서 론
울산항 동방파제 남부 해역은 천부지층 두께와 기반암 분포가 공간적으로 뚜렷한 변화를 보이며, 주변 퇴적층과 자성 대비가 뚜렷한 화성 기반암이 분포할 가능성이 큰 지역으로, 해저 지질 구조와 해양 자기이상 분포를 통합적으로 연구하기에 적합하다(Chough and Sohn, 2010; Cheon et al., 2020). 본 연구는 천부지층탐사(Chirp SBP) 자료를 기반으로 해석한 해저 지층 구조, 특히 음향상 기반암 분포와 해양 자력탐사 자료에서 산출한 자기이상대 분포를 비교·분석하여 지질학적 특성에 따른 자료 간 상관관계를 규명하고, 이를 통해 해양 지구물리 탐사 기법의 상호보완적 활용 가능성을 검토하였다. 기존의 해저 지층 탐사는 주로 단일 기법으로 수행되었으나, 최근에는 복합 지구물리 방법을 적용하여 해석 신뢰도를 향상시키는 연구가 증가하고 있다(Tsai and Lin, 2022). 해양 탄성파 반사법 탐사는 해저면 하부의 지층 경계면에서 반사된 음파의 왕복 시간을 통해 해저 단면 영상을 얻는 기법으로, 퇴적층의 발달 양상, 기반암 지형, 단층이나 습곡 등 지질구조를 파악하는 데 활용된다(Bruno, 2023). 한편 해양 자력탐사는 해저 근접 환경에서 자기장 변화를 정밀 측정함으로써, 고자성 암체나 매몰된 철제 구조물과 같은 지하 자기이상체를 효과적으로 탐지할 수 있는 기법으로 널리 응용되며, 퇴적층 하부 자성 기반암의 심도 및 구조 해석에도 활용될 수 있다(Sarma et al., 2002). 천부지층탐사와 해양 자력탐사를 통합적으로 적용하면 해저 지층의 연속적인 구조와 국지적 자기이상체를 동시에 식별할 수 있어, 탐사 자료를 이용한 지질 해석의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 연구에서는 울산항 남부 해역을 대상으로 천부지층탐사와 해양 자력탐사 자료를 해석하여 지층 형상과 자기이상의 공간적 분포 특성을 분석하였다. 이를 위해 연구 해역과 주변 지역의 지질 특성을 검토한 뒤, 음향상 기반암 심도와 자기이상의 공간적 특징을 도출하고, 두 자료를 종합적으로 비교·분석하여 음향상 기반암 심도와 자기이상 간의 공간적 상관관계를 규명하였다. 아울러 두 탐사 기법의 상호보완적 활용 가능성을 평가하였으며, 결론에서는 연구 결과의 요약과 실용적 시사점, 그리고 향후 연구 방향을 제시하였다.
지질개요
울산항을 포함한 울산 연안 지역은 한반도 남동부 경상분지의 경계부에 위치한다. 경상분지는 중생대 백악기에 형성된 경상계 퇴적층과 화성암류로 구성되며, 이는 대륙 배후호 분지(back‑arc basin)의 맥락에서 형성된 것으로 해석된다(Chough and Sohn, 2010; Cheon et al., 2020). Fig. 1은 연구 해역 주변의 주요 지질 분포를 보여준다. 인근 육상에는 신라층군의 퇴적암, 유천층군의 화산암, 불국사층군의 화강암이 광범위하게 분포한다. 특히 불국사층군 화강암은 뚜렷한 자기적 특성을 나타내는 것으로 보고되었으며(Cho et al., 2007), 화성암류와 퇴적층 사이의 물성 대비는 해양 자기이상 분포에 직접적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 고자성 기반암은 해저 지하에도 분포할 가능성이 크며, 실제로 울산 인근에는 울산 단층대를 비롯한 여러 단층대와 화성 관입체가 발달하며, 항공자력 자료에서도 기반암 및 지질구조에 따른 자기적 변화가 보고된 바 있다(Baag and Kang, 1994). 이처럼 자성 특성이 뚜렷한 기반암 분포는 해당 지역의 해저 자기이상 분포가 지하 기반암 지형의 깊이 변화와 밀접하게 관련될 수 있음을 시사한다.
Fig. 1
Geological map of the vicinity of Ulsan Port, modified from the 1:1,000,000 Geologic Map of Korea (KIGAM, 2019).
연구 해역의 표층 지질은 주로 해양 퇴적환경에서 형성된 미고결 퇴적층으로 이루어져 있다. 한반도 남동부 연안 및 대한해협 대륙붕의 퇴적층 연구에서는 세립질 머드 퇴적체와 후기 제4기 퇴적층서의 발달이 보고된 바 있으며(Park et al., 1999; Lee et al., 2010), 이는 본 연구 해역의 천부 퇴적층 해석을 위한 광역 퇴적환경 배경으로 참고할 수 있다. 본 연구 해역에서도 Chirp SBP 음향상 해석 결과, 상부의 세립질 퇴적단위와 하부의 상대적으로 조립질 퇴적단위가 구분되는 것으로 해석된다. 이러한 퇴적층 하부의 기반암은 앞서 언급한 경상계 화성암류 또는 고결된 암반층에 해당할 가능성이 있으며, 탄성파 탐사 자료에서는 상대적으로 강한 반사면으로 나타난다. 표층 퇴적물의 두께는 해저 지형에 따라 달라지며, 이러한 기반암 심도 변화는 국부적인 자기이상 분포와 관련될 수 있다. 따라서 퇴적층과 기반암 사이의 이질적인 지질 구조와 기반암의 자성 대비는 본 연구 해역의 해저 지구물리학적 특성을 결정짓는 중요한 요인으로 작용한다.
현장 자료 취득
본 연구는 울산항 동방파제 남측 묘박지 E1 해역에서 수행되었으며, 동–서 방향으로 설정한 총 13개 측선을 따라 Chirp SBP 장비와 해상 자력계를 동시에 운용하여 천부지층탐사 자료와 해양 자력탐사 자료를 취득하였다(Fig. 2). Chirp SBP 장비는 주파수 범위 2–7 kHz의 Datasonics사 AT-471을 사용하였다. 연구 해역의 수심 조건을 고려하여 펄스 길이(pulse length)와 샘플링 간격(sampling interval)은 각각 12 ms와 0.01 ms로 설정하였으며, 송신 간격(transmission interval)은 200 ms로 조정하여 고해상도 지층탐사 자료를 획득하였다. 해양 자력탐사에는 Marine Magnetics사 SeaSPY2를 사용하였고, 측정 주파수를 1 Hz로 설정하여 지자기장을 1초 간격으로 기록하였다. 선박의 자기장 간섭을 최소화하기 위해 자력계는 선미로부터 약 30 m 길이의 케이블을 이용해 예인하였다. 또한 해상 상태와 항해 노이즈를 줄이기 위해 조사선의 속도를 약 4–5 knots로 유지하여 안정적인 자료 획득이 가능하도록 하였다. 탐사 기간 동안 연구 해역 내에는 정박 중인 선박이 위치하였으며, 이로 인해 해당 해역 주변의 해양 자력탐사 자료에 국지적 자기이상이 발생하였다. 이러한 이상 신호는 자료 처리 과정에서 식별하여 제거하고, 결측 구간에 대해서는 인접 자료를 이용한 내삽 기법을 적용하여 보정하였다. 현장 자료 취득에 사용된 Chirp SBP 장비와 해양 자력계의 주요 제원은 각각 Table 1과 Table 2에 제시하였다.
탐사 자료 처리
본 연구에서는 Chirp SBP 탐사 자료의 신호 대 잡음비(S/N ratio)를 향상시켜 반사 신호의 해상도와 경계면의 연속성을 개선함으로써, 층서 구조와 지질학적 특징을 보다 명확하게 해석하고자 탄성파 자료 전산 처리를 수행하였다. 또한 해양 자력탐사 자료에 대해서는 자기이상 분포를 명확하게 도출하고 국부적인 이상체를 효과적으로 식별하기 위해 자료 처리를 수행하였다.
Chirp SBP 자료 처리는 RadExPro를 이용하여 Fig. 3에 제시된 순서에 따라 수행하였다. 우선, SEG-Y 형식으로 기록된 탐사 자료를 소프트웨어에서 처리 가능한 형식으로 변환하고, 음원과 수신기의 위치정보를 확인하여 자료의 헤더(header)에 입력하였다. 이후 주파수 필터를 적용하여 선박 운항 및 자료 취득 환경에서 발생한 저주파 잡음을 제거하였다. 반사 경계면의 위치와 연속성을 쉽게 파악하기 위해, SEG-Y 데이터 헤더에 기록된 스윕(sweep) 신호 정보를 이용해 스윕 신호를 생성한 후 이를 활용하여 상호상관(correlation)을 수행하였다. 이후 Hilbert 변환을 적용해 엔벨로프(envelope) 형태로 변환하였으며, 자료 취득 기간 중 발생한 너울 영향을 제거하기 위해 너울 보정(swell correction)을 수행하였다. 최종적으로 생성된 고해상도 해저 지층 반사 단면을 이용해 해저면, 퇴적층 경계 및 음향상 기반암을 해석하였다.
해양 자력탐사 자료 처리는 Oasis montaj를 이용하여 Fig. 4의 순서에 따라 수행하였다. 탐사 기간 동안 자연적으로 발생하는 지구 자기장의 주기적 변동인 일변화(diurnal variation)를 보정하기 위해 육상 지자기관측소 자료를 이용하여 일변화 보정을 실시하였으며, 국제 표준 지자기장(International Geomagnetic Reference Field, IGRF) 모델값을 적용하여 지구 주자기장 성분을 제거하고, 연구 해역의 자기이상 값을 산출하였다. 또한 관측 지역의 복각과 편각에 따라 발생할 수 있는 자기이상대의 수평 변위와 비대칭성을 완화하기 위해 자극화 변환(Reduction to the Pole, RTP)을 적용하였다. RTP 변환을 통해 관측된 자기이상 분포를 자화 방향이 수직인 조건에서의 자기이상 형태로 환산함으로써, 자기이상대와 원인체 위치 사이의 공간적 대응성을 높여 해석을 용이하게 하였다.
Chirp SBP 자료 해석
Fig. 5는 Chirp SBP 탄성파 해석 단면과 해당 측선의 위치를 함께 나타낸 것이다. Chirp SBP 자료의 층준 해석은 음향상 분석을 통해 연속성을 가지는 강한 진폭의 반사 신호를 기준으로 수행하였다. 연구 해역의 천부 지층은 상부 퇴적층인 퇴적단위 1 (Unit I), 하부 퇴적층인 퇴적단위 2 (Unit II), 그리고 음향상 기반암(acoustic basement)으로 구분하였다. 각 퇴적단위의 경계는 해저면 반사 신호(seabed reflection), 퇴적단위 2의 상부 반사면(H1), 그리고 음향상 기반암 상부 반사면(H2)을 기준으로 해석하였다.
퇴적단위 1은 해저면과 H1 사이에 박층 피복(drape) 형태로 분포하는 특징이 있다. 내부 반사 특성은 전반적으로 투명, 혹은 반투명에 가까우며, 미약한 평행 반사가 일부 구간에서 나타난다. 반사 에너지가 낮고 내부 구조 변화가 거의 없어, 퇴적물이 입도와 구성 측면에서 높은 균질성을 지닌 세립질(실트, 점토 등) 계열일 가능성이 클 것으로 예상된다. 분포 특성은 연구 해역의 중심부를 기준으로 남동 방향으로 평행한 경향을 보이며, 북서 방향으로 진행할수록 점차 얇아지다 소멸하는 형태로 해석된다.
퇴적단위 2는 층서적으로 퇴적단위 1 하부에 기저하며, 내부 반사 특성은 반투명 혹은 불투명하고, 보통 또는 낮은 진폭의 준평행 반사가 우세하다. 하부 해석 경계면(H2)의 요철부에서는 약한 허머키(hummocky) 패턴이 관찰되며, 이는 퇴적 당시 하부 지형의 기복이 반영된 결과로 해석된다. 상부 경계면(H1)의 반사 에너지가 비교적 높고 음향상 특징이 균일하지 않으며, 내부 반사 신호가 다양한 패턴으로 관찰되는 점을 고려할 때, 퇴적단위 2는 상대적으로 균질성이 낮은 조립질(사질 등) 퇴적층일 가능성이 크다. 분포 두께는 북서에서 남동 방향으로 뚜렷하게 증가한다. 남측 측선 013의 동측부에서 퇴적단위 하부의 내부 반사 에너지가 약화되는 특징을 보이며, 이는 신호의 산란이 비교적 강하게 발생하는 조립질 퇴적층인 퇴적단위 2의 두께가 증가함에 따른 반사 에너지 감쇠로 예상된다.
연구 해역에서 음향상 기반암은 서측부의 해저면 노출부를 제외하고 전역에서 상부 퇴적단위에 피복된 상태로 분포한다. 내부 반사 특성은 불투명하거나 캐오틱(chaotic)한 음향상을 보이며, 상부 해석 경계면(H2)은 뚜렷하고 연속적인 단일 반사면이라기보다는 연속성이 비교적 낮고 무질서한 보통 진폭의 반사 신호로 나타난다. 상부 퇴적층이 두꺼워지는 남동측의 경우 반사 신호가 퇴적층에 의해 투과되지 못해 상부 경계면의 에너지가 매우 약한 진폭의 형태로 확인되었다. 분포 특성은 다른 퇴적단위와 유사하게, 북서측에서 남동측으로 진행할수록 심도가 증가하는 경향을 보인다.
Fig. 6은 연구 해역에서 취득한 Chirp SBP 자료에서 해석된 해저면, 퇴적층 경계면, 음향상 기반암에 대한 지층 구조 심도도이다. 심도 변환의 경우 지하 매질에 대한 P파 전달속도를 1500 m/s로 가정하여 수행하였다. 연구 해역의 수심은 북서쪽 약 20 m 내외로 가장 얕고 남동쪽으로 진행할수록 약 35 m 이상까지 점진적으로 깊어지는 경향을 보인다. 이러한 지형 경향은 해저면 아래 지층 구조에도 반영되어, 북서측에서 남동측으로 갈수록 해저면 하부의 퇴적층 경계면과 음향상 기반암의 심도가 점차 증가하는 양상이 확인되었다.
해양 자력탐사 자료 해석
원시 총자기장은 약 49,300–49,700 nT 범위로 나타났으며, 전반적으로 연구 해역의 동측에서 서측으로 갈수록 증가하는 경향을 보인다(Fig. 7). Fig. 8은 탐사 당일 청양 지자기관측소에서 기록된 총자기장으로, 이러한 변동은 태양 활동에 기인한 지구 자기장의 일변화를 반영하며, 해양 자력탐사 원시자료에서 제거되어야 하는 장주기(long-period) 성분에 해당한다(Buchanan et al., 1996). 일변화 보정을 적용하여 모든 관측값을 동일한 시간 기준으로 환산함으로써 측선 간 불연속이 제거되고 자기장 분포의 공간적 연속성이 향상되었다(Fig. 9).
이어 IGRF 모델을 적용하여 연구 해역의 지구 주자기장 성분을 제거하고, 이를 통해 자기이상(magnetic anomaly)을 산출하였다. 보정 결과 자기이상의 범위는 약 70–410 nT로 나타났으며, 원시자료에 포함되어 있던 약 49,250 nT 규모의 주자기장 성분이 효과적으로 제거되어 완만한 배경 경사가 소거되고 국지적 이상 패턴이 명확히 확인되었다(Fig. 10). 이러한 자기이상은 지질구조 및 기반암의 물성 차이와 밀접하게 관련될 수 있으며, 이와 유사한 중력·자기이상 분포 특성은 울릉분지 남서부 지진 취약 지역에서도 보고된 바 있다(Kim et al., 2022).
자기이상은 일반적으로 관측 지역의 복각과 편각에 따라 원인체의 실제 위치와 이상대의 중심이 서로 어긋나거나 비대칭적인 분포로 나타날 수 있다(Blakely, 1995; Li, 2008). 이러한 위치 편차와 비대칭성을 완화하기 위해 RTP를 적용하면 관측된 자기이상 분포를 자화 방향이 수직인 조건에서의 자기이상 형태로 환산할 수 있으며, 이상대와 원인체 위치 사이의 공간적 대응성을 높여 해석을 보다 용이하게 할 수 있다. 본 연구에서는 RTP 변환 후 자기이상 분포가 보다 완만하고 연속적인 형태로 나타났다(Fig. 11). 산출된 RTP 자기이상 값을 종합 분석에서 음향상 기반암 심도와의 상관관계 분석에 활용하였다.
종합 분석
일반적으로 서로 다른 물리탐사 기법에서 획득된 자료는 측정 단위와 값의 범위가 상이하므로, 직접적인 크기 비교보다는 변동 패턴의 상관성을 파악하는 것이 중요하다(Menke, 2012). 본 연구에서는 RTP 변환 후 산출된 자기이상 값과 음향상 기반암 심도의 상대적인 공간 변화 양상을 동일한 기준에서 비교하기 위해 최소-최대 정규화(min-max normalization)를 적용하였다. 자기이상 값 M은 자기이상이 클수록 큰 정규화 값을 갖도록 식 (1)을 적용하여 변환하였다.
음향상 기반암 심도 Z는 실제 심도 증가 방향과 일치하도록 식 (2)를 적용하여 변환하였다.
여기서 Mn 값이 클수록 자기이상이 크고, Zn 값이 클수록 음향상 기반암이 더 깊게 분포함을 의미한다. Fig. 12는 연구 해역 전체에서 산출된 최솟값과 최댓값을 기준으로 정규화한 음향상 기반암 심도와 RTP 자기이상 값을 대표 측선별로 나타낸 것으로, 연구 해역 내 동일한 정규화 기준에서 두 변수의 공간적 변화 양상을 비교하기 위한 것이다. 북부(측선 001), 중부(측선 006), 남부(측선 013)의 대표 측선에서는 전반적으로 서측에서 동측으로 갈수록 음향상 기반암 심도는 증가하는 반면, 자기이상 값은 감소하는 경향을 보이며, 이는 기반암 심도와 자기이상 사이의 반비례적 공간 관계를 의미한다.
기반암 심도와 RTP 자기이상 값의 공간적 변동 패턴을 정량적으로 평가하기 위하여 Pearson 상관계수 r, Spearman 순위상관계수 ρ, 그리고 보조적 지표로 Kendall 순위상관계수 τ를 산정하였다. Pearson의 r은 두 연속형 변수 사이의 선형 관계를 평가하는 지표이며, Spearman의 ρ는 순위 변환 자료를 이용하여 단조 관계를 평가하므로 비정규성 및 이상치에 대해 상대적으로 안정적으로 적용될 수 있다. Kendall의 τ는 순위쌍의 일치도에 기반한 비모수적 상관지표로서 Spearman 계수를 보완하는 해석 수단으로 활용될 수 있다. 본 연구에서는 이들 세 지표를 병행 적용하여 자료 간 선형성, 단조성, 순위 일치성을 다각적으로 검토하였다.
Table 3은 각 대표 측선과 세 대표 측선 통합 자료의 표본수(n), Pearson r, Spearman ρ, Kendall τ를 정리한 것이다. 본 연구에서는 정규화된 음향상 기반암 심도와 RTP 자기이상 값을 이용하여 상관계수를 산정하였으며, 기반암 심도가 깊어질수록 자기이상이 감소하는 관계는 음의 상관계수로 표현된다.
Table 3
Correlation statistics between acoustic basement depth and RTP magnetic anomaly values by survey line.
| Line | n | Pearson r | Spearman ρ | Kendall τ |
| Line 001 | 846 | –0.944 | –0.973 | –0.887 |
| Line 006 | 866 | –0.968 | –0.982 | –0.907 |
| Line 013 | 1198 | –0.814 | –0.751 | –0.528 |
| All representative lines | 2910 | –0.802 | –0.845 | –0.649 |
측선 001 (Line 001)의 전체 구간에 대한 상관분석 결과는 Pearson r = –0.944, Spearman ρ = –0.973, Kendall τ = –0.887로 나타났으며, 세 지표 모두에서 매우 강한 음의 상관관계가 확인되었다. 이는 전 구간에 걸쳐 기반암이 비교적 얕게 분포하는 서측 구간에서 자기이상 값이 높게 유지되고, 기반암 심도가 증가하는 방향으로 자기이상 값이 감소하는 경향이 뚜렷함을 의미한다. 따라서 측선 001은 천부에 위치한 고자성 기반암이 자기이상 분포에 직접적으로 기여하는 양상을 보여주는 대표적인 사례로 해석된다.
측선 006 (Line 006)의 전체 구간에 대한 상관분석 결과는 Pearson r = –0.968, Spearman ρ = –0.982, Kendall τ = –0.907로 나타나 세 측선 중 가장 강한 음의 상관관계가 확인되었다. 세 지표가 모두 절댓값 0.9 이상으로 일관되게 높게 나타난 것은 기반암 심도와 자기이상 사이의 반비례 관계가 선형 관계와 단조 관계 모두로 잘 설명됨을 의미한다. 이는 Fig. 12에 제시된 측선 006의 정규화 프로파일에서 확인되는 바와 같이, 서측에서 동측으로 진행하면서 기반암 심도가 점진적으로 증가하고 이에 대응하여 자기이상 값이 완만하게 감소하는 양상이 측선 전 구간에 걸쳐 안정적으로 유지되었기 때문으로 해석된다.
측선 013 (Line 013)의 전체 구간에 대한 상관분석 결과는 Pearson r = –0.814, Spearman ρ = –0.751, Kendall τ = –0.528로 나타났다. Pearson r은 높은 수준의 음의 선형 상관성을 보였으나, Spearman ρ와 Kendall τ의 절댓값은 측선 001 및 측선 006보다 낮게 나타나 순위 변화의 일관성은 상대적으로 약화된 것으로 확인되었다. 특히 측선 013의 동측부 일부 구간에서는 음향상 기반암 심도가 증가함에도 불구하고 자기이상 값이 감소하지 않고 국지적으로 증가하거나 완만하게 회복되는 양상을 보여, 두 자료의 변화 경향이 부분적으로 불일치한다. 이러한 불일치는 자성 기반암의 자화율 변화, 자성체의 3차원적 분포, 국지적인 구조 경계 효과 등과 관련될 가능성이 있다. 그러나 본 연구에서 사용한 Chirp SBP 자료만으로는 이러한 지질학적 원인을 명확히 규명하기 어렵다. 또한 측선 013 동측부는 상부 퇴적층이 상대적으로 두껍게 발달하고 하부 반사면의 진폭과 연속성이 약화되는 구간으로, 음향상 기반암 상부 경계(H2)의 해석 신뢰도가 다른 구간에 비해 낮아질 수 있다. 이 경우 해석된 음향상 기반암 상부 경계(H2)가 실제 기반암 상부 경계를 정확히 반영하지 못했을 가능성이 있다. 따라서 해당 구간의 불일치는 지질학적 요인만으로 설명하기보다는, Chirp SBP 자료의 투과 한계와 해석 불확실성을 함께 고려하여 해석하는 것이 타당하다.
세 측선의 비교 결과, 연구 해역 전반에서 음향상 기반암 심도와 자기이상 값 사이에는 공통적으로 뚜렷한 음의 상관관계가 확인되었다. 특히 측선 001과 측선 006에서는 Pearson r, Spearman ρ, Kendall τ의 절댓값이 모두 0.88 이상으로 매우 높게 나타나, 기반암 심도 증가와 자기이상 감소가 일관된 반비례적 공간 경향을 보이는 것으로 해석된다. 반면 측선 013에서는 측선 001 및 측선 006에 비해 상관계수의 절댓값이 낮게 나타났으며, 이는 측선 013의 동측부 일부 구간에서 관찰되는 경향 불일치와 음향상 기반암 해석 불확실성이 반영된 결과로 판단된다. Table 3에서 세 대표 측선을 통합한 자료의 상관계수는 측선 001 및 측선 006의 개별 측선 상관계수보다 낮게 나타난다. 이는 세 대표 측선을 통합할 경우 측선별 수심 변화, 음향상 기반암 심도 범위, 자기이상 배경값, 국지적 자기이상체의 영향, 그리고 측선 013 일부 구간에서 나타나는 해석 불확실성이 함께 포함되기 때문이다. 따라서 개별 측선의 상관계수는 각 측선 내에서의 국지적 공간 변동성을 잘 반영하는 반면, 세 대표 측선 통합 자료의 상관계수는 연구 해역 전반에서 나타나는 평균적인 관계를 나타내는 지표로 해석할 수 있다.
이와 같이 Chirp SBP 탐사와 해양 자력탐사 자료를 정규화하여 비교함으로써, 각 물리탐사 기법이 제공하는 정보가 상호 보완적으로 작용하여 해저 지질 구조와 자기적 특성 간의 정량적 연관성을 보다 명확하게 도출할 수 있었다. 다만 본 연구의 통합해석 결과는 Chirp SBP 자료에서 음향상 기반암 상부 경계가 명확하게 식별되는 구간에서 가장 높은 신뢰도를 가지며, 기반암이 상대적으로 깊거나 퇴적층이 두껍게 발달하여 Chirp SBP의 신호 감쇠가 커지는 구간에서는 해석 불확실성이 증가할 수 있다. 이러한 분석 결과는 향후 해저 기반암 분포 예측, 항만 구조물 기초 조사, 해저 매설물 탐지 등 다양한 해양 지질공학적 응용에 유용하게 활용될 수 있으나, 기반암이 깊게 분포하는 구간에서는 부머(boomer) 또는 스파커(sparker)와 같은 보다 강한 에너지의 탄성파 탐사 자료와 시추 자료를 통한 검증이 병행될 필요가 있다.
결 론
본 연구는 울산항 동방파제 남부 해역을 대상으로, Chirp SBP 탐사와 해양 자력탐사 자료를 통합 분석하여 천부 지질구조와 자기이상 분포 간의 상관관계를 확인하였다. 연구 해역은 경상분지 경계부 일대의 불국사층군 화강암과 관련된 화성 기반암이 분포할 가능성이 높은 지역으로 해석된다.
Chirp SBP 자료는 신호 대 잡음비와 반사면 연속성을 개선하기 위한 전산 처리를 거쳐 해석하였으며, 그 결과 연구 해역의 해저 지형, 퇴적층 발달 양상 및 음향상 기반암의 심도 변화를 확인할 수 있었다. 음향상 기반암은 서측에서 얕고 동측으로 갈수록 깊어지는 경향을 보였다.
해양 자력탐사에서는 서측에 고자기이상대, 동측에 저자기이상대가 분포하는 경향이 확인되었다. 원시자료에 대해 일변화 보정을 수행하여 시간에 따른 지구 자기장 변동을 보정하고, IGRF 모델을 적용하여 지구 주자기장 성분을 제거함으로써 연구 해역의 자기이상을 산출하였다. 또한 RTP 변환을 적용하여 자기이상대의 비대칭성과 수평 위치 편차를 완화하고, 원인체 위치와의 공간적 대응성을 높였다. 그 결과 서측의 얕은 기반암 분포 지역에서는 강한 자기이상이 나타났고, 동측의 깊은 기반암 분포 지역에서는 약한 자기이상이 나타나, 음향상 기반암 심도와 자기이상 사이의 뚜렷한 공간적 상관성이 확인되었다.
두 탐사 자료의 상호 비교를 위해 대표 측선의 음향상 기반암 심도와 RTP 자기이상 값을 연구 해역 전체에서 산출된 최솟값과 최댓값을 기준으로 0–10 범위로 정규화하여 분석한 결과, 기반암 심도와 자기이상 값 사이에는 전반적으로 뚜렷한 음의 상관관계가 확인되었다. 즉, 기반암이 천부에 위치하는 구간에서는 자기이상이 크게 발달하였고, 기반암 심도가 깊어질수록 자기이상은 감소하는 경향이 나타났다. 세 대표 측선 통합 자료에서는 Pearson r = –0.802, Spearman ρ = –0.845, Kendall τ = –0.649로 나타나 연구 해역 전반에서 음향상 기반암 심도와 RTP 자기이상 사이의 반비례적 공간 관계가 정량적으로 확인되었다. 개별 측선별로는 북부 지역의 측선 001에서 Pearson r = –0.944, Spearman ρ = –0.973, Kendall τ = –0.887로 매우 강한 음의 상관관계가 나타났으며, 중부 지역의 측선 006에서도 Pearson r = –0.968, Spearman ρ = –0.982, Kendall τ = –0.907로 가장 강한 음의 상관관계가 확인되었다. 반면 남부 지역의 측선 013에서는 Pearson r = –0.814로 높은 음의 선형 상관성이 유지되었으나, Spearman ρ = –0.751 및 Kendall τ = –0.528로 순위상관계수의 절댓값은 상대적으로 낮게 나타났다. 이는 두 변수가 전체적으로는 반비례 관계를 보이더라도, 측선 013의 동측부 일부 구간에서 두 자료의 변화 양상이 부분적으로 불일치함을 의미한다. 이러한 불일치는 자화율의 공간적 이질성, 자성 기반암의 3차원적 분포, 국지적인 구조 경계 효과와 관련될 수 있으나, 동시에 Chirp SBP 자료에서 하부 반사면의 진폭과 연속성이 약화됨에 따른 음향상 기반암 해석 불확실성도 중요한 요인으로 고려할 필요가 있다. 따라서 측선 013 동측부의 해석 결과는 단일 원인으로 단정하기보다는 복수의 가능성을 포함하는 제한적 해석으로 제시하는 것이 타당하다.
그럼에도 불구하고, 세 대표 측선에서 공통적으로 확인된 음의 상관관계는 음향상 기반암 심도와 RTP 자기이상 사이에 유의미한 공간적 연관성이 존재함을 보여준다. 이러한 결과는 Chirp SBP 탐사와 해양 자력탐사가 서로 다른 물성 정보를 제공하면서도, 천부 기반암 구조 해석에서 상호 보완적으로 활용될 수 있음을 시사한다. Chirp SBP 탐사는 천부 지층의 연속성과 층서 구조를 높은 해상도로 파악하는 데 효과적이며, 해양 자력탐사는 기반암의 자기적 특성 및 국지적인 자성 이상체의 분포를 해석하는 데 유용하다. 본 연구에서는 두 지구물리 탐사 자료를 통합 분석함으로써, 음향상 기반암 심도와 RTP 자기이상 사이의 정량적 연관성을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 항만 개발, 해저 구조물 기초 조사, 해저 기반암 분포 예측 및 해저 매설물 조사 등 다양한 해양 지질공학적 분야에서 기초자료로 활용될 수 있다.
다만, 본 연구 결과를 해석함에 있어 다음과 같은 제한점을 고려할 필요가 있다. 우선, 자료 취득 당시 연구 해역 인근에 정박해 있던 대형 선박의 영향은 자료 처리 과정에서 보정하였으나, 일부 구간에서는 잔류하는 인위적 자기이상이 자료 해석의 정밀도를 저하시킬 가능성이 있다. 따라서 향후 조사에서는 측정 구간에서의 선박 활동을 최소화하거나, 측정 시점과 위치를 조정하여 인위적 잡음을 배제할 필요가 있다. 또한 본 연구에서는 지자기 센서를 해수면 부근에서 예인하였으나, 해저면 인근에서 예인할 경우 수심에 따른 자기이상 감쇠 영향을 줄이고, 기반암 및 퇴적층 경계와의 거리를 단축하여 보다 높은 공간 해상도의 자기이상 분포를 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 아울러 본 연구의 통합해석 결과는 Chirp SBP에서 음향상 기반암 상부 경계가 명확하게 식별되는 구간에서 가장 높은 신뢰도를 가지며, 기반암이 상대적으로 깊거나 퇴적층이 두껍게 발달하여 Chirp SBP의 투과 한계가 나타나는 구간에서는 음향상 기반암 심도 해석의 신뢰도가 낮아질 수 있다. 본 연구 자료에서는 음향상 기반암 심도가 약 50–60 m 이상으로 깊어지거나 하부 반사면의 연속성이 약화되는 구간에서 해석 불확실성이 증가하는 것으로 판단된다. 다만 이 기준은 Chirp SBP의 일반적인 적용 한계를 의미한다기보다는, 본 연구 해역의 자료 품질, 주파수 특성 및 퇴적층 조건에서 관찰된 경험적 기준으로 이해되어야 한다. 향후에는 측선 013 동측부와 같은 구간에 대해 강한 에너지의 탄성파 탐사 자료와 시추 자료를 추가로 확보하여 음향상 기반암 심도와 자성 기반암 분포를 검증할 필요가 있다.
