[논문]황해 중동부 해역 YSDP-105 심부코어 지점의 지음향 모델

양우헌; 진재화; 한주영

doi:10.5467/jkess.2018.40.1.24

[국내논문] 황해 중동부 해역 YSDP-105 심부코어 지점의 지음향 모델
Geoacoustic Model at the YSDP-105 Long-core Site in the Mid-eastern Yellow Sea 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.40 no.1, 2019년, pp.24 - 36

양우헌 (전북대학교 과학교육학부) , 진재화 (한국지질자원연구원) , 한주영 (국방과학연구소)

초록
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황해 중동부에서 후기 플라이스토세-홀로세 동안 빙하기원 전 지구적 해수면 변동과 지역적인 지구조 침강은 퇴적 단위층의 중첩된 매적 양상으로 나타났다. 중첩 퇴적층은 고해상 에어건 탄성파 단면과 YSDP-105 시추코어에서 A형과 B형의 두가지 유형의 단위층으로 구분된다. A형 단위층은 주로 역이 풍부한 조립질 육성 및 인접 천해성 퇴적물인 반면, B형 단위층은 조석의 영향을 받은 세립질 퇴적물로 대부분 구성된다. 퇴적 단위층의 지층 모델에 근거하여, 이 연구는 황해 중동부 해역에 위치한 YSDP-105 시추 지점에서 심부 지층의 지음향 모델을 제시하였다. 수심 45 m의 대륙붕 지층에서 4개 지음향 단위층으로 구성된 64-m 심도의 지음향 모델을 구성하였다. 실제 모델링을 위해, 모델의 지음향 특성값은 Hamilton 모델링 방법을 이용하여 해저면 하부 현장 심도의 특성값으로 보정하였다. 이 지음향 모델은 황해 중동부 해역에서 심부 지층의 지음향 특성을 반영하는 중-저주파수 지음향 및 수중음향 실험을 위해 활용될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the mid-eastern Yellow Sea, glacio-eustatic sea-level fluctuations and a regional tectonic subsidence have combined to represent an aggradational stacking pattern of sedimentary units during late Pleistocene-Holocene. The accumulated sediments are divisible into two-type units of Type-A and Type-B in high-resolution air-gun seismic profiles and the deep-drilled core of YSDP-105. Type-A unit largely comprises clast-rich coarse-grained sediments of non-marine to paralic origin, whereas Type-B unit consists mostly of tidal fine-grained sediments. Based on a bottom model of the sedimentary units, this study suggested a geoacoustic model of long-coring bottom layers at the YSDP-105 drilling site of the mid-eastern Yellow Sea. The geoacoustic model of 64-m depth below the seafloor with four-layer geoacoustic units was reconstructed in continental shelf strata at 45 m in water depth. For actual modeling, the geoacoustic property values of the models were compensated to in situ depth values below the seafloor using the Hamilton modeling method. We suggest that the geoacoustic model will be used for geoacoustic and underwater acoustic experiments of mid- and low-frequency reflecting on the deep bottom layers in the mid-eastern Yellow Sea.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 상황에서 수십 m 심도 해저 지층의 영향을 받는 중-저주파수 음파전달을 현장실험 또는 모의실험으로 수행하는 경우, 심부 코어 자료의 부족은 실험 결과의 해석과 적용에 어려움을 준다. 이에 본 연구는 황해 중동부 지층의 수직적 지음향 특성을 파악할 수 있는 심부 지음향 모델을 제시한 것이다. 코어 퇴적물의 물성과 지음향 특성값의 상관 회귀식을 이용하여 지음향 특성값을 구하고, 시추 지점에서 Hamilton 모델링을 수행하였다(예, Hamilton, 1980; Jackson and Richardson, 2007).

제안 방법

탄성파 자료를 취득할 때 연구선의 평균 속도는 5 노트였으며, 매 2초마다 음파를 발생시켜 해저 지층에 대한 반사파 신호를 약 5 m 간격으로 수신하였다. 수신된 탄성파 자료는 지층 경계면, 지층 내부 반사형상, 지층의 기하학적 외형 등을 기준으로 탄성파 층서단위를 구분하고 분류하였다(Fig. 2).
현장에서 획득한 코어를 실험실에서 수직 방향의 2개 하프 코어로 절개하여 퇴적학적 분석을 수행하였다. 시추코어 퇴적물의 입도 분석은 0.
입도 조직의 퇴적물 유형은 Folk and Ward (1957)과 Folk (1968)의 기준에 의해 분류되었다. 탄소동위원소를 이용한 퇴적물의 연대측정을 실시하였다. 이러한 코어 분석값에 근거하여 코어 퇴적층의 퇴적상을 분류하고 구분된 퇴적상들로 구성된 암층서 및 시층서 단위를 구분하였다(KIGAM, 1996; Fig.
탄소동위원소를 이용한 퇴적물의 연대측정을 실시하였다. 이러한 코어 분석값에 근거하여 코어 퇴적층의 퇴적상을 분류하고 구분된 퇴적상들로 구성된 암층서 및 시층서 단위를 구분하였다(KIGAM, 1996; Fig. 3). 탄성파 암·시 층서 단위들을 비교 분석하여 각 지층단위의 음향학적 특성, 퇴적과정, 생성시기를 규명하고 순차층으로 재구성된 층서모델을 구성한 후, 해수면 변동과 관련된 단위층 형성 과정을 복원하였다(Jin et al.
탄성파 암·시 층서 단위들을 비교 분석하여 각 지층단위의 음향학적 특성, 퇴적과정, 생성시기를 규명하고 순차층으로 재구성된 층서모델을 구성한 후, 해수면 변동과 관련된 단위층 형성 과정을 복원하였다(Jin et al., 2002; Fig. 4).
지음향 모델 구성을 위해, P파 속도, 관측 평균 수온과 염분 자료, Mackenzie (1981) 수식 등을 이용하여 음속비를 구하였다(Hamilton, 1980). 음속비는 코어에서 구한 P파 속도를, KODC 수층 온도 자료를 입력하여 Mackenzie (1981) 음속식으로 구한 저층수 P파 속도로 나누어 계산하였다(Table 1; Hamilton, 1980). 지음향 모델의 P파 속도는 음속비를 곱한 후, 현장 P파 속도로 보정하였다(Table 2; Hamilton, 1980).
137로 각각 구하였고, 저층수 P파 속도값은 현장 수심 45 m 지점에서 Mackenzie (1981) 음속식으로 구한 1483 m/s를 적용하였다. P파 속도 감쇠값, S파 속도값, 습윤밀도값은 각 지음향 단위층의 평균값을 적용하였고, 퇴적물 유형은 지음향 모델의 각 심도를 대표하는 퇴적물 유형으로 표기하였다(Table 2).
결과적으로 YSDP-105 지점에서 Hamilton 모델링을 통해 지층 심도 64 m까지 4개 지음향 단위층으로 구분된 지음향 모델을 구성하였다(Table 2; Fig. 5). 연구 해역의 해저 지층은 주파수 1 MHz 기준으로 현장 P파 속도가 1553~1765 m/s를 보이는 4개의 지음향 단위층으로 구분할 수 있었다.
황해 중동부 대륙붕 해역에서 에어건 탄성파 자료, 심부 코어 자료, 기 연구된 층서 모델(Jin et al., 2002)을 종합하여, 주파수 1 MHz, 해저면 하부 심도 64 m의 지음향 모델을 구성하였다(Table 2; Fig. 5). 지음향 모델은 해저와 수중 음파의 전파 과정에서 중요한 영향을 주는 해저 지층의 물성과 음향 특성 파악을 위해 구성한다(Hamilton, 1980, 1987; Stoll, 1989; Jackson and Richardson, 2007; Chotiros, 2017).
황해 중동부 대륙붕에 위치한 수심 45 m 해역의 YSDP-105 심부 시추 지점에서 4개 지음향 단위층으로 구성된 심도 64 m의 심부 지음향 모델을 제시하였다(Table 2; Fig. 5). 이 모델 구성을 위해 연구 해역의 고해상도 에어건 탄성파 단면 자료, YSDP-105 코어 자료, 인근 해역에서 연구된 지층 및 지음향 자료를 이용하였다.
A형 단위층은 주로 역이 풍부한 조립질육성 및 인접 천해성 퇴적층인 반면, B형 단위층은 조석의 영향을 받은 세립질 퇴적층이었다. 실제 수중 음향 또는 지음향 모델링을 위해, 산출된 지음향 특성값을 Hamilton 모델링하여 해저면 하부 현장 심도의 특성값으로 제시하였다. 이 지음향 모델은 황해 중동부 대륙붕 해역에서 심부 지층의 지음향 특성을 반영하는 중-저주파수 지음향/수중음향 실험을 위해 활용될 것이다.

대상 데이터

해저지층 자료는 한국지질자원연구원(KIGAM)이 획득한 고해상도 에어건(air-gun) 탐사단면 자료와 YSDP-105 심부시추코어 자료를 이용하였다(KIGAM, 1991; 1996)(Fig. 1). 탄성파 자료 취득 시스템은 수중에서 방사된 음파가 해저면과 해저 지층에서 반사되어 오는 반사파를 수진기로 수신하여 자료를 취득하는 탐사 방법이다.
YSDP-105 심부시추 코어링은 4개의 앵커를 이용하여 시추 해역에서 고정하여 시추하는 시추선(KAN407호)을 이용하였다(KIGAM, 1996; Fig. 1). 시추기는 모델 YL-6을 사용하였고, 시추기 코어는 내부직경 158 mm의 케이싱과 내부직경 80 mm의 코어바렐, 내부직경 78 mm, 외부직경 130 mm의 비트를 사용하였다(KIGAM, 1996).
1). 시추기는 모델 YL-6을 사용하였고, 시추기 코어는 내부직경 158 mm의 케이싱과 내부직경 80 mm의 코어바렐, 내부직경 78 mm, 외부직경 130 mm의 비트를 사용하였다(KIGAM, 1996). 수분 함량이 높은 해저면 하부 3~4 m 심도 퇴적층은 진동식 시추를 하였으며, 그 하부는 고화 정도에 따라 타력식 또는 회전식의 방법을 사용하였다(KIGAM, 1996).
현장에서 획득한 코어를 실험실에서 수직 방향의 2개 하프 코어로 절개하여 퇴적학적 분석을 수행하였다. 시추코어 퇴적물의 입도 분석은 0.5~90 cm 간격으로 채취된 121개 시료에 대해 수행되었다(KIGAM, 1996). 입도 분포 분석은 모래 직경(>63 µm, 4φ)를 위한 표준건식체질법과 머드 크기(<63 µm, 4φ)를 위한 피펫법이 이용되었다.
지음향 모델의 현장 온도 보정과 음속비(sound speed ratio)를 구하기 위해 Mackenzie (1981)의 해수 현장 음파속도 계산식을 사용하였다. 현장 저층수의 평균 온도와 염분은 한국해양자료센터(Korea Oceanographic Data Center, KODC)가 서해 정선 정점 308-05에서 20년 동안(1995~2014년) 측정한 수층 자료를 이용하여 구하였다(Fig. 1).
연구 지역은 수심 범위가 40~80 m이며, 동쪽으로 우리나라 서해안에 접하며, 서쪽으로는 황해 중심부에 접해 있다(Fig. 1). 해저면 상태는 근해 지역에서 상대적으로 편평한 반면, 외해에서는 북쪽 방향으로 소멸되는 북동-남서 방향의 ridge-and-swale 지형 특징을 보인다(Jin et al.
지음향 자료는 P파 속도와 감쇠, 음속비(sound speed ratio), S파 속도로 구성된다(Tables 1, 2). YSDP-105 코어의 지음향 자료는 코어 퇴적물의 평균입도(M_z)를 기준으로 Hamilton 지음향 모델링을 통해 산출하였다(Hamilton, 1980, 1987; Jackson and Richardson, 2007).
9. 이 회귀식은 한국지질자원연구원(KIGAM, 2014; 2017)이 최근 서해 해역에서 시추한 천부 및 심부 코어에서 1 MHz 주파수 기준 P파 속도 측정 실험을 통해 실측한 868개 P파 속도값과 평균입도값 자료를 이용하여 경험식으로 산출한 것이다. Table 1은 코어의 P파 속도를 23°C 1기압의 Hamilton 기준 속도로 보정하여 나타내었다(Table 1; Hamilton, 1971).
YSDP-105 지층모델 구성을 위해, 최상부 B형 퇴적층은 지음향 단위층(Geoacoustic Unit: GU) 1로, 상부 A형 퇴적층은 지음향 단위층 2로, 하부 B형 퇴적층은 지음향 단위층 3으로, 최하부 A형단위층은 지음향 단위층 4로 구성하였다(Fig. 3; Table 2).
348V_p )에 넣어 계산하였다(Table 1). 퇴적물 물성값인 평균 입도(M_z)와 퇴적물 유형은 실측값인 반면(Table 1; KIGAM, 1996), 공극률(porosity)과 습윤밀도(wet density) 값은 서해 해역의 시추 코어에서 각각 실측한 1304개 평균입도, 공극률, 습윤밀도 자료를 이용하여 경험식으로 산출한 것이다(Table 1; KIGAM, 2014; 2017).
5). 연구 해역의 해저 지층은 주파수 1 MHz 기준으로 현장 P파 속도가 1553~1765 m/s를 보이는 4개의 지음향 단위층으로 구분할 수 있었다. YSDP-105 시추 지점의 시추코어와 탄성파 자료에 근거한 Hamilton 지음향 모델식은 다음과 같다(Table 2; Fig.
5). 이 모델 구성을 위해 연구 해역의 고해상도 에어건 탄성파 단면 자료, YSDP-105 코어 자료, 인근 해역에서 연구된 지층 및 지음향 자료를 이용하였다. 고해상도 에어건 탄성파 단면에서 나타난 중첩 퇴적층은 YSDP-105 시추코어 자료에 근거하여 A형과 B형의 두가지 단위층으로 구분할수 있었다.
이 연구는 황해 중동부 지층의 수직적 지음향 특성을 파악하기 위해, 한국지질자원연구원(Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources: KIGAM)이 해양지질 연구를 목적으로 황해 중동부의 수심 45 m 해역에서 해저면 하부 64 m 심도까지 시추하여 분석한 YSDP-105 심부 코어 자료를 이용하였다(Fig. 1; KIGAM, 1991; 1996).

데이터처리

183 Mz 에 넣어 계산하였다(Table 1). 시추코어 퇴적층 중 입도 분석된 121개 심도 지점에서 평균입도값을 이용하여 121개 P파 속도값과 감쇠값을 계산하였다. A형 퇴적층과 B형 퇴적층의 P파 속도 음감쇠는 각각 0.

이론/모형

입도 분포 분석은 모래 직경(>63 µm, 4φ)를 위한 표준건식체질법과 머드 크기(<63 µm, 4φ)를 위한 피펫법이 이용되었다.
1; KIGAM, 1991; 1996). 이 코어 퇴적물에서 측정된 평균입도값과 최근 서해에서 측정된 지음향 특성값을 이용하여(KIGAM, 2014; 2017), 시추 지점에서 Hamilton 모델링을 수행하였다(Hamilton, 1980, 1987; Jackson and Richardson, 2007). 이는 황해 중동부 해역에서 중-저주파수 수중음향 및 지음향 모델링 실험을 위한 현장 지음향 자료로 활용될 수 있을 것이다.
수분 함량이 높은 해저면 하부 3~4 m 심도 퇴적층은 진동식 시추를 하였으며, 그 하부는 고화 정도에 따라 타력식 또는 회전식의 방법을 사용하였다(KIGAM, 1996). 시추지점의 정밀한 위치 결정을 위한 DGPS 장비(Sercell NR103)와 정확한 시추심도제어를 위한 ATLAS 정밀음향측심기(PDR)가 사용되었다(KIGAM, 1996).
4). 지음향 모델의 현장 온도 보정과 음속비(sound speed ratio)를 구하기 위해 Mackenzie (1981)의 해수 현장 음파속도 계산식을 사용하였다. 현장 저층수의 평균 온도와 염분은 한국해양자료센터(Korea Oceanographic Data Center, KODC)가 서해 정선 정점 308-05에서 20년 동안(1995~2014년) 측정한 수층 자료를 이용하여 구하였다(Fig.
YSDP-105 시추 코어의 탄성파 자료 해석과 퇴적학적 해석은 한국지질자원연구원의 선행 연구 결과와 해석을 따랐다(Figs. 2, 3, 4; KIGAM, 1996; Jin et al., 2002). 탄성파 반사법 탐사단면에 나타난 층서단위들은 판상 또는 쐐기상 외형을 갖는 준평행 또는 경사 음향상(subparallel or clinoformal facies)을 보이거나 침식곡 충전상(fill facies)을 보인다(Fig.
지음향 자료는 P파 속도와 감쇠, 음속비(sound speed ratio), S파 속도로 구성된다(Tables 1, 2). YSDP-105 코어의 지음향 자료는 코어 퇴적물의 평균입도(M_z)를 기준으로 Hamilton 지음향 모델링을 통해 산출하였다(Hamilton, 1980, 1987; Jackson and Richardson, 2007). 지음향 P파 속도는 평균입도와 상관된 다음 회귀식을 이용하였다: P파 속도(m/s)= 8.
S파 속도값은 P파 속도값을 Jackson and Richardson (2007)의 회귀식(Vs = −481+0.348Vp )에 넣어 계산하였다(Table 1).
3; Table 2). 심도 증가에 따른 P파 속도 상승률은 각단위층의 퇴적층에서 머드층이 모두 교호하므로 Hamilton (1980)의 육성기원 퇴적물의 선형 P파 속도 상승률을 따랐다. 표층 50 cm 심도까지는 1.
지음향 모델 구성을 위해, P파 속도, 관측 평균 수온과 염분 자료, Mackenzie (1981) 수식 등을 이용하여 음속비를 구하였다(Hamilton, 1980). 음속비는 코어에서 구한 P파 속도를, KODC 수층 온도 자료를 입력하여 Mackenzie (1981) 음속식으로 구한 저층수 P파 속도로 나누어 계산하였다(Table 1; Hamilton, 1980).
이에 본 연구는 황해 중동부 지층의 수직적 지음향 특성을 파악할 수 있는 심부 지음향 모델을 제시한 것이다. 코어 퇴적물의 물성과 지음향 특성값의 상관 회귀식을 이용하여 지음향 특성값을 구하고, 시추 지점에서 Hamilton 모델링을 수행하였다(예, Hamilton, 1980; Jackson and Richardson, 2007). 이는 황해 중동부 대륙붕 해역에서 중-저주파수 수중음향 및 지음향 모델링 실험을 위한 현장 지음향 자료로 활용될 수 있다.
348V_p)에 넣어 계산하였다(Table 2; Jackson and Richardson, 2007). 지음향 단위층 1, 2, 3, 4의음속비는 지음향 단위층의 평균 음속비값인 1.047, 1.128, 1.060, 1.137로 각각 구하였고, 저층수 P파 속도값은 현장 수심 45 m 지점에서 Mackenzie (1981) 음속식으로 구한 1483 m/s를 적용하였다. P파 속도 감쇠값, S파 속도값, 습윤밀도값은 각 지음향 단위층의 평균값을 적용하였고, 퇴적물 유형은 지음향 모델의 각 심도를 대표하는 퇴적물 유형으로 표기하였다(Table 2).

성능/효과

, 2002). 결과적으로 황해 해저 지층의 지층 모델과 지음향 모델은 전 지구적 해수면 변동과 완만한 분지 침강에 따른 상대 해수면 변동(relative sea-level change)의 영향을 받아 독특한 수직적 지층을 구성하고 있다.
계산된 P파 속도를 Hamilton 조건(23°C, 1기압)으로 보정했을 때, A형 퇴적층은 1540~1860 m/s의 P파 속도 범위를 보인 반면, B형 퇴적층은 1522~1825 m/s의 P파 속도 범위를 보였다(Table 1).
시추코어 퇴적층 중 입도 분석된 121개 심도 지점에서 평균입도값을 이용하여 121개 P파 속도값과 감쇠값을 계산하였다. A형 퇴적층과 B형 퇴적층의 P파 속도 음감쇠는 각각 0.21~0.52, 0.15~0.49 dB/kHz-m의 범위를 보였다(Table 1). S파 속도값은 P파 속도값을 Jackson and Richardson (2007)의 회귀식(V_s = −481+0.

후속연구

이 코어 퇴적물에서 측정된 평균입도값과 최근 서해에서 측정된 지음향 특성값을 이용하여(KIGAM, 2014; 2017), 시추 지점에서 Hamilton 모델링을 수행하였다(Hamilton, 1980, 1987; Jackson and Richardson, 2007). 이는 황해 중동부 해역에서 중-저주파수 수중음향 및 지음향 모델링 실험을 위한 현장 지음향 자료로 활용될 수 있을 것이다.
코어 퇴적물의 물성과 지음향 특성값의 상관 회귀식을 이용하여 지음향 특성값을 구하고, 시추 지점에서 Hamilton 모델링을 수행하였다(예, Hamilton, 1980; Jackson and Richardson, 2007). 이는 황해 중동부 대륙붕 해역에서 중-저주파수 수중음향 및 지음향 모델링 실험을 위한 현장 지음향 자료로 활용될 수 있다.
실제 수중 음향 또는 지음향 모델링을 위해, 산출된 지음향 특성값을 Hamilton 모델링하여 해저면 하부 현장 심도의 특성값으로 제시하였다. 이 지음향 모델은 황해 중동부 대륙붕 해역에서 심부 지층의 지음향 특성을 반영하는 중-저주파수 지음향/수중음향 실험을 위해 활용될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지층 모델의 구성은 무엇에 따라 결정되는가?	지음향 모델(geoacoustic model)의 수직적 특성은 지층 모델(bottom model)에 의해 영향을 받는다. 지층 모델의 구성은 지층을 형성하는 퇴적층의 쌓임에 의해 결정된다. 해저 지층의 층서는 해수면 변동(sealevel change), 지구조 침강 또는 융기, 퇴적물 공급 등의 요인에 의해 형성된다(Posamentier et al.
	탄성파 자료 취득 시스템에서 탄성파 자료를 취득하기 위한 과정은?	탄성파 자료 취득 시스템은 수중에서 방사된 음파가 해저면과 해저 지층에서 반사되어 오는 반사파를 수진기로 수신하여 자료를 취득하는 탐사 방법이다. 탄성파 자료를 취득할 때 연구선의 평균 속도는 5 노트였으며, 매 2초마다 음파를 발생시켜 해저 지층에 대한 반사파 신호를 약 5 m 간격으로 수신하였다. 수신된 탄성파 자료는 지층 경계면, 지층 내부 반사형상, 지층의 기하학적 외형 등을 기준으로 탄성파 층서단위를 구분하고 분류하였다(Fig.
	해저 지층의 층서는 어떤 요인에 의해 생성되는가?	지층 모델의 구성은 지층을 형성하는 퇴적층의 쌓임에 의해 결정된다. 해저 지층의 층서는 해수면 변동(sealevel change), 지구조 침강 또는 융기, 퇴적물 공급 등의 요인에 의해 형성된다(Posamentier et al., 1988; Mitchum and Van Wagoner, 1991; Nummedal et al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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