자기지전류 탐사를 이용한 의성소분지 화산 칼데라의 지구물리학적 연구

Geophysical Study on the Geoelectrical Structure of the Hwasan Caldera in the Euisung Sub-basin Using Magnetotelluric Survey

화산 칼데라 지역은 한반도 동남부에 잔존하는 칼데라 구조 중 그 규모가 비교적 크며, 칼데라 형성과 관련된 환상단층대가 현재까지 양호하게 보존되어 있는 지역이다. 이 지역에 대한 기존의 중력 및 자력 연구들은 개략적인 분지 기반암의 깊이나 화성암체의 분포 등과 같은 광역적인 지구물리학적 정보를 제공하였으나, 화산 칼데라 내부 및 그 주변 구조를 상세히 규명하기에는 한계가 있었다. 본 연구에서는 화산 칼데라를 동서로 가로지는 측선에 대해 수평, 수직 해상도가 양호한 MT 탐사를 수행하였고, 탐사 자료의 2차원 역산을 통하여 다음과 같은 지구물리학적 결과를 도출하였다. 첫째, MT 역산 결과에서 나타나는 분지 기반암의 깊이는 기존의 중, 자력 자료에서 제시하는 깊이와 잘 부합되나, 일반적인 경우 보다 전기비저항이 낮은 편이었다. 이는 기존의 MT 연구에서 제시한 의성소분지 하부의 대규모 전도성층과 관련될 가능성이 있다. 둘째, 칼데라 외측의 환상단층대 주변부에서는 고비저항대(약 4000 $\Omega{\cdot}m$)가 영상화 되었는데, 이는 환상단층을 따라 관입한 유문암 내지 유문 반암의 반응으로 생각되며, 중력 자료상에서 고밀도 이상과 대응된다. 셋째, 칼데라 중앙부 깊이 1 km 하부에 약 200 $\Omega{\cdot}m$의 저비저항대가 나타나는데, 이는 현재까지 지구물리학적으로 보고되지 않은 구조이다. 화산 칼데라의 진화모델을 고려해 보았을 때, 이 저비저항대는 환상단층 형성 시 침강한 과거 퇴적층으로 생각된다. 또한 중력 자료상에서 나타나는 칼데라 중앙부 지역의 저밀도 이상도 이 퇴적층에 기인할 가능성이 높다고 생각된다.

To extend our detailed knowledge for the Hwasan caldera, we carried out magnetotelluric (MT) survey, which is pretty sensitive to electrical property variation in both horizontal and vertical direction of subsurface, across the Hwasan caldera with the direction of EW. The 2-D inversion results of observed MT data lead to following conclusions. Firstly, the depth of the basin basement inferred by the MT inversion results matches well with that suggested by previous potential studies, but the basement resistivity seems fairly low when compared to that of general case. This feature might be related with the large-scaled, highly conductive layer beneath the Euisung Sub-basin suggested by the previous MT study. Secondly, the high resistivity zones reaching to 4000 $\Omega{\cdot}m$ are imaged around two external ring fault boundaries. These zones are thought of as the response of the rhyolitic dykes intruding along the ring fault, and in the previous gravity data correspond to relatively high density anomalies. Thirdly, low resistivity zone reaching to 200 $\Omega{\cdot}m$ is detected around a depth of 1km beneath the central part of the caldera, which has not been yet reported in korean geophysical literatures. If we take account of the evolution model of the Hwasan caldera, this zone is regarded as the past sedimentary layer that subsided during the period of forming external ring fault system. In addition, the relatively low density anomaly observed in the central part of the caldera may be attributed to this sedimentary layer.