서 론
후기 팔레오세부터 진행되었던 남미와 남극반도의 분리는 드레이크해협 을 형성시키고 해 협을 따라 남극순환류
의 형성을 가능하게 하였다
이에 따라 남극대륙은 차가운 해류에 의해 외 부 지역으로부터 격리되면서 현재와 같은 얼어붙은 대 륙이 되었다
이번 연구지역은 스코시아판 과 남극판
남극 파월분지 지역의 중 자력 및 고해상 (3.5 kHz) 탄성파 자료 해석
진영근 김규중 남상헌 김예동 이주한 한국해양연구원 극지연구소
Interpretation of Gravity, Magnetic and High-resolution (3.5 kHz) Seismic Data in the Powell Basin, Antarctica
요 약 년 월 남극 파월분지의 지체구조와 최근의 퇴적작용을 규명하기 위해 중력 자력과 고해상도 탄성파 탐사 를 실시하였다 파월분지 확장축을 따라 의 중력이상대가 분포하고 북서 방향에서 동쪽으로 크게 휘는 양상을 보여준다 남극반도 및 남오크니 소대륙과 접하는 파월분지의 동서 경계지역을 따라 분지확장 초기 대륙지각 열개 작용 때 형성된 지역을 지시하는 의 이상대가 관찰된다 파월분지 확장축의 자력이상값은 일반적인 중앙해령의 자력이상값에 비해 상당히 작은 값을 나타난다 이는 두꺼운 퇴적층 하부의 해양지각이 열적인 변형을 받아 자성이 크게 상실된 것으로 해석된다 고해상도 음향특성은 빙하의 침식작용으로 형성된 남스코시아해령의 정상부 대지위 에 입자가 큰 빙하퇴적물이 얇게 피복되어 있음을 보인다 파월분지에서는 두꺼운 해양 퇴적층이 형성되어 있으며 퇴적층내 변형작용이 적어 분지확장 활동이 멈춘 후에는 큰 지구조 운동이 없었음을 알 수 있다
주요어 파월분지 중 자력 이상 고해상도 탄성파 지구조 퇴적작용
Gravity, magnetic and high-resolution seismic surveys were carried out in the Powell Basin to examine tectonic structure and recent sedimentation on Dec. 2002. The trend of negative gravity anomalies along the spreading axis of the Powell Basin changes from northwest to east-west toward south. Both boundaries of the basin with the Antarctic Peninsula and the South Orkey micro-continent show negative magnetic anomalies, which indicates that the boundaries were continental rift areas in the initial stage of spreading. Magnitude of the magnetic anomalies corresponding to the axis of the basin is rather small compared to those of normal spreading axises in other regions. Such small anomalies would be caused by reduction of magnetic strength of oceanic crust below thick sediments due to thermal alternation. High-resolution (3.5 kHz) seismic profiles reveal that top of the South Scotia Ridge is a flat terrain coverd with thin coarse sediments by glacial erosion. Thick oceanic sediments are deposited in the central part of the basin. Little deformation in the oceanic sediments indicates that the Powell Basin has been in stable tectonic environment after spreading of the basin stopped.
Powell Basin, gravity and magnetic anomalies, high-resolution seismic, teotonic, sedimentation
진영근 김규중 남상헌 김예동 이주한
의 남쪽 경계부인 남스코시아해령 과 그 남쪽에 분포하는
파월분지 지역을 포함한다 스
코시아판에 해당하는 해양은 스코시아해 로 불린다
드레이크해협에는 확장시기를 달리하는 여러 개의 확장시스템이 존재한다 이들은 대륙의 파편 호 상열도 또는 호상열도의 잔유물 등 다양한 지각 파편 들로 구성되어 있다 이번 연구지역인 파월분지 또한 남미대륙과 남극반도사이에 드레이크해협이 분리되면 서 형성된 지역이다
드레이크해협의 확장작용을 시간에 따라 재구성하 면 백만년전 경에 현재 스코시아해의 경계를 이루는 모든 대륙들이 분리되기 시작하면서 스코시아 해가 만들어지기 시작했다 경에는 파월분지가 분리를 시작하는 시기에 해당한다 이때 스코시아해는 이미 초기 분화과정에 있는 상태였다 파월분지의 남 동쪽에 위치한 제인뱅크 가 열리기 시작하 고 본격적인 스코티아해의 확장활동이 일어나는 시기
는 경이다 경에는 스
코티아해의 확장활동이 동쪽으로 확장되었고 이 시기
는 남극순환 저층수의 길이 열리는 중요한 시기에 해 당하지만 아직 북스코티아해령이 밀집되어 있어 연속 적인 남극순환 저층수의 유동을 막고 있는 시기이다 경에 북스코티아해령이 분리되고 드레이크해 협과 중앙스코티아해의 확장활동성이 감소하기 시작한 반면에 동스코티아해에서는 확장활동이 일어나기 시 작하였다 경은 남스코티아해령의 동쪽 부분이 나누어지기 시작한 시기이다 약 경에 이르러서 는 드레이크해협과 중앙스코티아 해의 확장활동이 중 단되거나 현저히 감소하여 현재와 같은 지체구조의 대 부분이 형성되었다
남스코시아해령은 남극반도 끝에서 남오크니소대륙 을 거쳐 남샌드위치군 도의 남단까지 이르는 대규모 지체구조로 스코시아판 과 남극판의 남쪽 경계를 형성하고 있다 파월 분지는 남극반도의 북동쪽 끝에 위치한 타원형태의 작 은 해양분지로 남쪽으로 웨델해와 연결되지만 나머지 부분은 대륙 블록에 의해 막혀있다
이 연구에서는 파월분지와 남스코시아해령 지역에서 얻은 해상자력자료와 인공위성 중력자료를 이용하여 이 지역의 전반적인 심부지체구조를 해석하고 파월분
지의 확장작용에 대한 이해를 통해 드레이크해협 확장 작용의 초기 과정를 고찰하고자 한다 또한 천부 고해 상도 탄성파 자료를 이용하여 최근의 퇴적 작용과 환경을 규명하고자 한다
자료획득 및 자료처리
년 월 남극반도 동쪽에 위치한 파월분지 지 역에서 약 에 달하는 측선탐사를 실시하여 다 중채널 탄성파 해상자력과 고해상도 탄성파 자료를 획득하였다 연구선은 러시아 선적의
호를 임차하여 탐사를 실시하였다 이 연구에서 사용한 중력자료는 과 의 인공위성 자료를 바탕으로 작성된 자료를 이용하였다
이 중력자료는
중력이상 을 계산한 것으로 해저지 형을 잘 반영한다
자력탐사에 이용된 장비는 사의 모델로 연구선에서 유발되는 자력효과를 최소화하기 위해 연구선에서 정도 후방에서 견인하면서 자료를 측정하였다 자력자료는 초 자료로 획득되나 조사선의 항법자료가 초 단위로 얻어지는 관계로 초 자료로 저장되었다 현장 자료는 라는 프로 그램을 통해 자료와 함께 기록된다 초 간격으
로 얻어진 현장자료에는 신호 대 잡음비가 낮거나 센 서의 급격한 움직임 등으로 생긴 잡음 들이 포 함되어 있어 편집이 필요하다 이러한 잡음 값을 제거 한 후에 이동 평균법 방법을 이용하 여 초 단위의 평균값을 구하였다 자력자료 처리의 일반적인 단계는 조사지역에 가까운 육상지자기 관측 소의 자료를 바탕으로 일변화 보정을 실시하고 이 값 에서
를 제거하여 자력 이상값을 얻게 된다 하지만 탐사기간 동안에 육상 관측 자료가 없는 관계로 일변 화 보정을 실시하지 못하였다 하지만 탐사 지역에서 자력 변화의 큰 양상을 파악하는 것에는 무리가 없을 것으로 추정된다 값은 년 자료를 바탕으로 하였으며 계산된 자력 이상값은 소프트웨어를 이용하여 도시하였다
이 연구에서 분석된 고해상도 탄성파 자료는 연구 선에 부착된 고해상도 음향탐사기
를 이용하여 획득하였다 탐사기의 음원 발 생기에서 대역의 주파수의 음파가 발생하여 해저로 전파된 후 천부해저지층에서 반사된 신호가 탐사기에 장착된 수진기에 의해 수신된다 수신된 자 료는 기록장치에 포맷으로 저장되어 후자료처 리 과정을 걸쳐 해저천부퇴적층의 고해상도 영상을 제 공한다 이번 연구의 탐사측선들에 대한 위치정보를
에 나타내었다
진영근 김규중 남상헌 김예동 이주한
중력과 자력이상
중력이상에 의하면 파월분지의 북부 경계 를 형성하고 있는 남스코티아해령을 따라 여러 구역으 로 분절된 불연속적인 중력이상대들이 나타난다
이는 해령을 따라 여러 개의 단층을 따라 지체구조블 록들이 회전 또는 이동과 같은 지구조운동을 하였음을 지시한다
파월분지에서 나타나는 중력 이상값은 정도의 범위를 나타낸다 특히 분지 중
측선명 시 작 종 료 측선길이
위 도 경 도 위 도 경 도
총 측선거리
앙부를 가로질러 에서 시작되어 까지 연장되는 선형적인 의 중력이상대가 관 찰된다 이는 파월분지내에 존재한 오래된 해저확장축 의 위치를 지시한다 확장축을 따라 나타나는 중력이 상은 남쪽으로 내려가면서 부근에서 의 이상으로 바뀌고 부근에서 다시 의 이상으로 변화하는 모습을 보인다 또한 분지 중앙부에 나타나는 중력이상대는 북서 남동 방향에서 동서 방향으로 크게 주향이 바뀐다 따라서 두꺼운 퇴적층 으로 인해 식별되지 않으나 주향이 바뀌는 부분에 확
장축을 교란하는 확장구역 나 대
규모 해양파쇄대 가 존재할 가능성이
높다 과 이 제시
한 이 지역의 탄성파 단면도에도 많은 단층들이 분포 하고 있어 과거 이 지역에 지각구조작용이 활발했음
을 보여준다 한편 는
까지의 확장해령을 동일한 구역으로 가정하 고 해저자기이상 자료를 이용하여 분지 형성 및 진화
에 대한 모델을 작성하였다 이들의 모델에 의하면 약 경에 파월분지는 배호분지 열개작용
을 시작하였고 약 부터 확장해령으로부 터 해저확장활동이 진행되었다 이후 약 백만년 동 안 해저확장활동이 계속되다가 그 활동을 멈추면서 현재와 같은 두꺼운 퇴적층이 집적되었다고 해석하였 다
이번 연구지역에서 나타나는 해저자기이상 분포를 보면 남스코시아해령을 따라 높은 의 자기이상대 가 나타난다 이 이상대는 남극반도의 태평양 주변부를 따라 수천 이상 연장되는 태평양주변부
자기이상대 의 연장
부분이다 는 남극반도 지역을 포함한 서남극지 역의 지각구조 형성 및 대륙이동을 재구성할 때 매우 중요한 역할을 한다 이번 연구에서는 기존에 파악되 었던 의 분포보다 남스코시아해령을 따라 좀더 동쪽지역에서도 의 높은 의 자기이상값이 관 찰되었다 이는 하나로 이루어져 있던 가 파월분
진영근 김규중 남상헌 김예동 이주한
지의 확장이 일어나면서 양쪽으로 나누어지고 그 동쪽 부분이 이번 탐사에서 관찰된 것으로 해석된다
도 이와 유사하게 항공자력 자 료에서 남스코시아해령을 따라 분포하는 높은 의 자기이상대를 관찰하였다 이 이상대는 파월분지의 확 장작용에 수반된 많은 단층들에 의해 나누어졌으며 파월분지의 확장방향을 따라 움직인 것으로 해석하고 이 이상대를 조합하여 교란을 받지 않고 하나의 블록 을 형성하고 있었던 약 까지의 확장모델을 제 시하였다
이러한 파월분지의 해저확장작용은 웨델해쪽 해양지 각의 섭입에 수반된 배호분지 확장작용에 의해 형성된 것으로 알려져 있다 다른 연구의 탄성파 탐사 자료와 중력 이상도에서 해저지각 형성이전에 진행 되었던 대륙지각 열개 분지 의 형태가 잘
나타난다
이들 연구의 중력 이상도에 의하면 파월분지와 동서 양쪽의 대륙 연변부와 만나는 경계부에 의 이상대가 잘 나타나는데 이는 탄성파 탐사측선상에 나타나는 두꺼운 퇴적분지의 분포와 잘 일치한다 남상헌 외
이 퇴적분지는 현재의 파월분지을 형성시킨 해 저확장이 본격적으로 시작되기 전에 진행되었던 대륙 지각내의 열개작용으로 생성되었던 분지로 해석된다 이 퇴적분지에서는 많은 정단층이 나타나고 심부지각 에 지구 와 지루 등의 지각변형구조들이 관찰된다 양쪽 경계부에 나타나는 의 이상대는 약 간의 비대칭적인 배열하고 있어 후기에 진행되었던 남오크니 소대륙의 회전에 의한 결과로 해석된다
은 남상헌 외 에 의해 작성된 측선 의 다중채널 탄성파 해석단면도와 이번 연구에서 얻은
자력이상도를 함께 도시한 것이다 이 측선은 파월분지 의 확장축을 통과하는 측선으로 해석단면도에서는 해 양지각 상부에 발달한 지구 구조와 확장해령이 잘 나 타난다 자력 이상값 변화는 약 정도의 범위 를 가지며 탄성파 단면도에서 해양지각 기반암상승부 를 형성하고 있는 확장해령에서 가장 높은 이상값이 나타난다 하지만 현재 확장작용이 진행되고 있는 세 계 다른 지역의 중앙해령의 경우 약 이상의 자기이상값을 보이는 것과 비교하면 파월분지의 확장 해령에서 관찰되는 자력이상값은 상대적으로 매우 작 다 이는 오래전에 확장을 멈춘 후 두꺼운 퇴적층이 쌓여 해양지각의 자력이상값의 강도를 약화된 결과로
해석된다 에서 언급했듯이 세계의
여러 곳에서 자력 이상치의 진폭이 매우 낮게 나타나 는 지역
이 관찰되는데 이러한 지역은 매우 높은 퇴적율에 의해 두꺼운 퇴적
층이 분포하는 지역들이다
는 두꺼운 퇴적층 하부아래에서 해양성 현무암 이 열적인 변형을 받아 자성이 약화되었다는 이론을 제시한 바 있다
고해상도 천부탄성파 단면도
다중채널 탄성파와 해상자력 탐사와 같은 측선에서 고해상도 천부탄성파 탐사 가 병행되었다 연 구지역은 지형적으로 크게 세 지역으로 나눌 수 있다 즉 수심이 깊고 퇴적층이 두껍게 발달한 대륙대 지형 이 급격히 높아진 해령 그리고 이 두 지역을 연결하 는 대륙사면으로 구분할 수 있다 이 연구에서는 고해 상도 천부탄성파 자료에 나타나는 음향상을
의 기준을 따라 구별하고 지형적인 영향과 퇴 적환경의 특징을 살펴보았다
음향상 은 해저면의 반사신호가 매우 강
진영근 김규중 남상헌 김예동 이주한
하여 내부 반사특성이 보이지 않는 특징을 보인다 주 로 해령의 정상부와 정상부 부근의 경사면에서 관찰된 다 정상부는 매우 넓고 평탄한 대지가 발달되 어 있는데 이런 대지는 과거 빙하기동안 해저면까지 닿는 기저빙하에 의한 침식작용으로 형성되었을 가능 성이 있다 또한 해저면의 반사특성으로부터 빙하침식
작용에 의해 음향기저 가 노출되
어 있거나 빙하퇴적작용에 인해 입자가 큰 빙하기원 퇴적층이 피복한 하고 있는 것으로 해석된다
남스코시아 해령과 대륙대를 연결하는 가파른 대륙
사면에서 음향상 가 나타난다 음
향상 는 단층애 와 큰 규모의 지형 기 복에 따른 블록과 쌍곡선 표면반사파 및 하부 반사층 리가 보이지 않는 특징을 보인다 측선 의 일 부분을 보여주는 의 경우 평탄한 해령 정상부에 서 대륙대로 가파른 경사를 보이는 대륙사면 중간 부 분에 넓은 사면대지를 형성되어 있다 사면대지의 대 륙대쪽에는 지형기복이 큰 여러 개의 언덕구조를 형성 한다 언덕구조는 내부반사특성이 보이지 않는 투명한 음향상을 보인다 이 언덕구조는 대륙사면 대륙대 및 심해저 선상지에 발달하는 해저사태 및 암석
류 퇴적체로 해석된다
깊고 평탄한 파월분지의 대륙대에서 나타나는 음향 상 은 완만한 언덕형태 퇴적 구
조와 평행한 두꺼운 퇴적층이 잘 발달되어있다
대부분의 퇴적층들은 층리가 잘 발달되어 있고 변형이 없이 평행한 층리를 보여주고 있어 원양성
또는 반원양성 퇴적물로 구성되었음을 알 수 있다 언덕형태의 구조는 강한 저층류에 의해
형성된 퇴적상 으로 주로
남스코시아 해령에 가까운 지역에서 관찰되어 해령에 근접하여 웨델해에서 유입되는 차가운 심층류 즉 웨 델해 순환류 에 의해 만들어진 퇴적구 조로 생각된다
결 론
중력이상도에서 파월분지 중앙의 확장축으로 추정되 는 의 이상대가 분포하고 북서 방향에서 동쪽으로 크게 휘는 양상을 보여준다 이러한 굴곡은 파쇄대나 단층대의 존재 가능성을 나타낸다 또한 파월분지와 대륙 연변부와 접하는 지역 중에 동서 방향 남극반도 방향과 남오크니 소대륙의 경계 에서 나타나는 의 이상대는 탄성파 탐사에서 해석된 열개 당시에 형성 된 분지의 흔적으로 여겨지며 후기에 진행된 남오크 니 소대륙의 회전으로 인해 양쪽지역에서 약간의 비대 칭적인 형태를 보인다
탄성파 탐사와 병행된 자력탐사에서는 태평양 연변 부 자력이상대와 연관된 자력이상이 나타나지만 이 자력이상대는 남스코시아 해령에서 블록 단위로 나누 어진다 이는 파월분지의 확장시기에 회전이동운동으로 인해 형성된 구조로 추정된다 파월분지를 통과한 측선 에서 나타나는 자력이상값은 다른 중앙해령들에서 나타 나는 자력이상의 진폭에 비해 상당히 작게 나타나는데 이는 해령 하부에 있는 해양지각을 이루는 현무암이 열 적인 변형을 받아서 나타나는 현상으로 추정된다
고해상도 탄성파 단면상에 나타나는 퇴적구조로 해 석된 퇴적환경은 크게 남스코시아해령 대륙사면 대륙 대 분지로 구분할 수 있다 남스코시아 해령에서는 정 상부 부분이 빙하의 침식에 의한 평평한 대지를 형성 하며 입자가 큰 퇴적층이 얇게 피복하고 있는 것으로 파악된다 파월분지의 대륙사면에 가까운 지역에서는 완만한 언덕구조가 관찰되고 중심부에서는 매우 평탄 하고 평행한 퇴적층이 잘 발달되어 있다 이는 대륙사 면 아래를 따라 흐르는 지속적인 방향의 저층류가 존 재하며 분지 중심부에서는 매우 안정적인 퇴적활동이 진행되었음을 시사한다 파월분지의 두꺼운 퇴적층은 주위에 인접하는 대륙 주변부에서 퇴적물이 충분히 공 급되었음을 지시한다 또한 퇴적구조의 변화가 적고 단층의 분포가 많지 않은 것으로 보아 파월분지는 해 령 활동을 멈춘 후에 큰 지구조 운동에 영향을 받지
않는 것으로 생각된다 하지만 두꺼운 퇴적층에 덮여 있어 확장해령에 의한 중력이상이나 자력이상이 뚜렷 하지 않아 구체적인 지구조 역사를 복원하기 위해서 는 해저자력측정 등과 같은 보다 정밀한 탐사가 필요하다
사 사
이 연구는 대한민국 남극연구 프로그램의 일환으로 수행된 남극 지구조진화 및 지질 환경특성 연구 과 남극해저지질조사사업 의 지 원을 받아 수행하였습니다 춥고 험한 남극현장탐사에 참여하신 모든 연구원들께 깊은 감사를 드립니다 좋 은 지적과 충고를 해주신 두 분의 심사자에게도 감사 를 드립니다
참고문헌
남상헌 외 남극 해저지질 조사사업 보고서 한국해양 연구원
진영근 김규중 남상헌 김예동 이주한