곡강단층대의 해저 연장성과 주변 지구조 특성 연구 : 드론 자력탐사를 포함한 지구물리 통합 해석 = A Study of Offshore Extension and Tectonic Characteristics of the Gokgang Fault Zone : An Integrated Geophysical Analysis Including Drone Magnetic Surveys

국문 초록 (Abstract)

우리나라에서 지구조 응력변화가 가장 크게 일어나고 있는 지역인 한반도의 남동부는 다수의 제3기, 제4기 단층대가 분포하고 있다. 그 중 곡강단층은 포항분지에 위치하는 단층으로 동해의 확장과 함께 제3기 후기에서 제4기 초기에 걸쳐 형성되어 북북동-남남서 방향으로 발달되었다. 이 지역의 단층들은 지난 1,000만년 동안의 태평양판의 섭입으로 응력 체계가 변화함에 따라 재활성화되었으며, 이는 2017년(규모 5.4)과 2018년(규모 4.7)의 포항지진과 같은 주요 지진들을 유발하였다. 특히 곡강단층의 재활성화는 지열발전을 위한 고압의 유체 주입과 지구조적인 힘의 복합적인 작용에 기인한 것으로 해석된다. 기존의 육상 연구를 통해 곡강단층의 대략적인 구조 및 응력 분포는 규명되었지만 해저 지구조에 대한 이해는 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 고해상도 다중빔 음향측심자료, 전기비저항 탐사자료, 전부지층 탄성파탐사 자료, 드론기반의 자력 탐사 및 라이다 자료를 활용하여 곡강단층의 해저 연장성과 구조적 특성을 분석하였다. 추가적으로 포항 지진의 진원 데이터와 본 연구에서의 복합지구 물리 탐사 자료를 종합해 단층면 구조 모델을 제작하여 단층의 기하학적 구조를 정밀히 파악하고자 하였다. 그 결과, 곡강단층이 해저면까지 연장되어 있으며, 이는 지구(graben)구조로부터 진화하였음을 확인하였고 해당 구조는 splay fault system로 추정된다. 또한, 남-북 및 북동-남서 방향의 주요 해저 활성단층과 이와 연관된 다수의 동북동-서남서 방향의 파쇄대들이 발달하고 있음을 발견하였다. 본 연구의 결과는 곡강단층 시스템의 복잡한 지구조 진화과정을 이해하는데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대되며, 정확한 지질 구조 파악하고 잠재적인 위험요소를 경감하기 위해서 향후 포괄적이고 복합적인 지구물리 연구가 필수적이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The southeastern Korean Peninsula is a region experiencing the most significant tectonic stress changes in Korea, characterized by the distribution of numerous Tertiary and Quaternary fault zones. The NNE-SSW trending Gokgang Fault, located in the Pohang Basin,, formed during the late Tertiary to early Quaternary period during the opening of the East Sea. Many faults in this area have undergone significant reactivation due to the changing stress regime imposed by the
subducting Pacific Plate over the past 10 million years, which has resulted in major seismic events such as the 2017 (Mw 5.4) and 2018 (Mw 4.7) Pohang earthquakes.
This reactivation is thought to be driven by a combination of tectonic forces and high-pressure water injection associated with geothermal power production. While onshore studies have clarified the structure and stress distribution of the Gokgang Fault, our study aims to explore its potential offshore extension. We utilized high-resolution multibeam bathymetry, sub-bottom seismic profiles, and drone magnetic surveys to conduct this investigation. Our findings provide new evidence of the fault's extension offshore and reveal its structural evolution from a graben system. Additionally, by integrating hypocenter data from the Pohang earthquake with the integrated geophysical data from this study, a fault plane structural model was created to precisely determine the fault's geometry. The results confirm that the Gokgang Fault extends offshore and evolved from a graben structure, which is presumed to be an splay fault system. Furthermore, we identified the development of major N-S and NE-SW trending submarine active faults and numerous
associated ENE-WSW trending fracture zones. The findings of this study shed light on the complex tectonic evolution of the Gokgang Fault system. Further
comprehensive offshore geophysical studies are essential to better assess and mitigate potential risks.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• II. 지질학적 배경 3
• III. 연구방법 및 자료처리 9
• IV. 지구물리탐사 자료 해석 결과 및 토의 11
• 1. 곡강단층 해역의 지구조 정밀분석 11
• 2. 물리탐사를 이용한 곡강단층 연장성 확인 16
• 3. 진원과 물리탐사결과를 이용한 단층면구조 모델 제작 25
• V. 결론 29
• 참고문헌 30