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동해 울릉분지 북동부지역의 지구물리학적 특성 및 지구조 연구
김창환,박찬홍,Kim, Chang-Hwan,Park, Chan-Hong 대한자원환경지질학회 2010 자원환경지질 Vol.43 No.6
본 연구에서는 울릉분지 북동부지역에서 획득한 중력, 자력, 수심자료 등 지구물리자료를 이용하여 이 지역의 지구물리학적 특성 및 지구조를 고찰하고자 하였다. 각각의 자료는 조사기간 및 사용 장비의 차이로 인하여 자료간의 오차가 나타나는데 상대적인 보정을 실시한 후 통합하였다. 울릉분지 북동부에 위치한 연구지역은 울릉도와 독도해산들, 그리고 한국해저간극으로 이루어져 있으며 최대수섬은 약 -2500 m를 보인다. 후리에어이상는 지형의 영향을 잘 반영하며 전체적으로는 울릉도와 독도 및 해산들에서 높은 값을 보인다. 부게이상은 해산들에 의한 국지적인 이상치를 보이지만 한국해저간극 및 울릉분지를 중심으로 고이상을 보이는데 이는 맨틀상승에 의한 영향이라 판단된다. 자기이상도를 살펴보면 화산체(섬과 해산들)들을 중심으로 복잡한 자기이상대를 나탄낸다. 연구지역 부게중력이상의 파워스펙트럼 분석으로부터 계산된 연구지역 모호면의 평균 깊이는 -16.1 km로 나타났다. 이 파워스펙트럼 분석을 이용하여 모호면 심도 역산을 수행하였다. 이 역산법으로 계산된 모호면의 심도는 한국해저간극지역에서 -16~17 km 정도이며 오끼뱅크 및 울릉도의 북서부쪽으로 갈수록 심도가 깊어지는 결과가 나타났다. 이 역산결과는 울릉분지의 해양지 각이 일반적인 해양지각에 비해 두껍다는 기존 결과와 일치한다. 2차원 중력 모델링 결과에서도 모호면의 심도가 해저면지진계 탐사측선이 지나가는 안용복해산과 독도 사이의 한국해저간극지역에서 얕은 것을 볼 수 있으며 오끼뱅크쪽으로 갈수록 깊어진다. 자화분포도에서는 울릉도와 독도 등 화산체에 의한 강한 자기이상대에 의해 나타나는 자화 분포대를 제외하면 주로 북동-남서방향의 선형배열이 나타난다. 섬도역산 결과, 2차원 중력모델링 및 자화분포 결과를 종합해보면 동해의 생성사 울릉분지의 가능성 있는 spreading center(해저면 확장중심) 위치가 한국해저간극에서부터 울릉분지까지 북동-남서 방향일 것이라는 기존 논문들의 주장과 부합된다고 판단된다. The geophysical characteristics and geological structure of the northeastern part of the Ulleung Basin were investigated from interpretation of geophysical data including gravity, magnetic, bathymetry data, and seismic data. Relative correction was applied to reduce errors between sets of gravity and magnetic data, obtained at different times and by different equipments. The northeastern margin of the Ulleung Basin is characterized by complicated morphology consisting of volcanic islands (Ulleungdo and Dokdo), the Dokdo seamounts, and a deep pathway (Korea Gap) with the maximum depth of -2500 m. Free-air anomalies generally reflect the topography effect. There are high anomalies over the volcanic islands and the Dokdo seamounts. Except local anomalous zones of volcanic edifices, the gradual increasing of the Bouguer anomalies from the Oki Bank toward the Ulleung Basin and the Korea Gap is related to higher mantle level and denser crust in the central of the Ulleung Basin. Complicated magnetic anomalies in the study area occur over volcanic islands and seamounts. The power spectrum analysis of the Bouguer anomalies indicates that the depth to the averaged Moho discontinuity is -16.1 km. The inversion of the Bouguer anomaly shows that the Moho depth under the Korea Gap is about -16~17 km and the Moho depths towards the Oki Bank and the northwestern part of Ulleung Island are gradually deeper. The inversion result suggests that the crust of the Ulleung Basin is thicker than normal oceanic crusts. The result of 20 gravity modeling is in good agreement with the results of the power spectrum analysis and the inversion of the Bouguer anomaly. Except the volcanic edifices, the main pattern of magnetization distribution shows lineation in NE-SW. The inversion results, the 2D gravity modeling, and the magnetization distribution support possible NE-SW spreading of the Ulleung Basin proposed by other papers.
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동해 후포퇴 왕돌초 주변의 정밀해저지형 및 해저면 특성 분석
김창환,박찬홍,Kim, Chang Hwan,Park, Chan Hong 대한자원환경지질학회 2014 자원환경지질 Vol.47 No.5
동해의 주요 어장이고 레저 관광과 동해 해양환경 연구 등에서 매우 중요한 역할을 하고 있는 후포퇴 왕돌초 주변해역에 대한 정밀해저지형을 분석하고, 해저면 영상 자료 및 퇴적물 입도 결과를 이용하여 해저면 특성을 분류하였다. 후포퇴는 동해의 해안선과 평행하게 나타나며 가장 수심이 얕은 지역은 후포항 동쪽에 위치하고 있는 왕돌초 지역이다. 이 왕돌초는 셋잠(북쪽), 중간잠(중간), 맞잠(남쪽)이라는 3개의 봉우리로 구성되어 있다. 세 개의 봉우리 중 가장 수심이 낮은 지역은 중간잠으로 약 6 m의 가장 얕은 수심을 보이고, 북쪽의 셋잠은 약 8 m, 남쪽의 맞잠은 약 9 m의 수심에서 가장 얕은 지역이 나타난다. 왕돌초의 세 봉우리 주변으로는 얕은 해저지형을 보이며 복잡한 지형 기복과 많은 암반들이 산재한다. 그 암반들 사이 및 북동쪽의 평탄면과 급경사면의 서쪽 주변부로는 모래질자갈/자갈질모래 등의 비교적 굵은 조립질 퇴적물이 관측된다. 왕돌초 서쪽으로는 불규칙한 지형보다는 지형 기복이 감소하고 급격한 경사면이 존재하며 후포분지와 연결되는데 이 후포분지 지역은 니질/실트질 모래류의 퇴적물이 나타난다. 왕돌초 주변의 정밀해저지형과 해저면 특성 분석자료는 향후 왕돌초 해역의 해양환경연구 및 생태계의 지속적 이용을 위한 관리에 기여할 것으로 판단된다. The Wangdol-cho area, in the Hupo Bank, plays a very important role in main fishing grounds, leisure tourism and marine environmental researches of the East Sea. We analyzed the detailed bathymetry and classified the seabed characteristics of the Wangdol-cho area, based on seafloor backscattering images and sediment grain size. The Hupo Bank is developed in parallel with the eastern coastal line of Korean peninsula, and the shallowest area (Wangdol-cho) of the Hupo Bank is located along the eastern part of Hupo Port. The Wangdol-cho comprises three summits; north summit, middle summit, and south summit. The middle summit area among the three summits has the most shallow water depth with minimum about 6 m. The north summit shows about 8 m minimum depth and the south summit about 9 m. The bathymetry data around three summits represent undulating seabeds with many scattered underwater reefs and shallow water depth. The area between the underwater reefs, the flat seafloor in the northeastern part of the survey site, and the western steep slope area have relatively coarse sediments such as sandy gravel and gravelly sand. The bathymetry in the western side of the Wangdol-cho shows steep slope seabed, extending to the Hupo Basin. Fine sediments including mud and silty sand occur in the Hupo Basin area of the survey site. The submarine detailed topography and the analysis of the seafloor characteristics of the survey area are expected to contribute to management for marine environmental researches and sustainable use of ecosystems in the Wangdol-cho.
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중력 및 자력자료 분석에 의한 울릉분지 북동부 독도 및 주변 해산들의 형성 연구
김창환,박찬홍,고영탁,정의영,곽준영,유상훈,민경덕,Kim, Chang-Hwan,Park, Chan-Hong,Ko, Young-Tak,Jung, Eui-Young,Kwak, Jun-Young,Yoo, Sang-Hoon,Min, Kyung-Duck 대한자원환경지질학회 2007 자원환경지질 Vol.40 No.2
중력자료 및 자력자료를 이용하여 독도해산들의 지각평형 탄성판모델 및 VGP(Virtual Geomagnetic Pole)를 분석하여 해산들의 형성시기와 형성환경을 연구하였다. 후리에어중력이상은 독도와 이사부해산 최고치 사이에 약 50 mGal의 차이를 보이는데 이 두 화산체는 규모면에서 비슷하지만 후리에어중력이상에서 차이가 나는 것은 보상정도의 차이에 기인한다. 탄성판모델의 적용 결과는 해산 하부 지각의 강도(탄성두께)가 이사부해산에서 독도로 갈수록 강해짐(두꺼워짐)을 지시한다. 즉, 이사부해산이 생성될 당시의 해산 하부 지각의 연령이 가장 젊었고 독도가 생성될 때 하부 지각이 가장 오래 되었다는 것을 나타낸다. 자기이상은 독도해산들을 중심으로 복잡하게 나타난다. 고지자기 특성을 연구하기 위하여 자기 이상을 1500m 상향연속한 후 최소자승자화법 및 반놈자화법을 함께 이용하여 각 독도해산들의 VGP를 구하였다. 기존 독도암석의 연대측정, 탄성판 모델 및 VGP결과를 지자기 연대표와 비교하여 보면 울릉분지의 열개 종료 후에 이사부해산이 정자기극 시대에 가장 먼저 생성되었고 독도은 가장 후기에 생성되었으며 정자기극 시대에 첫 번째 대규모 분출이 있었고 그 후 역자기극 시대에 두 번째 대규모의 분출로 인하여 이루어졌을 것으로 생각된다. 심흥택 해산은 독도와 이사부해산의 생성시기 사이의 정자기극 시대에 형성되었을 것으로 사료된다. 이 해산들의 생성 시기는 동해 생성 후 압축응력이 작용하던 시기와 일치하며 이 압축력 시기의 화산활동에 의해 해산들이 생성되었을 가능성이 높은 것으로 판단된다. Loading time and loading environment of the Dokdo seamounts were studied from flexure model and VGP(Virtual Geomagnetic Pole) determined by gravity and magnetic data. In spite of their similarity in size. a large difference about 50 mGal between gravity anomaly peaks of Dokdo and the Isabu Tablemount suggests different compensation degrees. Flexural modeling results show that the flexural rigidity(effective elastic thickness) of lithosphere for Dokdo is stronger(thicker) than that for the Isabu Tablemount. Also, it implies that the age of lithosphere at the time of loading of the Isabu Tablemount may be younger than that of Dokdo. Magnetic anomalies occur complicated over the Dokdo seamounts. Paleomagnetism was studied from VGP estimated by the least square and the seminorm magnetization methods with 1500 m upward continued magnetic anomalies. Age dating of Dokdo from previous study, flexural modeling, VGP, and geomagnetic polarity time scale suggest that after the cease of spreading in the Ulleung Basin, the Isabu Tablemount was formed first in normal polarity interval and followed by Dokdo. Also, they indicate that the fist large eruption of Dokdo was in normal polarity interval and the second large eruption in reversed polarity interval. The Simheungtaek Tablemount was formed in normal polarity interval between the formations of the Isabu Tablemount and Dokdo. These loading times for the Dokdo seamounts show a good coherence with the compressive stress period after the end of the opening of the East Sea. The Dokdo seamounts probably was caused by volcanism associated with the compressive stress.
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지자기자료 및 정밀해저지형자료를 이용한 마리아나 해구 해저 열수광상 연구
김창환,김호,정의영,박찬홍,고영탁,이승훈,Kim, Chang-Hwan,Kim, Ho,Jeong, Eui-Young,Park, Chan-Hong,Go, Young-Tak,Lee, Seung-Hoon 한국해양학회 2009 바다 Vol.14 No.1
Mariana 해령 후열도 분지내에 위치하고 있는 NW Rota-1과 Esmerala Bank의 지형 및 자력특성을 연구하고 열수분출대의 위치를 추정하기 위하여 2007년 9월에 한국해양연구원 온누리호를 이용하여 획득한 정밀해저지형자료 및 해상자력탐사자료를 함께 분석하였다. NW Rota-1 해산의 전체적인 모양은 원뿔 형태이며, 정상부의 수심은 약 500 m이다. NW Rota-1 해산에서는 급경사나 큰 계곡과 같은 지형적 특성은 보이지 않지만 남동쪽 방향에 불규칙한 지형이 발달해 있다. Esmeralda Bank의 전체적인 모양은 서쪽 방향이 열린 칼데라의 형태를 띠고 있다. Esmeralda Bank의 정상부 수심은 약 50 m로 매우 얕다. Esmeralda Bank의 서쪽부분은 동쪽부분보다 경사가 더 급하고 지형의 기복이 심하게 나타나며, Bank 생성 후 무너져 내렸거나 침식에 의해 형성된 것으로 보이는 계곡이 관찰된다. NW Rota-1 해산과 Esmeralda Bank의 자기이상분포는 두 지역 모두 북쪽에 저이상이 나타나고 남쪽에 고이상이 분포하며 정상부에서는 급격한 자기변화를 보이고 수심이 깊은 기저부에서는 완만한 자기변화가 나타난다. NW Rota-1 해산 정상부에서 저자화강도이상대가 나타나며 이 저이상대를 둘러싸고 남쪽과 북쪽으로 주변보다 높은 자화강도 이상이 관측되는데 이는 이 해저산의 화구륜과 관계가 있는 것으로 생각된다. Esmeralda Bank는 정상부와 서쪽에 저자화강도이상대가 분포하고 있다. NW Rota-1와 Esmeralda Bank 정상부의 저자화강도이상대에서 열수분출대가 존재할 가능성이 있다. Detailed bathymetry and magnetic survey data for NW Rota-1 and Esmeralda Bank obtained by R/V Onnuri of Korea Ocean Research & Development Institute in September 2007 were analyzed to investigate bathymetry and magnetic characteristics of the study area and to estimate the locations of possible hydrothermal vents. The shape of NW Rota-1 is corn type, and the depth of the summit is about 500 meter b.s.l. NW Rota-1 shows irregular topographic expression in the southeastern part. The shape of Esmeralda Bank is caldera type opened in the western part. The summit is very shallow, about 50 meter b.s.l. The western part of Esmeralda Bank is more steeper and topographic irregular than the eastern part, and have the valley made by erosion or collapse. The magnetic anomaly patterns of NW Rota-1 and Esmeralda Bank show low anomalies over the north and high anomalies over the south. The magnetic anomalies are steep over the summits and gently smooth over the deep bottom. The low magnetization zone occurs over the summit of NW Rota-1 and is surrounded by the high zones correlated with its crater. Two low magnetization zones are located in the summit and westside of Esmeralda Bank. The low magnetization zones of the summits of NW Rota-1 and Esmeralda Bank suggest the possible existence of hydrothermal vent.
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독도 화산체 정상부해역의 정밀해저지형 및 지구물리학적 특성 연구
김창환,박찬홍,이명훈,최순영,주형태,Kim, Chang Hwan,Park, Chan Hong,Lee, Myoung Hoon,Choi, Soon Young,Jou, Hyeong Tae 대한자원환경지질학회 2012 자원환경지질 Vol.45 No.6
본 연구는 현재까지 수행된 독도 화산체 정상부 해역의 정밀수심 및 지구물리 조사 자료를 종합하고 분석하여 정상부 해역의 정밀해저지형 및 지구물리학적 특성을 연구하였다. 독도 연안역 동도와 서도 사이 연결 수로는 약 10 m 이내의 얕은 수심을 이루고 있다. 독도 화산체 정상부해역의 전체적인 수심은 동도와 서도의 육지부부터 수면 아래 약 30 m 까지는 불규칙하며 급한 경사면을 가지고, 그 후 수심 약 30 m부터 수심 약 80 m 까지는 경사가 점차 낮아지다가 수심 약 80 m 이하로 완만한 경사를 보이면서 외해역으로 깊어진다. 독도 육지부와 그 북동쪽 및 북서쪽으로 연장되는 암반들은 독도를 생성시킨 화구륜의 잔해로 판단되며 동도와 서도는 화구륜의 남쪽 한부분일 가능성이 큰 것으로 생각된다. 또한 정상부 해역의 해저지형에서는 소규모의 움푹 패인 지형들이 나타나는데 이는 독도 형성 후 나중에 생성된 소규모 분화구의 흔적들로 추정된다. 독도 정상부 해역은 주로 암반이 많이 분포하지만 곳곳에서는 모래 퇴적층들도 나타나는 것을 볼 수 있다. 독도 화산체 정상부에는 계단형의 경사면들이 나타나는데 이는 제4 기에 나타난 해침, 해퇴 등 해수면변화에 의해 만들어진 해저단구로 유추되며, 지역별로 차이가 있기는 하지만 주로 약 30 m, 60 m, 80 m 및 약 100 m의 수심대를 위주로 하여 몇 개의 주요 해저단구가 나타나는 것으로 판단된다. 자기이상도 및 아날니틱신호도를 살펴보면 수면 위 독도에서 연장되는 북동 및 북서쪽의 이상대들은 화구륜의 잔해로 예상되는 암반들의 위치와 유사하게 나타난다. We studied the detailed bathymetry and the geophysical characteristics of the summit of the Dokdo volcano using mutibeam echosounding and geophysical survey data. The bathymetry around the main east and west islets of the Dokdo volcano shows very shallow within about 10 m water depth. From near islets to about 30 m b.s.l., the shallow water area has very steep slope and many irregular sunken rocks. The area from about 30 m to about 80 m b.s.l. shows gentle rises and falls, and less steep slope. The area from 80 m b.s.l. has gradually flat undulation and smooth slope seabaed and is extended to offshore. The main islets of the Dokdo volcano and the rocky sea bottom elongated from the islets might be the residual part of the eroded and collapsed main crater of the Dokdo volcano. The bathymetry and the seafloor image(from backscattering) data show small craters, assumed to be formed by the eruption of later volcanism. The seafloor images propose that, except some areas with shallow sand sedimentary deposits, there are typical rocky bottom such as rocky protrusions and lack of sediments in the main morphology of the survey area. The stepped slopes of the seabed are deduced to be submarine terraces. The several prominent submarine terraces are found at the summit of the Dokdo volcano, suggesting repetition of sea level changes(transgressions and regressions) in the Quaternary. The results of the magnetic anomaly and the analytic signal have a good coherence with other geophysical consequences regarding to the location of the residual crater.
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김창환 ( Chang Hwan Kim ),박찬홍 ( Chan Hong Park ) 한국지구물리·물리탐사학회 2011 지구물리와 물리탐사 Vol.14 No.4
한국해양연구원에서는 2011년 4월에 쇄빙선 아라온호, Oceaneering사의 ROV (Remotely Operated Vehicle) 및 삼성분자력계(Three component vector magnetometer)를 이용하여 남서태평양 라우분지에 위치한 TA25해산 칼데라 서측사면에 대하여 심해자력탐사를 실시하였다. 연구지역은 약 900 m ~ 1200 m의 수심대역을 보인다. 이 심해탐사를 위하여 국내 최초로 3000 m급 심해 삼성분자력계를 제작하였다. 자력계센서부분은 ROV의 상부에, 자력계로거부분은 ROV의 하부에 장착하였으며, ROV는 ROV의 정확한 위치를 알려주는 USBL (Ultra Short Base Line)과 고도계를 이용하여 정해진 측선을 따라 해저면에서 약 25 ~ 30 m의 수직 간격을 유지하며 이동하였다. 삼성분자력계는 자기장의 X(북쪽성분), Y(동쪽성분)과 Z(수직성분)의 벡터성분을 측정하므로 모션센서를 이용하여 ROV의 움직임(피치, 롤, 요)에 대한 보정을 실시하였다. 자력센서자료와 모션센서자료는 ROV의 광케이블과 아라온호의 네트워크를 이용하여 노트북에 저장되며 ROV의 정확한 위치자료인 USBL자료는 후처리를 통하여 병합하였다. 이렇게 획득한 심해 삼성분자력자료는 조사지역의 유망한 열수광상을 유추하는데 유용하게 활용될 것으로 판단된다. We conducted magnetic survey using IBRV (Ice Breaker Research Vessel) ARAON of KORDI (Korea Ocean Research and Development Institute), ROV (Remotely Operated Vehicle) of Oceaneering Co. and three components vector magnetometer, at Apr., 2011 in the western slope of the caldera of TA25 seamount, the Lau Basin, the southwestern Pacific. The depth ranges of the survey area are from about 900 m to 1200 m, below sea level. For the deep sea magnetic survey, we made the nation``s first small deep sea three components magnetometer of Korea. The magnetometer sensor and the data logger was attached with the upper part and lower part of ROV, respectively. ROV followed the planning tracks at 25 ~ 30 m above seafloor using the altimeter and USBL (Ultra Short Base Line) of ROV. The three components magnetometer measured the X (North), Y (East) and Z (Vertical) vector components of the magnetic field of the survey area. A motion sensor provided us the data of pitch, roll, yaw of ROV for the motion correction of the magnetic data. The data of the magnetometer sensor and the motion sensor were recorded on a notebook through the optical cable of ROV and the network of ARON. The precision positions of magnetic data were merged by the post-processing of USBL data of ROV. The obtained three components magnetic data are entirely utilized by finding possible hydrothermal vents of the survey area.
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