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문제 정의
- 본 연구에서는 다중빔 음향측심기 자료와 퇴적물 입도 분석결과를 토대로 대륙주변부 환경인 울릉분지 남서부의 해저지형 및 표층퇴적물 분포 특성을 살펴보았다. 울릉분지 남서부의 해저지형 특성은 크게 내대륙붕, 외대륙붕, 대륙사면으로 구분된다.
- 3). 본 연구에서는 대륙붕과 대륙사면을 중심으로 연구지역의 해저지형을 상세히 분석하였다.
- 최근 한국지질자원연구원에서는 1:25만 축척의 해저질도 제21집(울산해역) 발간을 위하여 울릉 분지 남서부를 대상으로 해상탐사를 실시하여 얻은 다중빔 음향측심기(multi-beam echo sounder) 탐사자료와 비교란 지질시료를 획득하였다. 본 연구의 목적은 한국지질자원연구원에서 획득한 자료를 토대로 울릉분지 남서부의 해저지형 특성과 표층퇴적물의 분포 양상을 정량적으로 분석하고 이들을 조절하는 지질학적 요인을 제시하는 것이다. 저자들은 본 논문이 아시아 대륙 주변부에 위치한 울릉분지 남서부의 지형 및 지질 특성을 보다 상세히 인지하고 주된 환경 인자들의 상호작용을 폭넓게 이해하는 것에 도움이 되길 기대한다.
제안 방법
- 3차원 투영도 이미지를 얻는데 설정된 표면음영변수(surface’s shade parameters)는 방위각(azimuth) 202°, 태양각(sun angle) 11°를 명암방향변수(lighting direction parameters)로 설정하였으며, ambient 0.1, specular 0.106, soft shadow 0.35, vertical scale 0.5을 명암변수(lighting parameters)로 설정하였고, 연구지역 전체의 표면에 동일한 조건으로 적용하였다.
- 본 연구 결과 얻어진 입도분석 결과를 바탕으로 Passega (1957)의 C-M 다이어그램에 각 시료들의 값을 도시하여 보았다. 그 결과 연구지역의 내대륙붕, 외대륙붕, 대륙사면에서 획득된 시료들은 총 3개의 소그룹으로 분리되었다.
- , 2012). 분석된 표층퇴적물의 퇴적환경을 추정하고자 표층 퇴적물의 가장 조립한 1백분위수 값(C)과 중간값인 50 백분위수 값(M)을 산출하여 Passega (1957)의 C-M 다이어그램 상에 도시하였다(Fig. 7).
- 1 소프트웨어를 사용하여 수행하였다. 선위보정(depth correction), 단일빔 보정(single beam correction), 격자보정(bin correction) 등의 보정 작업을 거쳐 최종적인 해저지형 3차원 모델(격자간격 5m)을 제작한 후, Quality Positioning Services사의 IVS3D Fledermaus 프로그램을 이용하여 3차원 투영도와 2차원 단면상에서 해저지형의 특징과 분포 양상을 분석하였다(Kim et al., 2012). 3차원 투영도 이미지를 얻는데 설정된 표면음영변수(surface’s shade parameters)는 방위각(azimuth) 202°, 태양각(sun angle) 11°를 명암방향변수(lighting direction parameters)로 설정하였으며, ambient 0.
- 의 MicroSV와 Sippican사의 Expendable Bathythermograph (XBT)를 이용하였다. 수발신되는 음파의 정확한 위치산출을 위하여 rolling, pitching, yawing, heaving 값을 측정하는 자세측정 센서를 사용하였으며, GPS를 활용한 선위측정과 조석보정을 실시간으로 같이 실시하였다(Kim et al., 2012).
- 연구지역의 표층퇴적물은 퇴적물을 구성하는 점토(clay), 실트(silt), 사(sand), 역(gravel)의 함량을 기준으로 Folk (1968)의 삼각다이어그램 방법에 따라 총 12개 퇴적물 유형으로 구분하였다(Fig. 3). 연구지역에서 관찰되는 표층퇴적물 유형의 종류는 점토(C, clay), 니(M, mud), 점토질 사(mS, muddy sand), 사질 니(sM, sandy mud), 사(S, sand), 니질 사(cS, clayey sand), 미역사질 니((g)sM, slightly gravelly sandy mud), 미역니질 사((g)mS, slightly gravelly muddy sand), 미역질 사((g)S, slightly gravelly sand), 미역니질 사((g)mS, gravelly muddy sand), 역니질사(gmS, gravelly muddy sand), 역질 사(gS, gravelly sand), 사질 역(sG, sandy gravel) 등이다(Fig.
- , 1996). 이러한 지형은 기존에 울릉분지에서 수행된 다른 연구들에서도 다수 보고된 바 있는 대표적인 대륙사면 지형 중 하나이다(Lee et al., 1993; Yoon et al., 1996; Lee et al., 2014) 본 연구에서는 다중빔 음향측심 자료를 활용하여 제작한 3차원 해저지형 모형으로부터 총 8개(SL 1-8)의 붕괴 지형(이하 SL)을 인지하고 이들의 상세한 지형특성을 분석하였다(Fig. 5A).
- , 2012). 측량된 수심값의 정확도를 유지하기 위하여 현장 탐사 중 표층을 포함한 전 수층 음속을 측정하여 음속값을 보정하였다. 수중 음속 측정기는 Applied microsystems Ltd.
- 퇴적물 내부의 퇴적구조를 관찰하기 위해 5 cm×30 cm×1 cm 크기의 아크릴 재질 슬랩(slab)으로 부시료를 채취한 뒤 SOFTEX사의 연 X-선 촬영장치를 이용하여 촬영하였다.
- 퇴적물의 입도를 분석하기 위하여 채취된 시료로부터 일정량의 부시료를 취하여 유기물과 탄산염을 제거한 후 4 ∅ 이상의 사질 및 역질 입자들은 로탭 요동기(Ro-Tap sieve shaker)를 이용하고, 4 ∅ 이하의 실트 및 점토 입자들은 Sedigraph 5100 (Micromeritics)으로 분석하였다.
대상 데이터
- Spatial distribution and detailed morphologic characters of submarine failure scars (SL 1 to 8) revealed in the projected 3D topographic images of the study area (A). The map was made with the gridded multi-beam echosounder data acquired during the 2010-2013 cruises of Tamhae 2. Each slope failure was delineated with abrupt increase or decrease of water depth and shape change of bathymetric contour.
- 본 연구에서는 한국지질자원연구원이 2010년부터 2012년까지 3년간 탐해 2호를 이용하여 획득한 정밀 음향측심 자료와 해저 표층퇴적물 시료를 활용하였다 (Kim et al., 2012; Fig. 2). 정밀 음향측심에는 Kongsberg Maritime 사의 EM302 다중빔 음향 측심기를 사용하였다.
- 연구지역은 35°N-36°N, 129°30'E-131°E 사이에 위치한 울릉분지 남서부 지역이다.
- 연구지역은 울릉분지 남서부에 분포하고 있는 대륙붕과 대륙사면의 일부로서 북으로는 포항, 남으로는 부산을 경계로 울산 외해에 위치하며, 지리적인 범위는 35°N-36°N, 129°30'E-131°E에 해당된다.
- 연구지역의 SL은 경사각을 기준으로 평균 3.2°-9.4°를 보이는 수심 약 300-800 m의 상부와 평균 약 1.0°-2.4° 수심 약 800-1100 m의 하부로 변화하여 수직적으로 두 구간을 뚜렷이 구분할 수 있고, 수평적으로는 울산해저수로가 연장된 사면지역을 기준으로 남서부와 남동부에 나뉘어져 분포한다(Fig. 5A).
- 3). 연구지역의 남서부에서는 한국해곡(Korea Trough) 북동부의 끝이 관찰되며, 외대륙붕 중앙에 위치한 울산해저수로의 남서쪽 끝과 연계되는 것이 뚜렷하게 관찰된다(Fig 3,). 울산해저수로는 한국해곡과 유사한 방향과 형태를 보이며, 폭 약 4-8 km, 길이 약 55 km, 내부경사 1.
- 연구지역의 내대륙붕 표층 퇴적물은 북동-남서 방향으로 해안선과 대체로 평행하게 분포하고, 평균입도 7.16-8.49 ∅의 니(M) 퇴적물로 구성되어 있다(Fig. 3, Table 2).
- 연구지역의 대륙붕은 수심 100 m 이내의 연안을 따라 분포하는 내대륙붕과 수심 약 100-300 m의 외대륙붕으로 구분할 수 있다(Fig. 3). 내대륙붕은 해안선과 평행하고 10 km 가량의 좁은 폭을 가지며, 부산 인근에서는 북북동쪽으로 비교적 완만하게(경사 0.
- 2). 정밀 음향측심에는 Kongsberg Maritime 사의 EM302 다중빔 음향 측심기를 사용하였다. EM302 다중빔 음향측심기는 30 kHz 주파수를 갖는 288개의 빔(beam)을 발생시켜 수심 10-7,000 m 사이의 해역의 경우 수심의 5배에 이르는 폭으로 수심측량을 할 수 있는 장비이다(Kim et al.
- 연구지역의 동측 경계는 1974년 우리나라와 일본 간의 대륙붕 한일 대륙붕 경계선으로 제한된다. 총 면적은 1200 km2이고, 수심은 약 50 m에서 1500 m까지의 범위이다(Fig. 1).
- 해저 표층퇴적물 시료는 상자형 시료채취기(box corer)와 피스톤 방식 주상시료 채취기(piston corer)를 이용하여 채취하였다. 특별히 피스톤 방식 주상시료는 Benthos사의 Chirp II 고해상 탄성파 탐사장비를 활용하여 확보한 기록지를 토대로 채취 위치를 선정한 후 획득하였다(Fig. 2). 퇴적물 내부의 퇴적구조를 관찰하기 위해 5 cm×30 cm×1 cm 크기의 아크릴 재질 슬랩(slab)으로 부시료를 채취한 뒤 SOFTEX사의 연 X-선 촬영장치를 이용하여 촬영하였다.
- 해저 표층퇴적물 시료는 상자형 시료채취기(box corer)와 피스톤 방식 주상시료 채취기(piston corer)를 이용하여 채취하였다. 특별히 피스톤 방식 주상시료는 Benthos사의 Chirp II 고해상 탄성파 탐사장비를 활용하여 확보한 기록지를 토대로 채취 위치를 선정한 후 획득하였다(Fig.
데이터처리
- 취득된 음향 측심자료의 분석과 처리는 CARIS사의 HIPS&SIPS 7.1 소프트웨어를 사용하여 수행하였다.
이론/모형
- (2004)가 제시한 네 가지 방법 중 하나인 해저사태 이전의 해저면 가정법(이하 해저면 가정법)을 적용하여 구하였다. 각 해저사태지형의 면적과 부피는 Landmark사의 Geographix Discovery Suite (Siesvision와 Geoatlas)를 이용하여 계산하였다. 면적과 부피의 단위는 해상도를 고려하여 km2와 km3을 사용하였다.
- 본 연구에서는 붕괴된 퇴적층의 부피를 계산하기 위하여 Canals et al. (2004)의 해저면 가정법을 사용하였다(위의 연구방법 참조). 이 방법은 주절벽(headwall scarp)이 잘 정의되어야만 적용이 가능한 방법으로서, 일반적으로 멀티빔 음향측심 자료와 함께 고해상 첩(Chirp) 탄성파 단면기록을 활용하여 효과적으로 주절벽의 경계를 결정할 수 있다(Fig.
- 분석된 입도는 1 ∅ 간격이며, 각 ∅ 구간별로 얻은 자료는 Folk and Ward (1957) 및 Folk (1968)의 방법에 따라 입도별 함량비와 평균입도 등을 산출하였다(Kim et al., 2012).
- 해저사태가 발생하여 붕괴된 퇴적물의 부피는 Canals et al. (2004)가 제시한 네 가지 방법 중 하나인 해저사태 이전의 해저면 가정법(이하 해저면 가정법)을 적용하여 구하였다. 각 해저사태지형의 면적과 부피는 Landmark사의 Geographix Discovery Suite (Siesvision와 Geoatlas)를 이용하여 계산하였다.
성능/효과
- 본 연구 결과 얻어진 입도분석 결과를 바탕으로 Passega (1957)의 C-M 다이어그램에 각 시료들의 값을 도시하여 보았다. 그 결과 연구지역의 내대륙붕, 외대륙붕, 대륙사면에서 획득된 시료들은 총 3개의 소그룹으로 분리되었다. 내대륙붕과 대륙사면 그룹은 서로 중첩되었고, 대체로 200 µm 이하의 C값과 1-10µm 사이의 M값에 집중되는 원형으로 밀집되어 도시되었다(Fig.
- 7). 따라서 본 연구결과는 외대륙붕의 표층퇴적물은 적어도 현세 대륙붕 환경에서 퇴적된 것이 아닌 마지막 빙하기 동안 해수면이 하강하였을 때 연안에서 형성된 후 잔류된 플라이스토세 잔류 퇴적물이라는 기존의 해석을 뒷받침한다.
- 본 연구에서도 외대륙붕 지역이 사질 역 또는 니질 사 퇴적물(3.68-4.54 ∅)로 피복되어 있는 것이 밝혀져 기존의 연구결과와 매우 유사한 표층퇴적물 특성을 확인할 수 있었다(Fig. 3).
- 연구지역을 피복하고 있는 표층퇴적물은 내대륙붕 (7.16-8.49 ∅)과 대륙사면(6.73-9.15 ∅)의 경우 세립질 퇴적물이 우세하지만, 외대륙붕은 조립질 퇴적물 (1.23-7.20 ∅)이 우세한 분포양상을 보였다.
- 퇴적물 유형은 평균입도 1.23-7.02 ∅의 미역사질 니((g)sM)와 사질 니(sM)가 우세하며, 특별히 대륙붕단 부분에서는 미역질 사((g)S)와 사질 역(sG)도 관찰된다(Fig. 3, Table 2).
후속연구
- 본 연구의 목적은 한국지질자원연구원에서 획득한 자료를 토대로 울릉분지 남서부의 해저지형 특성과 표층퇴적물의 분포 양상을 정량적으로 분석하고 이들을 조절하는 지질학적 요인을 제시하는 것이다. 저자들은 본 논문이 아시아 대륙 주변부에 위치한 울릉분지 남서부의 지형 및 지질 특성을 보다 상세히 인지하고 주된 환경 인자들의 상호작용을 폭넓게 이해하는 것에 도움이 되길 기대한다.
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