제주도에서 기존에 알려진 동굴 이외에 새로운 지하동굴의 존재를 확인하기 위해 제주시 구좌읍 일대에서 지구물리탐사(전기비저항탐사, GPR탐사, ZHF탐사)를 실시하였다. 탐사결과 여러 지점에서 동굴로 추정되는 이상대가 발견되었고, 이상대의 위치와 규모가 일치하는 27개 지점을 선별하여 시추조사를 실시하였다. 그러나 예상과 달리 이상대의 대부분은 용암의 상하부에 형성된 클링커층이거나 용암 사이에 협재된 고토양층이었으며, 5곳에서만 동굴이 발견되었다. 클링커층과 고토양층은 용암과 다른 암석의 물리적 특징으로 인해 이상체로 반응한 것으로 해석된다. 한편 동굴이 확인된 5개 지점 중 2공은 기존에 알려진 용천동굴을 관통하였고, 3공에서 새로운 동굴이 확인되었다. 용천동굴을 관통한 시추공은 시추당시 동굴의 존재가 확인되지 않았던 구간이었으나 용천동굴이 관통됨에 따라 기존 측량도의 오류를 수정하였다. 한편 시추조사로 새롭게 발견된 석회장식 용암동굴은 길이가 약 180 m이며, 상류방향으로 당처물동굴(약 110 m)과 연결되어 있다. 또한 동굴내부에는 용암곡석, 용암제방, 밧줄구조 등이 발달해 있으며, 탄산염 동굴생성물로는 종유관, 종유석, 석순, 석주, 동굴산호 등이 잘 보존되어 있다. 특히 동굴에서 발견되는 탄산염 동굴생성물은 식물 뿌리를 따라 유입된 지표수에 의해 성장하여 독특한 형태를 띠게 된 것으로 추정된다.
제주도에서 기존에 알려진 동굴 이외에 새로운 지하동굴의 존재를 확인하기 위해 제주시 구좌읍 일대에서 지구물리탐사(전기비저항탐사, GPR탐사, ZHF탐사)를 실시하였다. 탐사결과 여러 지점에서 동굴로 추정되는 이상대가 발견되었고, 이상대의 위치와 규모가 일치하는 27개 지점을 선별하여 시추조사를 실시하였다. 그러나 예상과 달리 이상대의 대부분은 용암의 상하부에 형성된 클링커층이거나 용암 사이에 협재된 고토양층이었으며, 5곳에서만 동굴이 발견되었다. 클링커층과 고토양층은 용암과 다른 암석의 물리적 특징으로 인해 이상체로 반응한 것으로 해석된다. 한편 동굴이 확인된 5개 지점 중 2공은 기존에 알려진 용천동굴을 관통하였고, 3공에서 새로운 동굴이 확인되었다. 용천동굴을 관통한 시추공은 시추당시 동굴의 존재가 확인되지 않았던 구간이었으나 용천동굴이 관통됨에 따라 기존 측량도의 오류를 수정하였다. 한편 시추조사로 새롭게 발견된 석회장식 용암동굴은 길이가 약 180 m이며, 상류방향으로 당처물동굴(약 110 m)과 연결되어 있다. 또한 동굴내부에는 용암곡석, 용암제방, 밧줄구조 등이 발달해 있으며, 탄산염 동굴생성물로는 종유관, 종유석, 석순, 석주, 동굴산호 등이 잘 보존되어 있다. 특히 동굴에서 발견되는 탄산염 동굴생성물은 식물 뿌리를 따라 유입된 지표수에 의해 성장하여 독특한 형태를 띠게 된 것으로 추정된다.
Geophysical exploration using electric resistivity, ground penetrating radar (GPR), and impedance high-frequency (ZHF) surveys was conducted in Gujwa-eup, Jeju City, Jeju Island, an island in the Korea Strait, to confirm the existence of new caves near known caves. The exploration revealed a number ...
Geophysical exploration using electric resistivity, ground penetrating radar (GPR), and impedance high-frequency (ZHF) surveys was conducted in Gujwa-eup, Jeju City, Jeju Island, an island in the Korea Strait, to confirm the existence of new caves near known caves. The exploration revealed a number of anomaly zones, presumed to be caves; 27 sites at suitable locations and depth ranges were selected for drilling and further surveys. However, contrary to predictions, most of the anomaly zones were clinker layers or paleosols intercalated with lavas. Only five boreholes intersected caves. The clinker layers and paleosols were possibly detected as anomalies owing to their different physical properties from the other rocks. Two of the five cave-finding boreholes penetrated Yongcheon Cave; a new cave was found at the other. The two boreholes that penetrated Yongcheon Cave were drilled in areas where the cave has not been previously reported, and thus helped correct an error in the cave distribution map. The cave newly discovered in this boring exploration is 180 m long, and it is connected to the upstream part of Dangcheomul Cave (110 m). The cave contains well-developed lava helictites, lava levees, and ropy structures; carbonate speleothems such as soda straws, stalagmites, columns, and curtain shawls are also well preserved. Notably, the unique shape of the carbonate speleothems is attributed to their growth in relation to the cavern water that flowed into the cave along plant roots.
Geophysical exploration using electric resistivity, ground penetrating radar (GPR), and impedance high-frequency (ZHF) surveys was conducted in Gujwa-eup, Jeju City, Jeju Island, an island in the Korea Strait, to confirm the existence of new caves near known caves. The exploration revealed a number of anomaly zones, presumed to be caves; 27 sites at suitable locations and depth ranges were selected for drilling and further surveys. However, contrary to predictions, most of the anomaly zones were clinker layers or paleosols intercalated with lavas. Only five boreholes intersected caves. The clinker layers and paleosols were possibly detected as anomalies owing to their different physical properties from the other rocks. Two of the five cave-finding boreholes penetrated Yongcheon Cave; a new cave was found at the other. The two boreholes that penetrated Yongcheon Cave were drilled in areas where the cave has not been previously reported, and thus helped correct an error in the cave distribution map. The cave newly discovered in this boring exploration is 180 m long, and it is connected to the upstream part of Dangcheomul Cave (110 m). The cave contains well-developed lava helictites, lava levees, and ropy structures; carbonate speleothems such as soda straws, stalagmites, columns, and curtain shawls are also well preserved. Notably, the unique shape of the carbonate speleothems is attributed to their growth in relation to the cavern water that flowed into the cave along plant roots.
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문제 정의
이 중 이상대의 위치와 강도가 공통으로 일치하는 27개 지점을 선별하여 시추조사를 실시하였다. 그러나 예상과 달리 5개 지점에서만 동굴이 발견되었는데(Jeju Special Self-governing Province, 2009a), 본 논문에서는 그 원인을 살펴보았다.
따라서 지금까지 석회암 지대에서 실시한 지구물리탐사 기법이 제주도에서도 효과적으로 적용될 수 있을 것인가에 대해서 명확하게 확인되지 못한 상태이다. 따라서 이번 조사는 기존 석회암 지역에서 수행된 대표적인 지구물리탐사 기법을 동원하여 지하 용암동굴의 존재를 확인하고자 추진되었으며, 암석의 종류가 다른 두 지역간에 지구물리탐사에서 어떤 차이가 발생하는지 알아 볼 수 있는 기회가 될 수 있을 것이다.
거문오름용암동굴계가 위치한 제주시 구좌읍 일대의 주민들은 오래전부터 지하에 많은 동굴이 존재한다고 믿어왔다. 제주도는 주민들의 믿음을 확인하고 보존가치가 높은 동굴의 실존 여부 확인을 위해 거문오름용암동굴계 주변을 대상으로 동굴 존재 여부 조사를 실시하였다. 다양한 지구물리탐사(전기비저항탐사, GPR탐사, ZHF탐사) 기법을 동원한 조사 결과 여러 지점에서 동굴로 추정되는 이상대(anomaly zone) 가 발견되었다.
제안 방법
2). 시추작업은 NX Size 굴착기를 사용하였으며, 시추 깊이는 이상대 분포심도를 고려하여 3.8~18.1m 깊이에서 굴착을 진행하였다.
앞서 지구물리 탐사에서의 이상대 분포지점에서 동굴이 발견되지 않음에 따라 별도로 당처물동굴이 분포하는 동굴 연장선을 중심으로 GPR 탐사를 실시하였다.
지구물리탐사와 시추조사로 발견된 신규동굴의 구체적인 규모와 특징을 파악하기 위해 대구경 시추기로 입구를 확대 굴착하였다. 확인된 동굴의 길이는 약 80m 이며 다양한 탄산염 동굴생성물이 발달해 있고, 동굴의 상류와 하류는 천장의 높이가 낮아지고 생성물이 빼곡하여 사람의 출입은 불가한 상태였으나 동굴의 연장은 계속되었다.
전기비저항 탐사는 ABEM사의 Terrameter SAS1000을 사용하였으며, GPR 탐사는 Mala Geoscience 사의 RAMAC GPR, ZHF탐사는 EMI 사의 ZHF System을 사용하였다. 탐사 범위는 김녕굴에서 해안에 이르는 약 4km 구간에서 수행되었으나 본 논문에서는 용천동굴에서 해안에 이르는 2km 구간에 대해서만 조사결과를 정리하였다. 탐사 측선은각 탐사기 별로 차이가 있지만 6개 측선에 대한 결과만을 정리하여 제시하였다.
한편 CB-26, CB-27, CB-28번 지점의 경우 용천동굴분포지점 인근에 모양이 다른 이상대가 있어(Fig. 7a) 시추를 실시하여, 총 3개 지점에서 신규동굴을 확인하였다(Fig. 7b). 신규동굴은 용천동굴의 분포심도에서 약 2m 높게 위치해 있으며, 용천동굴과 같은 벽을 공유하며 형성되어 있었다.
한편 측선 5번에서도 전기비저항탐사와 GPR 탐사에서 공통적으로 이상대가 나타나는 지점을 대상으로 조사를 실시하였다. 특히 CB-7번과 CB-8번 지점은 두 탐사에서 공통적으로 이상대가 나타남에 따라 지하 동굴의 존재가 유력시 되었던 지점이었다.
대상 데이터
연구범위
연구지역은 제주시 구좌읍 월정리 일대이며, 국가지정문화재로 지정된 용천동굴 및 당처물동굴과 인접해 있다(Fig. 1). 동굴주변은 대체로 평탄한 경작지이며, 부분적으로 투물러스(tumulus)와 사구들이 언덕을 이루고 있다.
다양한 지구물리탐사(전기비저항탐사, GPR탐사, ZHF탐사) 기법을 동원한 조사 결과 여러 지점에서 동굴로 추정되는 이상대(anomaly zone) 가 발견되었다. 이 중 이상대의 위치와 강도가 공통으로 일치하는 27개 지점을 선별하여 시추조사를 실시하였다. 그러나 예상과 달리 5개 지점에서만 동굴이 발견되었는데(Jeju Special Self-governing Province, 2009a), 본 논문에서는 그 원인을 살펴보았다.
2). 전기비저항 탐사는 ABEM사의 Terrameter SAS1000을 사용하였으며, GPR 탐사는 Mala Geoscience 사의 RAMAC GPR, ZHF탐사는 EMI 사의 ZHF System을 사용하였다. 탐사 범위는 김녕굴에서 해안에 이르는 약 4km 구간에서 수행되었으나 본 논문에서는 용천동굴에서 해안에 이르는 2km 구간에 대해서만 조사결과를 정리하였다.
지구물리탐사에서 얻어진 이상대 자료를 바탕으로 용천동굴과 당처물동굴 인근에 상대적으로 반응이 뚜렷하여 동굴로 추정되는 27개 지점을 선정하여 시추 조사를 실시하였으며, 본 논문에서는 12개 지점에 대한 자료를 제시하였다(Fig. 2). 시추작업은 NX Size 굴착기를 사용하였으며, 시추 깊이는 이상대 분포심도를 고려하여 3.
측선 2번과 3번에서는 GPR 탐사 이상대가 나타나는 3개 지점을 대상으로 조사를 실시하였는데, 특히 CB-17 번 지점의 경우 이상대가 매우 두껍게 나타나 동굴의 존재 가능성이 높다고 판단되었던 구간이었다(Fig. 5a). 시추결과 3지점 모두에서 이질 퇴적물로 구성된 고토양층이 확인되었다(Fig.
탐사 결과 여러 지점에서 동굴로 추정되는 이상대를 발견하였고 이 상대의 위치와 강도가 공통으로 일치하는 27개 지점을 선별하여 시추조사를 실시하였다. 그러나 지구물리탐사의 예상과 달리 실제 시추조사에서는 5곳에서만 동굴이 발견되었는데, 지구물리탐사에서 나타난 이상대의 대부분은 용암의 상하부에 형성된 클링커층이거나 용암 사이에 협재된 고토양층(점토 또는 모래층)에 의한 반응으로 확인되었다.
탐사결과 2개의 뚜렷한 이상대가 확인되었고 이 지점을 대상으로 시추조사를 실시하여 총 5개 지점에서 동굴을 확인하였다(Fig. 6).
따라서 이번 조사를 통해 확인된 동굴의 길이는 180m로 당처물동굴의 길이(110m)를 포함하면 총 290m로 조사되었다. 한편 동굴의 정확한 규모를 파악하기 위해 3D 스캐너 측량을 실시하여 동굴 규모에 대한 구체적인 자료를 획득하였다(Fig. 8).
성능/효과
동굴이 발견된 CB-24, CB-25번 지점은 시추결과 신규동굴이 아니라 기존에 알려진 용천동굴을 관통한 것으로 확인되었다(Fig. 7a). 기존 용천동굴 측량도 상에서는 동굴이 서쪽으로 최대 70m 이상 이격된 지점에 위치하고 있어 동굴을 관통할 가능성은 없을 것이라 추정하였다.
8). 따라서 이번 조사를 통해 확인된 동굴의 길이는 180m로 당처물동굴의 길이(110m)를 포함하면 총 290m로 조사되었다. 한편 동굴의 정확한 규모를 파악하기 위해 3D 스캐너 측량을 실시하여 동굴 규모에 대한 구체적인 자료를 획득하였다(Fig.
6). 또한 기존 측량도 상에 용천동굴과 당처물동굴은 깊이와 동굴의 진행방향이 각각 달라 별개의 동굴로 존재했을 것으로 추정하여 왔으나(Jeju Special Self-gover- ning Province, 2009b), 이번 조사를 통해 당처물동굴은 용천동굴의 가지굴이며 두 동굴이 서로 포개진 이층 굴의 형태로 존재하고 있음을 확인하였다.
5m 내외이며, 길이는 20-30m 이상 연장되는 것이 확인되었다. 또한, 동굴내에는 다수의 종유관, 종유석, 석순 등이 분포하는 것으로 나타났다.
신규동굴은 용천동굴의 분포심도에서 약 2m 높게 위치해 있으며, 용천동굴과 같은 벽을 공유하며 형성되어 있었다. 신규동굴의 연장과 내부 구조를 확인하기 위해 공내 카메라를 삽입한 결과 동굴의 높이는 1-1.5m 내외이며, 길이는 20-30m 이상 연장되는 것이 확인되었다. 또한, 동굴내에는 다수의 종유관, 종유석, 석순 등이 분포하는 것으로 나타났다.
용천동굴을 관통한 시추공은 시추당시 동굴이 존재하지 않는 구간에서 실시하였으나 용천동굴이 관통됨에 따라 기존 측량도에 오류가 있음을 확인하였고, 별개의 동굴로 인식되던 용천동굴과 당처물동굴이 서로 포개진 이층굴의 형태로 존재하고 있음을 확인하였다.
이번 전기비저항탐사와 GPR 탐사에서 나타난 이 상대의 대부분은 용암의 상하부에 형성된 클링커층과 용암 사이에 협재된 고토양층(점토 또는 모래층)으로 확인되었다. 클링커층은 총 27개 지점중 16개 공에서 확인되었으며, 두께는 수십 cm에서 최대 1.
확인된 동굴의 길이는 약 80m 이며 다양한 탄산염 동굴생성물이 발달해 있고, 동굴의 상류와 하류는 천장의 높이가 낮아지고 생성물이 빼곡하여 사람의 출입은 불가한 상태였으나 동굴의 연장은 계속되었다. 이에 동굴의 추가 연장을 확인하기 위해 추가 GPR 탐사를 실시하고 공내 카메라를 삽입한 결과동굴은 하류쪽으로 100m 이상 연장되고 상류쪽으로 당처물동굴(110m)과 연장됨을 확인하였다(Fig. 8). 따라서 이번 조사를 통해 확인된 동굴의 길이는 180m로 당처물동굴의 길이(110m)를 포함하면 총 290m로 조사되었다.
한편 시추조사로 발견된 신규 동굴은 추가 GPR 탐사와 시추조사를 통해 연장성을 확인한 결과 총 180m 길이이며, 상류방향으로 당처물동굴(110m)과 연장됨을 확인하였다. 또한 동굴내부에는 용암곡석, 용암제방, 밧줄구조 등이 발달해 있으며, 탄산염 생성물로는 종유관, 석순, 석주, 동굴산호, 커튼, 유석, 휴석 등이 잘 보존되어 있다.
확대 굴착하였다. 확인된 동굴의 길이는 약 80m 이며 다양한 탄산염 동굴생성물이 발달해 있고, 동굴의 상류와 하류는 천장의 높이가 낮아지고 생성물이 빼곡하여 사람의 출입은 불가한 상태였으나 동굴의 연장은 계속되었다. 이에 동굴의 추가 연장을 확인하기 위해 추가 GPR 탐사를 실시하고 공내 카메라를 삽입한 결과동굴은 하류쪽으로 100m 이상 연장되고 상류쪽으로 당처물동굴(110m)과 연장됨을 확인하였다(Fig.
후속연구
따라서 용암동굴의 실존여부 확인을 위해 물리탐사를 실시할 경우 제주도의 지하는 비교적 균질한 석회암 지역의 물리적 특성과 달리 복잡한 지층구조를 이루고 있어 복합지구물리탐사 기법을 이용한 충분한 해석과 시추에 의한 확인이 동반되어야 할 것이다.
, 2015). 석회암 지대는 대체로 암질이 균질하기 때문에 지구물리탐사로 지하에 공동 또는 포화 대등을 인지하는데 용이할 것으로 예상된다. 그러나 제주도 지하의 경우 용암으로만 구성되어 있을것이라는 일반적인 생각과는 달리 화산활동 휴지기에 퇴적된 고토양층 또는 미고결 응회암층이 협재되거나 용암의 상하부 표면이 깨진 클링커(clinker) 등이 존재하고 있어 지하 암반이 균질하지 않은 특성을 지니고 있다(Jeon et al.
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