[논문]남서태평양 통가열도 TA (Tofua Arc) 12 해저산의 해저지형과 자력자료를 이용한 3차원 자화벡터역산 모델 연구

최순영; 김창환; 박찬홍; 김형래

doi:10.7582/gge.2020.23.1.022

남서태평양 통가열도 TA (Tofua Arc) 12 해저산의 해저지형과 자력자료를 이용한 3차원 자화벡터역산 모델 연구
A Study of Three-dimensional Magnetization Vector Inversion (MVI) Modeling Using Bathymetry Data and Magnetic Data of TA (Tofua Arc) 12 Seamount in Tonga Arc, Southwestern Pacific 원문보기

지구물리와 물리탐사 = Geophysics and geophysical exploration, v.23 no.1, 2020년, pp.22 - 37

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

초록
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이 연구는 남서태평양 통가열도에 위치한 TA (Tofua Arc) 12 해저산에 대한 해저지형, 자력자료를 이용한 자화벡터역산 모델링을 통해 해저면에서 심부층까지의 종합적인 3차원 자력구조 특징을 분석하였다. 북서-남동 방향성을 가진 타원형의 칼데라 해저지형이 TA 12 해저산 정상부에서 나타나며, 두 개의 작은 콘 모양의 지형이 칼데라 정상부 함몰지형에 존재한다. 또한 해저산 정상부 서쪽 사면에서는 콘 지형이 나타나는 지역부터 해저산 기저부 남서쪽 사면까지 큰 규모의 사면 해저곡이 보인다. TA 12 해저산에서는 칼데라 함몰지형에 저자기이상대가 나타나고 그 주변 칼데라 정상부 및 사면 지역에 고자기이상대가 둘러싸여 있다. 이는 함몰지형을 포함한 칼데라 정상부 지역에 강한 자성체의 분포 또는 마그마 관입 가능성이 있다고 해석될 수 있다. 3차원으로 해석된 자화벡터역산 결과에서는 해저 -3000 m부터 해저산의 주변 사면지역에서의 고이상대 존재와 자기 감수율이 칼데라 정상부 및 함몰지형의 천부층으로 향해 증가함을 보여 준다. 한편 주로 칼데라 정상부의 해저면 근처에서 소규모 고이상대들이 곳곳에 나타나고 있다. 따라서 TA 12 해저산에서는 마그마가 심부에서 천부로 올라올 때 해저산 주변 사면부에서 칼데라 정상부 및 함몰지형으로 이동했음이 예상된다. 그리고 해저면 근처의 복잡한 자력분포는 잔류자화의 영향으로 추정된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We analyze the comprehensive three-dimensional (3D) magnetic structure characteristics from the seafloor to the deep layer of the Tofua Arc (TA) 12 seamount in the Tonga Arc, Southwestern Pacific, using bathymetric and geomagnetic data, and magnetization vector inversion (MVI) results. The seafloor features surrounding TA 12 highlight a NW-SE-oriented elliptical caldera at the summit of the seamount, two small cones in the depressed area. A large-scale sea valley is present on the western flank of the seamount, extending from these caldera cones to the southwestern base of the seamount. TA 12 seamount exhibits a low magnetic anomaly in the caldera depression, whereas a high magnetic anomaly is observed surrounding the low magnetic anomaly across the caldera summit. It is therefore presumed that there may be a strong magnetic material distribution or magma intrusion in the caldera. The 3D MVI results show that the high anomaly zones are mainly present in the surrounding slopes of the seamount from the seafloor to the -3,000 m (below the seafloor) level, with the magnetic susceptibility intensity increasing as the seafloor level increases at the caldera depression. However, small high anomaly zones are present across the study area near the seafloor level. Therefore, we expect that the magma ascent in TA 12 seamount migrated from the flanks to the depression area. Furthermore, we assume that the complex magnetic distribution near the seafloor is due to the remnant magnetization.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. (a) Tectonic features of the Lau Basin and Tonga Arc in the Southwestern Pacific (modified from Zellmer and Taylor, 2000; and referenced from the website: https://www.melissaoanderson.com/research-areas). The spreading centers are shown using red lines, with the spreading rates and directions shown using blue arrows, and the subduction rates and directions shown using yellow arrows (Beaulieu et al., 2013; Zellmer et al., 2000). CLSC = Central Lau Spreading Center, ELSC = Eastern Lau Spreading Center, FRSC = Fonulei Rift and Spreading Center, FSC = Futuna Spreading Center, ILSC = Intermediate Lau Spreading Ridge, LETZ = Lau Extensional Transform Zone, MTJ = Mangatolu Triple Junction, NELSC = Northeastern Lau Spreading Center, NWLSC = Northwestern Lau Spreading Center, PR = Peggy Ridge; RR = Rochambeau Rifts; VFR = Valu Fa Ridge; (b) Bathymetric map of the Tofua Arc area around the Tofua Arc and Tonga Ridge region-The black box and blue text (TA 12) represent the survey areas, and the cyan lines represent the survey tracks in the study area.
그림 Fig. 2. (a) 3D bathymetric maps of the TA 12 seamount, including the caldera area using the observed Multi-beam Echo Sounder (MBES) data; (b) 3D-slope maps overlain on the TA 12 seamount bathymetric data, including the caldera area; (c) 3D seabed image maps overlain on the TA 12 seamount bathymetric data including the caldera area using the MBES backscatter data, the red rectangular box represents the geophysical survey zone.
그림 Fig. 3. Seabed analysis map of the TA 12 seamount including the caldera area (Stoffers et al., 2003, 2006).
그림 Fig. 4. (a) 2D and (b) 3D magnetic anomaly maps overlain on the bathymetric data in the TA 12 seamount caldera area.
그림 Fig. 5. (a) 2D and (b) 3D analytical signal maps overlain onto the bathymetric data in the TA 12 seamount caldera area.
그림 Fig. 6. (a) 2D and (b) 3D reduction-to-pole anomaly maps overlain on the bathymetric data in the TA 12 seamount caldera area.
그림 Fig. 7. (a) Non-padded and (b) padded grid settings for the MVI modeling of the TA 12 caldera area.
그림 Fig. 8. (a) Total magnetic anomaly, (b) linear background trend, and (c) residual (after background removal) maps by MVI modeling of the TA 12 caldera area.
그림 Fig. 9. (a) Measurement value, (b) predicted model value, and (c) difference anomaly maps of the TA 12 seamount caldera area.
그림 Fig. 10. (a) Overview, (b) northview, (c) southview, (d) eastview, and (E) westview maps of the 3D-magnetic susceptibility (amplitude) distribution based on the MVI modeling results in the TA 12 seamount caldera area.
그림 Fig. 11. Orthographic map of the 3D magnetic susceptibility (amplitude) distribution for the six layers (Layers 1–6: approximately 1,000 m interval) based on the MVI modeling results in the TA 12 seamount caldera area.
그림 Fig. 12. Perspective map of the 3D magnetic susceptibility (amplitude) distribution for the six layers (Layers 1-6: approximately 1,000 m interval) based on the MVI modeling results in the TA 12 seamount caldera area.
그림 Fig. 13. Perspective map of the 3D magnetization amplitude/direction (vector) distribution for the six layers (Layers 1–6: approximately 1,000 m interval) based on the MVI modeling results in the TA 12 seamount caldera area.

AI 본문요약
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문제 정의

org/) 자료를 활용하여 보정하고자 했지만 고정관측점과의 일변화 지역 대표성(연구지역과의 이격거리는약 1,200 km) 및 측정해상도(측정간격 차이) 문제가 발생하였다. 결국 본 연구에서는 직접적인 일변화보정 대신 Sager et al. (2005)과 Searle et al. (2010)의 국외사례를 참고하여 시간 변화에 의한 영향을 최소화할 수 있는 Leveling 보정으로 대체하여 측정자료의 왜곡을 최대한 줄이고자 하였다(Choi et al., 2018). IGRF 보정의 경우 측정년도를 고려하여 그 당시 국제 표준 지자기장 모델인 IG RF 2005을 이용하여 전지구적인 광역성분을 제거하였다.
이와 같은 연구들은 해저산의 표면 구조 파악 및 구성광물, 형성기원 등 해저열수광상 연구의 중요한 결과를 도출할 수 있지만 한편으로는 연구결과에 대한 공간적인 물성 분포들을 종합적인 3차원적 분포로 표현하기 힘든 측면이 있다. 따라서 본 연구는 통가열도에 형성된 해저산 중 TA(Tofua Arc) 12에서의 정밀 해저지형자료와 자력자료 해석 및 이를 이용한 3차원 자화벡터역산 모델링을 수행하여 TA 12의 3차원 자력 분포 특성을 파악하고자 한다.
특히 해저산 내부의 마그마 유입경로나 마그마 주변에 열수가 유입됨으로 열수변질로 인한 자화강도가 변하는 현상으로 인해 해저열수광상 존재가능성이 높은 특정 지역에 대해서는 일반적인 자화역산보다는 자화방향을 고려해서 모델링할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 해저산의 전체적인 3차원 자력구조를 파악하고자 자화벡터역산 모델링을 수행하였다. 자화벡터역산 방법은 총자기강도를 이용한 모델링을 설계할 시 일반적으로 가정하는 일정한 자화방향(주로 지구자기장 방향)으로부터 유도되는 강한 유도자화만 고려하는 것이 아닌 암석 자체에 대한 잔류자화도 함께 고려하는 역산 방법이다 (Ellis et al.
, 2018). 본 연구에서는 정밀해저지형자료, 후방산란강도를 활용한 해저면영상자료, 지형으로부터 계산된 사면경사도를 이용하여 TA 12해저산 해저면의 해저지형 특징을 분석하여 지자기 분포, 역산 자료와 함께 비교하여 최종적으로 TA 12 해저산의 종합적인 3차원 자력 분포 특성을 파악하고자 하였다.

가설 설정

연구지역의 경우 판경계의 배호분지에 위치하여 활발한 화성활동으로 인해 심부에서 강한 자성물질들이 지각 천부층으로 상승하며 자기 감수율의 분포가 천부에 집중되었을 것이라 가정 하에 기본적인 모델을 설계하였다. 그래서 모델 설계 시 보통 원하는 위치의 정보를 알고자 특정 깊이에 대한 상한 및 하한 경계 제한을 설계하지만 본 연구의 모델 설계는 심부로부터 천부까지 연결되는 마그마의 영향을 고려하여 상한 및 하한 경계 제한을 설정하지 않았다. 다만 모델 반복 시 연구지역의 특성상 자기 감수율이 강한 열수광물이 모여있을 것으로 예상되는 천부 층의 자기 감수율 분포의 집중을 예상하여 재가중치 깊이 대상지역을 주로 천부층(shallow layers)으로 설계하였다(Shanks, 2001; Morgan and Shanks, 2005; Honsho et al.
7). 연구지역의 경우 판경계의 배호분지에 위치하여 활발한 화성활동으로 인해 심부에서 강한 자성물질들이 지각 천부층으로 상승하며 자기 감수율의 분포가 천부에 집중되었을 것이라 가정 하에 기본적인 모델을 설계하였다. 그래서 모델 설계 시 보통 원하는 위치의 정보를 알고자 특정 깊이에 대한 상한 및 하한 경계 제한을 설계하지만 본 연구의 모델 설계는 심부로부터 천부까지 연결되는 마그마의 영향을 고려하여 상한 및 하한 경계 제한을 설정하지 않았다.

제안 방법

TA 12 해저산의 자화벡터역산은 Geosoft사에서 제공하는 3차원 VOXI를 활용하는 역산 프로그램을 이용하여 모델링하였다. VOXI 프로그램은 여러 지구물리자료(gravity, magnetic, EM, IP 등)을 단독 또는 종합하여 연구지역에 대한 일반적인 3차원 격자화를 통해 역산 및 순산 모델을 설계하여 계산하는 프로그램이다(https://www.
또한 예인 시 자력계의 평균 고도를 수면에서 5 m 이내로 일정하게 유지하면서 자료를 획득하였다. 그리고 예인으로 인한 선박위치와 예인거리의 오차, DGPS로 측정된 선박위치, 관측시간, 지자기관측값 등을 SeaLINK프로그램을 통해 연동하여 함께 획득하였다. Fig.
해상 지자기자료는 원시자료로부터 오측자료 제거와 IGRF (International Geomagnetic Reference Field, 국제표준지자기장) 보정을 거쳐 전자력 자료 및 자기이상 자료를 산출하였으며 추가적으로 쌍극자 자기장에 의해 자기이상이 왜곡되는 것을 방지하기 위해 자기극 변환(reduction to the pole, RTP)과 총 자기이상의 에너지 envelope를 계산하여 이상체의 경계부분을 파악하기 위한 해석 신호(analytic signal)를 산출하여 추가적인 분석을 실시하였다. 그리고 자화방향 및 자기 감수율분포가 복잡한 해저산의 잔류자화방향를 고려하여 전체적인 3차원 자기 감수율 분포를 알 수 있는 G eosoft사에서 개발한 자화벡터역산(magnetization vector inversion, MVI)을 수행하여 TA 12해저산에서의 자력분포를 파악하여 좀 더 직관적이고 향상된 물성 구조를 분석하였다.
) 모델을 통해 획득하였다. 다중빔 음향측심기는 조사선 하부에 장착되어 있어 별다른 장비 장착 없이 지형자료를 획득하고 자력자료는 선박의 자성영향을 최소화하기 위해 선체길이의 3배 이상이 되도록 자력계를 선미에서 250 m 이격하여 예인하여 측정하였다. 또한 예인 시 자력계의 평균 고도를 수면에서 5 m 이내로 일정하게 유지하면서 자료를 획득하였다.
따라서 모델의 총 격자 크기는 X, Y, Z축 순서대로 41 × 43 × 27 격자 크기이며 관측위치는 해수면 고도(수심 0 m)에 적용하였다.
4°)과 동일하게 설정하였고, 측정지점의 광역자력값은 약 43,287 nT, 역산의 오차 수렴 수준은 약 5 nT 정도로 모델을 설계하였다. 마지막으로 측정지점의 광역적인 자력이상 (regional magnetic anomalies) 파악보다는 지역적인 자력이상 (residual magnetic anomalies) 파악에 집중하기 위해 측정 지점의 광역배경을 제거하였으며 이 때 일정한 총자력값으로 일괄적인 광역배경 제거보다는 입력자료의 배경 선형 경향 (background linear trend)로부터 각 수평축의 기울기 및 절편 (X slope: 약 0.008 nT, Y slope: 약 0.042 nT, Intercept: 43,126 nT)를 계산하여 연구지역에 알맞은 광역배경을 제거하였다 (Fig. 8). 모델링으로부터 계산된 TA 12 해저산의 총자기강도 모델값은 측정값과 비교하면 자기이상 형태가 매우 유사하게 나타나며 모델값의 자기이상 범위는 –648 ~ 632 nT이며 실제 측정값의 자기이상 범위는 –648 ~ 639 nT와 거의 일치한다.
자기 감수율의 3차원적 자력분포를 2차원 X-Y축으로 깊이에 따라 단면으로 살펴보면 지역 적인 강한 자기 감수율 분포를 더욱 자세히 파악할 수 있다. 본 연구에서는 Z축 방향으로 약 1,000 m 간격마다 총 6개의단면으로 구분하여 분석하였다(Fig. 11, Fig. 12). 해저 심부층에서 천부층 방향으로 자기 감수율의 세기 변화를 살펴보면 기저부인 해저 약 –6,000 m부터 해저 –3,000 m까지는 해저산 전체적으로 낮은 자기 감수율 분포를 나타낸다.
연구지역에 대한 자력모델링 시 모델 경계에 생길 수있는 왜곡(aliasing)을 최소화하기 위하여 자력 자료에 대한 Padding을 수행하였으며 Padding된 모델 격자 크기는 51 × 53× 32 격자 크기로 기본 모델 크기보다 X, Y 방향으로 각 2.5 km씩, Z 방향으로 1.25 km씩 확장되었다(Fig. 7).
그리고 해저산 남서쪽 및 남동쪽 지역에서는 다른 사면 지역들보다 매우 낮은 반사 산란강도를 보이며 낮은 산란강도 분포가 마치 정상부 지역에서 사면부 지역으로 퇴적물이 흘러 이동한 흔적처럼 나타나고 있다. 위에 내용들을 종합하여 TA 12 해저산의 해저지형도, 경사도, 해저면 영상도를 함께 비교하여 전체적인 해저면 구조와 그에 따른 해산 형성 과정을 분석하였다.
측정지점의 기본적인 자화방향을 결정하는 복각 및 편각은 자기극 변환 시 적용했던 설정값(복각 –42.8°, 편각 13.4°)과 동일하게 설정하였고, 측정지점의 광역자력값은 약 43,287 nT, 역산의 오차 수렴 수준은 약 5 nT 정도로 모델을 설계하였다.
해상 지자기자료는 원시자료로부터 오측자료 제거와 IGRF (International Geomagnetic Reference Field, 국제표준지자기장) 보정을 거쳐 전자력 자료 및 자기이상 자료를 산출하였으며 추가적으로 쌍극자 자기장에 의해 자기이상이 왜곡되는 것을 방지하기 위해 자기극 변환(reduction to the pole, RTP)과 총 자기이상의 에너지 envelope를 계산하여 이상체의 경계부분을 파악하기 위한 해석 신호(analytic signal)를 산출하여 추가적인 분석을 실시하였다. 그리고 자화방향 및 자기 감수율분포가 복잡한 해저산의 잔류자화방향를 고려하여 전체적인 3차원 자기 감수율 분포를 알 수 있는 G eosoft사에서 개발한 자화벡터역산(magnetization vector inversion, MVI)을 수행하여 TA 12해저산에서의 자력분포를 파악하여 좀 더 직관적이고 향상된 물성 구조를 분석하였다.
1b는 연구지역 TA 12 해저산 주변에 대한 해저지형을 표현한 그림이다. 해저산에 대해 각각 남북 6개 측선, 동서 측선 6개씩 약 1마일 간격으로 탐사를 실시하였다.

대상 데이터

다중빔 음향측심기는 조사선 하부에 장착되어 있어 별다른 장비 장착 없이 지형자료를 획득하고 자력자료는 선박의 자성영향을 최소화하기 위해 선체길이의 3배 이상이 되도록 자력계를 선미에서 250 m 이격하여 예인하여 측정하였다. 또한 예인 시 자력계의 평균 고도를 수면에서 5 m 이내로 일정하게 유지하면서 자료를 획득하였다. 그리고 예인으로 인한 선박위치와 예인거리의 오차, DGPS로 측정된 선박위치, 관측시간, 지자기관측값 등을 SeaLINK프로그램을 통해 연동하여 함께 획득하였다.
, 2011). 모델의 심부 가장 아래층에 대한 깊이설정은 2013년에 스크립스 해양연구소(Scripps Institution of Oceanography, UCSD, USA)에서 발표한 CRUST 1.0 자료를 참고하였으며 연구지역에 해당하는 CRUST 1.0 정보 중 중부 지각층(Middle crust) 경계인 약해저6 km까지 모델링 할 수 있도록 설정하였다(Laske et al., 2013). 연구지역에 대한 자력모델링 시 모델 경계에 생길 수있는 왜곡(aliasing)을 최소화하기 위하여 자력 자료에 대한 Padding을 수행하였으며 Padding된 모델 격자 크기는 51 × 53× 32 격자 크기로 기본 모델 크기보다 X, Y 방향으로 각 2.
본 연구는 2009년 10월 8일부터 10일까지 측정된 해저지형 자료와 해상지자기자료를 사용하여 분석하였다. 한국해양과학기술원의 온누리호(R/V Onnuri)를 활용하여 해저지형자료는 다중빔 음향측심기 EM120 (Kongsberg Co.
따라서 모델의 총 격자 크기는 X, Y, Z축 순서대로 41 × 43 × 27 격자 크기이며 관측위치는 해수면 고도(수심 0 m)에 적용하였다. 본 연구지역은 인도-호주 판과 태평양 판이 만나 수렴하는 경계지역으로서 섭입대가 매우 급격하게 깊어지는 지역으로서 모델링 역산 시 수평범위에 따른 수직분해능을 고려하여 4 ~ 5 km 보다 더 깊게 설정하였다(Contreras-Reyes et al., 2011). 모델의 심부 가장 아래층에 대한 깊이설정은 2013년에 스크립스 해양연구소(Scripps Institution of Oceanography, UCSD, USA)에서 발표한 CRUST 1.
, 2018). 본 연구지역인 통가열도는 라우분지의 동쪽에 위치하고 있으며 전 세계 여러 판경계에서 형성되는 배호분지(back-arc basin) 지역 중화산전진대(volcanic front)에 속한다(Fig. 1a). 2009년 한국해양과학기술원은 이 통가열도 해역에서 심해열수광상 유망지역 탐사를 목적으로 조사를 수행하였다.
연구지역에 대한 모델의 수평 범위는 UTM (Universal Transverse Mercator, 국제평면직각좌표계) 기준으로 가로 약 10 km (625,500 m ~ 635,750 m) × 10 km (7,656,250 m ~ 7,667,000 m) 정도 설정하였으며 모델의 수평 격자는 250 m 간격으로 격자를 구성하였다.
본 연구는 2009년 10월 8일부터 10일까지 측정된 해저지형 자료와 해상지자기자료를 사용하여 분석하였다. 한국해양과학기술원의 온누리호(R/V Onnuri)를 활용하여 해저지형자료는 다중빔 음향측심기 EM120 (Kongsberg Co.) 모델, 지자기자료는 Overhouser 자력계인 SeaSPY (Marine magnetics Co.) 모델을 통해 획득하였다. 다중빔 음향측심기는 조사선 하부에 장착되어 있어 별다른 장비 장착 없이 지형자료를 획득하고 자력자료는 선박의 자성영향을 최소화하기 위해 선체길이의 3배 이상이 되도록 자력계를 선미에서 250 m 이격하여 예인하여 측정하였다.

이론/모형

, 2018). IGRF 보정의 경우 측정년도를 고려하여 그 당시 국제 표준 지자기장 모델인 IG RF 2005을 이용하여 전지구적인 광역성분을 제거하였다.
모델의 수직범위는 해수면 기준으로 해저 –6,300 m ~ –143 m 정도 설정하였으며 모델의 수직 격자는 125 m이고 모델의 맨 윗층에 대한 격자 prism 적용은 해저지형 굴곡에 맞춰 Cell-Cut 방법으로 자력모델을 설정하였다.
이 때 G의 경우 다양한 역산방법과 최적화문제가 있지만 적절한 정규화(regularization) 조건에 따라 d에 대한 결과가 모델링 결과가 다르게 나타난다. 정규화에 대해 많은 선택들이 존재하지만 통상적으로 티코노프 최소 구배 정규화(Tikhonov minimum gradient regularization)를 사용하며 자화벡터에 대한 정규화된 역산을 표현하면 다음과 같다(Ellis et al., 2012).

성능/효과

TA 12 해저산의 종합적인 가장 큰 특징으로는 기저부 남서쪽 및 남동쪽 사면 지역에 물질의 이동 흔적이 보이는 해저지형, 경사 및 해저면 영상 특징이 공통적으로 나타남으로서 이는 분화구가 형성될 때 칼데라 주변부인 남서쪽, 서쪽, 남동쪽 사면부 특히 서쪽 칼데라 벽이 붕괴되면서 서쪽 사면부 아래로 용암 및 화산쇄설물들이 흘러간 흔적이라고 볼 수 있다 (Fig. 3). 게다가 붕괴한 서쪽 칼데라 벽 지역 근처에 두 개의콘 지형이 존재하며 폭발 후 화산쇄설물이 흘러내린 흔적까지 고려한다면 TA 12 해저산 지역은 마그마가 해저면까지 분출한 주된 통로는 칼데라의 서쪽임을 유추해볼 수 있다.
TA 12 해저산의 해저지형자료 및 자력자료로 모델링한 자화벡터역산은 총 자기강도 모델값은 측정값과 비교하였을 때두 자료의 상관계수는 약 0.999, 두 자료의 오차 평균은 약–0.002 nT, 표준편차는 약 3.752 nT로 역산 모델링 결과가 비교적 잘 수행되었다고 판단된다.
자기극 변환된 자기이상 분포는 자기이상분포양상과 거의 유사하게 분포하고 있다. TA 12해저산의 자력 특징을 종합하면 칼데라 함몰지형에서는 공통 적으로 저자기이상대가 나타나고 그 주변인 칼데라 정상부 및 사면지역에서 고자기이상대가 감싸는 형태가 나타나 이는 함몰지형을 포함한 칼데라 정상부 지역에 강한 자성체의 분포 또는 마그마 관입 가능성이 있다고 사료된다. 또한 해저산 북쪽 사면의 광범위한 고자기이상대의 분포양상과 칼데라 주변의 소규모 고자기이상대들의 분포양상이 서로 다르게 나타남으로 이는 두 지역의 자성체 분포 형태와 마그마의 분출 과정의 차이가 있을 것으로 생각된다.
또한 두 자료의 상관계수(correlation coefficient, CC)는 약 0.999, 두 자료의 오차 평균(Mean)은 약 –0.002 nT, 표준편차 (standard deviation, SD)는 약 3.752 nT로 나타나고 특히 중요한 화산체 중앙부에는 오차값이 아주 적게 나타남으로 역산 모델링 결과가 비교적 잘 수행되었다고 판단된다(Fig. 9).
해저 약 –1,000 m까지 상승하면 매우 강한 고이상대들이 칼데라 주변 근처로 나타나며 특히 칼데라 함몰지형 안쪽과 칼데라 정상부 북서쪽및 남부 사면에 두드러지는 특징을 보이고 있다. 마지막으로 해저면 근처 분포는 소규모의 고이상대들이 전 지역에 걸쳐 곳곳에 형성되고 해저지형도, 경사도 그리고 해저면영상도에서 나타난 용암 및 화산쇄설물의 이동 예상 지역과 함몰지형내 존재하는 두 개의 콘 지형 지역에 고이상대가 나타난다. 종합적인 분포를 분석한 결과, 자기 감수율의 분포가 해저 심부층에는 주로 약한 자기 감수율이 우세한 분포를 보이며 천부 층에 상대적으로 강한 자기 감수율이 우세한 분포가 나타난다.
모델링으로부터 계산된 TA 12 해저산의 총자기강도 모델값은 측정값과 비교하면 자기이상 형태가 매우 유사하게 나타나며 모델값의 자기이상 범위는 –648 ~ 632 nT이며 실제 측정값의 자기이상 범위는 –648 ~ 639 nT와 거의 일치한다.
해저면 근처에서 분포하는 소규모 고이상대들은 지표면 근처로 이동된 마그마 물질, 열수작용에 의한 열수광체, 용암및 화산쇄설물들의 생성으로 유도자화 외에 잔류자화가 강하게 생겼을 가능성이 높다고 볼 수 있으며 이로 인해 해저면 근처와 특징적인 해저지형 주변으로 복잡한 자력분포가 나타나는 것이라고 예상할 수 있다. 본 연구결과는 해저지형 및 자력 자료를 기반으로 한 모델링 결과이며 포텐셜자료의 특징인 비유일적인 결과도출에 의한 오차 가능성을 포함하고 있다. 따라서 향후 이 연구결과와 탄성파자료 및 드렛지(dredge), 시추 및 ROV와 같은 심해 탐사 결과가 추가되어 함께 분석된다면 해저산을 해석하는 데 있어 더욱 좋은 분석자료로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.
한편 해저면 근처는 소규모 고이상대들이 곳곳에 나타나고 있다. 자기 감수율과 동일한 방식으로 표현한 자화벡터의 3차원 분포 결과(2차원 X-Y축으로 깊이에 따라 단면 변화)를 자기 감수율 분포 결과와 함께 비교해보면 자화벡터 분포와 자기 감수율 분포 변화 양상이 대부분 유사한 모습을 보이고 있다 (Fig. 13). 해저 심부층에서 천부층 방향으로 자화벡터 결과를 살펴보면 해저 약 –3,000 m층부터 자화벡터의 크기가 커지면서 주로 칼데라 정상부 북서쪽, 북동쪽, 남동쪽 사면 지역에서 벡터방향이 천부층 방향으로 상승한다.
특히 칼데라 정상부 부근의 사면은 경사도가 약 40°까지 급경사 특징을 보이고 안쪽 사면이 바깥쪽 사면보다 더욱 경사가 가파르게 나타난다. 전체적으로 해저산의 사면지역은 남쪽과 북쪽 지역으로 구분하였을 때 남쪽 사면 지역보다는 북쪽 사면 지역이 더욱 사면의 경사도가 급한 것으로 판단 되고 서쪽을 포함한 북서쪽, 북쪽 사면이 매우 가파른 경사를 가진다. 다만 TA 12 해저산 경사도에서 한 가지 특이한 점은 정상부 서쪽 사면에서 기저부 남서쪽 사면 지역 방향으로 시작되는 지점에 콘 지형이 존재하면서 동시에 경사가 단절된 형태가 나타난다.
마지막으로 해저면 근처 분포는 소규모의 고이상대들이 전 지역에 걸쳐 곳곳에 형성되고 해저지형도, 경사도 그리고 해저면영상도에서 나타난 용암 및 화산쇄설물의 이동 예상 지역과 함몰지형내 존재하는 두 개의 콘 지형 지역에 고이상대가 나타난다. 종합적인 분포를 분석한 결과, 자기 감수율의 분포가 해저 심부층에는 주로 약한 자기 감수율이 우세한 분포를 보이며 천부 층에 상대적으로 강한 자기 감수율이 우세한 분포가 나타난다. 해저 –3,000 m부터 주로 해저산의 주변 사면지역에서 고이상대가 나타났으며 천부층으로 갈수록 칼데라 정상부 및 함몰지형 위치로 자기 감수율의 강도가 강해지면서 집중되고 있다.
본 연구는 연구지역에 대해 해저지형및 일반적인 자력특성 결과 뿐만 아니라 자화방향을 고려한 역산결과를 도출함으로서 일반적으로 나타내는 자기이상 분포에 의한 수평적 해석 결과와 다소 다를 수 있다. 특히 자화벡터역산은 연구지역의 배경 지자기장과 더불어 연구지역 내에 존재할 수 있는 잔류자화의 영향을 고려한 해석방법 결과로서 연구지역의 대자율체의 자화방향과 배경 지자기장이 같은 방향으로 자화되었다는 가정으로 처리되는 자기극 변환된 자기 이상 분포 결과와 유사하게 나타나지만 정확하게 일치할 수도 있고 또는 불일치할 수 있다. 자기극 변환된 자기이상 해석의경우 TA 12 화산폭발의 주된 지역이 칼데라 정상부 지역으로 파악되며 다만 사면부 지역들의 각기 다른 분포양상에 따른 다른 마그마 이동경로가 존재할 수 있음을 예상한 바 있지만 연구지역에 대한 종합적인 자화벡터역산 결과에서 나타난 주로 칼데라 정상부 북서쪽, 북서쪽, 남쪽 사면 지역에서 나타나는 강한 자기 감수율 및 특징적인 자화벡터 분포와 연관해서 해석부분에서 조금 달리 해석될 여지가 있다.
해저지형 및 자력특징과 자기 감수율 세기 및 자화벡터를 종합하면 해저 –3000 m부터 주로 해저산의 주변 사면지역에서 고이상대가 나타났으며 천부층으로 갈수록 칼데라 정상부 및 함몰지형 위치로 자기 감수율 및 자화벡터의 강도가 강해지면서 집중되고 있다.

후속연구

게다가 붕괴한 서쪽 칼데라 벽 지역 근처에 두 개의콘 지형이 존재하며 폭발 후 화산쇄설물이 흘러내린 흔적까지 고려한다면 TA 12 해저산 지역은 마그마가 해저면까지 분출한 주된 통로는 칼데라의 서쪽임을 유추해볼 수 있다. 그리고두 개의 콘 지역에서 별도로 소형 분화구가 존재함으로 TA 12해저산 서쪽 사면부 용암 및 화산쇄설물 이동의 주된 기작이해저산 전체 분출과정에서 비롯되었는지, 또는 해저산이 처음 형성된 후 두 개의 콘이 나중에 형성되면서 그 과정에서 비롯되었는지는 3D 탄성파 구조, 광물구성 등 추가적인 연구분석이 필요하다. 한편 정상부 지역의 해저지형 및 경사도 특징을 분석한 결과, 칼데라 정상부 지역의 내외각 벽이 매우 가파른 절벽지형의 형태를 보인다.
본 연구결과는 해저지형 및 자력 자료를 기반으로 한 모델링 결과이며 포텐셜자료의 특징인 비유일적인 결과도출에 의한 오차 가능성을 포함하고 있다. 따라서 향후 이 연구결과와 탄성파자료 및 드렛지(dredge), 시추 및 ROV와 같은 심해 탐사 결과가 추가되어 함께 분석된다면 해저산을 해석하는 데 있어 더욱 좋은 분석자료로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.
, 2019). 이러한 자력분포는 전체적인 해저산 형성 과정 및 분출 과정을 유추할 때 좋은 자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
, 2019). 하지만 이러한 자력구조 해석에 있어 앞선 자력분포 결과만으로는 연구지역의 복잡한 지구조 환경(판경계) 및 포텐셜 자료의 비유일성으로 인해 섣부른 해석에 유의해야 하며 본 연구 결과와 함께 연구지역에 대한 암석샘플을 통한 정확한 지화학 연구 결과(광물조성분석, 결정깊이, 절대연령 등) 및 탄성파와 같은 지구조 결과가 추가되어 분석되어야 연구지역에 대해 좀 더 정확한 해석이 가능할 것이라 생각된다.

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저자의 다른 논문 :

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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