한반도 지각의 속도구조를 규명하기 위한 노력의 일환인 KCRT-2008 지진파 실험은 2008년 11월에 경기도 강화와 경상북도 영덕을 잇는 299 km의 북서−남동 측선을 따라 실시되었다(Fig. 1).
Seismic profile KCRT-2008 (solid line) superimposed on a simplified tectonic map of the southern Korean peninsula (modified from Kim, 1988). The profile traverses the Gyeonggi massif (GM), Okchon fold belt (OB), Yeongnam massif (YM), and the Gyeongsang basin (GB). Locations of eight shots (empty circles), some permanent recording stations (solid circles), and previous profiles KCRT-2002 and KCRT-2004 (dashed lines) are indicated.
측선 외부로부터 굴절되는 효과 및 겉보기 경사의 왜곡 등 3차원적 효과를 최소화하기 위하여, 주요 지체 구조 방향과 거의 수직을 이루도록 설계하였다. 파원 위치는 강화(S1), 여주(S2), 단양(S3), 충주(S4), 제천(S5), 영주(S6), 안동(S7), 영덕(S8) 등으로, 군사적으로 접근이 불가능한 북서쪽 끝의 발파지 S1은 원래 위치에서 남서쪽으로 이동하여 정하였다. 이에 따라 측선의 방향이 서울의 중심부에서 북서쪽으로 약 30 km 떨어진 부근에서 25도가량 반시계 방향으로 꺾여 있다.
이론/모형
1. Seismic profile KCRT-2008 (solid line) superimposed on a simplified tectonic map of the southern Korean peninsula (modified from Kim, 1988). The profile traverses the Gyeonggi massif (GM), Okchon fold belt (OB), Yeongnam massif (YM), and the Gyeongsang basin (GB).
보정된 환산주시를 이용하여 양단주시의 일치성 및 근접 주시곡선과의 평행성 등을 고려하여 신중하게 초동주시(Fig. 4)를 결정하고 SIRT (simultaneous iterative reconstruction technique; Lo and Inderwiesen, 1994) 방식으로 역산하였다. 지구물리학적 역산에 의한 해가 국지적 극소값에 수렴하는 오류를 최소화하기 위하여, 초기모델 작성 시 가용한 속도자료를 이용하여 제약을 가하는 방식을 적용하였다.
One-dimensional velocity structure at the SE end of the profile was obtained by interpolating velocities at permanent seismic stations ULC and HDB. One-dimensional velocity models at these four locations were interpolated using the kriging method for this initial model.
두 점 사이의 많은 경로 중에 주시가 최소가 되는 파선경로를 자동적으로 찾아가도록 되어 있는 순차모델(Saito, 1989) 과정에서는 각 쎌의 한 면당 3개의 연산점을 사용하였다. 반복계산이 진행될수록 관측주시와 계산주시의 평균제곱근 오차는 줄어들며, 10회 반복계산 후에 관측주시와 계산주시의 평균제곱근 오차는 77.
성능/효과
2). SEG-Y 포맷으로 기록된 자료를 내부포맷으로 변환한 후, 각 발파점의 수직탄성파 자료를 이용하여 파원 지연효과 15.3 ~ 73.5 ms를 보정하였다. Pg, P*, Pn 위상 등의 주시를 결정하기 위하여 공발점 자료(Common Shot Gather) 들을 환산속도 6.
2. 겉보기속도 6.3 ~ 7.0 km/s의 지각내 굴절면이 20 km 깊이에서 수평으로 133 km 이상 연장되어 있으며, 11 ~ 13 km 깊이에도 겉보기속도 6.4 km/s의 굴절면이 수평으로 98 km 연장되는 나타난다. 가장 얕은 굴절면은 2 ~ 3 km 깊이에 존재하며, 평균속도가 6.
3. 속도모델은 옥천계 및 경기육괴 상부지각에는 7.2 km 깊이에 중심을 둔 5.8 km/s 이하의 저속도층이 최대 두께 9 km 로 해수면 하부 11.7 km 깊이까지 존재하며, 수평으로 약 130 km 연장되어 있음을 보여준다. 또한, 측선 남동부의 백악기 경상분지에는 속도 5.
1. 역산결과 구한 속도모델은 속도 7.7 ~ 8.1 km/s인 모호면 굴절파가 측선거리 158 km 이상에서 초동으로 기록되며, 7.6 km/s의 지진파모호면은 중앙부에서 34.4 km 깊이에 존재하고 서해안과 동해안쪽으로 얕아진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
좀 더 정밀한 지각구조 규명을 위해 어떤 방식을 이용하였는가?
좀 더 정밀한 지각구조 규명을 위하여 초기에 탄성파 굴절법 및 광각반사파를 이용하였으나, 곧 다중채널 탄성파 반사법이 주된 연구 수단이 되었다. 우리나라에는 유전이 없어서 국내에서 반사파 조사를 수행한 석유회사가 없으며, 인구의 밀집과 환경적 제약으로 다중채널 탄성파 반사법이 실시되지 못하였다.
본 논문에서 한반도 중남부 지각 속도구조 규명을 목적으로 실시한, 굴절파 실험측선 KCRT-2008 초동주시를 토모그래피 방식으로 역산한 결과 얻은 결론은 무엇인가?
1. 역산결과 구한 속도모델은 속도 7.7 ~ 8.1 km/s인 모호면 굴절파가 측선거리 158 km 이상에서 초동으로 기록되며, 7.6 km/s의 지진파모호면은 중앙부에서 34.4 km 깊이에 존재하고 서해안과 동해안쪽으로 얕아진다.
2. 겉보기속도 6.3 ~ 7.0 km/s의 지각내 굴절면이 20 km 깊이에서 수평으로 133 km 이상 연장되어 있으며, 11 ~ 13 km 깊이에도 겉보기속도 6.4 km/s의 굴절면이 수평으로 98 km 연장되는 나타난다. 가장 얕은 굴절면은 2 ~ 3 km 깊이에 존재하며, 평균속도가 6.0 km/s 정도이다.
3. 속도모델은 옥천계 및 경기육괴 상부지각에는 7.2 km 깊이에 중심을 둔 5.8 km/s 이하의 저속도층이 최대 두께 9 km 로 해수면 하부 11.7 km 깊이까지 존재하며, 수평으로 약 130 km 연장되어 있음을 보여준다. 또한, 측선 남동부의 백악기 경상분지에는 속도 5.4 km/s 이하의 저속도 암석이 최대 2.6 km 깊이로 쌓여 있는 것으로 해석된다.
한반도 최초의 지각속도모델은 무슨 자료를 근거로 작성되었는가?
2000년 이전에는 한반도 지각구조에 관한 연구가 주로 지진 및 중력 자료에 의존하여 왔다. 한반도 최초의 지각속도모델은 1936년 쌍계사 지진의 주시자료에 근거하여 작성되었으며 (Lee, 1979), 설치된 지진계 수가 늘어나고 분석기술이 발달함에 따라 점차 정교한 모델들이 여러 학자에 의하여 꾸준히 제시되고 있다. 김성균(1995)은 중력자료, 자연지진 및 인공지진 자료의 굴절된 지진파, 표면파 분산곡선 등을 종합적으로 분석하여, 2.
김성균, 정부흥, 1985, 한국 남부지역의 지각구조, 광산지질학회지, 18, 151-157.
민경덕, 정종대, 1985, 중력탐사에 의한 경상층군내 왜관-포항간의 지하구조 연구, 광산지질학회지, 18, 321-329.
최광선, 공영세, 이화경, 1993, 중력자료 해석에 의한 한반도 일원의 지각구조, 한국지구과학회, 14, 225-230.
Chang, S. J. and Baag, C. E., 2005, Crustal structure in southern Korea from joint analysis of teleseismic receiver functions and surface-wave dispersion, Bull. Seism. Soc. Am., 95, 1516-1534.
Chang, S. J., Baag, C. E., and Charles, A. L., 2004, Joint analysis of teleseismic receiver functions and surface wave dispersion using the genetic algorithm, Bull. Seis. Soc. Am., 94, 691-704.
Cho, H.-M., Baag, C.-E., Lee, J. M., Moon, W. M., Jung, H., Kim, K. Y., and Asudeh, I., 2006, Crustal velocity structure across the southern Korean Peninsula from seismic refraction survey, Geophysical Research Letter, 33, L06307, doi:10.1029/2005GL025145.
Chough, S. K., Kwon, S.-T., Ree, J.-H., and Choi, D. K., 2000, Tectonic and sedimentary evolution of the Korean peninsula: a review and new view: Earth-Science Reviews, Elsevier, 52, 175-235.
Jung, H., Jang, Y., Lee, J. M., Moon, M., Baag, C.-E., Kim, K. Y., and Jo, B. G., 2007, Shear wave velocity and attenuation structure for the shallow crust of the southern Korean peninsula from short period Rayleigh waves, Tectonophysics, 429, 253-265.
Jung, H., Jang, Y., Lee, J. M., Moon, W., Baag, C.-E., Kim, K. Y., and Jo, B. G., 2008, Shallow-depth shear wave velocity structure of the southern Korean Peninsula obtained from two crustal-scale refraction profiles, Journal of Applied Geophysics, doi:10.1016/j.jappgeo.2008.08.007.
Kim, K. Y., Lee, J. M., Moon, W., Baag, C.-E., Jung, H. O., and Hong, M. H., 2007a, Crustal structure of the southern Korean peninsula from seismic waves generated by large explosions in 2002 and 2004, Pure and Applied Geophysics, 164, 97-113.
Kim, K. Y., Lee, J. M., Moon, W., Baag, C.-E., Jung, H., and Lee, S. Y., 2007b, Seismic reflection image of the crust structure along the KCRT-2002 profile in the southern Korean peninsula, Geosciences Journal, 11, 219-228.
Kim, O. J., 1988, Tectonic Provinces in Geology of Korea, Kyohak-sa, Seoul, 237-252.
Kim, S. K., 1979, Geodetic and geophysical analyses of gravity data in Korea, Mining Geology, 12, 17-28.
Lee, K., 1979, On crustal structure of the Korean peninsula, J. Geol. Soc. Korea, 15, 253-258.
Lo, T. and Inderwiesen, P., 1994, Fundamentals of Seismic Tomography, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa.
Lowrie, W., Fundamentals of Geophysics (Cambridge University Press, Cambridge 1997).
Saito, H., 1989, Traveltimes and raypaths of first arrival seismic waves: Computation method based on Huygens' principle, 59th Ann. Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, 244-247.
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