[논문]남서태평양 라우분지 TA 22 해저산(23° 34′ S)에서의 지자기 특성 연구

최순영; 김창환; 박찬홍; 김형래

doi:10.7582/gge.2018.21.2.067

남서태평양 라우분지 TA 22 해저산(23° 34′ S)에서의 지자기 특성 연구
Characterizing Magnetic Properties of TA (Tofua Arc) 22 Seamount (23° 34′ S) in the Lau Basin, Southwestern Pacific 원문보기

지구물리와 물리탐사 = Geophysics and geophysical exploration, v.21 no.2, 2018년, pp.67 - 81

최순영 (한국해양과학기술원 동해연구소 독도전문연구센터) , 김창환 (한국해양과학기술원 동해연구소 독도전문연구센터) , 박찬홍 (한국해양과학기술원 동해연구소 독도전문연구센터) , 김형래 (공주대학교 지질환경과학과)

초록
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이번 연구에서는 해저열수광상 유망지역을 분석하기 위해서 남서태평양 라우분지에 TA (Tofua Arc) 22 해저산에 대하여 해저지형조사 및 지자기조사를 실시하였다. 획득한 자료로부터 연구지역의 지자기 및 해저지구조를 분석하였다. TA 22 해저산의 해저지형은 정상부가 서쪽과 동쪽으로 나뉘어져 구성되어 있으며 각각 정상부마다 칼데라가 형성되어 있다. 서쪽 칼데라는 동쪽 칼데라에 비해 정상부 직경은 작은 반면 더욱 깊게 함몰되어 있다. TA 22 해저산의 사면 경사도는 각 칼데라마다 조금의 차이는 있으나 수심 약 -1,000 m을 기점으로 경사가 급해지고 정상부에서는 비교적 경사가 완만하다. TA 22 해저산의 지자기 특성을 종합하면 칼데라의 정상부 및 주변에서 강한 고이상대가 존재한다. 저자화대는 주로 칼데라 바깥 사면 및 안쪽 중심부에 나타난다. 이러한 특징들은 기존 연구에서 열수광상이 나타났던 칼데라 정상부 안쪽이나 또는 정상부 바깥쪽 사면에 고이상대와 저자화대가 나타나는 것과 유사한 특성을 지닌다. 탄성파단면자료와 비교하여 자력모델링을 한 결과, 각 측선들의 모델 값과 측정값의 차이인 RMSE값은 약 20 nT를 나타내어 연구지역에 대한 자력 모델링한 결과가 측정 결과와 잘 부합되어진다고 판단된다. 모델링과 자화분포에 의한 열수광상 부존예상지역은 칼데라들의 안쪽이나 칼데란 주변 지역에 위치할 것으로 추정된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We acquired the magnetic and bathymetry data around the TA (Tofua Arc) 22 seamount in the Lau Basin for finding submarine hydrothermal deposits. From the data, we estimated the magnetic characteristics in the study area. The bathymetry shows that TA 22 seamount consists of the western and eastern summits. Each summit exhibits a caldera. The western caldera is smaller, but deeper than the eastern caldera. The slope gradients of the TA 22 are steeper around ~1000 m depth range and relatively gentle at the summit areas with the small difference of two calderas. The magnetic properties of TA 22 seamount present high anomalies at the summit and the vicinity of the caldera. Low magnetization zones appear over the outer flanks and center of the calderas. These magnetic patterns are similar to the previous studies which had represented high anomalies and low magnetization zones inside of the summit area or on the flank of the outside of the summit area. The results of the 2D magnetic forward modeling with seismic profiles show about 20 nT of RMSEs (root mean square error) between the modeled and observed values. The low RMSEs proposes a good correlation between the modeled 2D structure and the geophysical observation in this study area. Based on the modeling and magnetization distribution, hydrothermal deposits are predicted to be located at the inner area of the calderas or at small mounds around caldera rims.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

174°)을 지구중심에 수직하는 방향(복각 90°, 편각 0°)으로 표현하여 이상대의 해석을 좀 더 용이하게 할 수 있는 자기극 변환(Reduction to the Pole: RTP)을 수행하였다. 그리고 이번 연구에서는 연구지역의 기본지자기 배경 및 특성파악과 연구지역의 열수광상의 위치를 추정하고자 Parker and Heustis (1974)가 고안한 방법을 이용하여 자기이상으로부터 해저지형의 영향을 제거한 자화의 세기를 계산하였다. Parker and Heustis(1974)는 일정한 방향으로 자화된 층을 가정하여 자화의 세기를 추정하였으며 그 기본방정식은 다음과 같다.
이 중 TA 22 해저산에 해당하는 지역의 해저지형자료와 해상지자기 자료를 이용하여 해저지형과 지자기분포, 자화분포를 함께 분석하였다. 또한 자기이상을 통해 자력모델링을 계산하고 탄성파단면자료와 비교하여 지자기 및 해저지구조 특성을 연구하고자 한다.
한편 자력모델링은 일반적으로 지질 매질 내부 구조에 대한 분해능이 다른 지구물리 자료 보다 상대적으로 제한적이다. 이를 보완하기 위하여 이번 연구에서는 탄성파 자료와 함께 연계하여 자력모델링을 수행하였다. 먼저 상대적으로 수직적인 분해능이 좀 더 뛰어난 탄성파 단면을 참고하여 대략적인 지구조를 구분한 후, 본 연구지역에 해당되는 국외에서 연구된 해저황화광상들의 특징, 그리고 중앙해령과 섭입대를 포함한 전 세계적인 해저지자기 연구들을 종합적으로 참고하여 최종적으로 자력모델링을 수행하였다.
획득한 해상 지자기자료는 우리가 원하는 지각에 의한 자기 영향만이 측정되지 않고 측정된 위치에서의 모든 광역성분이 같이 측정되기 때문에 광역성분에서 지각에 의한 자기이상 성분만을 추출해야한다. 이번 연구에서는 실제 지자기장에 가장 근사시킨 탐사기간에 적용할 수 있는 국제 표준 지자기장(International Geomagnetic Reference Field: IGRF)인 IGRF2005을 이용하여 측정지자기자료에서 광역성분을 제거하여 지각 내 지질암상에 의한 자성차 및 지구조의 변화를 알 수 있는 자기이상을 추출하였다. 한편 공간적인 광역성분과 다른 시간적인 일변화량을 연구지역에서 가까운 육지에 고정관측점을 설치하여 그 변화량을 따로 보정해야 더욱 정확한 자료를 사용할 수 있다.

가설 설정

기본 모델의 구조는 심부에서 맨틀이 올라오면서 그로 인한 화성기반암들이 생성되어 현재의 지구조를 형성하는 것으로 설계하였다. 그리고 연구지역을 고려하였을 때 여러 화성활동이 활발하여 마그마에 의한 자성물질들이 많이 상승한 측면을 고려하여 심부층보다는 천부층의 자기 감수율이 더 많이 반영되도록 가정하였다. 또한 칼데라 중심부로 마그마가 올라오면서 분화구 지하 주변의 암석들은 마그마로 인한 변질대와 현무암질 기반의 복합암석들이 존재할 것으로 예상하였으며 칼데라 주변에 있는 열수분출구 등성이(Vent)들은 관입암상에서 연결되어 만들어졌을 것으로 예상한 기존 연구결과들을 고려하였다(Alvarenga et al.
이를 통해서 일정한 자화 층에 대한 자화의 세기를 산출할 수 있다. 이 방법은 푸리에변환을 이용하기 때문에 비교적 빠르고 쉬운 분석방법으로서 해저열수광상의 존재와 분포를 추정하는 데에 유용하며 이번 연구에서는 자화 층의 두께를 일반적으로 널리 사용하는 약 300 m으로 가정하여 계산하였다. 본 연구 결과에 대해 불확실성을 최소화하기 위해 탐사 처리 자료로부터 산출한 자기극 변환된 자기이상값과 탐사지역 내에서 이루어진 해저 탄성파 탐사를 통해 얻어진 탄성파단면을 함께 비교분석하여 2차원 순차(Forward) 자력모델링을 수행하였다.

제안 방법

Table 1. The magnetic susceptibility list used for magnetic modeling of this study.
그래서 이번 연구에서는 연구지역의 자기이상에서의 두 방향(복각 −46.436°, 편각 14.174°)을 지구중심에 수직하는 방향(복각 90°, 편각 0°)으로 표현하여 이상대의 해석을 좀 더 용이하게 할 수 있는 자기극 변환(Reduction to the Pole: RTP)을 수행하였다.
동쪽 칼데라 지역에 해당하는 B-B’단면의 기본모델도 서쪽 칼데라와 유사하게 설명될 수 있는 모델이지만 다만 동쪽 칼데라 지역은 칼데라 정상부 바깥사면 주변에 열수분출구 등성이가 곳곳에 위치하는 것으로 판단된다. 그러므로 관입암상에서 열수분출구 등성이 지역으로 하부물질이 연결되었을 것으로 모델링하였다. 한편 동쪽 칼데라 정상부 안쪽은 서쪽 칼데라와는 다르게 화산폭발 후 추가적인 화산 돔 지형이 보이며 그 위로 열수 등성이 지형이 나타남으로 이러한 지역은 돔 및 열수작용에 의해 열수광체가 생성될 수 있을 것으로 예상하였다.
모델링 시 하부지각으로부터 올라오는 마그마물질이 화성관입암체를 형성하고 관입통로를 통해 분출하여 화산 폭발한 모델로 설정하였다. 그리고 칼데라 안쪽으로 단층 및 균열을 따라 해수로부터 열수변질작용에 의한 열수변질대가 형성되는 칼데라 지하구조를 설계하였다. 서쪽 칼데라는 화산작용으로 인한 칼데라 퇴적층과 황화광물들의 집중되어 있을 것으로 예상되는 광화 작용대를 구분하여 모델링했으며 동쪽 칼데라 지역은 칼데라 정상부 바깥사면 주변에 열수분출구 등성이가 곳곳에 위치하고 화산폭발 후 추가적인 화산 돔 지형과 열수 등성이에서 열수광체가 생성되었을 것으로 예상하였다.
모델의 천부 지구조는 탄성파단면자료에서 표현된 구조선을 기반으로 각 구조선으로 구분된 구역에 자기 감수율을 가정하고 자기 감수율로부터 계산된 자기이상값을 측정된 자기이상값과 비교 및 조정하여 해저지구조를 분석하였다. 기본 모델의 구조는 심부에서 맨틀이 올라오면서 그로 인한 화성기반암들이 생성되어 현재의 지구조를 형성하는 것으로 설계하였다. 그리고 연구지역을 고려하였을 때 여러 화성활동이 활발하여 마그마에 의한 자성물질들이 많이 상승한 측면을 고려하여 심부층보다는 천부층의 자기 감수율이 더 많이 반영되도록 가정하였다.
먼저 상대적으로 수직적인 분해능이 좀 더 뛰어난 탄성파 단면을 참고하여 대략적인 지구조를 구분한 후, 본 연구지역에 해당되는 국외에서 연구된 해저황화광상들의 특징, 그리고 중앙해령과 섭입대를 포함한 전 세계적인 해저지자기 연구들을 종합적으로 참고하여 최종적으로 자력모델링을 수행하였다. 따라서 결과적으로 탄성파단면과 정확하게 일치하지 않거나 조금은 탄성파에서 표현되지 않는 magnetic bodies가 모델링에 표현된 측면이 있을 수 있으며 또한 이러한 자력 순차모델링은 국내는 물론 국외에서도 magnetic bodies들에 대해 명확하게 기준화된 자료가 없고 또한 각 분야의 연구자들마다표현하는 지구조 구분명칭 및 연구지역에 따른 특징적인 지질표현들이 다소 다르기 때문에 본문에서 사용된 magnetic bodies에 대한 명칭은 국외에서 연구된 황화광상 연구 및 기타 화산자료를 참고 및 수정하여 본문에 인용하였다(BlancoMontegrro et al., 2007; Shanks et al., 2012; Napoli et al., 2007; Nirrengarten et al., 2014). KIOST (2010)에서 발행된 보고서에 의하면 동쪽 칼데라가 먼저 형성되고 서쪽 칼데라가보다 후기에 생성되었다고 알려져 있으며 서쪽 칼데라 내부 북쪽 사면에서 드렛지(Dredge)한 결과 다량의 현무암질 안산암이 획득되었다고 보고된 바 있다.
org)에서 본 연구지역에 대한 가장 가까운 관측지점 2지점인 Apia(사모아), Eyrewell(뉴질랜드)이 연구지역과 각각 약 1,200과 2,400 km 정도 떨어져 있고 본 연구자료의 해상도(1초 간격)와 Intermagnet 관측소자료의 해상도(1분 간격)가 다름으로 연구지역을 대표하는 일변화보정자료로 사용하기엔 어려움이 있었다. 따라서 본 연구는 육상고정관측소자료를 통한 직접적인 일변화보정 대신 조사한 지자기 자료에서 측선이 겹쳐지는 모든 지점의 총변화량을 확인하여 시간변화에 따른 동일지점의 변화량을 Leveling으로 맞추어 시간변화에 따른 영향을 최소화하는 방식으로 일변화보정을 생략하였다. 자기이상으로부터 여러 가지 수학적인 분석이 가능하지만 일반적인 지자기분석에 가장 많이 쓰이는 기법은 아날리틱 신호분석과 자기극 변환 분석이다.
예인 중에는 자력계가 해수면에서 약 5 m 이내 범위에 위치하였으며 선속을 약 10 knot로 일정하게 유지하여 균일한 자료획득을 위해 노력하였다. 또한 SeaLINK프로그램을 활용하여 DGPS으로 측정된 선박위치, 관측시간, 지자기관측값, 예인심도 및 견인거리에 의한 실제 자력계 위치를 SeaLINK프로그램을 통해 연동하여 함께 획득하였다. Fig.
이를 보완하기 위하여 이번 연구에서는 탄성파 자료와 함께 연계하여 자력모델링을 수행하였다. 먼저 상대적으로 수직적인 분해능이 좀 더 뛰어난 탄성파 단면을 참고하여 대략적인 지구조를 구분한 후, 본 연구지역에 해당되는 국외에서 연구된 해저황화광상들의 특징, 그리고 중앙해령과 섭입대를 포함한 전 세계적인 해저지자기 연구들을 종합적으로 참고하여 최종적으로 자력모델링을 수행하였다. 따라서 결과적으로 탄성파단면과 정확하게 일치하지 않거나 조금은 탄성파에서 표현되지 않는 magnetic bodies가 모델링에 표현된 측면이 있을 수 있으며 또한 이러한 자력 순차모델링은 국내는 물론 국외에서도 magnetic bodies들에 대해 명확하게 기준화된 자료가 없고 또한 각 분야의 연구자들마다표현하는 지구조 구분명칭 및 연구지역에 따른 특징적인 지질표현들이 다소 다르기 때문에 본문에서 사용된 magnetic bodies에 대한 명칭은 국외에서 연구된 황화광상 연구 및 기타 화산자료를 참고 및 수정하여 본문에 인용하였다(BlancoMontegrro et al.
해저열수광상 자원탐사와 관련하여 연구지역의 자력특성으로부터 지구조를 파악하고 분석하기 위해 탄성파단면자료를 참고하여 총 3개의 단면에 대해 2차원 순차 자력모델링을 수행하였다. 모델링 시 하부지각으로부터 올라오는 마그마물질이 화성관입암체를 형성하고 관입통로를 통해 분출하여 화산 폭발한 모델로 설정하였다. 그리고 칼데라 안쪽으로 단층 및 균열을 따라 해수로부터 열수변질작용에 의한 열수변질대가 형성되는 칼데라 지하구조를 설계하였다.
, 2013). 모델의 천부 지구조는 탄성파단면자료에서 표현된 구조선을 기반으로 각 구조선으로 구분된 구역에 자기 감수율을 가정하고 자기 감수율로부터 계산된 자기이상값을 측정된 자기이상값과 비교 및 조정하여 해저지구조를 분석하였다. 기본 모델의 구조는 심부에서 맨틀이 올라오면서 그로 인한 화성기반암들이 생성되어 현재의 지구조를 형성하는 것으로 설계하였다.
이 방법은 푸리에변환을 이용하기 때문에 비교적 빠르고 쉬운 분석방법으로서 해저열수광상의 존재와 분포를 추정하는 데에 유용하며 이번 연구에서는 자화 층의 두께를 일반적으로 널리 사용하는 약 300 m으로 가정하여 계산하였다. 본 연구 결과에 대해 불확실성을 최소화하기 위해 탐사 처리 자료로부터 산출한 자기극 변환된 자기이상값과 탐사지역 내에서 이루어진 해저 탄성파 탐사를 통해 얻어진 탄성파단면을 함께 비교분석하여 2차원 순차(Forward) 자력모델링을 수행하였다.
본 연구는 해저열수광상 자원탐사와 관련하여 연구지역의 자력특성으로부터 지구조를 파악하고 분석하기 위해 Geosoft사 Oasis Montaj GM-SYS 프로그램을 이용하여 TA 22 해저산 단면에 대한 2차원 순차 자력모델링을 실시하였다. 자기 감수율(magnetic susceptibility)은 물질이 자화될 수 있는 정도를 나타내는 기준으로 암석의 자화의 세기는 포함된 자성광물의 자화율에 주변 자기장을 곱하여 구해질 수 있다(Lille, 1999).
기본모델은 하부지각으로부터 올라오는 마그마물질이 화성관입암체를 형성하고 관입통로를 통해 분출하여 화산폭발한 모델이며 칼데라 안쪽으로 단층 및 균열을 따라 해수가 해저로 들어가 열수변질작용을 하여 열수변질대가 나타나는 칼데라 지하구조를 형성함을 보여주고 있다. 서쪽 칼데라 정상부는 해저지형 및 탄성파단면으로부터 열수 등성이 지형이 확실히 파악되진 않았지만 화산작용으로 인한 칼데라 퇴적층과 황화광물들의 집중되어 있을 것으로 예상되는 광화 작용대를 구분하여 모델링하였다. Fig.
그리고 칼데라 안쪽으로 단층 및 균열을 따라 해수로부터 열수변질작용에 의한 열수변질대가 형성되는 칼데라 지하구조를 설계하였다. 서쪽 칼데라는 화산작용으로 인한 칼데라 퇴적층과 황화광물들의 집중되어 있을 것으로 예상되는 광화 작용대를 구분하여 모델링했으며 동쪽 칼데라 지역은 칼데라 정상부 바깥사면 주변에 열수분출구 등성이가 곳곳에 위치하고 화산폭발 후 추가적인 화산 돔 지형과 열수 등성이에서 열수광체가 생성되었을 것으로 예상하였다. 본 연구에서 실시한 자력모델링 결과, 각 측선들의 모델값과 측정값의 차이인 RMSE값은 약 20 nT를 나타나고 각 모델값과 측정값의 표준편차의 평균차가 약 3.
2). 이 중 TA 22 해저산에 해당하는 지역의 해저지형자료와 해상지자기 자료를 이용하여 해저지형과 지자기분포, 자화분포를 함께 분석하였다. 또한 자기이상을 통해 자력모델링을 계산하고 탄성파단면자료와 비교하여 지자기 및 해저지구조 특성을 연구하고자 한다.
본 연구에서 획득하여 사용한 지자기자료는 Marine magnetics사의 Overhouser magnetometer인 SeaSPY를 이용하여 2009년 10월 8일부터 10일까지 측정하였다. 자력계 운용 시 선박은 자성물체의 하나이기 때문에 선체의 영향을 자력계로부터 최소화시키기 위해 온누리호 선미에서 250 m 거리를 유지하면서 자력계를 예인하였고 선박에 장착된 DGPS와 선미까지의 거리(32 m)를 측정하여 자력 조사 시 거리를 보정하였다. 한편 정확한 거리 측정 및 안정적 견인을 위해 선체 윈치(winch)를 사용하였다.
탄성파단면은 TA 22 해저산의 각 칼데라 중앙부위를 N-S방향으로 지나가는 A-A’단면(서쪽 칼데라), B-B’단면(동쪽칼데라)과 두 칼데라 중앙부위를 E-W방향으로 지나가는 C-C’단면 총 3개의 복수 단면을 선택하였으며 각 단면마다 특징적으로 표현된 해저지구조를 참고하여 단일 단면 모델링으로부터 야기될 수 있는 오차를 최소화하고자 하였다.
, 2011; Hansen, 2006). 한편 열수광물들이 집중되어 있는 곳은 해저산이 폭발 후 잔여 마그마가 미처 분출하지 못하거나 분출되었으나 칼데라 바깥으로 벗어나지 못하고 칼데라 안쪽에 등성이 또는 면에 열수광상으로 형성된 것을 예상하여 모델링하였다(Shanks et al., 2012). 모델링에 사용한 자기 감수율 값은 SI 단위계를 기준으로 하여 하부지각(Lower Crust)약 0.
2는 TA 22 해저산에 대한 해저지형을 2차원과 3차원으로 나타낸 그림이다. 해저산에 대해 각각 남북 9개 측선, 동서 측선 6개씩 약 1마일 간격으로 탐사를 실시하였다.
해저열수광상 자원탐사와 관련하여 연구지역의 자력특성으로부터 지구조를 파악하고 분석하기 위해 탄성파단면자료를 참고하여 총 3개의 단면에 대해 2차원 순차 자력모델링을 수행하였다. 모델링 시 하부지각으로부터 올라오는 마그마물질이 화성관입암체를 형성하고 관입통로를 통해 분출하여 화산 폭발한 모델로 설정하였다.

대상 데이터

817 nT를 나타내고 기본 모델을 설계한 모델값과 실측값이 대체적으로 일치하는 경향을 보인다. 기본모델은 하부지각으로부터 올라오는 마그마물질이 화성관입암체를 형성하고 관입통로를 통해 분출하여 화산폭발한 모델이며 칼데라 안쪽으로 단층 및 균열을 따라 해수가 해저로 들어가 열수변질작용을 하여 열수변질대가 나타나는 칼데라 지하구조를 형성함을 보여주고 있다. 서쪽 칼데라 정상부는 해저지형 및 탄성파단면으로부터 열수 등성이 지형이 확실히 파악되진 않았지만 화산작용으로 인한 칼데라 퇴적층과 황화광물들의 집중되어 있을 것으로 예상되는 광화 작용대를 구분하여 모델링하였다.
모델의 심부 지구조는 2013년 스크립스 해양연구소(Scripps Institution of Oceanography, UCSD, USA)에서 전 지구를 1분 간격으로 총 8개의 층으로 나누어 하부지각까지 지각구조를 표현한 CRUST 1.0에서 참고한 맨틀 및 상하부 지각 층 두께 자료를 사용하였다(Laske et al., 2013). 모델의 천부 지구조는 탄성파단면자료에서 표현된 구조선을 기반으로 각 구조선으로 구분된 구역에 자기 감수율을 가정하고 자기 감수율로부터 계산된 자기이상값을 측정된 자기이상값과 비교 및 조정하여 해저지구조를 분석하였다.
본 연구는 2009년 한국해양기술원 연구선 온누리호를 이용하여 라우분지 동쪽에 위치하고 있는 TA (Tofua Arc) 내 여러 해산들을 대상으로 지구물리조사를 수행하였다(Fig. 2). 이 중 TA 22 해저산에 해당하는 지역의 해저지형자료와 해상지자기 자료를 이용하여 해저지형과 지자기분포, 자화분포를 함께 분석하였다.
본 연구에서 획득하여 사용한 지자기자료는 Marine magnetics사의 Overhouser magnetometer인 SeaSPY를 이용하여 2009년 10월 8일부터 10일까지 측정하였다. 자력계 운용 시 선박은 자성물체의 하나이기 때문에 선체의 영향을 자력계로부터 최소화시키기 위해 온누리호 선미에서 250 m 거리를 유지하면서 자력계를 예인하였고 선박에 장착된 DGPS와 선미까지의 거리(32 m)를 측정하여 자력 조사 시 거리를 보정하였다.
, 2006). 본 연구와 관련된 Tofua Arc는 라우분지 동쪽에 위치하고 있는 화산전진대로서 크기가 다양한 활동성 해저산 및 칼데라로 이루어져 있으며 열수활동과 열수광상이 많이 존재하고 주로 복잡하고 다양한 성층화산으로 구성되어 있다(Fig. 1; Arculus, 2005; Choi, 2014; Massouth et al., 2007).
하지만 자화의 세기는 지역에 따라 경계의 확장속도, 열수변질 및 변질작용온도에 따라 변화할 수 있는 여지가 있으므로 자화분포에 의한 해저열수광상 등 자력분포특성 분석보다는 자기 감수율 분포를 기반으로 한 자력모델링으로부터 파악한 해저지구조와 연구지역의 자화분포를 함께 상호 보완하여 분석한다면 연구지역에 대한 자력특성을 더욱 정확히 분석할 수 있을 것으로 판단된다. 자력모델을 설계할 때 좀 더 정확한 해저지구조를 설계하고자 지자기 탐사와 동시 수행하여 획득한 탄성파단면자료를 참고하였다. 탄성파단면은 TA 22 해저산의 각 칼데라 중앙부위를 N-S방향으로 지나가는 A-A’단면(서쪽 칼데라), B-B’단면(동쪽칼데라)과 두 칼데라 중앙부위를 E-W방향으로 지나가는 C-C’단면 총 3개의 복수 단면을 선택하였으며 각 단면마다 특징적으로 표현된 해저지구조를 참고하여 단일 단면 모델링으로부터 야기될 수 있는 오차를 최소화하고자 하였다.

이론/모형

이를 토대로 종합적으로 고려하였을 때 각 칼데라마다 전체적인 자기 감수율값 분포는 유사하지만 각 생성환경 및 생성시기에 따라 자기 감수율값 변화를 보일 수 있음을 예상할 수 있다. 자력모델링에서는 TA 22 해저산의 단층 및 균열부 또는 특이한 지질구조를 알 수 있는 수직해상도가 높지 않는 측면이 있으나 자력모델링할 때 칼데라 주변 단층들의 통로를 통해서 열수가 흐르는 것으로 해석하는 기존 논문들(Kim et al., 2013; Shanks et al., 2012; Ross and Mercier-Langevin, 2014)을 참조하였고 또한 탄성파단면을 참조하여 칼데라에 나타는 지질구조 및 열수와 관련되어 보이는 지역과 해저산의 주요한 활동기작으로 예상되는 Sills와 같은 화성관입암체 위치를 유추하였다.

성능/효과

A-A’단면과 B-B’단면의 각각 설계했던 기본 모델방향을 C-C’단면에서도 똑같이 적용하여 표현되었을 때 모델값과 측정값이 거의 일치함으로 각 단면에 의한 칼데라의 모델링이 잘 되었음을 확인하였다.
260을 나타내었다. 더불어 모델값과 측정값의 상관계수를 구한 결과, 각 단면들의 상관계수가 평균 약 0.997를 나타내어 탄성파단면과 함께 자력모델링한 결과가 측정 결과와 잘 부합되어진다고 판단된다.
, 1996). 따라서 위에 언급된 최근 여러 지질학적 정보를 종합하였을 때 이 지역에서의 나타나는 자화분포 중 상대적인 고자화대는 기존 연구에서 알려진 느린 확장속도에서 나타나는 사문석화에 의한 강한 화학잔류자화로 설명하기보다는 일종의 중앙고자화이상과 같은 젊은 현무암질 암석으로부터 강하게 자화된 암석에 의한 고자화대임을 예상할 수 있다.
또한 C-C’단면의 자력모델링은 각 단면의 자력모델링으로 확인 가능한 칼데라의 특징 외에 두 칼데라를 같이 모델링함으로 각 칼데라의 차이를 더욱 명확히 파악이 가능하였다.
또한 모델값이 측정값과 잘 맞는지 검정하기 위해 상관계수(Correlation Coefficient: CC)를 구한 결과, A-A’단면은 약 0.997, B-B’단면은 약 0.997, C-C’단면은 약 0.995를 나타내어 모델값과 측정값의 분포가 매우 유사함을 확인하였다(Table 2).
서쪽 칼데라는 화산작용으로 인한 칼데라 퇴적층과 황화광물들의 집중되어 있을 것으로 예상되는 광화 작용대를 구분하여 모델링했으며 동쪽 칼데라 지역은 칼데라 정상부 바깥사면 주변에 열수분출구 등성이가 곳곳에 위치하고 화산폭발 후 추가적인 화산 돔 지형과 열수 등성이에서 열수광체가 생성되었을 것으로 예상하였다. 본 연구에서 실시한 자력모델링 결과, 각 측선들의 모델값과 측정값의 차이인 RMSE값은 약 20 nT를 나타나고 각 모델값과 측정값의 표준편차의 평균차가 약 3.260을 나타내었다. 더불어 모델값과 측정값의 상관계수를 구한 결과, 각 단면들의 상관계수가 평균 약 0.
또한 탄성파단면자료로부터 두 칼데라지역에 대하여 단순 분화구인지 아니면 일반적인 칼데라 정상부인지 확실히 판단하기가 어려운 측면이 있음으로 해저산 정상부에 대한암석학적인 연구와 같은 좀 더 정밀한 연구가 수행되어야 될 것으로 생각된다. 본 연구에서 실시한 자력모델링 결과, 측정된 자기이상값과 계산되어진 모델 자기이상값의 분포가 유사하며 각 측선들의 모델값과 측정값의 차이인 제곱근평균오차(RMSE)는 약 18.224 nT을 나타나고 각 모델값과 측정값의 표준편차(Standard Deviation: SD)의 평균차가 약 3.260을 나타남으로 탄성파단면과 함께 자력모델링한 결과가 잘 부합되어진다고 판단된다(Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11, Table 2). 또한 모델값이 측정값과 잘 맞는지 검정하기 위해 상관계수(Correlation Coefficient: CC)를 구한 결과, A-A’단면은 약 0.
따라서 암석의 자기 감수율과 자화의 세기는 다소 유사한 상관관계를 지닐 수 있다. 본 연구지역처럼 젊은 지질연대를 가지고 있고 암석과 광물이 만들어지는 지역인 경우에는 암석형성시기가 짧기 때문에 자성체에 의한 풍화가 적을 확률이 높음으로 자화의 세기와 자기 감수율은 비교적 좋은 상관관계를 가질 수 있다고 예상할 수 있다. 하지만 자화의 세기는 지역에 따라 경계의 확장속도, 열수변질 및 변질작용온도에 따라 변화할 수 있는 여지가 있으므로 자화분포에 의한 해저열수광상 등 자력분포특성 분석보다는 자기 감수율 분포를 기반으로 한 자력모델링으로부터 파악한 해저지구조와 연구지역의 자화분포를 함께 상호 보완하여 분석한다면 연구지역에 대한 자력특성을 더욱 정확히 분석할 수 있을 것으로 판단된다.
서쪽 칼데라는 정상부의 수심이 약 −850 m, 칼데라 중심의 기저부 수심은 약 −1,400 m, 칼데라 깊이는 약 550 m, 칼데라 좌우 직경은 약 3,500 m에 이르며, 동쪽 칼데라는 정상부의 수심이 약 −550m, 칼데라 중심의 기저부 수심은 약 −800 m, 칼데라 깊이는 약 250 m, 칼데라 좌우 직경은 약 4,500 m으로 서쪽 칼데라는 동쪽 칼데라에 비해 정상부 직경은 작은 반면 더욱 깊게 함몰된 지형을 나타내고 있다.
KIOST (2010)에서 발행된 보고서에 의하면 동쪽 칼데라가 먼저 형성되고 서쪽 칼데라가보다 후기에 생성되었다고 알려져 있으며 서쪽 칼데라 내부 북쪽 사면에서 드렛지(Dredge)한 결과 다량의 현무암질 안산암이 획득되었다고 보고된 바 있다. 이를 토대로 종합적으로 고려하였을 때 각 칼데라마다 전체적인 자기 감수율값 분포는 유사하지만 각 생성환경 및 생성시기에 따라 자기 감수율값 변화를 보일 수 있음을 예상할 수 있다. 자력모델링에서는 TA 22 해저산의 단층 및 균열부 또는 특이한 지질구조를 알 수 있는 수직해상도가 높지 않는 측면이 있으나 자력모델링할 때 칼데라 주변 단층들의 통로를 통해서 열수가 흐르는 것으로 해석하는 기존 논문들(Kim et al.
자력모델링과 자기 감수율로부터 기인된 자화의 세기 분포를 함께 분석한 결과, 자력모델링과 자화분포에 의하여 열수광상 부존 가능한 예상지역은 각 칼데라 정상부 안쪽지역에 위치할 것으로 추정되지만 칼데라 바깥 사면 쪽에 위치한 소규모의 돌출된 지역 및 사면 아래쪽에도 열수광상이 있을 수 있다고 예상된다.
, 1986). 전체적으로 Min et al. (1986)에서 제시한 다양한 여러 암석 및 광물의 자기 감수율 범위를 근거로 설정하였고 크게 두 분류로 나누어 하부지각의 마그마가 냉각하여 결정작용이 진행됨에 따라 생성되는 화성암류 등은 대략 0.006 ~ 0.15 정도 범위로, 마그마 통로 및 칼데라 주위에서 황철석, 자류철석, 자철석류가 많이 있을 수 있는 관입 통로, 등성이층, 광화작용대등은 일반 화성암류보다 좀 더 강한 대략 0.15 이상으로 자기 감수율 값을 설정하였다. 이와 같은 자기 감수율 설정은 일반적인 평균 자기 감수율을 기준으로 설정하였기 때문에 실제 해저산에서 나타날 수 있는 실측값과 차이가 있을 수 있으며 또한 자기 감수율 관측값과 모델값을 맞추는 자력 모델링 과정에서 over-fitting(과적합)으로 인한 다소 강한 자기 감수율값이 적용되어 설정될 수 있다.

후속연구

또한 동쪽 칼데라와 서쪽 칼데라의 생성시기에 따른 관입암체 개수 차이와 각 정상부의 다른 구조모델로 인해 두 칼데라의 화산폭발의 형태가 다소 다를 수 있음을 예상할 수 있다. 또한 탄성파단면자료로부터 두 칼데라지역에 대하여 단순 분화구인지 아니면 일반적인 칼데라 정상부인지 확실히 판단하기가 어려운 측면이 있음으로 해저산 정상부에 대한암석학적인 연구와 같은 좀 더 정밀한 연구가 수행되어야 될 것으로 생각된다. 본 연구에서 실시한 자력모델링 결과, 측정된 자기이상값과 계산되어진 모델 자기이상값의 분포가 유사하며 각 측선들의 모델값과 측정값의 차이인 제곱근평균오차(RMSE)는 약 18.
, 2015). 이렇듯 해저열수광상 연구지역에 대하여 전반적인 지질환경과 과거 및 현재의 형성기작을 파악한다면 해저열수광상에 대한 좀 더 정확한 분석이 가능할 수 있겠다. TA 22 해저산이 속한 통가 라우분지 지역은 상대적으로 확장속도가 빠른 지역에 속한다(Ruellan, et al.
연구지역에서 자화의 세기 분포와 2차원 순차 모델링 결과가 불일치된다고 판단되는 지역은 포텐셜 자료로부터 유래할 수 있는 비유일적인 모델의 결과값, 자화역산 시 가정되는 자화층의 두께 및 자화방향 등 적절한 고려되어야 할 자화설정의 불확실성 및 연구지역의 타 지구물리 및 지질관련 자료 부족으로 인한 것이라 판단된다. 특히 본 연구에서 수행한 2차원 순산 모델링은 해양지각 및 해저화산과 같은 환경에서 여러 잔류자화 영향에 의한 오차를 미처 충분히 고려하지 못한 측면이 있으며 향후 최근 활발히 연구되고 있는 유도자화와 잔류자화를 분리하여 계산하는 3차원 자력벡터역산(3D Magnetization Vector Inversion: MVI)을 이용하여 좀 더 정확한 지구조 모델링 결과를 도출해야할 필요성이 있다(Kubota and Uchiyama, 2005; Lelievre and Odenburg, 2009; Li and Oldenburg, 1996; Morris et al., 2007; Shearer and Li, 2004; Wang et al., 2004). 한편 최근 섭입대 같은 판 경계구조의 움직임을 자세히 연구한 결과 심부층의 Slab roll-back 또는 천부층의 Slab tear fault 같은 지구조의 변형이 발생된다고 보고되고 있으며(Cocchi et al.
본 연구지역처럼 젊은 지질연대를 가지고 있고 암석과 광물이 만들어지는 지역인 경우에는 암석형성시기가 짧기 때문에 자성체에 의한 풍화가 적을 확률이 높음으로 자화의 세기와 자기 감수율은 비교적 좋은 상관관계를 가질 수 있다고 예상할 수 있다. 하지만 자화의 세기는 지역에 따라 경계의 확장속도, 열수변질 및 변질작용온도에 따라 변화할 수 있는 여지가 있으므로 자화분포에 의한 해저열수광상 등 자력분포특성 분석보다는 자기 감수율 분포를 기반으로 한 자력모델링으로부터 파악한 해저지구조와 연구지역의 자화분포를 함께 상호 보완하여 분석한다면 연구지역에 대한 자력특성을 더욱 정확히 분석할 수 있을 것으로 판단된다. 자력모델을 설계할 때 좀 더 정확한 해저지구조를 설계하고자 지자기 탐사와 동시 수행하여 획득한 탄성파단면자료를 참고하였다.
, 2004). 한편 최근 섭입대 같은 판 경계구조의 움직임을 자세히 연구한 결과 심부층의 Slab roll-back 또는 천부층의 Slab tear fault 같은 지구조의 변형이 발생된다고 보고되고 있으며(Cocchi et al., 2017; Gutscher et al., 2015; Mukhopadhyay and Dasgupta, 2014), 이러한 정보들을 통해 향후 본 연구를 좀 더 보완한다면 더욱 좋은 해저열수광상 지역의 심해 자력특성 및 지구조 연구를 수행할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해저열수광상이란 무엇인가?	, 2003). 이렇게 해저에서 열수분출과정에 의해 만들어지는 광상을 해저열수광상이라고 하며 주로 중앙해령(Mid-ocean ridge), 해구(Trench), 배호분지 및 확장대(Backarc basin & Spreading zone)같이 화산활동이 매우 활발한 지역에서 열수활동에 의해 만들어지고 있는 것으로 알려져 있다(Kennett, 1982). 주로 해저열수광상이 발견되고 있는 지역은 북서태평양, 남서태평양, 동태평양, 중앙대서양 등으로 알려져 있다(Both et al.
	해양 광물자원이 육지에 비해 갖는 매력은 무엇인가?	최근 전 세계적으로 산업전반에 쓰이는 원자재 및 여러 광물금속들의 수요가 급증함에 따라 각국에서는 안정적인 자원 확보에 힘을 쏟고 있으며 특히 그 가운데서도 니켈, 구리, 코발트, 희토류 등 여러 전략광물자원에 관심이 증대되고 있다. 이러한 광물자원들은 육지에서는 이미 많은 곳에서 개발함에 따라 매장량도 점점 떨어지고 있으며 그로 인해 개발이 힘들어지는 반면 해양에서는 주로 마그마 및 열수분출에 의하여 해저 암층과 해저 표층에 광물 자원들이 집적된 후 시간이 지나면서 침식 및 풍화가 거의 되지 않는 상태로 퇴적되어 상대적으로 단위면적 당 높은 금속함량을 가지고 있다(Kim et al., 2008; Park et al.
	저자화이상현상은 어떻게 발생하는가?	해저열수광상에서 열수분출공 및 열수유체는 광상을 찾기 위한 매우 중요한 인자가 된다. 해양지각에서 지각 틈을 따라 유입된 해수는 근처의 마그마에 의해 여러 화학작용을 거치면서 열수유체가 되고 그 열수유체는 상부지각이 포함하고 있는 자성광물같은 물질을 포함하여 해저면까지 분출되면서 나오게 된다(Alt, 1995; Humphris, 1995). 이 과정에서 큐리 온도(Curie temperature) 이상보다 높은 온도의 마그마로 인해 열수 유체에 포함된 자성광물은 상대적으로 낮은 자성을 가진 광물들로 변질되거나 또는 자성을 잃게 된다. 따라서 이러한 저자화이상현상을 이용하여 해저열수광상을 찾는 자력탐사를 타 탐사기법들과 함께 사용하면 좀 더 효과적으로 열수광상부존 탐사에 사용할 수 있다(Ishibash and Urabe, 1995; Kim et al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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