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(1)지질학회지 제 42 권 제 3 호, p. 397-411, (2006년 9월). 한반도 남부의 지체구조구별 중력특성 연구 1,2. 신영홍 1. 2. 한국천문연구원 부산대학교 과학교육연구소 요 약. 본 논문에서는 한반도 남부지역에서 관측한 11,248개의 중력 자료를 각 지체구조구별로 분석하였다. 중력 자료 분석 결과, 경상분지, 소백산지구를 포함하는 영남육괴와 태백산지구로 이루어진 그룹은 중력이상이 커 서 지각에 밀도가 높은 물질이 있거나 혹은 지각평형에 비해서 맨틀이 더 높아져 있을 가능성을 보여주며, 이 는 또한 지각하부에 마그마물질의 하부점착이 넓게 분포하고 있을 것이라는 설로도 설명될 수 있다. 이와 대조 적으로 태백산 지구를 제외한 나머지 옥천습곡대와 경기육괴는 낮은 중력이상을 특징으로 하는 또 다른 그룹 으로 묶어서 분류할 수 있는데, 이는 이들 사이에 대륙충돌 경계가 형성되었을 가능성을 보여주는 중력학적 근 거로 해석될 수 있을 것이다. 고도이상, 부우게이상, 지각평형이상과 측점 높이와의 관계 분석을 통해 연구지 역의 지각평형이 잘 이루어져 있음을 보였으며, 고도이상이나 부우게이상과 높이와의 관계에서 높이 약 100~150 m 사이에서 기울기가 꺾이는 특징을 관찰하였는데, 이는 지각뿌리의 인력효과에 의한 것으로 분석 되었다. 한편 지형의 높이는 평균 249.4 m, 표준편차 249.5 m 임에 비해, 중력 자료는 평균 150.4 m, 표준편차 170.9 m 로서 전체 지형을 제대로 반영하지 못하고 자료의 지역적 편중이 심하여서 자료가 빈약한 지역에서 추가적인 중력측정이 요구된다. 주요어: 중력, 지각평형, 대륙충돌, 지체구조, 마그마하부점착 Young Hong Shin, 2006, Implications of gravity anomalies in the tectonic provinces of the southern part of the Korean Peninsula. Journal of the Geological Society of Korea. v. 42, no. 3, p. 397-411. ABSTRACT: The gravity data measured at 11,248 points in the southern part of the Korean Peninsula were investigated in the light of tectonic provinces. The group of Taebaeksan Zone and Yongnam Massif, to which Gyeongsang Basin and Sobaeksan Zone belong, can be characterized by high gravity anomaly. This indicates either existence of high density materials in the crust or shallower Moho than isostasy depth. In addition, this observation supports the existence of a magmatic underplate widely distributed beneath the region. On the contrary, the other regions like Gyeonggi Massif and Okcheon Fold Belt, excluding Taebaeksan Zone, turn out to have low gravity anomalies. Such difference in gravity anomaly pattern may be related with the possible collision of the two groups. The relationship between gravity anomalies and surface elevations suggests that the study area is in good equilibrium from the viewpoint of local isostasy. Distinct changes in slope of the free-air and the Bouguer anomalies at 100~150 m high is caused by attraction of crustal root. Since uneven spatial distribution of observed data apparently creates discrepancy in surface elevation between actual topography and the one deduced from the gravity data, additional measurements are needed for more reliable interpretation. Key words: gravity, isostasy, continental collision, tectonic settings, magmatic underplate (Young Hong Shin, Korea Astronomy and Space Science Institute, Hwaam-dong Yuseong-gu Daejeon 305-348 and Research Institute for Science Education, Pusan National University, Geumjeong-gu Pusan 609-735). 1. 서 론 지구의 중력은 지구의 불규칙한 질량의 분포를 반 ‡. 영하고 있으며, 따라서 지하구조 탐사나 지구의 형상 을 결정함에 있어서 가장 중요한 자료가 된다. 또한 지각의 운동이나 마그마의 이동, 강수변화, 지하수의. Corresponding author: Tel. +82-42-865-3240, E-mail. [email protected].

(2) 398. 신영홍. 변동, 빙하와 해수면 변동 등과 같은 질량의 이동이 나 지구와 주변 천체의 운동에 의한 역학적 영향과 지구조석, 지진 등에 의한 지각의 수직운동까지도 중 력의 시간변화에 영향을 미치는 것들이며, 역으로 이 들을 연구하는 수단이 되고 있다. 우리나라 학회지에 발표된 중력분야 첫 연구논 문은 Chang (1969)에 의한 “미국 Connecticut 남부 의 삼첩계지역의 중력탐사”로 52쪽에 이르는 방대한 분량이었다. 뒤를 이은 논문 중에 중력분야이거나 지 구물리탐사에서 중력분야가 함께 포함된 것은 이보 다 약 십 년 정도 뒤에 발표된 최광선 등(1977)의 “울 산 철산 부근의 지질구조와 광화작용에 관한 지질학 및 지구물리학적 연구”와 Lee (1979)의 “한반도의 지각평형” 및 Kim (1979)의 “한국의 중력 자료에 대 한 측지학적 및 지구물리학적 해석”이었다. 이후로 1994년까지는 연평균 3편정도 발표되던 것이 1995 년 이후 현재까지 매년 약 9편 정도가 국내 여러 학회 지에 발표되고 있는 실정이어서 우리나라에서 중력 분야의 연구가 아직까지는 빈약하다고 판단된다. 본 연구와 관련이 있는 선행 연구들로 다음과 같 은 것들이 있었다. Lee (1979)는 51점의 중력 자료를 바탕으로 고도이상(△  ) 및 부우게이상(△  )의 높이와의 관계를 각각 △      (중력이상은 mgal, 높이 h 는 meter 단위)과 △      로 분석하고 한반도 가 지각평형상태에 있다고 하였다. 이때, 중력측정 지점 의 높이는 최고가 373 m 로 주로 저지대에 분포한 자료 에 근거하였다. Kwon and Yang (1985)는 USAMSFE (Unite States Army Map Service Far East)의 중력 자료 164점을 계산하여, 높이와 고도이상 및 부우게이상 과의 관계를 각각 △      과 △      가 된다고 하였다. 최 광선(1986)은 1,818점의 중력 자료를 분석하였는데, 전체 자료를 사용하면 △       과 △      이 된다고 하였다. 자료의 측정 밀도가 늘어나면서 이전의 연구에서는 발견되 지 않았던 현상이 발견되었는데, 관측점의 높이가 약 200 m 보다 낮은 자료에서는 고도이상이나 부우게 이상의 높이에 대한 상관관계가 예상과는 달리 나타 난 것이다. 최광선(1986)은 관측점의 높이가 200 m 보다 낮은 중력자료만 사용할 경우는 고도이상과 부우 게이상은 높이에 대해 각각 △       . 과 △       의 관계로 나타나며, 200 m 이상인 자료만 사용할 경우는 각각 △          과 △       가 된다 고 하였다. 한편 부우게이상에 대한 정성적인 해석을 바탕으로 지질이나 지체구조환경 및 지진과의 관계 를 논의한 것으로 Choi et al.(1999)의 논문이 있는데, 이것이 우리나라 지체구조구별 중력 특성에 대한 현 재까지의 유일한 논문이었다. 이들은 중력이상의 특 징을 따라서 경기육괴, 비변성대, 옥천대, 태백산지 역, 소백산지역, 경상분지, 영동-광주저지대 등의 7 개의 지역으로 나누었는데, 지질학적인 지체구조구 의 구분과는 많은 차이가 나고 있다. 본 연구에서는 한반도 지체구조의 연구의 바탕이 되는 다양한 지질, 지구물리 분야 자료들 중에서 중 력 분야의 기초 자료를 제공하는 것이다. 한반도 남 부의 지체구조구별로 중력분포의 특성을 분석하기 위해서 각 지체구조구별 지형과 중력이상의 통계자 료를 만들고, 중력관측점의 높이에 따른 중력이상의 변화 경향을 자세히 비교분석한다. 최근까지 관측된 보다 밀도 높은 중력 자료를 바탕으로 신뢰성을 높였 으며, 고도이상과 부우게이상의 높이와의 관계 분석 에 더하여서, 지각평형이상과 중력관측점 높이와의 관계를 보였다. 또 이들 중력 이상을 바탕으로 지체 구조구별 해석이 시도되었다. 아울러 한반도 남부를 구성하는 지각이 서로 다른 기원을 가진 두 개의 판 이 만났을 것으로 추정되는 중력학적인 근거가 제시 된다.. 2. 지형자료와 중력자료 연구지역은 육상 중력 자료가 확보되어 있는 한반 도 남부를 대상으로 하였으며, 멀리 떨어져 있는 도 서지방인 제주도나 울릉도, 독도 등은 연구지역에서 제외되었다. 투영법은 횡축메르카토르법(Transverse Mercator Projection)을 썼으며, 동경 127도와 북위 38도를 중심으로 하였다. 연구지역에 적합한 지형자료를 구성하기 위해서, 육상의 지형자료와 해양의 여러 수심자료를 활용하 였다. 육상자료는 미국 NIMA (National Imagery and Mapping Agency)의 DTED (Digital Terrain Elevation Data) 자료 중 3″× 3″평균고도 지형자 료를 바탕으로 하였다. 이 자료를 통해 먼저 12″×.

(3) 한반도 남부의 지체구조구별 중력특성 연구. 12“ 평균고도자료를 만들고, 상기의 지도 투영법을 따라서 경위도 자료를 xy-좌표로 바꾸었다. 경도 간 격 12”는 북위 38도에서는 293 m, 위도로는 370 m 정도의 거리에 해당한다. 또한 우리나라 일원의 수심 자료로서 해양수산부 산하 국립해양조사원의 수심 자료를 이용하였는데, 228,224 지점에 이르는 양이 다. 연구지역 주위로 비교적 깊은 수심을 보이는 울 릉분지 주위에서는 1996년과 1997년에 걸쳐 국립해 양조사원이 해양2000호를 이용하여 선상중력측정과 함께 수심측정도 행하였으며, 이들 수심자료를 이용 하였다. 이 지역의 수심 자료 중에 측정 및 수집병합, 처리 과정에서 여러 가지 원인에 의한 오측자료들을 제외한 자료의 양은 562,861 지점에 이르고 있다. 이 들 자료들로도 해양 지역에서는 자료의 밀도가 아주 적은 지역이 많아서 이들 지역에 대해서는 육상의 높 이뿐만 아니라 해양의 수심도 포함하고 있는 NIMA 의 DTED 5‘× 5’ 자료를 사용하여 보완하였다. 이들 수심자료들도 경위도 좌표를 데카르트좌표로 변환 하였고, 육상 자료와 병합한 후 각각 500 m 와 1 km 간격의 등 간격 지형자료를 만들었다. 자료의 범위는 연구지역의 주변으로 최소 100 km 까지를 포함하도 록 하였다. 본 연구에 사용된 중력 자료는 신영홍(2004)과 Choi et al.(2003)에 의한 자료 중, 백령도와 제주도, 울릉도, 독도 등과 같이 멀리 떨어진 일부 도서 지방 을 제외한 육상중력 자료이다. 우리나라에서 현대 적인 중력측정은 USAMSFE (U. S. Army Map Service Far East, 1964)에 의한 것으로 Wollard and Rose (1963)가 LaCoste and Romberg 중력계를 이 용하여 남한의 7개 지점에 전이한 중력기점을 기준 으로 남한의 163개 지점의 중력을 측정하였으며, 상 기의 Kwon and Yang (1985)의 논문은 이 자료에 기 초한 것이다. 이후 국립지질광물연구소, 국립지리원 (현재 국토지리정보원) 등에서 중력을 측정하기 시 작하였으며, 최광선(1986)은 상기의 모든 자료와 독 자적인 측정 자료를 취합하여 우리나라의 중력에 대 하여 종합적으로 분석한 바 있다. 이후 국립지리원과 최광선은 우리나라 육상지역에서 꾸준히 중력을 측 정하였으며 1995년 이전의 육상지역 중력 자료는 총 5,367지점에 이른다. 이 자료들은 대부분 수준점이 나 삼각점 또는 수준측량을 이용하여 중력을 측정하 였기 때문에 저지대의 도로를 따라서 측점이 분포하. 399. 게 되어 강원도지역과 지리산 일원 등과 같은 산악지 역에서는 중력측점이 매우 적었다. 1996년 이후 비교적 자료가 빈약한 지역을 중심으 로 중력을 측정하였으며, 구체적으로 ⓐ 지리산 서부 (1995년 10월 ~ 1996년 5월), ⓑ 강원도 중부 (1996 년 8월 9일 ~ 25일), ⓒ 강원도 북부 (1997년 10월 21 일 ~ 25일), ⓓ 지리산 동부 (1998년 1월 22일 ~ 7월 27일), ⓔ 전국 지방기상청 노장 중력기점 전이 및 인 근 수준점 중력측정 (1998년 8월 18일 ~ 2000년 12월 17일), ⓕ 영해 (1999년 1월 20일 ~ 2001년 5월 12 일), ⓖ 전북 진안 (1999년 7월 22일 ~ 2000년 2월 29 일), ⓗ 경남 합천 (1999년 1월 13일 ~ 2000년 3월 26 일), ⓘ 부산 (1999년 8월 9일 ~ 15일), ⓙ 울산 (2000 년 8월 19일 ~ 30일), ⓚ 경남 마산 (2001년 7월 5일 ~ 2001년 7월 10일), ⓛ 경기도 철원 (2001년 8월 6일 ~ 2002년 3월 1일) ⓜ 경북 포항 (2002년 11월 4일 ~ 2002년 11월 11일), ⓝ 제주도 (2002년 7월 24일 ~ 2002년 8월 23일 및 1998년 9월 12 ~ 14일, 1999년 9 월 29일) 등이다. ⓐ와 ⓑ 지역 탐사의 경우는 종합광 파기 (Total Station)를 이용한 수준측량으로 중력측 점의 표고를 측정하고 경위도 좌표는 지형도에서 독 취하였으나, 나머지 지역의 탐사자료는 GPS와 정밀 지오이드모델 (Choi et al. 1997)를 이용하여 좌표 및 표고를 계산하는 방법 (최광선 등, 1998)을 사용하여 정밀도와 효율성을 향상시켰다는 점이 주요하다. 우 리나라의 지형도는 Bessel1841 타원체를 기준으로 작성된 것인데 비해, 본 연구에서 사용하는 디지털 지형자료와 GPS의 기준좌표계는 WGS84 타원체이 므로, 좌표를 지형도에서 독취한 지점은 미국 NIMA (2000)의 좌표 변환 공식을 이용하여 Bessel1841 좌 표에서 GPS 기준 좌표계인 WGS84 타원체 좌표로 변환하였다. 1995년 이전 자료에서 지형보정이 15˝× 15˝ 지형자료를 이용하여 이루어져왔던 것에 비해 GPS를 이용한 이후 좌표의 정밀도 향상으로 보다 정 밀한 3˝× 3˝ 지형자료를 이용한 지형보정이 가능하 게 되었다. 모든 중력측정 기간동안 매일 3지점이상 의 중복측정 지점을 만들어 이를 기준으로 기계변이 보정을 하였을 뿐만 아니라 최소자승법에 기초한 교 점오차보정을 실시하였다(신영홍, 2004; Choi et al. 2003). 1996년 이후 측정한 중력자료는 모두 7,438지 점이며, 기존자료를 합한 후 중복된 지점을 제외하 면, 우리나라 육상지역 중력측점은 12,615지점에 이.

(4) 400. 신영홍. 른다. 준거표준편차(reference standard deviation)를 보면 각 측정지역별로 0.013 mgal 에서 0.054 mgal 사이의 값을 보이며, 모두가 0.10 mgal 보다 훨씬 작 은 값을 보이고 있어서 남한 육상지역의 중력 자료가 상당히 양질의 것임을 보여준다. 연구지역에서 500 m 간격의 등 격자 지형 자료로 그린 기복도와 지체 구조구의 구분 및 육상 중력 자료의 분포를 그림 1에 나타내었다.. 3. 중력이상과 지체구조구별 특성 3.1 중력이상의 계산. 중력이상의 계산은 GRS1980계를 기준계로 설정 하여 수행되었다. 조석보정을 위한 기조력은 Tamura (1982)를 이용하여 계산하였으며, 이때 G-값은 1.18. 로 하였다. 하루 중 중력계 스프링의 변화 때문에 생 기는 영향에 대해서도 선형변화를 한다는 가정 하에 보정이 이루어졌고, 최종적으로 최소자승법에 기초 하여 망조정을 수행하여 관측중력을 계산하였다. 고 도이상 산출을 위해 대기질량보정과 고도보정을 하 였는데, 고도보정은 높이의 제곱항까지 고려하여 수 행되었다. 부우게이상을 산출함에 있어 지형보정은 상기한 바와 같이, 좌표값이 부정확한 1995년 이전 자료에서는 15“× 15” 지형자료를 이용하였고, 이후 얻어진 중력 자료에 대해서는 정밀한 3“× 3” 지형자 료를 이용하여 적분반경 50 km까지 지형보정이 이 루어졌다. 지형의 밀도는 2670 kg/m3 로 하였다. 지 역적인 지각평형을 가정하고, 지각의 뿌리(root) 및 반뿌리(anti-root)에 의한 중력효과를 보정하기 위해 서는 1 km × 1 km 지형자료를 사용하였고, 적분반경. Fig. 1. The relief map of study area showing tectonic zoning: The dots represent spatial distribution of gravity data. Tectonic zoning is referred to Chough et al. (2000) and Kim (1998), in such a way that the zones are I Gyeongsang Basin, II Yeongnam Massif (II-1 Sobaeksan Zone and II-2 Yeongnam Massif), III Okcheon Fold Belt (III-1 Taebaeksan Zone and III-2 Okcheon Fold Belt), and IV Gyeonggi Massif..

(5) 401. 한반도 남부의 지체구조구별 중력특성 연구. 을 100 km 로 하였으며, 적분공식은 Nagy (1966)의 식 을 이용하였다. 지각평형설은 Airy-Heiskanen의 방 식을 채택하였고, 보상면에서의 등질량을 가정하였 으며, 3차항 이후를 무시한 뿌리 및 반뿌리의 깊이 공 식(Heiskanen and Vening Meinesz, 1958)을 이용 하였다. 초기 지각의 밀도는 2670 kg/m3 로, 해수의 3 밀도는 1030 kg/m 로, 지각과 맨틀의 밀도차는 500 kg/m3 로 두었으며, 표준지각두께는 30 km 로 두었 다. 이들 처리과정을 통해 얻어진 여러 중력이상과 지형자료에 대한 분석을 표 1, 2, 3 과 그림 2, 3에 나 타내었다. 3.2 지체구조구별 중력 자료 분포와 지형 및 지각평형 모호면 지체구조구의 분류는 Chough et al.(2000)과 김정환 (1998)을 참고하였으며, 크게 경상분지(I; Gyeongsang Basin), 영남육괴(II; Yongnam Massif), 옥천습곡대 (III; Okcheon Fold Belt), 경기육괴(IV; Gyeonggi Massif)의 네 지역으로 나누고, 또 이들 중에서 영남 육괴의 북동지역은 소백산지구(II-1; Sobaeksan Zone)로, 옥천습곡대의 북동지역은 태백산지구(III-1; Taebaeksan Zone)로 각각 세분하였다(그림 1). 표 1에 나타낸 것처럼 연구지역의 전체 면적은 101,643 km2 이고, 경기육괴의 면적이 33.3%를 차지 하며, 소백산지구와 태백산지구가 각각 5.0%와 6.0% 정도로 작게 나타나고 있다. 소백산지구를 포함하는 영남육괴를 경상분지와 합하면 39,957 km2 로, 연구 지역의 39.3% 를 차지한다. 태백산지구를 포함하는. 2. 옥천습곡대는 27,880 km 로, 연구지역의 27.4% 정 도이다. 연구지역의 중력의 측점 자료는 총 11,248점 에 이르며, 측점 밀도는 평균 9.0 km2 당 1점에 이르 러 측점 밀도가 낮은 것은 아니나, 지체구조구에 따 라서 측점 밀도의 차이가 많이 나서 낮은 곳은 31.8 km2 당 1점에서 높은 곳은 3.1 km2 당 1점에 이르고 있다. 게다가 그림 1을 보면, 한 지체구조구 내에서도 중력 자료의 분포가 고르지 못함을 볼 수 있는데, 이 는 광역적인 중력연구의 효과와 신뢰성을 떨어뜨리 는 요인이 될 것이며, 앞으로는 이러한 심각한 자료 의 편중 현상에 대한 개선이 요구된다. 표 1과 그림 2에서 지형과 중력 측정 지점의 높이 분포를 나타내었다. 지형의 높이는 연구지역 전체 평 균이 249.4 m 이며, 중력 자료의 경우는 150.4 m 이 다. 이들의 표준편차도 각각 249.5 m 와 170.9 m 로 서, 중력 자료의 분포는 높이의 평균이나 편차 모두 에서 실제 지형보다 매우 작게 나타나고 있어서 전체 지형을 제대로 반영하지 못함을 보여주는 것이다. 각 지체구조구별로도 비슷한 경향을 보이는데, 경상분 지의 경우가 비교적 심하게 나타나고 있으며 경기육 괴와 옥천습곡대는 다른 지역에 비해서는 지형의 분 포를 좀 더 잘 반영하는 편이다. 이는 중력 측정이 주 로 저지대를 따라서 이루어졌음을 보여주는 것으로, 저지대를 따라 만들어진 도로망을 따라 중력을 측정 했기 때문이며, 실제로 험한 산을 따라서 중력을 측정 하기는 인력이나 장비 및 경제성 등을 고려할 때, 비효 율적이며 비현실적이라고 볼 수 있다. 지형의 효과를 반영하는 중요한 중력이상으로는 고도이상이 있으며,. Table 1. Statistics of topography, isostatic Moho depth, and gravity data distribution. Zone. 2. km I II-1 II-2 III-1. Topography (meter). Area. Gravity station height (meter). Mean STD Max.. Mean. STD. Max.. 20537 20.2 203.0 173.3 1115. 31.09. 0.93. 5.0 374.8 267.8 1332. 32.02. 1.45. 14337 14.1 296.3 262.6 1658. 31.60. 1.42. 38.95. 188.0 190.2 1428.8. 1.0. 32.89. 1.53. 38.06. 428.8 251.8. 997.4. 3.5. 5083 6085. %. Isostatic Moho depth (km). 6.0 536.5 283.7 1493. Mean. STD. Max. Min.. 36.02. 87.6 109.8. 874.1 -0.5. 37.19. 214.4 192.4. 962.7. 1.5. Data Number N. 5026 44.7 160. 4.1. 1.4 31.8. 2214 19.7 408. S. %. 6.5. 3.6 14.9. III-2. 21795 21.4 144.7 150.7 1101. 30.78. 0.81. 35.94. 147.8 117.8. 572.9. 1.9. 1195 10.6 18.2. IV. 33806 33.3 254.6 270.5 1493. 31.37. 1.46. 38.06. 200.0 187.1 1088.5. 1.9. 2245 20.0 15.1. Total 101643 100 249.4 249.5 1658. 31.35. 1.35. 38.95. 150.4 170.9 1428.8 -0.5 2. STD means standard deviation. S denotes data sparsity in a unit of km /point.. 11248 100. 9.0.

(6) 402. 신영홍. Fig. 2. Distributions of topography and gravity data with respect to height: Gravity data sparsity is shown in a unit of number/area..

(7) 403. 한반도 남부의 지체구조구별 중력특성 연구. 깊게 나타나게 된다.. 이는 연직 데이텀을 결정하는데 필수적인 지오이드 계 산에 기본 자료로 사용된다. 본 자료에서 보듯이 지형 을 충분히 반영할 정도로 수평적으로나 수직적으로도 고르게 분포하도록 하면서도 밀도 높게 중력을 측정하 는 것은 현실적으로 어려운 일이기 때문에, 다른 지구 물리적 예측 기법(geophysical prediction)을 활용한 내삽과 외삽을 하는 것이 바람직하며, 충분한 고밀도 의 자료가 아닌 경우는 고도이상을 직접적으로 내삽 혹은 외삽하는 것은 위험한 일이라 하겠다. 국지적인 지각평형을 가정한 모호면의 깊이는 직 접적으로 지형에 의해 결정되며, 여기다 해발고도 0 m 일 경우의 모호면 깊이에 해당하는 표준지각두께 (normal crustal thickness)와 지형의 밀도, 지각과 맨틀의 밀도차가 중요한 요소들이 된다. 이들 매개 변수들은 지역에 따라 다르게 나타나는 것으로, 지각 평형이상을 최소로 만드는 경우를 택하기도 하고, 이 미 잘 알려져 있는 지구물리정보를 바탕으로 평균적 인 범위의 값들을 대입하기도 한다. 본 연구에서는 그림 5를 제외한 나머지에서 지형의 밀도를 2670 kg/m3 로 하였고, 표준지각두께를 30 km, 지각과 맨틀의 밀도차를 500 kg/m3 로 하였다. 이렇게 하였 을 때, 연구지역의 모호면의 기복은 평균 31.35 km 에 표준편차 1.35 km, 그리고 최대 깊이는 38.95 km 를 보인다. 이는 지형의 기복에 배해 약 5.4 배에 해 당한다. 그리고 연구지역이 육상지역을 대상으로 하 였기 때문에 모호면의 최저 깊이는 30 km 가 된다. 표 1에서처럼 지각평형을 가정한 모호면은 태백산지 구와 소백산지구 같이 지형의 고도가 높은 지역에서. 3.3 지체구조구별 중력이상의 특징과 대륙 충돌 경계. 고도이상은 지형의 영향을 많이 반영하게 되므로 태백산지구와 소백산지구에서 가장 크게 나타날 것 이라 예상할 수 있으며, 이어서 영남육괴와 경기육 괴, 경상분지, 호남습곡대 순이라 예측할 수 있다. 그 러나 예상과는 달리 경상분지의 고도이상이 크게 나 타나고 있으며, 반면 경기육괴는 작은 값을 보이고 있다(표 2). 이는 지각의 밀도분포 혹은 맨틀의 높이 와 관련이 있는 것으로 보통의 경우 평균해수면 이상 의 질량효과를 제거한 부우게이상을 보면 좀더 명확 해 진다. 부우게이상에서 경상분지의 값이 다른 지역 에 비해 매우 크게 나타나고 있으며, 소백산지구를 포함하는 영남육괴에서 비교적 크고 나머지 지역, 특 히 경기육괴에서 작은 값을 보여준다. 태백산지구의 경우 고도이상은 제일 크게 나타났으나 부우게이상 은 급격히 작아지는데, 이것은 이곳 지형의 평균 높 이가 536.5 m 로 다른 지역보다 훨씬 높게 나타나기 때문에 지각의 뿌리가 깊어서 나타나는 현상이다. 또 이곳의 지형과 중력측정 높이의 표준편차가 가장 큼 에도 불구하고, 부우게이상이나 지각평형이상의 표 준편차는 가장 작은 지역이다. 중력탐사에서 지형효과를 제거한 중력이상의 경 향을 파악할 때에는 통상 부우게이상을 사용하여 왔 으며, 계산하고자 하는 밀도불연속면의 깊이에 따라 서 여러 가지 필터를 적용하여 신호와 잡음을 분리하. Table 2. Statistics of gravity anomalies. Zone. Free-air anomaly (mgal). Bouguer anomaly (mgal). Isostatic anomaly (mgal). Mean. STD. Max.. Min.. Mean. STD. Max.. Min.. Mean. STD. Max.. Min.. I. 31.19. 13.31. 109.63. 6.42. 22.84. 10.14. 61.88. -10.20. 34.30. 6.24. 54.70. 13.20. II-1. 29.57. 15.50. 95.34. 6.40. 7.69. 16.68. 41.81. -18.10. 29.52. 7.06. 42.59. 12.75. II-2. 23.88. 19.62. 137.98. -14.42. 5.41. 14.03. 35.45. -32.69. 24.50. 10.91. 54.41. -3.69. III-1. 42.17. 28.23. 100.49. -16.12. -1.56. 9.46. 38.47. -24.99. 27.48. 4.84. 43.07. 4.36. III-2. 11.45. 10.51. 58.34. -22.62. -3.88. 8.77. 33.62. -25.19. 11.38. 5.27. 38.42. -10.96. IV. 12.52. 17.16. 97.24. -18.20. -7.77. 12.95. 39.75. -30.23. 13.69. 8.60. 40.27. -7.12. Total. 24.30. 18.34. 137.98. -22.62. 9.36. 17.30. 61.88. -32.69. 25.51. 12.01. 54.70. -10.96. 3. STD means standard deviation. Density of topography is 2670 kg/m and integration radius 50 km for Bouguer anomaly computation. 3 Density contrast between crust and mantle is 500 kg/m , normal crustal thickness 30 km, and integration radius 100 km for isostatic anomaly computation..

(8) 404. 신영홍. 고 있다. 이들은 중력의 장파장 성분은 깊은 곳에 대 한, 단파장은 얕은 곳에 대한 신호임을 전제로 한 것 이다. 본 연구에서는 우리나라 광역적인 지하밀도의 분포를 파악하기 위해서는 단지 평균해수면 위의 지 형효과를 제거한 부우게이상보다는 이들 지형에 의 해 변형된 모호면의 효과까지를 제거한 지각평형이 상을 분석하는 것이 더 타당하다고 제시한다. 이 경 우 지형과 이와 직접적으로 관련된 지각뿌리 혹은 반 뿌리의 효과가 동시에 제거된 것이므로 지각의 밀도 분포는 더 명확해지며, 여기서 추정되는 모호면의 깊 이는 절대적인 깊이가 아니라 지각평형을 가정했을 때와 비교하여 나타나는 상대적인 깊이를 나타내게 된다. 표 2에 나타낸 지각평형이상을 통해서 경상분지 와 소백산지구를 포함하는 영남육괴 및 태백산지구 (I & II & III-1)의 중력이상이 나머지 지역(III-2 & IV)에 비해 크게 나타남이 뚜렷이 드러난다. 이것은 표 3의 y절편 값에서도 볼 수 있는 경향이다. 이렇게 중력이상의 특징을 통해 구분된 경계는 태백산지구 와 경상분지를 포함하는 영남육괴가 옥천습곡대를 포함하는 경기육괴로부터 떨어져 있다가 후기 페름 기에서 초기 트라이아스기에 충돌하여 SKTL (South. Korea Tectonic Line)을 형성하였다는 설(Chough et al., 2000)과 잘 부합하는 것으로 판단된다. 또 Cho et al.(2006)은 지각속도구조 연구에서 옥천습곡대가 지체구조적인 기원에서 영남육괴보다는 경기육괴에 가까우며, 두 판이 서로 독립적인 기원을 가지며 다 르게 진화해 왔을 것이라고 하였는데, 이것도 본 연 구와 부합하는 것으로 볼 수 있다. SKTL을 경계로 남동쪽에 위치한 지판은 북서쪽에 위치한 것보다 중 력이상이 높아서 지각에 밀도가 높은 물질이 있거나 혹은 지각평형을 가정한 가상적인 모호면에 비해서 맨틀이 더 높아져 있음을 나타낸다. 이는 지각과 맨 틀 사이에 채워진 마그마물질의 하부점착(magmatic underplating)이 이들 지역에 넓게 분포하고 하는 것 으로도 해석될 수 있는데, 이것에 대한 우리나라에서 의 연구는 Kim et al.(2003)과 Cho et al.(2004)에 의해 서 울릉분지에서 처음 보고되었다. 본 연구지역과 동 일한 지역에서도 최근에 제안된 바 있는데, 김기영 등 (2005)에 의한 한반도 지각속도 구조 연구에서 서북서 -동남동 방향의 굴절파 탐사 측선을 따라서 경상분지 하부에 두께 5 km 정도의 마그마물질의 하부점착 가 능성을 제시하였다. 이 또한 본 연구의 중력이상의 분 포 특징과도 상통하는 부분으로 판단된다.. Table 3. Linear regression between gravity anomalies and gravity observation height. Zone. Free-air anomaly. Bouguer anomaly. Isostatic anomaly. Slope. Intercept. Slope. Intercept. Slope. Intercept. I. 0.08180 0.10404. 24.024 18.602. -0.02245 0.00038. 24.804 19.165. -0.00346 0.00196. 34.601 33.751. II-1. 0.04818 0.08351. 19.239 3.726. -0.05794 -0.02313. 20.114 4.926. -0.02059 -0.00881. 33.934 28.649. II-2. 0.07856 0.09593. 9.108 1.670. -0.02524 -0.00857. 10.159 2.984. -0.00784 -0.00347. 25.972 24.005. III-1. 0.10537 0.11885. -3.013 -10.899. -0.00769 0.00433. 1.740 -5.282. 0.00058 0.00426. 27.234 25.124. III-2. 0.06467 0.08649. 1.892 -4.020. -0.04134 -0.01797. 2.229 -4.206. 0.00015 -0.00749. 11.362 13.383. IV. 0.07052 0.09717. -1.584 -12.860. -0.03525 -0.00989. -0.722 -11.380. -0.00135 0.00402. 13.963 11.871. Total. 0.05930 0.09460. 15.385 1.101. -0.04594 -0.01191. 16.267 2.525. -0.01496 0.00100. 27.757 21.325. Upper numbers of each cell are derived from total data of each tectonic zone, while lower ones from the data of which observation height 3 is not lower than 150 m; Unit of gravity anomalies is mgal and that of slope is mgal/m; Density of topography is 2670 kg/m and integration 3 radius 50 km for Bouguer anomaly computation. Density contrast between crust and Moho is 500 kg/m , normal crustal thickness 30 km, and integration radius 100 km for isostatic anomaly computation..

(9) 한반도 남부의 지체구조구별 중력특성 연구. 405. Fig. 3. Dependence of (A) free-air anomaly, (B) Bouguer anomaly, (C) isostatic anomaly, and (D) isostatic correction on gravity station height..

(10) 406. 신영홍. 3. 3.4 중력이상과 높이와의 관계 및 지각평형. kg/m 로 두면, 단위 높이의 부우게보정량  는. 중력이상과 높이와의 관계를 그림 3과 표 3에 나 타내었다. 고도이상은 이차항 이상을 생략하고 대기 질량보정을 생략하면,. 약 0.11195 mgal/m 이 된다. 따라서. △       . (1). △          (4). 로 둘 수 있고, 마찬가지로. 로 표현할 수 있다. 여기서 △ 는 고도이상이며,  는 관측중력,  는 표준중력으로 mgal 단위이. △    . 며, 중력관측점 높이  는 meter 단위이다. 또 계수. 로 표현할 수 있다. 고도이상은 중력측정점의 높이가 서로 다른 것에 서 비롯한 차이를 제거해 주는 것이므로 높이가 같은 면, 보통 지오이드면에서의 중력이상값으로 환산하 여 비교하게 된다. 비록 높이를 서로 맞추었다고 하 더라도 중력측정점과 지오이드면 사이의 질량효과 는 여전히 남아 있으므로 이의 영향이 고도이상-높 이 관계에 반영된다. 따라서 중력 측정지점이 높을수 록 더 많은 지형의 중력효과가 작용하기 때문에 고도 이상-높이 관계 그래프의 기울기는 양 (+)의 값을 가 지게 된다. 부우게이상은 고도이상에서 중력측정지 점과 지오이드면 사이에 존재하는 질량체의 중력효 과까지 제거해주므로 좁은 지역에서는 두 관측지점 중력측정의 높이가 다르더라도 서로 비슷한 부우게 이상값을 가지게 된다. 따라서 부우게이상-높이의 관계에서 기울기는 0 에 가깝게 된다. 그러나 지형이 높은 곳은 모호면이 깊게 위치하게 되는데, 지역이 넓어지면서 이러한 지각의 뿌리효과의 차이가 커지 기 때문에 이 관계는 일반적으로 음 (-)의 기울기를 가지게 된다. 지각평형이상은 지각의 뿌리에 의한 중 력효과까지 제거한 것이므로 지각평형이 이루어졌 다면 지각평형이상-높이 관계에서 기울기는 거의 0 이 된다. 본 연구지역의 고도이상과 부우게이상 및 지각평 형이상과 높이와의 관계를 그림 3과 표 3에 나타내었 다. 그림 3에서 고도이상-높이 관계는 강한 양의 기 울기, 부우게이상-높이는 약한 음의 기울기, 그리고 지각평형이상-높이 관계의 기울기는 다른 것에 비해 가장 수평에 가까운 경향을 보여주고 있다. 그림에서 지각평형이상-높이 관계는 둘 사이의 선형의 관계가 가장 잘 나타나지만, 고도이상이나 부우게이상은 고 도 약 100~150 m 사이에서 기울기가 꺾이는 것이 뚜 렷이 나타나서 단순한 선형회귀를 하게 되면 둘 사이. 0.3086은 중력의 높이 변화로 mgal/m 단위를 가진 다. 부우게이상과 지각평형이상은 각각 △               △     . (2). 와 △                  △         △   . (3). 이 된다. 여기서 △ 는 부우게이상이며, △ 는 지각평형이상,  는 지형의 밀도,  는 만유인력상수,  는 지형보정, 그리고  는 지각평형보정이다. 또  는 부우게보정량으로 중력측정지점의 높 이에 직접적인 영향을 받는다. 지각평형보정량은 지 각과 맨틀의 밀도차외에도 지각뿌리의 기복에 직접 적인 영향을 미치고 있는 지형의 높이와 밀도에 비례 하여 나타나는데, 그림 3을 보면 높이 200 m 까지는 보정량이 빠르게 증가하다가 그 이상의 높이에서는 보정량의 증가가 별로 나타나지 않는다. 이것은 높은 지역의 하부에서 지각뿌리는 비록 많이 깊어지더라 도 이의 수평적 규모가 아주 작아서 인력효과는 작기 때문이다. 지형보정은 지형의 기복정도와 높이의 영 향을 받는데, 본 연구지역 전체의 지형보정량은 평균 1.89 mgal, 표준편차 1.93 mgal 의 작은 규모이며, 대체로 지형의 높이에 비례하여 나타나고 있다. 한편, 위의 식 (3)에서 △      △  로 고칠 수 있고, 지각평형이 이루 어진 지역에서는 △ 은 대체로 일정한 값을 가지 게 되므로 상수로 둘 수 있다. 지형의 밀도를 2670. (5).

(11) 한반도 남부의 지체구조구별 중력특성 연구. 의 관계가 다소 왜곡될 수 있음을 알 수 있다. 이것은 지각평형보정과 높이의 관계를 통해서 설명이 될 수 있는데, 이 양이 해당 높이에서 큰 변화를 보이고 있 음을 확인할 수 있다. 따라서 이들 관계를 선형회귀 하면서 높이가 150 m 이상의 자료들에 대한 선형회 귀도 같이 수행되었다. 연구지역 전체를 대상으로 한 이들 기울기는 고도이 상, 부우게이상, 지각평형이상에 대해 각각 0.05930, -0.04594, -0.01496 mgal/m 이며, 표준편차는 각각 21.464, 19.077, 11.863 mgal 로 작아짐을 보였다. 또 높이 150 m 이상의 자료에 대해서는 기울기가 각각 0.09460, -0.01191, 0.00100 mgal/m 로 나타났다. 지 각평형을 전제로 하면, 식 (4)에서 지형보정은 작은 값이므로 생략하고, 고도이상과 지각평형보정을 더하 면, 높이와의 관계 기울기가 대략 0.11195 mgal/m 가 되며, 식 (5)에서 부우게이상과 지각평형보정을 합하 면 높이와의 관계에서 기울기는 0 에 접근하게 된다. 한편, 지각평형보정의 높이와의 관계는 연구지역 전체 자료를 대상으로 하면 △     이고, 높이가 150 m 이상인 자료는 △      , 150 m 미만의 자료는 △       를 보인다. 따라서 연구지역 전체 자료에 서 “고도이상+지각평형보정”의 기울기는 0.09948 mgal/m, 높이 150 m 이상의 자료를 대상으로 하면 0.11089 mgal/m 이 되어 0.11195 mgal/m 와 비슷 한 값을 보여 지각평형이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있다. 또 “부우게이상+지각평형보정”은 전체자료를 대상으로 할 때 -0.00424 mgal/m, 높이 150 m 이상 일 때 0.00847 mgal/m로 0 에 가까운 기울기를 보 인다. 이는 연구지역의 평균고도 249.4 m 에 대해서 불과 -1.057 과 2.112 mgal 의 작은 변화를 의미하므 로 지각평형이 매주 잘 이루어져 있음을 보여준다. 그리고 지각평형보정에서 높이가 150 m 미만일 때, 기울기는 부우게보정요소 0.11195 mgal/m 의 82.6% 에 이르는데, 이는 해당 높이의 면적이 넓어서 지각 의 뿌리효과가 부우게평판에 가깝기 때문이다. 높은 곳은 면적이 좁은 만큼 중력효과가 아주 작으며 지각 뿌리가 부우게평판으로 근사시킬 수 없게 된다. 식 (4)의 관계식에 따라 “고도이상+지형보정+지 각평형보정”과 높이와의 관계를 각 지체구조구별로 분석하여 그림 4에 나타내었다. 기울기는 경상분지 (I) 0.10849, 소백산지구 (II-1) 0.09136, 영남육괴. 407. (II-2) 0.10411, 태백산지구 (III-1) 0.11253, 옥천습곡 대 (III-2) 0.11210, 경기육괴 (IV) 0.11060, 그리고 전 체지역 0.09699 mgal/m 이다. 소백산지구를 제외하 면 개별 지체구조구별로 기울기가 0.11195 mgal/m 에 가깝게 나온 것에 비해서 전체지역의 기울기가 불 량하게 나온 것은 중력 자료의 분포 때문이다. 그림 4 에서 높이 150 m 이하의 자료 중 중력이상이 높은 부 분에 매우 많은 자료가 집중된 현상을 관찰할 수 있 는데, 대부분 경상분지의 저지대에 분포하는 자료들 로서, 경상분지 자체의 분석에서는 문제를 일으키지 않았지만 전체 지역의 자료를 분석할 때에는 자료의 편중 때문에 기울기의 왜곡현상을 일으키게 된다. 이 들 자료만을 제외하고 구한 기울기는 0.11724 mgal/m 가 되어서 이상적인 값에 좀 더 접근하였다. 따라서 중력이상과 높이와의 관계를 분석하여 지각평형을 연구하기 위해서는 중력 자료가 공간적으로 어떻게 분포하는지 먼저 파악하여야 하며, 또한 판구조적으 로 다른 특성을 가진 판에 대해서는 독립적으로 분석 함으로써 중력 자료의 불량한 분포에 따른 기울기의 왜곡현상을 피하는 것이 바람직하다. 지체구조구별로 지각평형이상-높이 관계를 분석 하면, 기울기는 경상분지 (I) -0.00346, 소백산지구 (II-1) -0.02059, 영남육괴 (II-2) -0.00784, 태백산지구 (III-1) 0.00058, 옥천습곡대 (III-2) 0.00015, 경기육괴. Fig. 4. Isostatic equilibrium analysis from the slope of “free-air anomaly + isostatic correction + terrain correction” with respect to height: The slopes of each tectonic zone are (I) 0.10849, (II-1) 0.09136, (II-2) 0.10411, (III-1) 0.11253, (III-2) 0.11210, (IV) 0.11060, and (total area) 0.09699 mgal/m, respectively..

(12) 408. 신영홍. Fig. 5. Slope variation of isostatic anomaly with respect to height: x and y axes denote normal crustal thickness (in meter) and density contrast between crust and mantle (in kg/m3), respectively. Topographic density is (A) 2570, 3 (B) 2620, (C) 2670, and (D) 2720 kg/m , and the number in each figure shows the range of (absolute value of) slopes..

(13) 한반도 남부의 지체구조구별 중력특성 연구. (IV) -0.00135, 그리고 전체지역 -0.01496 mgal/m 이다. 소백산지구를 제외하면 기울기가 0에 매우 가 깝게 접근하였으며, 옥천습곡대의 경우엔 1000 m의 높이 변화에 대해서도 겨우 0.15 mgal의 지극히 작 은 변화를 보일 뿐이다. 앞에서 언급한 것처럼, 전체 지역을 대상으로 한 기울기는 자료의 분포에 의해서 왜곡되는 경향이 있기 때문에, 개별 지체구조구에서 나타난 값에 비해서는 훨씬 큰 기울기를 가지는 것이 관찰되었다. 한편, 소백산지구의 기울기가 비교적 큰 음의 값을 가지는 이유는 천부의 지질구조와 관련이 있는 것으로 판단된다. 소백산지구 남서쪽에는 높이 가 약 300 m 이하의 낮은 지대가 있는데, 이곳은 엽 리상 화강암이 넓게 분포하고 있는 곳이다. 이곳은 중력이상이 커서 밀도가 높을 것으로 보인다. 이를 기준으로 북쪽으로 소백산, 북동쪽으로 태백산으로 이어지는 나머지 지역은 고도가 높고 험한 지역이다. 이 엽리상 화강암의 북동쪽 끝에는 대보화강암이 좁 게 분포하고 있는데, 이곳을 따라서 중력 측정이 이 루어진 바 있다. 높이는 약 300~500 m 정도인데 중 력이상이 낮아서 대보화강암 밀도가 작을 것임을 시 사하며, 또한 이의 영향으로 중력이상-고도 기울기 가 음의 방향으로 기우는 원인이 된 것으로 판단된 다. 즉, 표 1에서 볼 수 있듯이 소백산지구의 중력 측 정 밀도가 31.8 km2 당 1점에 불과하여 전체 연구지 역 중 가장 빈약한 분포를 보이고 고르게 분포하지 못 한데다가, 무엇보다 밀도가 높은 암석들이 주로 저지대 에 분포하였기 때문에 나타난 현상으로 해석된다. y절편은 경상분지 (I) 34.6, 소백산지구 (II-1) 33.9, 영남육괴 (II-2) 26.0, 태백산지구 (III-1) 27.2, 옥천습 곡대 (III-2) 11.4, 경기육괴 (IV) 14.0, 그리고 전체지 역 27.5 mgal 로서 각 지체구조구의 지각평형이상의 평균 34.3, 29.5, 24.5, 27.5, 11.4, 13.7 및 전체지역 25.5 mgal과는 잘 맞는데, 소백산지구는 차이가 다 소 크다. 소백산지구의 경우는 지각평형이상-높이관 계의 기울기가 비교적 큰데다 중력측정지점의 평균 고도도 높은 지역이기 때문이다. 이들 지체구조구별 중력이상의 분포경향을 통해 경상분지, 소백산지구 를 포함하는 영남육괴와 태백산지구를 큰 중력이상 을 특징으로 하는 하나의 판으로 묶고, 나머지 옥천 습곡대와 경기육괴를 낮은 중력이상을 보이는 또 다 른 판으로 묶어서 분류할 수 있을 것이다.. 409. 3.5 지형밀도, 지각과 맨틀의 밀도차 및 표준지각 두께의 변화 지금까지는 지형의 밀도를 2670 kg/m3, 지각과 맨 틀의 밀도차를 500 kg/m3, 표준지각두께를 30,000 m 의 일정한 값으로 하여 계산하였고, 그 결과를 각 지 체구조구별로 분석하여 연구지역 지각평형이 매우 잘 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 여기서 더 나아 가 본 절에서는 이들 값들을 변화시키면서 지각평형 이상을 이상적으로 결정할 수 있는 조건을 찾아보았 다. 지형의 밀도 2570, 2620, 2670, 2720 kg/m3 의 4 가지 경우에 대하여 지각-맨틀의 밀도차는 400에서 700까지 50 kg/m3 의 간격, 그리고 표준지각두께는 28,000 에서 33,000 m 까지 500 m 간격으로 계산하 여 그림 5에 나타내었다. 계산범위 내에서 지각평형이상-높이 관계의 기울 기를 0 으로 만들 수 있는 조건이 있는 지체구조구는 경상분지, 태백산지구, 옥천습곡대와 경기육괴이다. 경상분지는 지형의 밀도를 2570 kg/m3 으로 낮게 두고 표준지각두께를 30,000 m 로 두었을 때, 태백산 3 지구는 지형밀도 2670 kg/m 이고 표준지각두께가 30,000 m 보다 깊을 때 이 조건이 만족되었다. 옥천 습곡대는 지형밀도 2670 kg/m3 이고 표준지각두께 가 30,000 m 정도 일 때, 혹은 지형밀도가 이보다 낮 고 표준지각두께가 깊어지거나 그 반대의 조건일 때 에 기울기가 0 인 조건을 만들 수 있다. 경기육괴는 3 지형밀도 2620 kg/m 이고 표준지각두께가 30,000 m 일 때가 가장 적당해 보이며, 옥천습곡대와 마찬 가지로 지형밀도가 이보다 작아지면 표준지각두께 가 보다 깊어지거나 혹은 그 반대의 조건일 때 기울 기 0 을 만들 수 있다. 이를 통해 경상분지는 지형의 밀도가 작을 것으로 예상된다. 지형의 밀도를 이보다 크게 설정하여 부우게보정이 클 경우, 이를 보상할 지각뿌리의 영향을 같이 크게 만들어 기울기를 0 으 로 하려면 표준지각두께가 작아지던지 지각-맨틀 밀 도차가 커져야 한다. 태백산지구는 밀도가 2670 kg/m3 혹은 이보다 약간 클 것으로 보이며, 옥천습 곡대 2670, 경기육괴 2620 kg/m3 이 적당할 것으로 보인다. 나머지 두 지역인 소백산지구와 영남육괴의 경 우는 기울기를 앞 절에서의 소백산지구 -0.02059 mgal/m 나 영남육괴 -0.00784 mgal/m 보다 더 향 상시킬 수는 있지만, 계산 범위 내에서 기울기를 0 으.

(14) 410. 신영홍. 로 만들 수 있는 조건이 존재하지 않는다. 기울기를 많이 줄이려면 표준지각두께를 지나치게 작게 만들 거나 밀도차를 너무 크게 만들어야 하는 비합리적인 조건이 된다. 이렇게 되는 원인은 천부의 지질구조에 따른 밀도분포와 중력 자료의 공간적 분포가 고르지 못한 것이 가장 큰 원인으로 보이는데, 소백산지구는 앞에서 살펴본 바와 같으며, 영남육괴에서도 중력이 상-높이 관계 그래프에서 고도는 낮고 중력이상은 높은 영역에 많은 자료가 집중되어 있어서 기울기를 왜곡시키는 것이 관찰되었다. 따라서 이들 지역에서 는 중력 자료의 공간적 분포를 고려하여 가중치를 적 용하면 개선된 결과를 얻을 수 있을 것이다.. 4. 결론 및 토의 한반도 지체구조 연구에 활용할 수 있도록 중력 자료를 각 지체구조구별로 분석하였다. 1. 중력자료: 연구지역의 중력의 측점 자료는 총 11,248개, 측점 밀도는 평균 9.0 km2 당 1점에 이르는 많은 자료가 확보되었다. 2. 높이분포: 지형의 높이는 연구지역 전체 평균이 249.4 m 이며, 중력 자료의 경우는 150.4 m 이다. 이 들의 표준편차도 각각 249.5 m 와 170.9 m 로서 중 력 자료의 분포는 높이의 평균이나 편차 모두에서 실 제 지형보다 매우 작게 나타나고 있으므로 전체 지형 을 제대로 반영하지 못함을 알 수 있다. 3. 고도이상도: 따라서 지오이드의 연구 등을 위해 고도이상도를 작성할 때에는 직접적인 내삽을 사용하 기보다는 지구물리적 예측 기법이 동원되어야 한다. 4. 대륙충돌경계: 경상분지, 소백산지구를 포함하 는 영남육괴와 태백산지구를 큰 중력이상을 특징으 로 하는 하나의 판으로 묶고, 태백산 지구를 제외한 나머지 옥천습곡대와 경기육괴를 낮은 중력이상을 특징으로 하는 또 다른 판으로 묶어서 분류할 수 있 는데, 이들 사이에서 대륙충돌 경계가 형성되었을 가 능성을 지지한다. 5. 마그마물질 하부점착: 위의 대륙충돌 경계의 남 쪽으로 큰 중력이상이 분포하는 것은 지각에 밀도가 높은 물질이 있거나 혹은 지각평형을 가정한 가상적 인 모호면에 비해서 맨틀이 더 높아져 있음을 나타내 는 것이며, 또한 지각과 맨틀 사이에 채워진 마그마 물질의 하부점착이 넓게 분포하고 있을 가능성을 보. 여준다. 6. 중력이상-높이 관계: 고도이상, 부우게이상, 지 각평형이상과 측점 높이와의 관계가 분석되었다. 고 도이상-높이 관계는 강한 양의 기울기, 부우게이상높이 관계는 약한 음의 기울기, 그리고 지각평형이상 -높이 관계의 기울기는 다른 것에 비해 가장 수평에 가까운 경향을 보였으며, 연구지역 전체에서 각각 0.05930, -0.04594, -0.01496 mgal/m 이다. 7. 기울기의 꺾임 현상: 고도이상이나 부우게이상 은 고도 약 100~150 m 사이에서 기울기가 꺾이는 경 향이 뚜렷이 나타났으며, 지각 뿌리의 중력영향 때문 에 나타난 현상으로 분석된다. 8. 지각평형보정: 지각평형보정과 측점 높이와의 관계에서 높이 200 m 까지는 보정량이 빠르게 증가 하다가 그 이상의 높이에서는 보정량의 증가가 별로 나타나지 않는다. 이것은 높은 지역의 하부에서 지각 뿌리는 깊어지더라도 이의 수평적 규모가 아주 작기 때문이다. 지각평형보정에서 높이가 150 m 미만일 때, 기울기 0.09252 mgal/m 는 부우게보정요소 0.11195 mgal/m 의 82.6% 에 이르는데, 이는 해당 높이의 면적이 넓어서 지각의 뿌리효과가 부우게평판에 가 깝기 때문이다. 9. 지각평형: 지체구조구별로 지각평형이상-높이 관계를 분석하여 연구지역의 지각평형이 잘 이루어 졌음을 확인하였다. 기울기는 경상분지 -0.00346, 소 백산지구 -0.02059, 영남육괴 -0.00784, 태백산지구 0.00058, 옥천습곡대 0.00015, 경기육괴 -0.00135, 그 리고 전체지역 -0.01496 mgal/m 이다. 10. 기울기의 왜곡: 중력이상과 높이와의 관계를 분석할 때, 중력 자료가 공간적으로 어떻게 분포하는 지 파악하고 지체구조적으로 다른 특성을 가진 판에 대해서는 독립적으로 분석함으로써 중력 자료의 특 정지역 편중에 따른 기울기의 왜곡현상을 피하는 것 이 바람직하다. 소백산지구와 영남육괴에서 중력자 료의 편중 현상이 관찰되었고, 연구지역 전체의 자료 를 분석할 때에는 경상분지의 저지대에 집중된 자료 에 기인한 기울기 왜곡현상이 관찰되었다. 11. 지형밀도: 경상분지는 지형의 밀도가 2570 kg/m3 정도로 작을 것으로 예상된다. 태백산지구는 3 2670 kg/m 혹은 이보다 약간 클 것으로 보이며, 옥 천습곡대 2670, 경기육괴 2620 kg/m3 이 적당할 것 으로 보인다. 이들 조건에서 지각평형이상의 고도에.

(15) 한반도 남부의 지체구조구별 중력특성 연구. 대한 기울기가 0 인 조건들이 만들어졌다. 12. 연구의 한계: 중력 측정시 GPS (global positioning system)의 활용 이전에는 좌표의 계산과 지 형 보정의 오차가 클 것이다. 지각평형은 AiryHeiskanen의 국지적 지각평형설을 가정하였다. 중 력 자료의 공간적 분포가 일부 지역에 편중된 것이 가장 큰 제약점이었으며, 앞으로 고른 중력 분포를 위한 중력 탐사가 필요하다.. 사 사 본 논문을 꼼꼼히 검토해 주신 박영수 박사님과 박찬홍 박사님께 감사드리며, 박사후연수를 지원해 주신 한국천문연구원에 감사드린다.. 참고문헌 김기영, 홍명호, 이정모, 문우일, 박창업, 정희옥, 2005, 대규 모 발파자료 초동주시 역산을 통한 한반도 지각 속도구조 연구. 지구물리, 8(1) 45-48 김정환, 1998, 지각변동 (in:) 대한지질학회편, 한국의 지질. 시그마프레스, p.323-342. 신영홍, 2004, 동해 울릉분지의 중력이상과 지각구조, 지각 평형 및 유효탄성두께에 대한 종합 분석. 부산대학교 대 학원 이학박사 학위 논문, 179p. 최광선, 1986, 한반도 남부의 중력에 대한 연구. 서울대학교 대학원 이학박사 학위 논문, 110p. 최광선, 박희인, 정봉일, 1977, 울산 철산 부근의 지질구조와 광화작용에 관한 지질학 및 지구물리학적 연구. 지질학 회지, 13(3) 179-189. 최광선, 박필호, 신영홍, 1998, GPS를 이용한 중력측정. 한 국지구과학회지, v.19(2), p.120-126. Chang, C.C., 1969, A gravity study of the Triassic valley in southern Connecticut. Journal of Korean Institute of Mining and Geology, 2(2) 1-52. Cho, H.M., Baag, C.E., Lee, J.M., Moon, W.M, Jung, H., Kim, K.Y., and Asudeh, I., 2006, Crustal velocity structure across the southern Korean Peninsula from seismic refraction survey. Geophysical Research Letter, 33, L06307. Cho, H.M., Kim, H.J., Jou, H.T., Hong, J.K. and Baag, C.E., 2004, Transition from rifted continental to oceanic crust at the southeastern Korean margin in the East Sea (Japan Sea). Geophysical Research Letter, 31, L07606. Choi, K. S., Kim, J. H. and Yang, C. S., 1997, PNU95 Geoid.. 411. Korean Journal of Geophysical Research, v.25, p.1-13. Choi, K.S., Kumar, G.V.R. and Kim, K.Y., 1999, Qualitative interpretation of Bouguer anomaly in the southern part of the Korean peninsula. Geosciences Journal, 3(1) 49-54. Choi, K.S., Yang, C.S., Shin, Y.H. and Ok, S.S., 2003, On the improvement of precision in gravity surveying and correction, and a dense Bouguer anomaly in and around the Korean Peninsula. The Journal of the Korean Earth Science Society, 24(3), p.205-215. Chough, S.K., Kwon, S.T., Ree, J.H. and Choi, D.K., 2000. Tectonic and sedimentary evolution of the Korean peninsula. Earth-Science Reviews, 52, 175-235. Heiskanen, W.A. and Vening Meinesz, F.A., 1958, The Earth and its gravity field, McGraw-Hill Book Co.Inc. Kim, H.J., Jou, H.T., Cho, H.M, Bijwaard, H., Sato, T., Hong, J.K., Yoo, H.S. and Baag, C.E., 2003, Crustal structure of the continental margin of Korea in the East Sea (Japan Sea) from deep seismic sounding data: evidence for rifting affected by the hotter than normal mantle. Tectonophysics, 364, 25-42. Kim, S.K., 1979, Geodetic and Geophysical Analysis of Gravity Data in Korea. Journal of Korean Institute of Mining and Geology, 12(1), 17-28. Kwon, B.D. and Yang, S.Y., 1985, A Study on the Crustal Structure of the Southern Korean Peninsula through Gravity Analysis. Journal of Korean Institute of Mining and Geology, 18(4), 309-320. Lee, K.W., 1979, On Isostasy of the Korean Peninsula. The Journal of the Geological Society of Korea, 15(2), 134-140. Nagy, D., 1966, The gravitational attraction of a right rectangular prism. Geophysics, 31(2), 362-371. NIMA (National Imagery and Mapping Agency), 2000, Department of Defense World Geodetic System 1984. NIMA Technical Report TR8350.2 (3rd ed.), 175p. Tamura, Y., 1982, A computer program for calculating the tide generating force. The publications of the international latitude observatory of Mizusawa, v.16, p1-19. USAMSFE, 1964, South Korea report on the gravity survey 1961-1962. U. S. Army Map Service. Woollard, G. P. and J. Rose, 1963, International gravity measurements. University of Wisconsin.. ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 투 고 일 : 2006년 4월 20일 심 사 일 : 2006년 4월 26일 심사완료일 : 2006년 8월 1일.

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