고창군 해리면 사반리 일대 3차원 지질모델링을 활용한 제4기 퇴적환경분석 Analysis of Quaternary Sedimentary Environment based on 3D Geological Modeling for Saban-ri, Haeri-myeon, Gochang원문보기
본 연구는 고창군 해리면 사반리에 대해 3차원 지표모델과 3차원 지질모델을 기반으로 고창지역의 제4기 극한 기후에 따른 퇴적기록 분포 특성에 대해 분석하였다. 3차원 지표지질 모델 및 하부지질모델을 구축한 결과, 연구지역의 지질은 기반암, 플라이스토세 퇴적층, 홀로세 퇴적층이 순차적으로 퇴적되었으며, 주로 기저부의 기반암과 상부의 홀로세 퇴적층이 주를 이룬다. 또한 플라이스토세 퇴적층은 연구지역의 동부에 렌즈상의 퇴적층으로, 북동부에 쐐기상의 형태로 관찰된다. 연구지역의 홀로세 퇴적층은 전체적으로 모래층과 점토질 실트층이 순차적으로 퇴적된 지역으로, 이는 해침 환경 당시 퇴적된 하성층으로 사료된다. 특징적으로 연구지역 동부에 분포하는 플라이스토세 점토질 실트층과 홀로세 모래층은 와지 형태로 관측되며 과거 극한기후에 민감하게 영향을 받는 오버워시에 의한 폭풍퇴적물로 사료된다.
본 연구는 고창군 해리면 사반리에 대해 3차원 지표모델과 3차원 지질모델을 기반으로 고창지역의 제4기 극한 기후에 따른 퇴적기록 분포 특성에 대해 분석하였다. 3차원 지표지질 모델 및 하부지질모델을 구축한 결과, 연구지역의 지질은 기반암, 플라이스토세 퇴적층, 홀로세 퇴적층이 순차적으로 퇴적되었으며, 주로 기저부의 기반암과 상부의 홀로세 퇴적층이 주를 이룬다. 또한 플라이스토세 퇴적층은 연구지역의 동부에 렌즈상의 퇴적층으로, 북동부에 쐐기상의 형태로 관찰된다. 연구지역의 홀로세 퇴적층은 전체적으로 모래층과 점토질 실트층이 순차적으로 퇴적된 지역으로, 이는 해침 환경 당시 퇴적된 하성층으로 사료된다. 특징적으로 연구지역 동부에 분포하는 플라이스토세 점토질 실트층과 홀로세 모래층은 와지 형태로 관측되며 과거 극한기후에 민감하게 영향을 받는 오버워시에 의한 폭풍퇴적물로 사료된다.
This study examined stratigraphic research containing extreme climate event during Quaternary period in Saban-ri, Haeri-myeon, Gochang by constructing 3D topographic model and 3D geological model. As a result of 3D topographic model and subsurface geological model, the geology of study area accumula...
This study examined stratigraphic research containing extreme climate event during Quaternary period in Saban-ri, Haeri-myeon, Gochang by constructing 3D topographic model and 3D geological model. As a result of 3D topographic model and subsurface geological model, the geology of study area accumulated bedrock, Pleistocene series, and Holocene series chronologically. Most of the study area consist of bedrock on basement and Holocene series on upper layer. Additionally, Pleistocene series are presented as lens-shaped deposit on eastern part, and wedge-shaped deposit on northeastern part. Holocene layers consist of sand and clay-silt layer deposited sequentially where implies fluvial deposits on transgression environment. Distinctively, Pleistocene clayey silt layer and Holocene sand layer on eastern are observed as pond shape deposits that are considered as storm-related deposits originated from overwash system caused by extreme paleoclimate.
This study examined stratigraphic research containing extreme climate event during Quaternary period in Saban-ri, Haeri-myeon, Gochang by constructing 3D topographic model and 3D geological model. As a result of 3D topographic model and subsurface geological model, the geology of study area accumulated bedrock, Pleistocene series, and Holocene series chronologically. Most of the study area consist of bedrock on basement and Holocene series on upper layer. Additionally, Pleistocene series are presented as lens-shaped deposit on eastern part, and wedge-shaped deposit on northeastern part. Holocene layers consist of sand and clay-silt layer deposited sequentially where implies fluvial deposits on transgression environment. Distinctively, Pleistocene clayey silt layer and Holocene sand layer on eastern are observed as pond shape deposits that are considered as storm-related deposits originated from overwash system caused by extreme paleoclimate.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 전라북도 고창군 사반리에 대해 시추자료를 포함한 지질자료를 분석하고, 수치지형도의 등고선 자료와 인공위성 자료를 융합하여 3차원 지표지질 모델을 구축하였다. 또한 구축된 3차원 모델을 기반으로 고창지역의 제4기 극한 기후에 따른 퇴적 기록 분포 특성에 대해 분석하였다.
본 연구는 고창군 해리면 사반리 일대에 3차원 지표 지질 모델을 구축하고 구축된 3차원 모델을 기반으로 고창지역의 제4기 극한 기후에 따른 퇴적기록 분포 특성에 대해 분석하였다. 3차원 지표지질 모델을 구축한 결과, 1.
제안 방법
지표 모델링은 앞서 구축한 수치표고모델(DEM)을 기반으로 표현되었다. ArcGIS10.1 프로그램을 활용하여 좌표 값과 고도 값을 point화된 수치표고모델을 SKUA-GOCAD상에서 3차원 지표지질모델을 구현하였다. 이를 위해 사용된 Structure & Stratigraphy workflow 모듈은 각 지질층서의 접촉부 혹은 단층의 구조를 구현하는데 유용한 모듈이다 (Paradiam, 2013).
2. Research procedures applied for this study.
Surface 모델링은 SKUA-GOCAD상에서 기반암, 지표 그리고 지질단면도를 기반으로 한 지질경계면에 대한 모델링으로 분류하여 수행되었다. 기반암 모델은 시 추정보를 바탕으로 구축되었다.
Surface 모델링은 SKUA-GOCAD상에서 기반암, 지표 그리고 지질단면도를 기반으로 한 지질경계면에 대한 모델링으로 분류하여 수행되었다. 기반암 모델은 시 추정보를 바탕으로 구축되었다. 하지만, 기반암의 고도가 없는 시추공(SB6)의 모델링 수행 시, 기반암 정보의 심도에 따른 경향성을 유추하여 모델링을 실시하였다.
단면도 작업을 수행하기 위해, 일반적으로 퇴적층을 대상으로 단면도를 구축하는 방법 중 하나인 X-Y축에 수직으로 단면도를 작성하였으며, 시추공 SB2와 SB4가 포함하고 있는 지질을 기준으로 단면도를 작성하였다. 또한 SB3과 SB7의 퇴적층에 대한 심도를 정확히 표현하기 위해 심도(Z축, depth)에 대한 기준 단면도를 작성하였다. 와지 형태를 나타내고 있는 시추공 SB3 지역을 대상으로, 시추심도 1.
따라서 본 연구에서는 전라북도 고창군 사반리에 대해 시추자료를 포함한 지질자료를 분석하고, 수치지형도의 등고선 자료와 인공위성 자료를 융합하여 3차원 지표지질 모델을 구축하였다. 또한 구축된 3차원 모델을 기반으로 고창지역의 제4기 극한 기후에 따른 퇴적 기록 분포 특성에 대해 분석하였다.
또한, 시추공 정보와 지질 단면에 대한 정보를 융합하여 층서학적 해석을 추가하여 형성된 단면에 대한 보간법을 적용하여 지질 모델을 구축한다(Jørgensen et al., 2015).
본 연구는 수치지형도와 위성영상을 활용하여 지리정보시스템환경(GIS)에서 좌표 변환 및 수치표고모델(Digital elevation model, DEM)을 구축하였으며, 시추공 정보를 융합하여 수치표고모델의 지표 표고를 보정하였다. 또한, 컴퓨터 지원 설계 프로그램(Computeraided design, CAD)를 통해 구축한 지질단면도와 시추 자료를 토대로, SKUA-GOCAD 환경에서 3차원 지질 모델을 구축하였고, 이를 바탕으로 제 4기 시기의 퇴적환경에 대한 분석을 실시하였다(Fig. 2).
5 m 간격으로 9개 등간격 단면도를 작성 하였다(Fig 4b). 반면, 시추공 SB2의 고토양층, 시추공 SB3의 점토질 실트층 그리고 시추공 SB4의 모래질 실트층의 경우 서로 일직선으로 연장되어있으므로, 현재 농경지역을 이루고 있는 지역 내에 고토양층, 점토질실트층, 모래질 실트층을 하나의 지질구조로 설정하여 X-Y축에 따라 총 8개의 단면도를 구축하였으며(Fig. 4a), 이후 surface 모델링 단계에서는 각각의 객체로 고려하여 분리하였다.
본 연구는 수치지형도와 위성영상을 활용하여 지리정보시스템환경(GIS)에서 좌표 변환 및 수치표고모델(Digital elevation model, DEM)을 구축하였으며, 시추공 정보를 융합하여 수치표고모델의 지표 표고를 보정하였다. 또한, 컴퓨터 지원 설계 프로그램(Computeraided design, CAD)를 통해 구축한 지질단면도와 시추 자료를 토대로, SKUA-GOCAD 환경에서 3차원 지질 모델을 구축하였고, 이를 바탕으로 제 4기 시기의 퇴적환경에 대한 분석을 실시하였다(Fig.
본 연구를 수행하기 위해서 위성영상과 수치지형도를 지리정보시스템 상에서 데이터를 동일한 UTM(Universal Transverse Mercator) 좌표계로 변환시켜 데이터간의 좌표가 일치하도록 하였다. 이 후, 본 연구의 수치표고모델을 생성하기 위해, 수치지형도의 등고선에 표기된 고도정보를 추출하여 TOPOGRID 보간법을 실시하여 수치표고 모델을 구축하였다(Hutchinson, 1996; Hutchinson and Gallant, 2000).
, 2009; Mallet, 1989; 2002). 본 연구에서는 1차 년도~3차 년도의 시추자료를 기반으로 단면도를 작성하였으며, Surface 모델링, 솔리드 모델링의 과정을 수행하였다.
이 후, 본 연구의 수치표고모델을 생성하기 위해, 수치지형도의 등고선에 표기된 고도정보를 추출하여 TOPOGRID 보간법을 실시하여 수치표고 모델을 구축하였다(Hutchinson, 1996; Hutchinson and Gallant, 2000). 수치지형도 기반 수치표고모델은 다시 시추공 위치정보를 활용하여 보정하였다.
앞서 실시된 수치표고모델과 시추공의 정보를 통합 하여 SKUA-GOCAD기반 기반암 모델링, 지표면 모델링 및 지질경계면 모델링을 수행하였다. 연구지역의 지질은 하부로부터 기반암, 플라이스토세 퇴적층, 홀로세 퇴적층이 순차적으로 퇴적되었으며 주로 기저부의 기반암과 상부 홀로세 퇴적층이 주를 이룬다.
5b, c). 연구지역의 극한기후에서의 퇴적기록을 분석하기 위해, 시추공 자료의 연대 및 지질과 3차원 모델의 고도 및 지질 분포를 고려하였다.
연구지역의 시추자료를 기반으로, 지질의 종류와 구조 및 연대를 고려하여 지하심부의 지질 분포에 대한 단면도를 작성하였다. 단면도 작업은 ArcGIS10.
또한 SB3과 SB7의 퇴적층에 대한 심도를 정확히 표현하기 위해 심도(Z축, depth)에 대한 기준 단면도를 작성하였다. 와지 형태를 나타내고 있는 시추공 SB3 지역을 대상으로, 시추심도 1.5 m 와 2.71 m 사이 약 0.9 m 간격으로 총 4개의 단면도를 작성하였으며, 플라이스토세 점토질 실트 층의 심도 7 m 와 10.2 m 사이의 와지 형태의 퇴적층을 대상으로 약 2.9 m 간격으로 6개의 단면도를 구축하였다(Fig. 4a). 시추공 SB7 지역의 경우, 시추공에 포함된 전체 지질 분포가 주변 인근의 홀로세와 다른 플라이스토세에 해당되므로, 심도에 따라 단면도를 구축하여 층을 분류하였으며, 계곡 부를 따라 연장된 농경지부분의 플라이스토세를 포함하여 시추심도 4.
기반암 모델은 시 추정보를 바탕으로 구축되었다. 하지만, 기반암의 고도가 없는 시추공(SB6)의 모델링 수행 시, 기반암 정보의 심도에 따른 경향성을 유추하여 모델링을 실시하였다. 지표 모델링은 앞서 구축한 수치표고모델(DEM)을 기반으로 표현되었다.
대상 데이터
또한 3차원 하부지질모델을 구축하기 위해서 한국지질자원연구원에서 수행한 2013~2015년도 시추탐사자료를 활용하였다. 시추탐사자료는 2013년에 7 공(GC1~7), 2014년에 4 공(SB1~4), 2015년에 3 공(SB5~7) 등 총 14개 시추공의 시추정보로 이루어져 있으며, 모두 지표면과 수직으로 시추되었다.
본 연구에 사용된 위성영상은 Environmental Systems Research Institute(ESRI)에서 온라인으로 제공하는 World Imagery Data로 가시광선 영역의 위성영상을약 15 m 공간해상도로 제공한다. 3차원 지표모델을 구축하기 위해 국토지리정보원에서 제공하는 1:5000 축적의 2000년도 수치지형도를 활용하였다.
또한 3차원 하부지질모델을 구축하기 위해서 한국지질자원연구원에서 수행한 2013~2015년도 시추탐사자료를 활용하였다. 시추탐사자료는 2013년에 7 공(GC1~7), 2014년에 4 공(SB1~4), 2015년에 3 공(SB5~7) 등 총 14개 시추공의 시추정보로 이루어져 있으며, 모두 지표면과 수직으로 시추되었다. 1차 년도에 시추된 시추공은 배후습지 중심부를 시추를 하였으며, 이를 기반으로 2차 년도 시추공은 배후습지의 내륙분포범위를 파악하기 위해 활용되었다 (Fig.
연구지역은 전라북도 고창군 해리면 사반리로 1.49 × 1.20 km2의 넓이를 갖고, 연구지역 남부에는 구시포항이, 북부에는 동호항이 위치한다.
또한 주변의 하천이 크게 발달하지 않아 연안 지역의 충적층이 대부분 바다의 영향으로 퇴적된 것으로 사료된다. 연구지역의 지질은 크게 선캄브리아기 소백산 편마암(PCEsgrgn)과 이를 관입한 쥐라기 대보 화강암(Jgr), 부정합으로 피복한 제4기 충적층(Qa)으로 구성된다(Fig. 1b) (Lee et al., 1997). 대보 화강암은 소백산 편마암을 관입한 형태로, 북동-남서 방향으로 넓게 분포하고 있으며, 제4기 충적층의 경우, 북동-남서방향의 해안선을 따라 1~2 km 너비로 길게 분포한다(Fig.
앞서 실시된 수치표고모델과 시추공의 정보를 통합 하여 SKUA-GOCAD기반 기반암 모델링, 지표면 모델링 및 지질경계면 모델링을 수행하였다. 연구지역의 지질은 하부로부터 기반암, 플라이스토세 퇴적층, 홀로세 퇴적층이 순차적으로 퇴적되었으며 주로 기저부의 기반암과 상부 홀로세 퇴적층이 주를 이룬다. 또한 플라이스토세 퇴적층은 연구지역의 동부에 렌즈상의 퇴적층으로, 연구지역 북동부에 쐐기상의 형태로 관찰된다 (Fig.
이론/모형
본 연구에 사용된 위성영상은 Environmental Systems Research Institute(ESRI)에서 온라인으로 제공하는 World Imagery Data로 가시광선 영역의 위성영상을약 15 m 공간해상도로 제공한다. 3차원 지표모델을 구축하기 위해 국토지리정보원에서 제공하는 1:5000 축적의 2000년도 수치지형도를 활용하였다.
연구지역의 시추자료를 기반으로, 지질의 종류와 구조 및 연대를 고려하여 지하심부의 지질 분포에 대한 단면도를 작성하였다. 단면도 작업은 ArcGIS10.1과 AutoCAD2016을 활용하였다. 단면도 작업을 수행하기 위해, 일반적으로 퇴적층을 대상으로 단면도를 구축하는 방법 중 하나인 X-Y축에 수직으로 단면도를 작성하였으며, 시추공 SB2와 SB4가 포함하고 있는 지질을 기준으로 단면도를 작성하였다.
시추 정보를 기반으로 연구지역의 하부지질을 3차원으로 도시하기 위해 Paradigm 사의 SKUA-GOCAD2013.2를 활용하였다. SKUA-GOCAD는 제한된 정보에서도 각 요소를 이루는 면(surface)을 부드럽게 이어 모델링을 할 수 있는 DSI(Discrete Smooth Interpolation) 도구를 제공하며, 이를 이용하여 입력된 자료 값에 근사치로 구현한다(Caumon et al.
본 연구를 수행하기 위해서 위성영상과 수치지형도를 지리정보시스템 상에서 데이터를 동일한 UTM(Universal Transverse Mercator) 좌표계로 변환시켜 데이터간의 좌표가 일치하도록 하였다. 이 후, 본 연구의 수치표고모델을 생성하기 위해, 수치지형도의 등고선에 표기된 고도정보를 추출하여 TOPOGRID 보간법을 실시하여 수치표고 모델을 구축하였다(Hutchinson, 1996; Hutchinson and Gallant, 2000). 수치지형도 기반 수치표고모델은 다시 시추공 위치정보를 활용하여 보정하였다.
성능/효과
구축한 수치표고모델을 기반으로 살펴본 결과, 연구지역의 표고는 최저 1.93 m, 최고 18.5 m 의 분포를 보이고 있으며, 평균 4.5 m 의 표고를 보이고 있다(Fig. 6). 전체적으로 연구지역의 북동방향에서 남서방향으로 표고가 낮아지는 경향을 보이고 있으며, 남서부(시추공 GC6)에서 가장 낮은 지형을 이룬다(Fig.
해수범람 퇴적층은 수 미터의 두께로 사구나 이전의 해수범람 퇴적층의 퇴적물을 포함하며, 이는 폭풍퇴적물의 범위를 나타내는 중요한 정보이다(Foxgrover, 2009). 따라서 연구지역의 제4기 연안 퇴적물은 해안에서 높은 에너지를 가진 폭풍과 동반된 오버워시에 의한 폭풍퇴적물로써, 제4기 시기에 발생된 폭풍의 영향범위를 유추할 수 있다. 기반암과 맞닿아 있는 플라이스토세 점토질 실트층과 상부에 위치한 홀로세 모래층에 각각 와지 형상으로 나타난다(Fig.
해수범람 퇴적층은 수 미터의 두께로 사구나 이전의 해수범람 퇴적층의 퇴적물을 포함하며, 이는 폭풍퇴적물의 범위를 나타내는 중요한 정보이다(Foxgrover, 2009). 따라서 연구지역의 제4기 연안 퇴적물은 해안에서 높은 에너지를 가진 폭풍과 동반된 오버워시에 의한 폭풍퇴적물로써, 제4기 시기에 발생된 폭풍의 영향범위를 유추할 수 있다. 기반암과 맞닿아 있는 플라이스토세 점토질 실트층과 상부에 위치한 홀로세 모래층에 각각 와지 형상으로 나타난다(Fig.
6). 시추공 정보를 토대로 실시한 기하보정 결과, 시추공 14개를 통해 고도에 관한 평균제곱근오차(RMSE;Root mean square error)가 1.48 m에서 0.36 m로 1.12 m 감소하였다.
6). 전체적으로 연구지역의 북동방향에서 남서방향으로 표고가 낮아지는 경향을 보이고 있으며, 남서부(시추공 GC6)에서 가장 낮은 지형을 이룬다(Fig. 6). 특히, 서부 부근의 농경지대일대에서 2~4 m의 낮은 고도분포를 보이고 있으며, 연구지역의 북동쪽 방향에 위치하는 구릉지로 진행될수록 5~18 m의 상대적으로 높은 고도분포를 보이고 있다(Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연안지역의 특징은 무엇인가?
연안지역은 바다와 육지의 상호작용이 활발한 지역이며, 침식 및 퇴적환경의 변화특성을 직접적으로 반영한다. 따라서 연안지역의 퇴적기록은 지질시대를 통한 자연재해 및 환경변화에 관련된 단서들을 얻을 수 있으며, 이와 관련하여 연안지역의 퇴적기록을 활용한 환경변화 연구에 대한 노력들이 활발하게 진행되어 오고 있다(Shepard, 1977; Davis, 1985; Davis and Fitzgerald, 2004; Boak and Turner, 2005; Yang et al.
고창 명사십리일대의 퇴적기록은 외부요소가 아닌 극한 기후에 의한 퇴적환경을 규명하기에 적합한 이유는 무엇인가?
이러한 직간접적인 요소로 인해 끊임없이 연안지역의 변화가 일어나고 있다. 특히, 서해안에 위치한 고창 명사십리지역은 직선형 해빈 지형으로 외부로부터 퇴적물 공급이 원활하지 않아 조석과 파랑이 직접적으로 지형에 영향을 미치는 특성을 가지고 있다. 따라서 고창 명사십리일대의 퇴적기록은 외부요소가 아닌 극한 기후에 의한 퇴적환경을 규명하기에 적합하여 보다 다양한 관점에서 이들을 분석 및 활용할 필요가 있다(Kang et al.
한반도의 서해안의 특징은 무엇인가?
한반도의 서해안은 조석간만의 차가 크고, 계절에 따라 계절풍의 영향을 받는다(Chough et al., 2000; Yang et al.
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