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지구물리와 물리탐사 update

Geophysics and Geophysical Exploration

  • : 한국지구물리·물리탐사학회
  • : 자연과학분야  >  지질
  • : KCI등재
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  • : 연속간행물
  • : 계간
  • : 1229-1064
  • : 2384-051X
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수록정보
수록범위 : 1권1호(1998)~23권1호(2020) |수록논문 수 : 729
지구물리와 물리탐사
23권1호(2020년 02월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재

1콤솔 멀티피직스를 이용한 2차원 탄소성 인장 암석권 모형에서 발생하는 전단열에 관한 수치 모사 연구

저자 : 조태환 ( Taehwan Jo ) , 소병달 ( Byung-dal So )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 23권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 1-12 (12 pages)

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섭입 및 열개와 같이 대변형을 수반하는 지구동역학적 현상 발생은 암석권의 국지적인 약대의 발달이 필요하다. 이러한 약화 기작 중 하나인 전단열은 암석권의 온도를 국부적으로 높여 강도를 낮추는 역할을 하여 암석권 파괴를 촉진시킬 수 있다. 본 연구에서는 전단열에 대한 정량적인 분석을 위하여 2차원 탄소성 인장 분지 모형을 제작하여 기존수치 모사 연구를 벤치마크하였다. 암석권의 항복강도, 인장 속도, 변형량- 및 온도-의존성 약화 현상 등을 조절하여 전단열 발생량에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 결과, 약화를 고려하지 않은 경우 전단열의 발생량은 암석권의 항복강도 및 인장 속도와 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 기준 모형인 항복강도 100 MPa, 인장 속도 2 cm/yr로 설정된 경우, 총 20 km 인장된 시점(0.025의 변형률)에서 ~ 50 K의 온도 상승을 보여주었다. 소성 변형 및 온도에 따른 약화가 포함된 경우에는, 더 효율적인 약화 기작이 더 강한 전단열의 생성으로 이어지는데 이러한 현상은 약화 기작과 전단열 발생 사이에 양성되먹임이 작용함을 지시한다. 또한 변형 초기에 급격한 전단열 발생량을 보여주지만, 변형이 지속되어 암석권의 강도가 약화되면 전단열 발생 속도가 최대 ~80% 감소했다. 이는 약화 기작이 포함된 경우 전단열은 비교적 손상되지 않은 상태인 암석권의 강도에 큰 영향을 미침을 시사한다.


In the development of geodynamic structures such as subduction and rift zones, a weakening mechanism is essential for localized weak zone formation in the lithosphere. Shear heating, a weakening mechanism, generates short-wavelength temperature elevation in the lithosphere; the increased temperature can reduce lithospheric strength and promote its breakup. A two-dimensional elastoplastic extensional basin model was used to conduct benchmarking based on previous numerical simulation studies to quantitatively analyze shear heating. The amount of shear heating was investigated by controlling the yield strength, extensional velocity, and strain- and temperature-dependent weakening. In the absence of the weakening mechanism, the higher yield strength and extensional velocity led to more vigorous shear heating. The reference model with a 100-MPa yield strength and 2-cm/year extension showed a temperature increase of ~ 50 K when the bulk extension was 20 km (i.e., 0.025 strain). However, in the yield-strength weakening mechanism, depending on the plastic strain and temperature, more efficient weakening induced stronger shear heating, which indicates positive feedback between the weakening mechanism and the shear heating. The rate of shear heating rapidly increased at the initial stage of deformation, and the rate decreased by 80% as the lithosphere weakened. This suggests that shear heating with the weakening mechanism can significantly influence the strength of relatively undamaged lithosphere.

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2동해 해역 원거리 해양탄성파 탐사자료의 이방성 분석을 이용한 전산처리

저자 : 주용환 ( Yonghwan Joo ) , 김병엽 ( Byoung-yeop Kim )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 23권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 13-21 (9 pages)

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해양 탄성파 탐사 시 깊은 심도의 지하구조를 영상화하기 위해서는 원거리 벌림자료의 취득 및 처리가 필수적이다. 이러한 원거리 벌림자료에 대해 일반적인 자료처리를 적용하게 되면 탄성파 이방성으로 인해 과도한 수직 시간차 늘어짐과 비쌍곡선 무브아웃 현상이 발생하여 정확한 지하구조를 도출하기가 어렵다. 한국지질자원연구원은 2017년 울릉분지 해역의 심부 지질구조 파악을 위하여 5.7 km 스트리머와 해저면 지진계를 이용해서 2차원 해양·해저면 복합 탄성파 탐사를 수행하였다. 이 연구에서는 스트리머를 이용해 취득된 원거리 벌림자료에 대해 속도와 이방성 변수의 순차 반복적인 갱신을 통해 실제 지질구조를 반영한 속도 및 이방성 변수를 최종적으로 획득하고 이를 이용하여 이방성 참반사보정을 수행하였다. 그 결과 등방성 참반사보정과 달리 탄성파 이방성의 영향으로 인해 긴 벌림거리 트레이스에서 비쌍곡선 무브아웃을 보이던 반사파 에너지가 수평으로 잘 정렬되는 것을 확인하였다. 또한 반사에너지의 늘어짐이 줄어들어 반사면 모양 및 위치 왜곡 문제가 해소되어 보다 정밀하고 정확한 참반사보정 단면을 획득할 수 있었다.


The acquisition and processing of long-offset data are essential for imaging deep geological structures in marine seismic surveys. It is challenging to derive an accurate subsurface image by employing conventional data processing to long-offset data owing to the normal moveout (NMO) stretch and non-hyperbolic moveout phenomena induced by seismic anisotropy. In 2017, the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources conducted a simultaneous two-dimensional multichannel streamer and ocean-bottom seismic survey using a 5.7-km streamer and an ocean-bottom seismometer to identify the deep geological structure of the Ulleung Basin. Herein, the actual geological subsurface structure was obtained via the sequential iterative updating of the velocity and anisotropic parameters of the long-offset data obtained using a multichannel streamer, and anisotropic prestack Kirchhoff migration was performed using the updated velocity and anisotropic parameters as input parameters. As a result, the reflection energy in the long-offset traces, which showed nonhyperbolic moveout owing to seismic anisotropy, was well aligned horizontally and NMO stretches were also reduced. Thus, a more precise and accurate migrated image was obtained, minimizing the distortion of reflectors and mispositioned reflection energy.

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3남서태평양 통가열도 TA (Tofua Arc) 12 해저산의 해저지형과 자력자료를 이용한 3차원 자화벡터역산 모델 연구

저자 : 최순영 ( Soon Young Choi ) , 김창환 ( Chang Hwan Kim ) , 박찬홍 ( Chan Hong Park ) , 김형래 ( Hyung Rae Kim )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 23권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 22-37 (16 pages)

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이 연구는 남서태평양 통가열도에 위치한 TA (Tofua Arc) 12 해저산에 대한 해저지형, 자력자료를 이용한 자화벡터역산 모델링을 통해 해저면에서 심부층까지의 종합적인 3차원 자력구조 특징을 분석하였다. 북서-남동 방향성을 가진 타원형의 칼데라 해저지형이 TA 12 해저산 정상부에서 나타나며, 두 개의 작은 콘 모양의 지형이 칼데라 정상부 함몰지형에 존재한다. 또한 해저산 정상부 서쪽 사면에서는 콘 지형이 나타나는 지역부터 해저산 기저부 남서쪽 사면까지 큰 규모의 사면 해저곡이 보인다. TA 12 해저산에서는 칼데라 함몰지형에 저자기이상대가 나타나고 그 주변 칼데라 정상부 및 사면 지역에 고자기이상대가 둘러싸여 있다. 이는 함몰지형을 포함한 칼데라 정상부 지역에 강한 자성체의 분포 또는 마그마 관입 가능성이 있다고 해석될 수 있다. 3차원으로 해석된 자화벡터역산 결과에서는 해저 -3000 m부터 해저산의 주변 사면지역에서의 고이상대 존재와 자기 감수율이 칼데라 정상부 및 함몰지형의 천부층으로 향해 증가함을 보여준다. 한편 주로 칼데라 정상부의 해저면 근처에서 소규모 고이상대들이 곳곳에 나타나고 있다. 따라서 TA 12 해저산에서는 마그마가 심부에서 천부로 올라올 때 해저산 주변 사면부에서 칼데라 정상부 및 함몰지형으로 이동했음이 예상된다. 그리고 해저면 근처의 복잡한 자력분포는 잔류자화의 영향으로 추정된다.


We analyze the comprehensive three-dimensional (3D) magnetic structure characteristics from the seafloor to the deep layer of the Tofua Arc (TA) 12 seamount in the Tonga Arc, Southwestern Pacific, using bathymetric and geomagnetic data, and magnetization vector inversion (MVI) results. The seafloor features surrounding TA 12 highlight a NW-SE-oriented elliptical caldera at the summit of the seamount, two small cones in the depressed area. A large-scale sea valley is present on the western flank of the seamount, extending from these caldera cones to the southwestern base of the seamount. TA 12 seamount exhibits a low magnetic anomaly in the caldera depression, whereas a high magnetic anomaly is observed surrounding the low magnetic anomaly across the caldera summit. It is therefore presumed that there may be a strong magnetic material distribution or magma intrusion in the caldera. The 3D MVI results show that the high anomaly zones are mainly present in the surrounding slopes of the seamount from the seafloor to the -3,000 m (below the seafloor) level, with the magnetic susceptibility intensity increasing as the seafloor level increases at the caldera depression. However, small high anomaly zones are present across the study area near the seafloor level. Therefore, we expect that the magma ascent in TA 12 seamount migrated from the flanks to the depression area. Furthermore, we assume that the complex magnetic distribution near the seafloor is due to the remnant magnetization.

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4다성분 해저면 탄성파 탐사자료에 대한 음향파 완전파형역산 전략

저자 : 황종하 ( Jongha Hwang ) , 오주원 ( Ju-won Oh ) , 이진형 ( Jinhyung Lee ) , 민동주 ( Dong-joo Min ) , 정희철 ( Heechul Jung ) , 송영수 ( Youngsoo Song )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 23권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 38-49 (12 pages)

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음향파 완전파형역산은 탄성파 탐사를 통해 얻은 관측자료와 음향파 모델링자료를 맞춤으로써 지층의 속도모델을 고해상도로 구축하는 최적화 과정이다. 기존의 스트리머를 이용한 해양 탄성파 탐사 자료에 대한 음향파 완전파형역산에서는 압력자료만을 활용하여 P파 속도모델을 구축한다. 그러나 최근 다성분 해저면 탄성파 탐사기술의 발달로 다성분자료의 취득 사례가 늘고 있으며, 이에 따라 해양에서 얻어지는 다성분 자료를 활용한 음향파 완전파형역산 기법에 대한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 수평 및 수직 입자가속도 자료를 활용한 효과적인 음향파 완전파형역산 전략을 제시하고자 한다. 이를 위해, 우선 음향파 모델링으로 제작된 압력 및 입자가속도 자료와 민감도커널을 분석하여 파형역산 과정에서 각 자료의 성분별 특성을 관찰하였다. 압력 자료에 함께 나타났던 직접파, 다이빙파 및 반사파가 수직 및 수평 입자가속도 자료에서 파동의 진행방향에 따라 분리되어 나타나는 것을 확인하였으며, 수평 입자가속도 자료는 상부의 장파장구조를, 수직 입자가속도 자료는 하부의 장파장구조와 전체 영역에서의 단파장구조를 구축하는 데 효과적임을 확인할 수 있었다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 입자가속도 자료만을 활용해 음향파 완전파형역산을 수행하는 순차적 자료 활용전략을 제시하며, 압력자료를 얻지 못하였거나 품질이 낮은 경우에도 입자가속도 자료를 활용하는 음향파 완전파형역산을 통해 양호한 P파 속도모델을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.


Full-waveform inversion (FWI) is an optimization process of fitting observed and modeled data to reconstruct high-resolution subsurface physical models. In acoustic FWI (AFWI), pressure data acquired using a marine streamer has mainly been used to reconstruct the subsurface P-wave velocity models. With recent advances in marine seismicacquisition techniques, acquiring multi-component data in marine environments have become increasingly common. Thus, AFWI strategies must be developed to effectively use marine multi-component data. Herein, we proposed an AFWI strategy using horizontal and vertical particle-acceleration data. By analyzing the modeled acoustic data and conducting sensitivity kernel analysis, we first investigated the characteristics of each data component using AFWI. Common-shot gathers show that direct, diving, and reflection waves appearing in the pressure data are separated in each component of the particle-acceleration data. Sensitivity kernel analyses show that the horizontal particle-acceleration wavefields typically contribute to the recovery of the long-wavelength structures in the shallow part of the model, and the vertical particle-acceleration wavefields are generally required to reconstruct long- and short-wavelength structures in the deep parts and over the whole area of a given model. Finally, we present a sequential-inversion strategy for using the particle-acceleration wavefields. We believe that this approach can be used to reconstruct a reasonable P-wave velocity model, even when the pressure data is not available.

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5원통형 이상체에 의한 자력 반응식

저자 : 임형래 ( Hyoungrea Rim ) , 엄주영 ( Jooyoung Eom )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 23권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 50-54 (5 pages)

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이 논문에서는 축 방향 대칭성을 가지는 원통형 이상체 대한 자력 반응식을 유도하였다. 일정한 방향으로 자화된 이상체가 생성시키는 자력장은 일정한 밀도를 가지는 이상체에 의한 중력 변화율 텐서로부터 변환 가능한 포아송(Poisson) 관계식을 이용하여 기존에 이미 유도된 원통형에 의한 중력 변화율 텐서로부터 3성분 자력 벡터를 유도하였다. 축 방향 대칭성을 이용하여 중력 변화율 텐서를 원통 좌표계에서 유도하였고 이를 직교 좌표계로 변환한 후 이상체의 자화 방향과 결합하여 3성분 자력 벡터를 유도하였다.


Herein, the closed-form expressions of the magnetic field due to an axially symmetric body such as a right cylinder, are derived. The magnetic field due to a right cylinder is converted from the gravity gradient tensor using Poisson's relation; the magnetic field induced by a constant magnetization can be obtained from the gravity gradient tensor with a constant density. Because of the axial symmetry of the cylinder, the expressions of gravity gradient tensor are derived in cylindrical coordinate and then transformed into Cartesian coordinates for the three components of the magnetic field using an arbitrary magnetization direction.

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6직육면체 프리즘에 의한 중력, 자력, 중력 변화율 텐서 및 자력 변화율 텐서의 반응식

저자 : 임형래 ( Hyoungrea Rim )

발행기관 : 한국지구물리·물리탐사학회 간행물 : 지구물리와 물리탐사 23권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 55-60 (6 pages)

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직육면체 프리즘에 대한 중력, 자력, 중력 변화율 텐서 및 자력 변화율 텐서 반응식을 정리하였다. 직교 좌표계에서 직육면체 프리즘에 대한 삼중 적분으로 수직 중력을 유도하고, 직육면체의 축 방향 대칭성을 이용하여 순환 치환으로 두 개의 수평 중력 성분을 유도한다. 벡터 중력을 각 성분 별로 미분하여 중력 변화율 텐서를 유도한다. 포아송(Poisson) 관계식을 이용하면 일정한 방향으로 자화된 벡터 자력은 중력 변화율 텐서로부터 얻어진다. 벡터 자력을 각 방향으로 미분하여 최종적으로 자력 변화율 텐서를 유도하였다.


The closed-form expressions of gravity, magnetic, gravity gradient tensor, and magnetic gradient tensor due to a rectangular prism are derived. The vertical gravity is derived via triple integration of a rectangular prism in Cartesian coordinates, and the two horizontal components of vector gravity are then derived via cycle permutation of the axis variables of vertical gravity through the axial symmetry of the rectangular prism. The gravity gradient tensor is obtained by differentiating the vector gravity with respect to each coordinate. Using Poisson's relation, a vector magnetic field with constant magnetic direction can be obtained from the gravity gradient tensor. Finally, the magnetic gradient tensor is derived by differentiating the vector magnetic with respect to appropriate coordinates.

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