[논문]MT 탐사자료를 이용한 제주도 지역의 전도성 퇴적층 분포 연구

이춘기; 이희순; 오석훈; 정호준; 송윤호; 이태종

doi:10.7582/gge.2014.17.1.028

초록
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최근 제주도 서부 중산간(해발고도 400 ~ 900 m) 지역에서 획득된 자기지전류(MT) 탐사자료와 제주도 중산간 전역에서 획득되었던 기존 MT 탐사 자료의 1차원 역산을 통하여 서귀포층과 U층으로 대표되는 퇴적층에 해당하는 저비 저항층의 분포형태를 살펴보았다. 저비저항층의 상부경계는 제주도 표고와 매우 높은 양의 상관관계를 가지고 있으며 하부경계는 표고와 음의 상관관계를 가진다. 즉, 저비저항층은 제주도 중앙부에서 두꺼운 렌즈 형태를 하고 있으며 그 하부의 기반암은 중앙부에서 오목한 형태일 가능성이 높다. 이러한 표고와의 상관성을 고려하는 크리깅을 수행하여 제주도의 지전기 구조 모델을 제시하였다. 하지만 한라산의 화도를 따라 3차원 형태의 저비저항 이상체가 존재할 가능성과 시추공 자료와의 차이를 발생시키는 원인을 규명하기 위하여 3차원 모델링과 다른 지구물리탐사나 물리검층 자료와의 복합해석이 요구된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We investigate the spatial distribution of highly conductive layer using the one-dimensional inversions of the new magnetotelluric (MT) measurements obtained at the mid-mountain (400 ~ 900 m in elevation) western area of Jeju Island and the previous MT data over Jeju Island, Korea. The conductive la...

We investigate the spatial distribution of highly conductive layer using the one-dimensional inversions of the new magnetotelluric (MT) measurements obtained at the mid-mountain (400 ~ 900 m in elevation) western area of Jeju Island and the previous MT data over Jeju Island, Korea. The conductive layer indicates the sedimentary layer comprised of Seoguipo Fomation and U Formation. There is a definite positive correlation between the top of conductive layer and the earth surface in elevation. On the contrary, the bottom of conductive layer has a negative correlation with the surface elevation. In other words, the conductive layer has a shape of convex lens, which is thickest in the central part. The basement beneath the conductive layer could be concave in the central part of Jeju Island. A kriging considering the correlation between the layer boundary and the surface elevation provides a reliable geoelectric structure model of Jeju Island. However, further studies, i.e. three-dimensional modeling and interpretation integrated with other geophysical or logging data, are required to reveal the possible presence of three-dimensional conductive body near the subsurface vent of Mt. Halla and the causes of the bias in the depths of layer estimated from MT and core log data.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 2008). 따라서 본 연구에서는 전기전도도가 비슷한 특징을 보이는 U층과 서귀포층을 합친 전도성 퇴적층의 분포를 조사하였다. U층과 서귀포층을 포함한 전도성 퇴적층의 분포는 제주도 기반암의 형태를 직접적으로 제시해 줄 수 있을 뿐만 아니라 지하수의 해침 등 수리학적으로도 매우 중요하다.
정보정을 수행한 역산 파라미터의 공간적 분포 특성을 살펴 보기 위하여 제주도의 지형과 역산 파라미터의 상관관계를 살펴보았다. 이 연구는 제주도 기반암 위에 위치한 퇴적층의 형상을 밝히는 것을 그 목적으로 하기 때문에 첫번째 층과 두번째 층의 파라미터들과 표고(E1)와의 상관관계를 Fig. 4에 도시하였다. 역산으로부터 얻어진 깊이(D1과 D2)와 표고(E1)를 이용하여 실제 경계면의 해발고도(각각 E2=E1-D1, E3=E1-D2) 로 변환하여 사용하였다.
이 연구에서는 제주도에서 획득되었던 기존 MT 탐사자료와 최근 새롭게 얻어진 MT 탐사자료로부터 1차원 역산을 통하여 제주도 하부 퇴적층의 형태를 규명하고자 하였다. 서귀포층과 U층이 주를 이루는 퇴적층에 해당하는 저비저항층의 상부경계는 표고와 매우 높은 상관관계를 가지면서 분포하고 있다.
그러나, 제주도는 면적이 매우 넓은 섬이어서 많은 측점의 분포에도 불구하고, 제주도의 층상구조를 명확히 파악하기에는 어려움이 있다. 제주도 서부는 비교적 많은 MT 측점이 분포하여 자세한 심부구조 연구에 효과적이어서 본 연구에서는 제주도 서부의 중산간 지역에 집중적으로 MT 탐사를 수행하고, 기존의 제주도 MT 자료를 함께 이용하여 제주도의 층상구조를 자세히 밝히고자 하였다.

가설 설정

제주도 하부 기반암까지의 지하 층서 구조를 밝히기 위하여 이 연구에서는 각 측점에서 1차원 지하구조를 가정하고 역산을 통하여 지하 모델을 도출하였다(Weaver and Agarwal, 1993). MT 탐사자료에서 주된 전기적 특성을 보이는 서귀포층과 U층으로 대표되는 퇴적층은 경사가 매우 완만한 층상구조를 가지고 있다(Koh, 1997).

제안 방법

, 2009). 본 연구에서는 제주도 서쪽 중산간 지역에서 추가로 12측점의 MT 탐사를 수행하여 해발 고도 400 ~ 900 m 지역의 자료를 보강하였다(Fig. 1). 이전 탐사와 마찬가지로 Phoenix Geophysics사의 MTU-5A를 이용하여 MT(0.
2는 행렬식 임피던스와 4층 구조 모델을 이용하여 1차원 역산을 수행한 결과를 나타낸다. 설명의 편의를 위해 각 층의 전기비저항을 R1, R2, R3, R4, 각 층 경계의 깊이를 D1, D2, D3이라고 하자(Fig. 2). 첫번째 층은 상대적으로 고비저항이고 두께는 100 ~ 1000 m 범위에서 다양하게 나타나며, 주로 한라산을 형성하고 있는 화산암층에 해당한다.
4에 도시하였다. 역산으로부터 얻어진 깊이(D1과 D2)와 표고(E1)를 이용하여 실제 경계면의 해발고도(각각 E2=E1-D1, E3=E1-D2) 로 변환하여 사용하였다. 두번째 층의 상부 경계(E2)는 표고(E1)와 0.
제주도 1차원 역산 파라미터 중 네번째층의 전기비저항(R4) 역산에 대한 민감도가 높아 역산 과정에서의 오차가 작은 편이며 하부지각 혹은 상부맨틀에 해당하는 층이므로 위치에 따라 전기적 물성이 급격하게 변하지는 않을 것으로 생각된다. 이러한 이유로 R4를 평활화하여 적당한 전기비저항 분포를 만들고 이를 기준 으로 산출된 정보정 값 S를 이용하여 모든 역산 파라미터를 보정하였다. Fig.
정보정을 수행한 역산 파라미터의 공간적 분포 특성을 살펴 보기 위하여 제주도의 지형과 역산 파라미터의 상관관계를 살펴보았다. 이 연구는 제주도 기반암 위에 위치한 퇴적층의 형상을 밝히는 것을 그 목적으로 하기 때문에 첫번째 층과 두번째 층의 파라미터들과 표고(E1)와의 상관관계를 Fig.
4에서 얻어진 표고와 파라미터들 간의 상관관계를 이용하여 Simple Kriging with varying Local Means (SKLM) 기법(Goovaerts, 1997)을 적용하였다. 즉, Fig. 4에 보이는 표고와 역산파라미터 사이의 추세선과 제주도의 수치지형모델(DEM)을 이용하여 측점 고도에 해당하는 국지 평균을 정하고 국지 평균값을 제거한 잔차를 Simple Kriging을 통하여 내삽한 후 국지 평균값에 합산하는 방법을 이용하여 보다 타당한 층서 분포를 추정 하였다(Fig. 6). 측점이 위치한 지역에서는 Fig.
, 2012). 해양을 포함한 3차원 모델링에 의하면 해양효과는 두번째 층의 두께와 깊이에 거의 영향을 미치지 않기 때문에(Yang et al., 2012), 본 연구에서는 해양효과의 보정을 실시하지 않았다.

대상 데이터

, 2008). MT 탐사자료부터 천부 저비저항층의 분포를 파악하기 위하여 기존 탐사자료 중 잡음이 심한 측점들을 제외한 87개 측점과 추가적으로 획득한 12측점의 자료를 이용하였다.
1). 이전 탐사와 마찬가지로 Phoenix Geophysics사의 MTU-5A를 이용하여 MT(0.00034 ~ 317.6 Hz) 및 AMT(0.35 ~ 10400 Hz) 대역의 자료를 획득하였다(Lee et al., 2008). MT 탐사자료부터 천부 저비저항층의 분포를 파악하기 위하여 기존 탐사자료 중 잡음이 심한 측점들을 제외한 87개 측점과 추가적으로 획득한 12측점의 자료를 이용하였다.

이론/모형

5의결과로도 전반적인 층서 구조의 특성을 파악할 수 있으나 MT 측점들이 제주도 전역에 걸쳐 균일하게 분포하지 못하기 때문에 해안지역이나 측선들 사이 간격이 넓은 지역에서는 다소 부정확한 추정이 이루어졌을 것으로 예상된다. 이러한 Ordinary Kriging (OK)의 단점을 보완하기 위하여 Fig. 4에서 얻어진 표고와 파라미터들 간의 상관관계를 이용하여 Simple Kriging with varying Local Means (SKLM) 기법(Goovaerts, 1997)을 적용하였다. 즉, Fig.
제주도 전역에 대하여 전기적 층서 구조 모델을 제시하기 위하여 1차원 역산 결과를 Ordinary Kriging 기법(Goovaerts, 1997)을 이용하여 내삽하였다(Fig. 5). Fig.

성능/효과

5와 거의 같은값을 가지지만 해안가나 측점이 존재하지 않는 지역에서는 제주도의 지형이 고려되어 보다 타당한 형태의 결과를 도출하였다. SKLM 기법의 결과를 검증하기 위하여 시추공이 존재하는 위치에서 값을 추출하여 실제 시추공 자료에서 결정된 서귀포층의 깊이와 비교하였을 때 바이어스를 제외한 표준편차가 약 26 m 정도이다. 같은 방법으로 OK 기법에 의한 표준편 차는 약 36 m로 SKLM 기법이 보다 정확한 서귀포층의 분포를 추정함을 알 수 있다.
이러한 1차원 전도층의 분포 형태는 두 가지 해석이 가능하다. 첫째, U층과 서귀포층이 퇴적되기전 고제주화산암체의 함몰로 생성된 퇴적 분지의 형태를 반영하는 것으로 해석될 수 있다. 둘째, 제주도중앙부의 기반암내의 화도(vent) 부근을 따라 전도성 이상체가 존재할 경우 전도성 이상체의 3차원 효과에 의해 이와 같은 1 차원 역산 결과가 나타날 수도 있다(Fig.

후속연구

5의 정보정 계수를 추가로 적용하여 각 층의 두께가 약 70%로 줄어들 경우, MT 역산 결과와 시추공 자료가 매우 잘 일치하게 된다. 이런 현상에 대한 원인을 규명하기 위하여, 향후 MT 탐사와 병행하여 전기비저항 탐사, 시간영역 전자탐사, 물리검층, 전기비저항 물성 시험 등을 함께 수행할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제주도의 특징은 무엇인가?	제주도는 한반도의 대표적인 화산섬으로 많은 지질학적, 지구물리학적 조사가 이루어진 곳이다. 제주도의 저지대에서는 지하수 개발 시추공의 시추코아에 대한 지질 검층을 통해 서귀포층의 분포 상태가 파악되었으며 몇몇의 온천탐사 심부시추공의 시추코아로부터 U층의 깊이와 두께가 산출되었다 (Koh, 1997).
	제주도의 저지대에서 확인한 것은 무엇인가?	제주도는 한반도의 대표적인 화산섬으로 많은 지질학적, 지구물리학적 조사가 이루어진 곳이다. 제주도의 저지대에서는 지하수 개발 시추공의 시추코아에 대한 지질 검층을 통해 서귀포층의 분포 상태가 파악되었으며 몇몇의 온천탐사 심부시추공의 시추코아로부터 U층의 깊이와 두께가 산출되었다 (Koh, 1997). 2000년대에 들어서는 시행된 해수 침투 감시 심부 관측정의 설치에 따라 서귀포층의 분포가 보다 명확히 알려지게 되었다(Koh et al.
	본 논문에서 알아낸 1차원 전도층의 분포 형태는 어떤 해석이 가능한가?	이러한 1차원 전도층의 분포 형태는 두 가지 해석이 가능하다. 첫째, U층과 서귀포층이 퇴적되기전 고제주화산암체의 함몰로 생성된 퇴적 분지의 형태를 반영하는 것으로 해석될 수 있다. 둘째, 제주도중앙부의 기반암내의 화도(vent) 부근을 따라 전도성 이상체가 존재할 경우 전도성 이상체의 3차원 효과에 의해 이와 같은 1 차원 역산 결과가 나타날 수도 있다(Fig. 7).

참고문헌 (16)

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Goovaert, P. 1997, Geostatistics for Natural Resources Evaluation, Applied Geostatistics Series. xiv +, New York, Oxford.
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