[논문]경상분지의 심부 지전기 구조

박계순; 이춘기; 이희순; 권병두; 조인기; 오석훈

[국내논문] 경상분지의 심부 지전기 구조
Deep geoelectrical structure of Gyeongsang basin 원문보기

박계순 (서울대학교 사범대학 지구과학교육과) , 이춘기 (서울대학교 사범대학 지구과학교육과) , 이희순 (경인교육대학교 과학교육과) , 권병두 (서울대학교 사범대학 지구과학교육과) , 조인기 (강원대학교 지구물리학과) , 오석훈 (수자원연구원 댐안전연구소)

본 연구에서는 한반도 심부 지전기 구조에 대한 연구의 일환으로 경상분지 일대에서 자기지전류탐사(MT)를 수행하고 이를 해석하였으며, 한국지질자원연구원의 광역 중력 자료를 획득, 처리하여 보조 해석 기법으로 이용하였다. 경상분지 중 의성소분지를 가로지르는 포항에서 문경까지의 측선을 따라 총 21개 측점에서 MT 탐사를 수행하였고, 이 지역의 광역적인 지질구조를 살펴보기 위하여 이 측선을 대각선으로 하는 지역의 중력분포도를 함께 해석하였으며, MT 측선을 따라 중력 값을 추출하여 2차원 중력 역산을 수행하였다. 탐사 결과는 선행 연구로부터 해석된 경상분지와 의성소분지의 지질학적 구조와 일치하는 경향을 나타내고 있으며, 의성소분지 지역의 퇴적층과 주변의 화성암 및 변성암체와의 물성 차이를 확인할 수 있었다.

We have performed magnetotelluric (MT) surveys to investigate the deep crustal structure of Gyeongsang basin. The MT data were collected in the frequency range from 0.00042 to 320Hz along a profile across the Gyeongsang basin, and 2-D inversion was carried out to interpret the geoelectrical structure. We also extracted gravity data around the MT profile from KIGAM database and calculated the density inversion to compare with the geoelectrical structure. The results obtained are good agreement with geological distribution and indicate contrasts of physical properties of sedimentary rock, igneous rock and metamorphic rock.

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문제 정의

MT 탐사는 Phoenix MTU-5A 시스템을 이용하여 2004년과 2005년 겨울에 걸쳐 수 행되었으며, 본 시스템은 GPS와 연동되어 측정점의 위치와 시간에 대한 정확한 정보를 획득할 수'있다. 본 연구에서는 MT 탐사 과정에서 가장 큰 문제 중의 하나인 잡음 문제를 최소화하고자 탐사지역으로부터 약 150km 떨어진 원거리 기준점을 설정하여 GPS 동기화를 통하여 2성분의 전기장과 3성분의 자기장 자료를 0.00042 에서 320Hz 구간 에서 획득하였다. 탐사 시간은 잡음을 최소화할 수 있는 오후 5시 (GMT 08시)에서 다음 날 오전 8시 (GMT 23시)로 설정하여 자료를 획득하였다.
본 연구에서는 이러한 과제를 해결하기 위하여 한반도 동남부에서 심부 자기지전류 (Magnetotelluric) 탐사를 수행 분석 하였고(Fig. 1), 동일 지역에서 조진동 등(1996)이 획득한 중력 자료를 보조 자료로 이용하여 해석하였다. 이러한 해석 결과를 탐사지역 의 선행연구 결과 및 지질 분포도와 함께 비교 분석하였고, 이를 통하여 지표에서 하부 로 연장되는 지질구조 해석을 수행하여 의성소분지 및 경상분지의 전체적인 지질구조 해 석을 수행하였다.

제안 방법

4). MT 탐사 측선을 대각선으로 하는 사 각구역에 분포되어 있는 약 400여 측점의 단순부게 중력 이상값을 자동지형보정 프로그 램(이 희순, 1998)을 통하여 지 형보정을 수행하고 광역 이상을 제거하였다. 이후 MT 탐 사 측점과 같은 2차원 중력 profile을 추출하여, smoothness constrain 효과를 가한 Marquardt-Levenberg's 기법을 이용하여 2차원 역산을 수행한 후 MT 역산 결과와 비교 분석하였다(Fig.
1), 동일 지역에서 조진동 등(1996)이 획득한 중력 자료를 보조 자료로 이용하여 해석하였다. 이러한 해석 결과를 탐사지역 의 선행연구 결과 및 지질 분포도와 함께 비교 분석하였고, 이를 통하여 지표에서 하부 로 연장되는 지질구조 해석을 수행하여 의성소분지 및 경상분지의 전체적인 지질구조 해 석을 수행하였다.
한반도 심부 지전기 구조에 대한 연구의 일환으로 포항-문경 측선상에서 MT 탐사를 수 행하였다 . 소백산 육괴와 경상분지의 경계부근과 의성소분지의 퇴적층구조와 경상분 지 동부의 화성암체 경계부근에서 전기비저항 및 밀도의 경계를 확인할 수 있었으며, 경상 분지의 하부 기반암은 약 10 km 부근에 존재하고 있는 것으로 해석된다.

대상 데이터

보다 정밀한 지질 구조 해석을 위하여 광역적인 지질구조 해석에 효과적인 중력 자료를 (조진동 등, 1996) 이용하여 처리하였다(Fig. 4). MT 탐사 측선을 대각선으로 하는 사 각구역에 분포되어 있는 약 400여 측점의 단순부게 중력 이상값을 자동지형보정 프로그 램(이 희순, 1998)을 통하여 지 형보정을 수행하고 광역 이상을 제거하였다.
00042 에서 320Hz 구간 에서 획득하였다. 탐사 시간은 잡음을 최소화할 수 있는 오후 5시 (GMT 08시)에서 다음 날 오전 8시 (GMT 23시)로 설정하여 자료를 획득하였다.

데이터처리

MT 탐사 측선을 대각선으로 하는 사 각구역에 분포되어 있는 약 400여 측점의 단순부게 중력 이상값을 자동지형보정 프로그 램(이 희순, 1998)을 통하여 지 형보정을 수행하고 광역 이상을 제거하였다. 이후 MT 탐 사 측점과 같은 2차원 중력 profile을 추출하여, smoothness constrain 효과를 가한 Marquardt-Levenberg's 기법을 이용하여 2차원 역산을 수행한 후 MT 역산 결과와 비교 분석하였다(Fig. 5).

이론/모형

측정 자료는 0.1 Hz 대역의 dead band와 전력선의 잡음에 의해 오염되는 60 Hz 대역 에서의 오차를 크게 증가시키는 이상 데이터를 제거하는 등의 기본 처리를 수행하였고 (Fig. 2), 2차원 MT 역산과정에서 필요로 하는 방대한 양의 메모리와 계산 시간에 대한 문제를 극복하기 위하여 NLCG(Non-linear conjugate gradients) 알고리즘 (Rodi and Mackie, 2001) 을 이용하였다(Fig. 3).

성능/효과

한반도 심부 지전기 구조에 대한 연구의 일환으로 포항-문경 측선상에서 MT 탐사를 수 행하였다 . 소백산 육괴와 경상분지의 경계부근과 의성소분지의 퇴적층구조와 경상분 지 동부의 화성암체 경계부근에서 전기비저항 및 밀도의 경계를 확인할 수 있었으며, 경상 분지의 하부 기반암은 약 10 km 부근에 존재하고 있는 것으로 해석된다. 특히 의성소분 지 하부 3 km 부근에서 약 10 km 부근까지 연장되어 나타나고 있는 약 10 ohm-m의 특이 저비저항대는 현재 탐사 결과로는 그 정확한 특성을 규명하기 어려우나 의성소분지 의 지전기 구조의 특이성을 나타내는 것으로 향후 이 부근의 교차 탐사 등을 수행하여 보다 상세한 구조 정보의 획득이 요구된다.
역산 결과, 측점 118 부근에서 비저항의 수평적 경계가 나타나는데 이는 의성분지의 퇴 적 구조와 소백산 편마암 복합체의 경계를 지시하고 있는 것으로 해석되며, 측점 107 부 근에서 수평적으로 전기비저항이 큰 이상대가 나타나는데 이는 하양층군을 관입하고 있는 화강암의 효과로 예상된다. 또한, 측점 112 —117의 하부 3-4 km 부근에서 1 — 10 ohm-m 의 낮은 전기비저항대가 존재하고 있는 것을 볼 수 있는데, 이는 신동층군의 낙 동층의 위치로 파악된다.

후속연구

소백산 육괴와 경상분지의 경계부근과 의성소분지의 퇴적층구조와 경상분 지 동부의 화성암체 경계부근에서 전기비저항 및 밀도의 경계를 확인할 수 있었으며, 경상 분지의 하부 기반암은 약 10 km 부근에 존재하고 있는 것으로 해석된다. 특히 의성소분 지 하부 3 km 부근에서 약 10 km 부근까지 연장되어 나타나고 있는 약 10 ohm-m의 특이 저비저항대는 현재 탐사 결과로는 그 정확한 특성을 규명하기 어려우나 의성소분지 의 지전기 구조의 특이성을 나타내는 것으로 향후 이 부근의 교차 탐사 등을 수행하여 보다 상세한 구조 정보의 획득이 요구된다.

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