경주시 외동읍 구어리 일대 동래단층 연장성 확인을 위한 물리탐사 적용 Application of geophysical methods to determine the extent of the Dongrae Fault in the Oedong-eup area, Gyeongju City원문보기
동래단층 북단부는 경상북도 경주시 동남쪽 약 15km 떨어진 외동읍 구어리 일대에서 울산단층과 교차하는 것으로 추정되고 있다. 이 지역에서 동래단층의 존재유무를 파악하고, 또한 동래단층대의 정확한 위치와 방향성을 확인하기 위하여 지표지질조사와 지구물리탐사(자력탐사, 전기비저항탐사, 주파수영역 전자탐사)를 수행하였다. 지질학적 자료와 지구물리탐사 자료를 종합적으로 해석하여 동래단층의 존재를 확인하였고, 동래단층의 주 연장방향이 N14E임을 확인하였다. 또한 주 방향성에 의하면 동래단층은 관거리 입실교 부근에서 울산단층과 교차하는 것으로 해석된다. 충적층에 의해 덮여 있어서 야외 지표지질연구로는 확인할 수 없었으나, 지구물리탐사에 의하면, 연구지역 내에서 단층파쇄대의 폭은 약 200 m 이상이며 그 폭은 연구지역의 북부보다 남부에서 더 넓은 것으로 해석된다.
동래단층 북단부는 경상북도 경주시 동남쪽 약 15km 떨어진 외동읍 구어리 일대에서 울산단층과 교차하는 것으로 추정되고 있다. 이 지역에서 동래단층의 존재유무를 파악하고, 또한 동래단층대의 정확한 위치와 방향성을 확인하기 위하여 지표지질조사와 지구물리탐사(자력탐사, 전기비저항탐사, 주파수영역 전자탐사)를 수행하였다. 지질학적 자료와 지구물리탐사 자료를 종합적으로 해석하여 동래단층의 존재를 확인하였고, 동래단층의 주 연장방향이 N14E임을 확인하였다. 또한 주 방향성에 의하면 동래단층은 관거리 입실교 부근에서 울산단층과 교차하는 것으로 해석된다. 충적층에 의해 덮여 있어서 야외 지표지질연구로는 확인할 수 없었으나, 지구물리탐사에 의하면, 연구지역 내에서 단층파쇄대의 폭은 약 200 m 이상이며 그 폭은 연구지역의 북부보다 남부에서 더 넓은 것으로 해석된다.
The northern extension of the Dongrae Fault is inferred to transect the Ulsan Fault in the Gueo-ri area, Oedong-eup, ~15 km SE of Gyeongju City, Gyeongbuk province, S Korea. We conducted geological and geophysical (magnetic, electrical resistivity, and frequency domain electromagnetic) surveys to id...
The northern extension of the Dongrae Fault is inferred to transect the Ulsan Fault in the Gueo-ri area, Oedong-eup, ~15 km SE of Gyeongju City, Gyeongbuk province, S Korea. We conducted geological and geophysical (magnetic, electrical resistivity, and frequency domain electromagnetic) surveys to identify the extent and orientation of the Dongrae Fault in this region. Through joint interpretation of the geological and geophysical data sets, we confirm the presence of the Dongrae Fault and determine its strike ($N14^{\circ}E$). The Dongrae Fault is thought to cross the Ulsan Fault near Ipsil Bridge in the Gwangeo-ri area. Geophysical surveying revealed a fault damage zone that widens to the south, with a typical width of >200 m. Geological field surveys did not delineate the geometry of the Dongrae Fault because alluvial deposits overlie the fault in this area.
The northern extension of the Dongrae Fault is inferred to transect the Ulsan Fault in the Gueo-ri area, Oedong-eup, ~15 km SE of Gyeongju City, Gyeongbuk province, S Korea. We conducted geological and geophysical (magnetic, electrical resistivity, and frequency domain electromagnetic) surveys to identify the extent and orientation of the Dongrae Fault in this region. Through joint interpretation of the geological and geophysical data sets, we confirm the presence of the Dongrae Fault and determine its strike ($N14^{\circ}E$). The Dongrae Fault is thought to cross the Ulsan Fault near Ipsil Bridge in the Gwangeo-ri area. Geophysical surveying revealed a fault damage zone that widens to the south, with a typical width of >200 m. Geological field surveys did not delineate the geometry of the Dongrae Fault because alluvial deposits overlie the fault in this area.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이 연구에서는 지구물리탐사들을 이용하여 충적층 하부에 존재할 것으로 추정되는 동래단층의 북단부 위치와 단층파쇄대의 규모 및 주향연장성을 파악하고, 최종적으로 동래단층과 울산단층이 교차하는 삼중점의 위치를 해석하는 것을 연구의 목적으로 한다. 교차삼중점이 위치하는 것으로 추정되는 외동읍내는 탐사환경(예, 전기자기잡음, 접촉저항 등)이 매우 불리하여 양질의 물리탐사자료를 획득하기가 불가능하다.
가설 설정
Fig. 8의 공면 루프배열과 동축 루프배열의 전자탐사 측정자료에 대한 1차원 복합역산에서 높은 전자반응을 보이는 구간은 3층 구조, 그 외의 측점에서는 2층 구조를 가정하여 지전기적 단면도를 만들었다. 지전기적 단면도에서70 Ω-m 이내의 낮은 전기비저항대가 측선의 600~750 m에 존재하고 있으며, 이 같은 결과는 전자탐사 단면·해석 결과와 매우 잘 일치한다.
제안 방법
이 연구에서는 동래단층의 북단부와 울산단층이 교차하고 있는 것으로 추정되는 교차삼중점으로부터 물리탐사 측면에서 탐사가능하며, 거리상 가장 가까운 지역인 경상북도 경주시 동남쪽 약 15 km의 외동읍 구어리 일대에서 지구물리탐사(자력탐사, 전기비저항탐사, 주파수영역 전자탐사)를 실시하여, 동래단층의 존재유무를 파악하고, 또한 단층대의 정확한 위치와 방향을 확인하였다.
쌍극자 길이는 측선 Ln#1-1, Ln#1-4 그리고 Ln#1-5에서는30 m를 사용하였고, 측선 Ln#1-2의 경우는 쌍극자 길이로20 m를 사용하였다. 각 측선에서 전기비저항탐사의 가탐심도를 100 m 내외로 설정하고 전극전개수를 1에서 10까지 증가시키면서 지질매체의 겉보기 전기비저항값을 측정하였다. 전기비저항탐사에서 획득된 겉보기 전기비저항값은 암석의 참 전기비저항값이 아니며, 겉보기 전기비저항값이 측정된 심도는 진 심도를 의미하지 않는다.
일반적으로 단층작용에 의해 형성된 주 파쇄대는 지표수 유입 및 지하수 유동과 밀접한 관계가 있고, 단층파쇄대 이외 주변 암석과 비교하여 상대적으로 풍화에 매우 취약하다. 그러므로 단층파쇄대에 나타나는 대표적인 물리적 성질인 전기비저항은 파쇄대 이외의 주변 암석과 비교하여 상대적으로 낮은 값을 가지므로 암석의 전기비저항 대비를 이용하는 전기비저항탐사(direct current electircal resistivity survey)와 주파수영역 전자탐사(frequency domain electromagnetic survey)를 수행하였다. 또한 단층작용에 의해 형성된 약선대를 따라 관입할 수도 있는 암맥과 주변 암석의 대자율 대비를 고려하여 자력탐사(magnetic survey)도 병행하여 수행하였다.
일반적으로 단층작용에 의해 형성된 파쇄대는 지표수 유입 및 지하수 유동과 밀접한 관계가 있고, 단층파쇄대 이외 주변 암석과 비교하여 상대적으로 풍화에 매우 취약하다. 그러므로 단층파쇄대에 나타나는 대표적인 물리적 성질인 전기비저항은 파쇄대 이외의 주변 암석과 비교하여 상대적으로 낮은 값을 가지므로 암석의 전기비저항 대비를 이용하는 전기비저항탐사와 주파수영역 전자탐사를 수행하였다. 또한 단층작용에 의해 형성된 약선대를 따라 관입할 수 있는 암맥과 주변 암석의 대자율 대비를 고려하여 자력탐사도 병행하여 수행하였다.
또한 각 측점에서 각 배열마다 송·수신기의 길이를 10 m, 20 m, 40 m로 증가하면서 전자반응값을 측정하였다.
그러므로 단층파쇄대에 나타나는 대표적인 물리적 성질인 전기비저항은 파쇄대 이외의 주변 암석과 비교하여 상대적으로 낮은 값을 가지므로 암석의 전기비저항 대비를 이용하는 전기비저항탐사와 주파수영역 전자탐사를 수행하였다. 또한 단층작용에 의해 형성된 약선대를 따라 관입할 수 있는 암맥과 주변 암석의 대자율 대비를 고려하여 자력탐사도 병행하여 수행하였다.
그러므로 단층파쇄대에 나타나는 대표적인 물리적 성질인 전기비저항은 파쇄대 이외의 주변 암석과 비교하여 상대적으로 낮은 값을 가지므로 암석의 전기비저항 대비를 이용하는 전기비저항탐사(direct current electircal resistivity survey)와 주파수영역 전자탐사(frequency domain electromagnetic survey)를 수행하였다. 또한 단층작용에 의해 형성된 약선대를 따라 관입할 수도 있는 암맥과 주변 암석의 대자율 대비를 고려하여 자력탐사(magnetic survey)도 병행하여 수행하였다.
모든 측선들의 방향은 N72oE 로 서로 평행하며, 탐사측선 Ln#1-1, Ln#1-2, Ln#1-3, Ln#1-4, Ln#1-5의 측선길이와 각 측선에서 수행된 물리탐사방법은 Table 1에 제시하였다. 모든 측선에서 자료측정시 측정진행방향은 모두 동일하게 서쪽에서 동쪽으로 이동하면서 자료를 측정하였다.
연구방법
연구지역에서 동래단층의 존재유무와 규모 그리고 단층의 방향성을 파악하기 위하여 여러 지구물리 탐사방법들 중 자력탐사(Magnetic), 전기비저항탐사(Direct current resistivity: DC resistivity), 전자탐사(Electromagnetic: EM)를 선정하였다. 일반적으로 단층작용에 의해 형성된 파쇄대는 지표수 유입 및 지하수 유동과 밀접한 관계가 있고, 단층파쇄대 이외 주변 암석과 비교하여 상대적으로 풍화에 매우 취약하다.
연구지역의 주파수영역 전자탐사는 측선 Ln#1-2에서 20 m 간격으로 수행하였다. 측선의 각 측점에서 지질매체에 대한 전자반응값은 2개의 배열(동축 배열과 공면 루프배열) 로부터 측정되었다.
대상 데이터
교차삼중점이 위치하는 것으로 추정되는 외동읍내는 탐사환경(예, 전기자기잡음, 접촉저항 등)이 매우 불리하여 양질의 물리탐사자료를 획득하기가 불가능하다. 그러므로 동래단층의 주향을 고려하여 추정 교차삼 중점에 가장 근접한 지역, 즉 남남서방향으로 약 2 km 떨어진 외동읍 구어리 일대를 물리탐사 조사지역으로 선정하였다. 일반적으로 단층작용에 의해 형성된 주 파쇄대는 지표수 유입 및 지하수 유동과 밀접한 관계가 있고, 단층파쇄대 이외 주변 암석과 비교하여 상대적으로 풍화에 매우 취약하다.
교차삼중점이 위치하는 것으로 추정되는 외동읍내는 탐사환경(예, 전기자기잡음, 접촉저항 등)이 매우 불리하여 양질의 물리탐사자료를 획득하기가 불가능하다. 그러므로 동래단층의 주향을 고려하여 추정 교차삼 중점에 가장 근접한 지역, 즉 남남서방향으로 약 2 km 떨어진 외동읍 구어리 일대를 물리탐사 조사지역으로 선정하였다. 일반적으로 단층작용에 의해 형성된 주 파쇄대는 지표수 유입 및 지하수 유동과 밀접한 관계가 있고, 단층파쇄대 이외 주변 암석과 비교하여 상대적으로 풍화에 매우 취약하다.
쌍극자-쌍극자배열을 사용한 2차원 전기비저항탐사는 4개 측선(Ln#1-1, Ln#1-2, Ln#1-4, Ln#1-5)에서 수행하였다. 쌍극자 길이는 측선 Ln#1-1, Ln#1-4 그리고 Ln#1-5에서는30 m를 사용하였고, 측선 Ln#1-2의 경우는 쌍극자 길이로20 m를 사용하였다. 각 측선에서 전기비저항탐사의 가탐심도를 100 m 내외로 설정하고 전극전개수를 1에서 10까지 증가시키면서 지질매체의 겉보기 전기비저항값을 측정하였다.
연구지역의 지질매체에 대한 자력값의 변동(약 300 nT)과 비교할 때, 2시간 동안의 지자장세기의 일일변동은 약 5~10 nT로서 매우 작기때문에 측정값의 일일변동에 대한 일변화 보정은 별도로 수행하지 않았다. 자력측정에 사용한 탐사기기는 미국Geometric 사의 양자자력계(proton magnetometer)를 사용하였다.
자력탐사의 경우는 총 3개 측선(Ln#1-1, Ln#1-2, Ln#1-3)에서 20 m 간격으로 총자력을 측정하였다. 측선 중 가장 긴 Ln#1-2의 총 측점수는 601개이며, 이 측선에서 자력측정에 소요된 시간은 2시간 이내이다.
이론/모형
전기비저항탐사에서 획득된 겉보기 전기비저항값은 암석의 참 전기비저항값이 아니며, 겉보기 전기비저항값이 측정된 심도는 진 심도를 의미하지 않는다. 그러므로, 유한요소법 수치모델링과 역산(inversion) 프로그램인 DiproWin (Kim, 1998)을 이용하여 지하매질의 참 전기비저항값과 심도단면도를 구하였다.
또한 각 측점에서 각 배열마다 송·수신기의 길이를 10 m, 20 m, 40 m로 증가하면서 전자반응값을 측정하였다. 역산 프로그램은 MicroSoft C# 언어로 자체 개발하였으며, 역산 알고리즘은 층서구조를 기본으로 비선형 최소자승법(Jupp and Vozoff, 1975)을 적용하였다
성능/효과
또한 지질학적 그리고 물리탐사에 의해 확인된 동래단층을 연장하면 관거리 입실교 부근에서 울산단층과 교차하는 것으로 해석된다. 또한 충적층에 의해 피복되어 있어서 지표지질조사로는 단층작용에 의한 단층파쇄대의 폭을 확인할 수 없으나, 물리탐사의 해석결과에 의하면, 연구지역 내의 단층파쇄대의 폭은 약 200 m 이상이고, 단층대의 폭은 연구지역의 북부보다 남부에서 더 넓을 것으로 추정된다.
주파수영역 전자탐사 결과, 측선 Ln#1-2에서 수직 쌍극자 송신원을 사용한 공면(coplanar) 루프배열의 경우, 매질에 대한 전자반응값이 16 mS/m 이내이고, 모든 송·수신간격에서 상대적으로 높은 전자반응을 나타내는 구간은 640~720 m이다.
지질조사, 자력탐사, 전기비저항탐사, 주파수영역 전자탐사를 종합적으로 해석하면, 연구지역에서 동래단층의 우세한 연장방향은 N14oE이고, 관거리 입실교 부근에서 동래단층이 울산단층과 교차하는 것으로 추정된다. 충적층으로 피복되어 있어서 지표지질조사로는 단층작용에 의한 파쇄대의 폭을 확인할 수 없으나, 물리탐사 결과에 의하면, 연구지역내의 단층파쇄대의 폭은 약 200 m 이상이라고 추정된다.
후속연구
또한, 단층대의 폭은 연구지역의 북부보다 남부에서 더 넓을것으로 보인다. 추후 연구에서는 시추조사 등의 방법을 통해서 물리탐사의 결과를 직접 확인함으로써 본 연구가 효과적이며 유용하다는 것을 입증할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동래단층 북단부의 위치는?
동래단층 북단부는 경상북도 경주시 동남쪽 약 15km 떨어진 외동읍 구어리 일대에서 울산단층과 교차하는 것으로 추정되고 있다. 이 지역에서 동래단층의 존재유무를 파악하고, 또한 동래단층대의 정확한 위치와 방향성을 확인하기 위하여 지표지질조사와 지구물리탐사(자력탐사, 전기비저항탐사, 주파수영역 전자탐사)를 수행하였다.
동래단층은 주 방향성에 의하면 어떻게 해석되는가?
지질학적 자료와 지구물리탐사 자료를 종합적으로 해석하여 동래단층의 존재를 확인하였고, 동래단층의 주 연장방향이 N14E임을 확인하였다. 또한 주 방향성에 의하면 동래단층은 관거리 입실교 부근에서 울산단층과 교차하는 것으로 해석된다. 충적층에 의해 덮여 있어서 야외 지표지질연구로는 확인할 수 없었으나, 지구물리탐사에 의하면, 연구지역 내에서 단층파쇄대의 폭은 약 200 m 이상이며 그 폭은 연구지역의 북부보다 남부에서 더 넓은 것으로 해석된다.
NNE-SSW 방향의 양산단층계 중 하나의 동래단층의 특징은?
1). 동래단층은 부산시의 동래에서 부터 울산시 서쪽 범서면 일대를지나 경주시 외동읍까지 NNE-SSW 방향으로 계곡을 따라 발달되며, 서쪽의 양산단층과는 대체적으로 평행하게 발달되어 있다. 그러나 동래단층은 울산을 가로지르는 태화강을 중심으로 남쪽 지역 지질도폭(Lee and Lee, 1972)과 양산지역지질도폭(Lee and Kang, 1964)에는 그 연장이 잘 기재되어 있으나, 그 보다 북쪽의 울산지역 지질도폭(Park and Yoon, 1968)과 감포지역 지질도폭(Tateiwa, 1922)에는 기재되어 있지 않다.
참고문헌 (7)
Chwae, U., Lee, D. Y., Lee, B. J., Ryoo, C. R., Choi, P. Y., Choi, S. J., Cho, D. L., Kim, J. Y., Lee, C. B., Kee, W. S., Yang, D. Y., Kim, I. J., Kim, Y., Yoo, J. H., Chae, B. G., Kim, W. Y., Kang, P. J., Yu, I. H., and Lee, H. K., 1998, An investigation and evaluation of capable fault: Southeastern part of the Korean Peninsula, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, KR-98(C)-22, 301p.
Jupp, D. L. B. and Vozoff, K., 1975, Stable interative methods for the inversion of geophysical data, Geophys. J. Int., 42(3), 957-976.
Kim, J. H., 1998, Dipro 4 for Windows user manual, Hee Song Geotek. Co.
Lee, M. S. and Kang, P. C., 1964, Geological map of Yangsan sheet, Sheet-7020-III (1:50,000), Geological survey of Korea.
Lee, Y. J., and Lee, I. K., 1972, Geological map of Eonyang sheet, Sheet-7020-IV (1:50,000), Geological map of Korea.
Park, Y. D., and Yoon, H. D., 1968, Geological map of Ulsan sheet, Sheet-7020-I (1:50,000), Geological map of Korea.
Tateiwa, I., 1922, Gyeongju, Yeongcheon, Deagu, Waeguan geological sheet (1:50,000), Geological Atlas Chosen, No.10, Geological Survey of Chosen.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.