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다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Korean Peninsula has been considered as a geologically stable region and safe from earthquakes over moderate magnitude. Since the Gyeongju and the Pohang earthquake, attention to active faults that can cause earthquakes larger than moderate magnitude has increased, and the importance of research for securing the stability of major national facilities is being emphasized. The age dating methods for determining the timing of fault movement include ESR dating, Radiocarbon dating, Tephrachronology and luminescence dating. In this study, an active fault is defined as “a fault that has been active in the recent geological period (present – 2,580 ka) and is likely to be active again”. In addition, the period of quaternary fault movement discovered through trench surveys was derived using the luminescence dating. In Beokgey trench, the quartz OSL age results of the uppermost sedimentary layer cut by fault indicate that the latest faulting occurred after 3.2±0.2 ka. In Cheongun-1 trench, the period of the last fault movement is after 37±4 ka and before 4.0±0.6 ka through the age results of the uppermost sedimentary layer cut by the fault and the sedimentary layer covering it. However, in Cheongun-2 and Samnam trench, all samples indicating the timing of the last earthquake accompanied by displacement show the results of the upper limit of quartz OSL dating.
The K-feldspar pIRIR225 signal has the advantage of having a higher dose level of saturation compared to the quartz OSL signal, but has disadvantage of anomalous fading and slow bleaching rate. To confirm the bleaching characteristics of the K-feldspar pIRIR225 signal, we measured K-feldspar pIRIR225 signal according to the exposure time of the Solar simulator. The K-feldspar pIRIR225 showed a slower bleaching rate than the quartz OSL signal, with residual dose to about 11% of the intial signal, despite exposure to an Hönle SOL2 for more 3 h.
Single-grain K-feldspar pIRIR225 dating results of modern flood sediments showed De distribution from 0 to 127 Gy. This indicates that there are differences in the opportunity that the K-feldspar grains in the sediments can be exposed to sunlight, and pIRIR225 signal in some K-feldspar grains can be removed to zero level. The age of applying the CAM (Central Age Model) to 170 K-feldspar grains shows about 2-4 ka (assuming an dose rate of 3 Gy/ka), this result imply a possibility of overestimation in multiple grain K-feldspar pIRIR225 dating. In Beokgey trench, the ages of single-grain K-feldspar pIRIR225 from the young sediment layer were consistent with the quartz OSL ages within error range. But the ages of multiple grain K-feldspar pIRIR225 may be overestimated about 5.5 ka on average compared to the quartz OSL ages. Summarizing the K-feldspar pIRIR225 signal experimental results, there is a possibility of the age overestimation by about 2-6 ka due to the slow bleaching rate and the effect of the residual dose, but it is likely to be negligible in old sediment over 100 ka.
The results of K-feldspar pIRIR225 age for the samples above the upper limit of quartz OSL dating in Cheongun-2 (238±7 ka to 223±8 ka) and Samnam trench (303±8 ka to 178±4 ka) are in good stratigraphic order. These results indicate that K-feldspar pIRIR225 dating can be used to old sediment over 200 ka with a high level of confidence. However, sample collected from the area adjacent to fault showed an K-feldspar pIRIR225 age of about 100 ka older than quartz OSL. This is interpreted that there was not enough exposure time to sunlight to remove the K-feldspar pIRIR225 signal at the time of earthquake.
For most of the samples, the pIRIR225 signal tends to increase the upper limit of dating as the test dose size increases. It is considered that “carried over charge” is not completely removed even after measuring the pIRIR225 signal for the regeneration dose (or natural dose). So, it has affected the measurement of the pIRIR225 signal of the test dose. Therefore, the effect of “carried over charge” should be minimized in the pIRIR225 signal measurement, and this could be resolved by increasing the test dose size.
By comparing the K-feldspar pIRIR225 and quartz OSL dating results, the ages of K-feldspar pIRIR225 signal is likely to be overestimated. Nevertheless, the effect on the old sediment samples above the upper limit of quartz OSL dating is expected to be negligible. However, since it is difficult to remove the K-feldspar pIRIR225 signal in a sedimentary layers where rapid deposition has occurred, such as colluvial wedge, care should be taken in sampling and interpreting the results.

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국문 초록 (Abstract)

한반도는 판 경계부에 위치한 나라들과는 달리 판 내부에 위치하여 중규모 이상의 지진으로부터 안전한 지역으로 알려져 있다. 하지만 2016년 9월 경주 지진과 2017년 11월 포항 지진 발생 이후 중규모 이상의 지진을 발생시킬 수 있는 활성단층에 대한 관심이 증가함과 동시에 국가 주요 시설의 안정성 확보를 위한 활성단층 연구의 중요성이 강조되고 있다. 이번 연구에서 활성단층이란 2015년 국가 활성단층 정비 기획단에서 정의한 “최근 지질시대(현재 ~ 2,580 ka)에 활동하였고, 다시 활동할 가능성이 있는 단층”을 의미한다. 단층의 운동 시기를 측정하기 위해 사용할 수 있는 연대측정법은 ESR 연대측정법, 방사성탄소 연대측정법, 화산재 연대측정법 그리고 루미네선스 연대측정법 등이 있다. 이번 연구에서는 양산단층 및 울산단층 인근에 분포하는 제4기 단층에 의해 절단된 퇴적층 시료의 다양한 루미네선스 신호 특성을 살펴보고, 이를 바탕으로 해당 단층의 최후기 운동 시기를 도출하였다. 총 4곳의 트렌치 단면에서 루미네선스 연대측정을 위한 시료를 채취하였으며, 벽계 및 천군-1 트렌치에서는 석영 OSL 연대측정 결과를 바탕으로 최후기 단층 운동 시기를 제한할 수 있었다. 벽계 트렌치의 경우, 단층으로 절단된 최상부 퇴적층의 석영 OSL 연대 결과는 3.2±0.2 ka 이후에 최후기 단층운동이 있었음을 지시한다. 천군-1 트렌치의 경우, 단층으로 절단된 최상부 퇴적층과 이를 피복하고 있는 퇴적층의 석영 OSL 연대 결과를 통해 37±4 ka 이후 4.0±0.6 ka 이전으로 최후기 단층운동 시기를 제한할 수 있다. 하지만 천군-2와 삼남 트렌치의 경우, 단층으로 절단된 퇴적층에서 채취한 시료들이 모두 석영 OSL 연대측정 가능 상한 이상의 결과를 나타낸다. 두 트렌치에서 확인된 단층의 운동 시기를 제한하기 위해 석영 OSL 연대측정에 비해 연대측정 가능 상한이 높은 K-장석 pIRIR225 연대측정을 실시하였다.
K-장석 pIRIR225 신호는 석영 OSL 신호에 비해 연대측정 가능 상한이 높은 장점이 있으나, 비정상적 감쇠현상(anomalous fading)과 빛에 노출되었을 때 신호의 초기화가 비교적 느린 특성이 있다. K-장석 pIRIR225 신호의 초기화 특성을 관찰하기 위해 인공 광원 노출시간에 따른 K-장석 pIRIR225 신호를 측정한 결과 K-장석 pIRIR225 신호 감소율은 석영 OSL 신호에 비해 현저하게 느리며, 3시간 이상의 인공 광원 노출 이후에도 초기 신호의 약 11%에 해당하는 잔여선량(residual dose)이 측정된다. 퇴적 과정 동안 햇빛에 노출되기 힘든 환경으로 알려진 현생 홍수 퇴적층에서 실시한 단일입자 K-장석 pIRIR225 연대측정 결과 등가선량이 측정된 170개의 K-장석입자들은 0에서 127 Gy까지 넓은 범위를 보인다. 이는 현생 홍수 퇴적층에서 K-장석입자들 간 햇빛에 노출될 수 있는 시간 편차가 크다는 것을 간접적으로 지시하며, 일부 K-장석입자에서는 pIRIR225 신호가 초기화 수준으로 제거될 수 있음을 의미한다. 170개의 K-장석입자들에 대해 중심연대모델을 적용한 연대 결과는 연간선량을 3 Gy/ka로 가정하였을 때 2-4 ka로 측정되며, 이러한 결과는 다입자 K-장석 pIRIR225 연대 결과가 실제 퇴적 연대에 비해 약 2-4 ka 정도 과평가 될 가능성이 있음을 지시한다. 벽계 트렌치 상부의 젊은 퇴적층에서 실시한 단일입자 K-장석 pIRIR225 연대측정 결과는 석영 OSL 연대측정 결과와 오차 범위 내에서 일치하였다. 하지만 다입자 K-장석 pIRIR225 연대측정 결과는 석영 OSL 연대측정 결과와 비교했을 때, 평균적으로 약 5.5 ka 정도 과평가 된 결과를 보인다. 실험 결과를 종합해 보면, K-장석 pIRIR225 신호는 느린 신호 초기화 특성과 잔여선량의 영향으로 실제 퇴적 연대를 약 2-6 ka 정도 과평가 할 가능성이 있다.
K-장석 pIRIR225 연대측정 결과 천군-2 트렌치에서는 238±7 ka에서 223±8 ka, 삼남 트렌치에서는 303±8 ka에서 178±4 ka까지 층서적으로 부합하는 연대 결과가 확인된다. 이러한 결과들은 K-장석 pIRIR225 연대측정을 이용하여 200 ka 이상의 오래된 퇴적층에서 높은 신뢰도 수준으로 연대측정이 가능함을 지시한다. 하지만 벽계 트렌치의 단층 인접부에서 채취한 시료의 경우, 석영 OSL 연대 결과에 비해 약 100 ka 오래된 K-장석 pIRIR225 연대 결과를 나타낸다. 이는 단층운동 당시 단층 인접부의 퇴적층이 교란되면서 K-장석입자의 pIRIR225 신호가 초기화될 만큼 햇빛에 노출되지 못하였거나 혹은 오래된 퇴적층의 유입에 의한 것으로 해석된다.
실험에 사용된 대부분의 K-장석시료에 대한 pIRIR225 신호는 시험선량의 크기가 증가할수록 연대측정 가능 상한이 증가하는 경향이 관찰된다. 이러한 결과는 등가선량 측정 과정에서 재현선량에 대한 K-장석 pIRIR225 신호 측정 후 완벽히 제거되지 않고 남은 “carried over charge”가 시험선량의 pIRIR225 신호 측정 과정에 함께 측정된 영향으로 판단된다. 따라서 K-장석 pIRIR225 신호 측정 과정에서는 “carried over charge”의 영향이 최소화되어야 하며, 시험선량의 크기를 증가시킴으로써 이를 최소화할 수 있다.
현생 홍수 퇴적층에서의 K-장석 pIRIR225 연대 결과와 벽계 트렌치의 석영 OSL 및 K-장석 pIRIR225 연대 결과의 비교를 통해, K-장석 pIRIR225 신호를 이용한 연대 결과는 실제 퇴적 연대보다 과평가 될 가능성을 배제할 수 없다. 하지만 석영 OSL 연대측정 가능 상한 이상의 오래된 퇴적층에서 K-장석 pIRIR225 연대측정의 과평가 영향은 루미네선스 연대측정 결과의 불확도 내에서 크지 않을 것으로 판단된다. 하지만 붕적쐐기층과 같이 급격한 퇴적작용이 발생할 수 있는 퇴적층에서는 석영 OSL 신호에 비해 실제 퇴적 연대를 훨씬 더 왜곡할 가능성이 크기 때문에 시료 채취 및 결과 해석에 유의해야 한다.

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한반도는 판 경계부에 위치한 나라들과는 달리 판 내부에 위치하여 중규모 이상의 지진으로부터 안전한 지역으로 알려져 있다. 하지만 2016년 9월 경주 지진과 2017년 11월 포항 지진 발생 이...

목차 (Table of Contents)

I. 서 언 1
II. 연구지역 6
III. 실험방법 및 결과 15

I. 서 언 1
II. 연구지역 6
III. 실험방법 및 결과 15
1. 루미네선스 연대측정 실험장비 15
2. 루미네선스 연대측정의 원리 17
3. 석영 OSL 연대측정 33
1) 시료 전처리 33
2) 석영 OSL 연대측정 적합성 35
(1) 적외선 시험(IR test) 35
(2) 선량재현시험(Dose recovery test) 39
(3) 석영 OSL 신호의 선량포화 43
3) 석영 OSL 연대측정 결과 45
(1) 벽계 트렌치 45
(2) 천군 트렌치 52
(3) 삼남 트렌치 57
4. K-장석 IRSL 연대측정 61
1) K-장석 IRSL 신호 특성 61
(1) K-장석 IRSL 신호의 초기화 61
(2) K-장석 IRSL 신호의 잔여선량 (Residual dose) 64
(3) 단일입자 K-장석 IRSL 연대측정 67
(4) 시험선량에 따른 preheat plateau test 71
(5) g-value (fading rate) 80
(6) 시험선량 크기에 따른 K-장석 pIRIR225 신호의 연대측정 가능 상한 84
2) K-장석 pIRIR225 연대측정 결과 87
(1) 벽계 트렌치 87
(2) 천군 트렌치 99
(3) 삼남 트렌치 106
IV. 토의 110
1. 시험선량 크기에 따른 연대측정 가능 상한 변화 110
2. 제4기 퇴적층에서의 K-장석 IRSL 연대측정 적용 가능성 126
3. 단층의 최후기 운동 시기 130
V. 결론 132

참고문헌 (Reference)

1 Hublin , J.J., "The last Neanderthal", 144 ( 40 ) , 10520-10522 ., 2017

2 Kim , M , -J . and Lee , H , -K., "ESR dating of fault gouge ? review", 56 , 211-234 ., 2020

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7 Zimmerman , D.W., "Thermoluminescence dating usiong fine grains from pottery", 13 , 29-52 ., 1971

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