The Geological Society of Korea
[ Article ]
Journal of the Geological Society of Korea - Vol. 54, No. 2, pp.153-168
ISSN: 0435-4036 (Print) 2288-7377 (Online)
Print publication date 30 Apr 2018
Received 03 Apr 2017 Revised 19 Jun 2017 Accepted 12 Apr 2018
DOI: https://doi.org/10.14770/jgsk.2018.54.2.153

제주도 화산암의 분포 및 층서 연구에서 자연감마 자료의 적용

심규성1 ; 김영화2, ; 황세호3 ; 박준범4
1한국농어촌공사 경남지역본부
2강원대학교 지구물리학과
3한국지질자원연구원 지질환경연구본부
4미육군극동공병단 지반환경공학부
Applicability of natural gamma data to analyze the distribution and stratigraphy of volcanic units in Jeju Island
Gyuseong Shim1 ; Yeonghwa Kim2, ; Seho Hwang3 ; Jun-Beom Park4
1Gyeongnam Regional Headquarter, Korea Rural Community Cooperation, Changwon 51340 Republic of Korea
2Department of Geophysics, Kangwon National University, Chuncheon 24341 Republic of Korea
3Geologic Environment Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resouces, Daejeon 34132 Republic of Korea
4Geotechnical and Environrmental Engineering Branch, US Army Corps of Engineers Far East District, Seoul 04562 Republic of Korea

Correspondence to: +82-33-250-8580, E-mail: yhkim@kangwon.ac.kr

초록

29개 시추공에 대한 자연감마검층 자료를 분석하여 제주도 화산암류의 자연감마 분포 특성과 자연감마선 세기 특성을 규명하였다. 먼저 암종별 자연감마의 평균 강도를 구하고 강도분포에 따라 주요 화산암을 저, 중, 고 감마그룹으로 구분하였으며 최소한의 지질자료 활용이 추가되면 감마강도에 의한 암종 구분이 가능함을 보였다. 감마검층 자료로부터 개략적인 제주도 화산암의 자연감마 분포 양상이 제시되었다. 이는 대체로 한라산을 중심으로 한 중앙 일대가 높고 해안 쪽으로 갈수록 점차적으로 낮아지며 제주도의 장축방향과 일치하는 타원 형태의 감마강도 분포 양상을 보였다. 10만년 간격으로 5 구분된 화산암 층서단위 간에 현저한 감마강도 차이가 나타나 감마강도가 층서구분에서 더 효과적으로 활용될 가능성을 보였으며 이는 자연감마검층 단면도와 층서단면도와의 비교 분석을 통해서 확인되었다. 자연감마검층을 이용한 시추공 간의 대비가 매우 효과적인 연구수단의 하나이며 층서단면의 확인이나 수정에 자연감마검층 단면이 효과적으로 이용될 수 있음을 보였다.

Abstract

Analyzing the natural gamma logs in 29 boreholes, we investigated the areal distribution and intensity characteristics in ​​the Jeju volcanic rocks. We analyzed the distribution characteristics of natural gamma intensity for each volcanic rocks and classified the volcanic rocks of Jeju Island into groups of low, medium and high natural gamma intensities. This classification is expected to be effective in lithological identification of Jeju volcanic rocks only if minimum geological information can be used together. An approximate distribution pattern of natural gamma intensity of Jeju Island was obtained from the borehole gamma data. This gamma intensity is highest in the central part and decreases radially away from the center, or more exactly speaking, roughly depicts elliptical shape whose axis coincide with the ellipse axis of Jeju Island itself. More significant difference was shown from the gamma intensities obtained between five volcanic stratigraphic units divided by the time interval (100 Ka). The result reveals the possibility of natural gamma data being used effectively in stratigraphic identification rather than in lithological identification. Comparison study between natural gamma section and core based stratigraphic section verified the effectiveness of composing the natural gamma section in correlating stratigraphy between boreholes as well as in verification and correction of the stratigraphic sections.

Keywords:

natural gamma log, Jeju volcanic rock, stratigraphy, lithology identification

키워드:

자연감마검층, 제주도 화산암, 층서, 암상구분

1. 서 론

암석에 포함되어 있는 방사능 동위원소의 붕괴에 의하여 자연적으로 방출되면서 광물 또는 암석의 종류에 따라 방출의 세기와 에너지를 달리하는 자연감마는 지질 분포 상태나 구조, 유용광물의 존재 등 각종 지질정보를 가장 잘 반영하는 물성 정보로서, 감마 검출기를 사용하여 지층에서 방출하는 감마선 세기와 에너지를 측정하고 분석하는 자연감마 탐사법은 효과적인 탐사방법의 하나이다(Asquith and Gibson, 1982; Keys, 1989; Schlumberger, 1989; Lee et al., 1994; Stefansson et al., 2000). 그럼에도 불구하고 현실에서의 자연감마 탐사법은 활용도가 가장 낮은 지구물리탐사 방법으로 인식되고 있으며 최근에 와서는 우라늄 등 일부 높은 방사능을 갖는 광체탐사의 예를 제외하고는 적용 사례를 찾기도 어려운 상태가 되고 있다.

그러나 이는 어디까지나 지표에서 실시되는 일반 지구물리탐사에 해당되는 현상이며 시추공 내 지구물리검층의 영역에서는 감마방법이 매우 효과적이고 강력한 탐사 수단으로 널리 활용되고 있다. 모두가 감마선이 가진 극히 짧은 투과능력(Mussett and Khan, 2000; Rider, 2002)에서 그 원인을 찾을 수 있다. 시추공 내부와 같이 검출기가 직접 지층과 밀착 또는 인접하여 측정되는 환경에서는 감마선의 짧은 투과 능력에 기인된 지표탐사에서의 한계가 문제되지 않을 뿐만 아니라(Schlumberger, 1989), 측정 작업이 단순하면서도 지질적 특성을 가장 잘 반영하고 이수나 케이싱의 유무에 제한을 받지 않아 어떤 방법보다 적용성이 뛰어나다는 점이 자연감마검층의 큰 장점이다. 아울러 표토층의 용탈과 이동, 재퇴적 등에 의한 왜곡된 탐사정보 획득이 거의 없다는 장점까지 가진다(Rogers et al., 1978).

자연감마검층은 주로 석유탐사 분야에서 암상 확인과 함께, 근원암/저류암의 특성 규명과 관련한 세일 함량 평가의 주된 수단으로서 전체성분 측정의 형태로 사용되어 왔으며 1970년대부터는 자연감마 에너지 차이를 이용하는 스펙트럴 자연감마검층법이 사용되기 시작했다(Keys, 1989; Dickson and Scott, 1997; McCafferty and Van Gosen, 2009). 국내에서는 1980년대 후반부터 주로 토목지질조사와 연관된 지구물리검층기의 도입이 활발해지면서 다수의 자연감마검층 측정 장비와 자료가 확보되면서 이용 가능한 지표 자연감마탐사 자료가 마땅히 없는 국내 여건에서 가장 일반적이고 중요한 자연감마 자료원이 되고 있다. Kim (2014)은 국내에서 측정된 자연감마 자료를 이용하여 한반도 남쪽 지역에서의 전체성분 자연감마 세기 분포를 구하고 성인 및 암종 별 자연감마 세기 특성을 제시하였으며 한반도 남쪽에서의 자연감마 이상대의 방향이 지질 분포 및 구조와 좋은 상관을 가짐을 보고한 바 있다.

제주도에서는 해수침투관측망 관정에서 상당수의 자연감마검층 자료가 보고되고 있다(Park et al., 2006). 해수침투관측망 관정에서 수행된 다른 물리검층자료들과 함께 동부지역의 해수침투 특성과 화산암 지역에서의 물리검층의 적용성 연구와 지질학적 해석 등에 적용되어 왔다(Park et al., 2004; Hwang et al., 2005, 2006, 2007; Lee, 2008; Hwang and Shin, 2010). 최근 연구에 따르면 제주도는 한라산체를 중심으로 하는 복성(polygenetic) 복합화산체(composite volcano)와 수많은 오름으로 대변되는 단성(드물게 복성)화산체로부터 분출한 용암류 및 화산쇄설물이 퍼즐 조각과 같이 합쳐지고 층상으로 누적되어 형성된 것이라고 제시하고 있다(Koh et al., 2013). 제주도내 지역 간 층서 대비가 단순하지 않으며 그만큼 체계적이고 종합적인 연구가 필요함을 의미하고 있다. 그럼에도 불구하고 아직까지 암상, 지질시대, 지질환경 등과 연관되어 감마자료를 활용한 구체적 연구 결과는 잘 보이지 않는다.

이러한 상황을 감안하여 이 연구에서는 제주도에서 얻어진 기존의 자연감마검층 자료를 종합하고 분석한 결과를 소개하고 제주도 화산암의 자연감마 세기 특성에 연관된 지질학적 의미와 제주도 화산암의 분포 및 층서 연구에서 자연감마 자료의 적용 가능성에 대하여 논의하고자 한다.


2. 자료 및 방법

연구에 활용된 자연감마검층 자료는 2004년 한국지질자원연구원에서 발간된 “미래 제주도 청정지하수 안정적 공급 시스템 구축사업 보고서”(Park et al., 2004)에 수록된 것으로 전체 시추공은 29개이다(그림 1). 수록된 자료 중에서 자연감마검층 곡선(이하 감마곡선)과 시추공 주상도가 주로 이용되었으며 밀도검층과 전기비저항검층 자료들이 참고되었다. 활용된 모든 감마곡선들은 U, Th K를 함께 측정한 전 성분 자연감마검층의 형태로 획득된 것이다.

Fig. 1.

Borehole location map of natural gamma logs.

감마곡선들은 75~400 m의 심도 범위를 보이며 상당수가 굴착 과정에 생긴 부유물질의 침전이나 일부 구간의 시추공 붕괴 등으로 인해 초기 시추 심도에 크게 미치지 못하는 짧은 검층심도를 보인다. 이와 같은 검층곡선에서의 심도 제약은 주로 U층 또는 서귀포층의 특성 파악에 어려움으로 작용하고 있으며 서귀포층 상부에 분포하는 화산암의 전반적인 자연감마 특성 파악에는 무리가 없는 것으로 나타나고 있다.

이러한 관점에서 이 연구는 서귀포층 상부에 분포하는 화산암 구간에서의 감마곡선(그림 2)으로부터 자연감마 세기의 분포특성을 구하고 그 결과를 암상별, 지질시대별, 공간별 특성과 연계시키는 방식으로 진행되었다. 그림 2에는 29개 시추공에서의 감마검층 결과 중 검층곡선의 형태적 특성을 고려하여 구분된 12개의 감마곡선이 제시되어 있다. 화산암의 자연감마 세기 특성과 연계될 암상 자료로는 광물조성과 화학성분에 근거하여 분류된 암석구분 결과가 이용되었으며, 광물조성(Park and Kwon, 1995)과 화학성분에 기초하여 분류된 암석구분 결과(Koh et al., 2008, 2013)가 함께 존재하는 제주도 동부지역의 자료가 중점적으로 활용되었다. 지질시대별 특성 파악에 있어서는 제주도 화산암을 10만년 간격으로 구분한 층서(Koh et al., 2008) 단위별로 평균 감마강도를 구했다.

Fig. 2.

Natural gamma logs observed in Jeju volcanic rocks.

각 시추공에서의 임의의 구간, 암상, 또는 시간을 대표하는 자연감마의 세기(Γ)는 지질주상도와 감마곡선의 형태를 함께 고려하여 결정된 단위 층으로 구분한 후, 각 단위 층에서 API (American Petroleum Institute) 단위의 자연감마 세기(Gi)와 미터 단위의 두께(Ti)를 구하고 자연감마 세기와 두께의 가중평균의 형태로(Eq. 1) 산출되었으며 표준편차와 함께 제시하였다. 각 단위 층 또는 평균 자연감마 세기를 구할 때는 감마곡선으로부터 층 경계에 의한 어깨효과(shoulder effect) 부분을 제거하였으며 같은 관점에서 감마곡선에서의 암층 두께가 미치는 영향을 최소화하기 위하여 두께 5 미터 미만의 소규모 암층 분포는 분석 대상에서 제외시켰다.

Γstrength=GiTiTi(1) 

3. 결과 및 토의

3.1 화산암의 암종별 자연감마 세기

시추공에서의 심도별 자연감마 세기 분포에 코어로깅에서 기재된 암종을 대비시켜 암종별 자연감마 세기를 구하였다. 먼저 제주도 전 지역에 걸쳐서 만들어진 광물조성에 근거하여 분류(이하 광물 조성적 분류)된 코어로깅 자료(Park et al., 2006)에 자연감마 자료를 적용하였다. 그 결과 얻어진 암종별 평균 감마값의 분포로는 조면암(TR)이 58.3 API, 분석/응회암(S/T)이 54.8 API, 휘석-장석 조면현무암(M)이 50.4 API, 장석-휘석 조면현무암(D) 48.5 API, 감람석현무암(W) 42.6 API, 그리고 침상현무암(A)이 33.3 API의 자연감마값을 보였다. 결과적으로 조면암의 감마강도가 가장 크고 침상현무암의 감마강도가 가장 작으며 그 차이가 24.9 API인 것으로 나타난다.

한편 제주도 동부지역에 있어서는 광물조성에 근거하여 분류된 암종 기재 방식(Park et al., 2006)과 함께 화학성분에 근거하여 분류(이하 화학 성분적 분류)된 암종 기재방식(Koh et al., 2008)이 적용된 연구 결과가 존재하고 있음을 감안하여 광물조성적 분류와 화학성분적 분류에 의한 암종별 평균 자연감마 세기의 분포를 함께 구하여 비교하였다. 표 1은 광물조성적 분류에 의한 6개 주요 암종에 대한 자연감마 세기의 평균과 표준편차를 정리한 것으로 51.4 API의 조면암(TR)이 가장 높은 자연감마 값을 보이며 49.4 API의 분석/응회암(S/T), 49.1 API의 휘석-장석 조면현무암(M), 45.5 API의 장석-휘석 조면현무암(D), 38.0 API의 감람석현무암(W) 순으로 자연감마값이 감소하며 침상현무암(A)에서 가장 낮은 32.3 API의 자연감마값을 보인다.

Distribution pattern of natural gamma intensity for each rock type classified by mineral components in theeast region of Jeju Island (A: Acicula Basalt, W: Olivine Basalt, D: Feldspar-Pyroxene Trachybasalt, M: Pyroxene-Feldspar Trachybasalt, S/T: Scoria & tuff, TR: Trachyte).

지역 범위를 달리하여 얻어진 두 감마분포의 비교 결과는 서로 비슷한 것으로 나타나나 동부지역으로 한정한 경우에서의 자연감마값이 제주도 전 지역의 경우에 비하여 전반적으로 약간 낮은 특징을 보인다. 암종 간의 평균 자연감마 세기의 최대 격차 또한 동부지역으로 한정된 경우에 19.1 API로 나타나 지역적으로 한정되면서 암종 간의 평균 격차도 작아짐을 보인다. 그러나 제주도 전 지역을 대상으로 한 경우나 동부지역으로 국한 한 경우 모두에서 평균 감마값의 순서만은 동일하게 나타난다. 즉 두 경우 모두에서 조면암(TR)이 가장 높은 자연감마 값을 보이며 분석/응회암(S/T), 휘석-장석 조면현무암(M), 장석-휘석 조면현무암(D), 감람석현무암(W) 순으로 자연감마값이 감소하며 침상현무암(A)에서 가장 낮은 자연감마값을 보인다. 이는 지역에 따라 감마값에서 약간의 차이는 있지만 암종별 감마분포의 경향은 동일함을 보여주고 있다. 감마분포가 암상을 구분하는 기준이 될 수 있음을 보이는 부분이다.

한편 동부지역에서 화학성분적 분류기준에 의하여 분류된 암종별 평균 감마 강도는 톨레이아이트질 현무암이 21.6 API로서, 가장 낮은 강도로 나타나고 톨레이아이트질 안산암, 전이질 현무암, 알칼리 현무암, 조면현무암 순으로 커지다 54.6 API의 현무암질조면안산암이 가장 높은 자연감마 세기를 보인다. 따라서 화학성분적 분류를 적용한 결과(표 2)에서 암종간의 평균 자연감마 세기의 최대 격차는 32.7 API로 나타나며 이는 동일 지역에서의 광물성분적 분류에서의 최대격차인 19.9 API를 크게 능가하는 값이다. 이 결과는 6개 암종 간의 평균 격차가 각각 6.5 API와 4.0 API로서 화학성분적 분류에서 더 큼을 보이며 그만큼 광물조성적 분류에 비하여 화학성분적 분류에서 자연감마 세기와의 상관성이 더 높고 효과적인 것으로 나타난다. 그러나 상대적으로 효과적인 것으로 나타난 화학성분적 분류를 이용한 경우라 하더라도 자연감마 강도를 암종 구분에 이용하기에는 여전히 암종별 감마강도의 차이가 충분하지 못함이 문제점으로 지적된다. 즉, 암종 간 평균 자연감마 세기의 차이가 표준편차의 범위를 크게 벗어나지 못하여, 결과적으로 자연감마 세기에 의한 암종 분류가 독립적이지 못하고 지질 자료와의 연계 해석(Lillie, 1999)이 필요함을 시사하고 있다.

Distribution of natural gamma intensity for each rock type classified by chemical components in the east region of Jeju Island (ThB: Tholeiitic Basalt, ThA: Tholeiitic Andesite, TrnB: Transitional Basalt, AB: Alkali Basalt, BTA: Basaltic Trachyandesite, TB:Trachybasalt).

이 점을 감안한다면 제주도의 화산암을 톨레이아이트질 현무암과 톨레이아이트질 안산암으로 구성되는 평균 자연감마 세기 22 API 부근의 낮은 자연감마 그룹과 전이질 현무암으로 이루어지는 30 API 부근의 중간 값의 자연감마 그룹, 알칼리 현무암, 조면현무암 및 현무암질조면안산암으로 이루어지는 45 API 이상의 상대적으로 높은 자연감마 그룹으로 구분하는 것이 보다 현실적 방안으로 나타난다. 이 경우, 각 그룹간의 차이가 표준편차를 능가하는 효과를 보여 단위 암종의 구분보다는 자연감마 세기를 저, 중, 고 그룹으로 묶어 크게 구분하고 각 자연감마 그룹 내에서의 구분은 암상 자료의 도움을 받는 방법이 현 상태에서 가장 바람직한 접근 방안이 될 것으로 보인다.

3.2 화산암의 감마 분포 양상

그림 3은 각 시추공에서의 화산암 전체 구간에 대한 평균 감마강도를 구해서 등고선도의 형태로 나타낸 것이다. 고감마의 중심이 제주도 중앙부에서 북쪽으로 치우친 YD-2 시추공에 있으며 저감마의 분포는 제주도 장축방향의 양단, 즉 북동쪽과 남서쪽 끝에 위치하는 시추공 JD-1과 SM-1에 위치함을 보인다. 고감마 분포가 60 API 이상이고 저감마 분포가 30 API 이하로 나타나며 시추공 사이에서의 최대와 최소 값 간에는 거의 3배에 가까운 차이를 보인다.

Fig. 3.

Distribution pattern of natural gamma intensities of volcanic rocks averaged for all volcanics (a) and averaged for V layer (b) in each borehole section. The lower figure shows the main rock types in each borehole section together with the gamma intensity distribution (A: Acicula Basalt, W: Olivine Basalt, D: Feldspar-Pyroxene Trachybasalt, M: Pyroxene-Feldspar Trachybasalt, SC: Scoria, TR: Trachyte).

고감마 분포의 중심을 기준으로 전반적인 분포 양상을 살펴보면 고감마 영역에 가장 가까이 위치하고 있는 시추공들이 감마강도 50-60 API의 YD-1, SY-2, BS-2, HD-4, 그리고 JD-5 시추공들로서 대체적으로 호상 분포의 형태를 보이고 있다. 50-60 API 영역의 외곽에는 다시 40-50 API 범위의 감마분포가 둘러싸고 있는 형상을 보이는데 BS-1 YS-2, SY-1, HD-3, JD-4 등 가장 많은 12개의 시추공이 여기에 속한다. 그 다음 30~40 API의 감마 분포는 북동쪽의 HM-1, HM-2, SS-1, SS-2, HC-1 시추공과 남서쪽의 YS-1, MR-1, MR-2 시추공으로서 가장 바깥쪽에 위치한 30 API 미만의 감마 분포 안쪽에 위치하고 있다. 이와 같은 분포 양상은 표층구간을 대상으로 한 평균 감마강도 분포(그림 3b)에서도 비슷하게 나타난다. 표층구간의 전반적인 고감마 현상이 반영되어 최저 감마등고선이 40 API로 상향된 것과 60 API 이상의 고감마 영역이 YD-2외에 HD-4와 HD-3 시추공 영역으로 확대된 모습이 차이라고 할 수 있을 정도로 전반적인 분포 형태는 그림 3a에서와 거의 동일하게 반복되는 양상을 보인다.

물론 그림 3으로 제시된 감마 분포도에서는 자료의 수가 적고 특히 중앙부에 속하는 한라산 지역과 남부지역에서의 감마 자료가 없는 상태에서 얻어진 결과라는 문제점을 내포하고 있다. 현재까지 얻어진 자연감마검층 자료가 가진 한계로서 당연히 제주도 화산암의 감마분포의 형태가 만족스럽게 제시되었다고 볼 수는 없다. 그러나 그럼에도 불구하고 화산암의 평균 감마강도가 내륙 안쪽으로 갈수록 꾸준하게 증대하는 경향과 함께 제주도 화산암의 감마 강도 분포가 제주도의 장축방향으로 신장된 타원형에 유사한 형태로 나타남까지는 비교적 분명하게 제시된 것으로 나타난다. 아울러 그림 3의 a와 b의 비교로부터는 제주도 전체 규모의 관점에서 볼 때 감마강도의 수평방향으로의 차이가 심도에 따른 차이, 즉 연직방향으로의 차이보다 일관성이 있고 강한 상관이 있음을 보인다. 또한 감마강도의 변화가 암상 변화와 직결(Keys, 1989; Stefansson et al., 2000)되어 있음을 감안하면 중앙으로부터의 거리에 따라 나타나는 감마강도의 점이적인 감소 경향은 제주도 화산암체의 측방변이 특성으로 연결될 것으로 보인다.

감마강도의 변화가 제주도 화산암의 측방변이 특성으로 연결 될 수 있음은 감마강도 분포와 함께 화산암의 주 구성 암종이 도시되어 있는 그림 3b에서 가장 잘 나타난다. 중앙지역의 50 API 이상의 높은 감마분포가 조면암류(TR 또는 M)의 주 분포지로 나타남에 반하여 바깥지역 40 API 이하의 낮은 감마는 침상현무암(A) 분포지역으로 특징 지워지고 이는 앞 절에서의 암종별 평균 감마값의 분석에서 조면암(TR)을 비롯하여 분석/응회암(S/T)과 휘석-장석 조면현무암(M)이 49 API 이상의 상대적 고감마로 나타난 반면에 침상현무암(A)이 약 32 API의 가장 낮은 감마의 지질로 나타난 것과 연결되기 때문이다. 반면에 감람석현무암(W)은 주로 중간 영역에서의 주 구성 지질이면서 고감마와 저감마 영역에 이르기까지 넓게 분포하는 존재로 나타난다.

주목되는 것은 이와 같은 감마 분포 분석결과들은 한라산체가 장석과 휘석 반정이 많은 용암류의 분출로 형성되었고 백록담에서는 조면암 분출이 있었던 반면에 장축의 동서쪽에서는 장석 반정이 거의 없는 현무암 분출이 있었다는 등 한라산체의 용암의 암상이 해안지역의 것과 현저하게 다르다는 지질학적 보고들(Lee, 1994; Park and Kwon, 1995)과도 잘 연결 될 수 있다는 점이다. 즉, 백록담과 한라산체를 구성하는 조면암 또는 해안의 것과 현저하게 다른, 장석 휘석이 많은 용암의 존재는 고감마 지질로, 장석반정이 거의 없는 화산암은 저감마 분포로 연결되면서 특히 감마자료 없이 고감마 영역에 포함된 중앙부 한라산체 일대에 대하여 간접적인 근거가 마련된 셈이다. 결과적으로 중앙부 고감마 분포에서 해안쪽 저감마로 연결되는 그림 3에서의 감마분포 양상은 제주도 화산암의 암상분포의 개략적인 특성이 반영된 결과로 볼 수 있다.

3.3 화산암의 시기별 자연감마 강도

한편 표 3은 제주도 동부지역 화산암을 시기에 따라 분류하여 각 시기별 감마강도의 평균값을 표준편차와 함께 나타낸 것이다. 화산암의 시기별 분류는 Koh et al. (2008)이 동부지역 20개 시추공에서 얻은 코어로깅 결과와 150개 시료에 대한 전암 40Ar/39Ar 연대측정 결과를 이용하여 이루어진 것으로 실제의 작업은 Koh et al. (2008) 연구에서의 기초 엑셀자료를 이용하여 수행되었다. 연대측정이 이루어진 단위층의 연대는 동일하다는 가정 위에서 연대측정이 이루어진 각 단위지층 구간에서의 자연감마값을 읽어 각 시기별 자연감마 값의 평균을 구하였다. I, II, III, IV 그리고 V층은 각각 40만년 이상, 40-30만년, 30-20만년, 20-10만년, 그리고 10만년 미만의 지질연대를 대표하고 있다.

Distribution of natural gamma intensity classified by geological age in the east region of Jeju Island.

그 결과, 최상부층인 V층의 감마강도가 52.3 API로서 가장 높게 나타났으며 바로 밑에 있는 IV층의 감마강도가 33.4 API로서 두 층이 뚜렷하게 구분될 수 있는 것으로 나타난다. 반면에 IV층과 III층의 감마강도는 차이가 표준편차에 미치지 못하는 수준으로 나타나 구분이 애매하며 그 하부의 II층과 I층의 감마강도는 24.1 API와 41.5 API로서 다시 서로간의 구분이 가능한 수준의 격차를 보여주고 있다. 따라서 대부분의 경우, 격차가 표준편차의 한계를 극복하지 못하는 암종별 감마강도의 경우와는 비할 수 없는 큰 차이로 나타나며 이 결과는 제주도 화산암에 있어서 자연감마의 활용이 암종 구분보다 지질시대의 구분에서 더 효과적일 수 있음을 말하고 있다.

감마강도가 암종보다 지질시대와 상관이 더 크게 나타난 결과는 표 4에서 제시된바와 같이 동일한 암종이라도 생성시기가 다를 때 감마강도를 달리하는 현상에서도 이해될 수 있다. 넓은 지질시대에 걸쳐 분포가 인지되고 있는 두 개 암종의 예가 제시된 것으로 감마강도의 시대별 차이가 현저한 V층에서 II층에 걸쳐 분포하고 있는 TrnB (Transitional Basalt)의 경우가 특히 좋은 예이다. 즉, 동일 암종의 감마강도가 지질시대에 따라 47.2 API (V)에서 33.8 API (IV), 34.0 API (III),그리고 24.2 API (II)로 변하여, 표 3에서 제시된 시대별 평균 감마값의 차이에 크게 뒤지지 않는 수준의 큰 변화폭을 보인다. 결과적으로 표 3표 4로 제시된 두 개의 도표는 지질시대에 따른 화산암의 감마강도 차이가 암석이나 주구성광물의 차이보다 생성시기별 마그마방의 지화학적 특성에 더 민감함을 시사하고 있다.

Distribution of natural gamma intensity for alkali basalt (AB) and transitional basalt (TrnB) classified by geological age in the east region of Jeju Island.

3.4 자연감마 단면과 층서 단면의 비교

화산암의 전암 성분 자료, 40Ar/39Ar 절대연대 값 등을 이용한 시추공 간의 층서대비 연구 결과와 감마곡선이 함께 보고되어 있는 동부 지역에서의 4개 측선을 대상으로 감마검층단면(이하 감마단면)과 층서단면간의 비교분석이 이루어졌다. 층서단면은 시추공코어 자료를 이용한 Koh et al. (2008)의 연구 결과이며 감마단면은 동일 시추공에서의 감마곡선(Hwang et al., 2005)을 이용하여 작성된 것으로서 비교 결과가 그림 4에서 그림 7까지의 그림으로 도시되었다.

Fig. 4.

Comparison between natural gamma section (a) and core based geological section (b) along the Handong profile. The lower figure (b) was modified after Koh et al. (2008).

Fig. 5.

Comparison between natural gamma section (a) and core based geological section (b) along the Jongdal profile. The lower figure (b) was modified after Koh et al. (2008).

Fig. 6.

Comparison between natural gamma section (a) and core based geological section (b) along the Susan profile. The IV layer in the natural gamma section can be divided into three sub layers. The lower figure (b) was modified after Koh et al. (2008).

Fig. 7.

Comparison between natural gamma section (a) and core based geological section (b) along the Hacheon profile. The lower figure (b) was modified after Koh et al. (2008).

측선에 따라 약간의 차이가 있으나 감마단면의 전반적인 형태는 40~90 API 범위의 최상부층으로부터 시작하여 45~20 API 범위로 단계적인 감소를 보이는 지층과 30~50 API로 약간 증가하는 구간을 거쳐 급격히 자연감마 세기가 증가하는 구간에서 끝나고 있다. 이와 같은 감마단면의 형태는 층서단면과 대체로 좋은 일치를 보이며 특히 측방 연속성이 좋은 상부 3개 층, 즉 제5기 화산활동기(V), 제4기 화산활동기(IV), 및 제3기 화산활동기(III)에서의 일치도가 높게 나타난다. 층후 발달이 양호한 IV층의 경우에는 층 내부에서 2개의 추가적인 자연감마 경계의 존재가 인지되어 층을 다시 3구분할 수 있는 것으로 나타나며 이러한 현상은 종달단면, 수산단면, 및 하천단면에서 잘 나타난다. 반면에 하부층에 해당하는 II층과 I층의 경우에는 분포 자체가 제한되어 있어 측방 연속성에 의존하는 감마단면에서 구분하기가 어려운 상태이다.

화산암 하부 기저 퇴적암 구간에서의 감마 반응 또한 뚜렷하지 못한 편이다. 부유물질의 침전이나 시추공 붕괴 등의 원인으로 검층심도가 굴착심도에 크게 미치지 못한 결과로서 U층은 물론이고 서귀포층에서의 감마반응까지도 나타나지 않은 시추공이 다수 존재한다. 그러나 확인된 서귀포층의 자연감마 세기가 50~80 API의 범위로 상부 화산암에 비해서는 높은 값을 보이며, 일부 확인된 U층 또한 90 API 내외의 높은 자연감마 세기를 보인다. 여기에 본 연구에서의 주 연구대상이 아니라는 점까지 감안하여 자연감마검층 단면에서는 서귀포층과 U층을 구분하지 않고 하나의 퇴적암층(SE)으로 나타냈으며 함께 도시된 층서단면도(Koh et al., 2008)에서도 서귀포층과 U층의 경계를 삭제하여 동일한 퇴적층(SE)으로 표시하였다. 각 측선별 특성은 다음과 같다.

3.4.1 한동측선

그림 4는 한동측선에서 얻어진 감마검층 단면(a)을 Koh et al. (2008)의 층서단면(b)과 비교하고 있으며 제시된 두 단면의 사이에는 비교적 좋은 일치를 보이는 것으로 나타난다. 그러나 이는 감마검층곡선 간의 동일 위상을 연결하는 일반적인 감마단면 접근법에 의한 것이 아니라 층서단면상에서의 지층 경계부근에 존재하는 자연감마곡선의 위상변화를 이용한 결과로서 일치의 의미는 크지 않다. 이러한 결과는 시추공 HD-4에서 대체로 50 API 이상의 높은 자연감마 값이 나타나는 반면 시추공 HD-3에서는 약 40 API의 중간 범위의 자연감마 값이고 시추공 HD-1에서는 25 API 수준의 낮은 자연감마 값을 보여, 측선상의 3개 시추공에서의 감마검층곡선이 크게 다른 모습으로 나타남에 기인한다. 다시 말하여, 이렇게 감마분포의 양상을 크게 달리하는 단면에서는 동일한 위상의 자연감마 경계 지시자를 찾아 시추공 간의 대비를 시도하기가 어렵기 때문이다.

이 단면에서 시추공 간의 대비가 원만하게 이루어지는 유일한 부분은 최상부에 존재하는 50 API 이상의 높은 자연감마 값을 보이는 표층의 존재로서, 3개의 검층공에서 모두 뚜렷하며 그 하부 경계가 시추공 사이에서 잘 연결됨을 보인다. 물론 그 경계는 층서단면(그림 4b)에서의 제5기 화산활동기 층(이하 V층)의 하부 경계와 잘 일치함을 보인다. 시추공 HD-4에서만 존재하는 IV층의 존재는 약 30%정도 낮은 감마의 존재로 V층과 구분된다. IV/III 경계는 감마값의 차이는 크지 않으나 층서경계 부근에 존재하는 현저한 곡선형태의 변화로부터 구분할 수 있다. 한편 III층의 하부 경계는 HD-1에서 20~30 API 범위의 낮은 감마의 존재로 구분할 수 있음에 반하여 HD-4에서는 애매한 곡선의 형태로서 경계 설정이 여의치 못했다. 화산암과 서귀포층의 경계에 해당하는 자연감마 경계 지시자는 시추공 HD-1에서 뚜렷한 반면, 시추공 HD-3와 HD-4에서는 검층심도 종료직전에 나타난 짧은 구간에서 급격하게 나타난 자연감마 반응을 기준으로 결정되었다.

3.4.2 종달 측선

시추공 JD-5에서의 경계 지시자의 존재가 뚜렷하지 않은 부분이 있지만 전반적으로 자연감마 분포에서 측방 연속성이 좋게 나타나는 측선이다. 그림 5a에 도시된 바와 같이 종달측선의 감마단면으로부터는 모두 5개의 층 경계가 얻어졌다. 첫 번째 경계는 50~70 API의 높은 자연감마를 보이는 최상부층(V)과 20~45 API의 낮은 자연감마 구간(IV층)을 구분하는 경계(이하 V/IV 경계)이다. V층에 있어서는 시추공 JD-1에서 JD-4 뿐만 아니라 그렇지 못한 시추공 JD-5에서까지도 자연감마 분포에 있어서의 측방 연속성이 좋은 편으로 감마단면 상에서의 V/IV 경계는 층서단면(그림 5b)에서의 V/IV 경계와 대체로 잘 일치하고 있다. 단, 여기에 제시된 층서단면에서의 V/IV 경계는 Koh et al. (2008)이 제시한 층서단면의 시추공 JD-2에서 V/IV 경계가 표고 –14.5 m로부터 표고 1.5 m에 있는 화산재 하부로 이동된 것이다. 이는 층서단면에서의 V층에 속하는 92±13 Ka (표고 -9.5 m)와 IV층에 속하는 114±9 Ka (표고 -48.5 m)로 보고된 40Ar39Ar 절대연대가 오차 한계 내에 있어, 감마단면이 나타내는 바와 같이 동일 층으로 수정해도 문제가 없다는 판단에서 시작한 결과이다. 감마경계도 뚜렷했지만 감마경계를 따름으로써 동일 암상이 10만년을 기준으로 억지로 분리되지 않고 함께 IV층에 포함되며 새로운 V/IV 경계가 화산재 분포 위치와 일치하는 결과 등도 긍정적으로 작용한 결과라 할 수 있다.

종달측선의 동남측단 지역인 JD-2와 JD-1시추공 일대에서의 IV층 감마단면은 상대적인 중 - 저 - 중 감마로 연결되는 3개의 세부층으로 구분될 수 있음을 보이며 이는 남측의 수산측선과 하천 측선에서의 전반적인 경향과 일치한다. IV/III층의 경계는 감마단면과 층서단면 사이에 비교적 좋은 일치를 보인다. 한편 III/II경계는 층서 경계 부근에 존재하는 감마곡선의 급변 지점을 연결하여 결정된 것이다. 이는 III/II 경계가 시추공 JD-5에서만 존재하는 관계로 인접 시추공간의 감마곡선 대비가 불가능한 상황에서 당연히 경계지시자로서의 존재는 약하지만 층서단면상의 경계부근에 존재하는 감마곡선상의 현저하고도 유일한 변화이므로 어렵지 않게 결정할 수 있었다. 반면에 감마단면상에서의 II/I 경계는 결정 자체가 어려운 상황이다. 감마단면에서의 마지막 경계는 층서단면에서의 퇴적층 상부 경계와 대체로 잘 일치하나 JD-1시추공에서는 10미터 이상의 큰 차이를 보인다.

3.4.3 수산 측선

감마곡선 4개가 모두 종달 측선에서의 JD-1에서 JD-3까지 나타난 곡선과 유사한 형태를 보이면서 시추공간의 연결 또한 원만하게 이루어지고 있는 측선이다. 감마곡선의 형태는 대체로 상부로부터 20~70 API, 30~60 API, 20~30 API, 및 40~50 API 수준으로 단계적으로 감소하다가 다시 증가하는 양상을 보인다. 이와 같은 자연감마 분포 특성은 시추공 SS-4에서 SS-1으로 연결되는 자연감마검층 단면(그림 6a)으로 제시되었으며 층서단면(그림 6b)과 비교적 좋은 일치를 보인다.

JD-2 시추공에서의 V/IV 경계와 마찬가지로 층서단면의 지층경계가 수정 도시된 또 하나의 예가 수산측선 SS-4 시추공에서의 V/IV 경계이다. Koh et al. (2008)에서의 SS-4 시추공 V/IV 경계는 64 m 높이에 위치하고 있으나 여기에서는 이를 124 m로 올려 크게 수정한 것이다. 감마단면의 형태가 124 m 높이로의 V/IV 경계를 강하게 지시하고 있는 반면에 관심 구간에서의 연대측정 자료는 존재하지 않은 상태로서 동일한 암상의 분석층을 V층(시추공 SS-3)과 IV층(시추공 SS-3)으로 분리시키기보다는 IV층으로 통일하는 것이 타당하다고 본 결과이다.

수산 측선에서의 층서단면과 감마단면 간에 나타난 가장 현저한 차이는 SS-2와 SS-1 시추공의 V/IV 경계로서 감마단면의 경우가 층서단면의 경우에 비해 15 m 정도 위에 위치하는 상당한 규모의 차이를 보인다. 그러나 이곳에서도 층서단면이 감마단면을 따라 수정할 가능성이 강하게 제시되고 있으며 실제로 이 구간에서 보고된 40Ar39Ar 절대연대 자료와 암상분포의 양상은 그 가능성을 매우 크게 하고 있다. 시추공 SS-2와 SS-1에서 고려되어야 할 40Ar39Ar 절대연대 자료는 각각 2개씩으로, 즉 49+12 (표고 39.5 m)와 99+28 Ka (표고 1.5 m), 그리고 44+31 Ka (표고 25 m)와 96+138 Ka (표고 7.3 m)인데, 감마단면이던 층서단면이던 V/IV 경계가 모두 두 심도 사이에 위치하여 절대연대 자료는 문제가 되지 않는 반면에 층서단면에서의 화산재(SS-2)와 토양층(SS-1) 위치가 감마단면의 V/IV 경계에 정확히 일치하고 있기 때문이다.

한편 자연감마검층 단면(그림 6a) 상의 IV층에서는 2개의 세부적인 감마 경계선이 얻어져 종달측선과 마찬가지로 IV층이 40~70 API, 40~55 API와 20~30 API의 3개 세부 층으로 구분할 수 있음을 보인다. 수산측선에서도 모든 자연감마 경계선의 형태는 모두 SS-4쪽에서 SS-1 쪽으로 경사진 모습으로 매우 일관되게 나타난다. 마지막 7번째 감마경계는 퇴적층 상부 경계에 해당되며 층서단면과 좋은 일치를 보인다.

3.4.4 하천 측선

앞서의 다른 측선에서와 마찬가지로 50 API 내외의 높은 자연감마 값을 보이는 최상부층(V)의 하부경계(그림 7a)가 층서단면(그림 7b)에서의 V층과 잘 일치한다. 그 하부층(IV)은 단계적으로 자연감마 값이 감소하는 양상을 보이며 층서단면의 IV층과 거의 일치함을 보인다. 감마단면에서의 IV층은 2개의 감마경계에 의하여 3개의 세부 층으로 구분할 수 있으며 심도에 따라 감마강도가 감소했다 증가하는 경향이 인접한 수산측선에서 나타난 경향과 거의 동일하다.

HC-4에서의 IV/III 경계는 층서 경계 부근에 존재하는 유일한 자연감마 이벤트라는 차원에서 결정된 결과이다. 모든 층 경계 중에서 IV/III 경계에서의 감마강도 차이가 가장 미약(표 3)한데다가 동일 단면의 모든 다른 시추공에서의 3번째 층(III)이 결층인 상황에서 취할 수 있는 마지막 방법으로 층서단면상의 층 경계 부근에 존재하는 유일한 감마 이벤트를 층 경계로 삼은 것이다. 기저 퇴적층의 상부 경계는 미약하지만 50 API 이상의 자연감마 세기를 보이기 시작하는 부분으로 설정되었다. 단 시추공 HC-2에서는 오히려 낮은 자연감마 값을 갖는 구간에서 변화가 심한 부분으로 잡았으며 이는 퇴적층 내에서의 입도 분포의 차이와 시추작업 또는 그 이후 층 경계 부근에서 예상될 수 있는 시추공 확장의 영향(Keys, 1989)으로 판단하였음에 근거한다. 시추공 HC-1의 화산암/퇴적층 경계 한 곳에서 심도 불일치가 나타나는 반면에 하천측선의 나머지 부분에서는 감마단면과 층서단면 간에 좋은 일치를 확인할 수 있다.

3.4.5 감마단면과 층서단면 비교의 의의

감마단면 작성과정에서 층서단면에의 의존도가 컷던 한동측선(그림 4)을 논의에서 제외시키고 나머지 측선인 종달측선(그림 5), 수산측선(그림 6), 및 하천측선(그림 7)을 대상으로 보면 감마단면과 층서단면 간에 전반적으로 좋은 대비가 이루어지고 있음을 알 수 있다. 시기에 따라 분류된 5개의 화산암층 중에서 특히 V층(100 Ka 미만), IV층(100 Ka~200 Ka), III층(200 Ka~300 Ka)에서 양 단면 사이에 좋은 일치를 보였다. 이와 같은 결과는 이 지역 화산암에서 보인 시기에 따른 현저한 감마강도의 차이가 반영된 것으로 보이며 마그마의 분화작용 진행과 분출의 상호관계에 따라 분출 시기별로 마그마의 지화학적 특성이 큰 차이를 보였음을 유추할 수 있다.

시기에 따른 현저한 감마강도 차이 못지않게 감마단면과 층서단면과의 대비를 강화시킨 것은 이 지역 화산암에서 나타난 양호한 측방 연속성이다. 모든 측선에서 측방 연속성이 양호한 V층에서 나타난 좋은 대비와 측방 연속성이 불량한 한동측선에서의 만족스럽지 못한 결과는 측방 연속성의 중요성을 단적으로 잘 보여주고 있다. 사실 V층은 감마곡선 상에서 가장 현저하게 드러나는 존재(그림 2)로서 층 경계 설정 및 감마단면의 작성이 매우 용이했으며 그 결과가 층서단면에서의 V층의 존재와도 잘 일치하고 있다. 이 연구에서 V층은 가장 상부에 위치하므로 표층으로도 표현되었으며 층서단면과의 높은 일치로 100 Ka 미만의 가장 후기에 분출된 용암층을 가리키는 의미로 연결될 수 있다.

감마강도의 차이가 크지 않아 층 구분에 어려움이 예상되었던 IV층과 III층의 경우도 양호한 측방 연속성의 도움으로 양 단면 간에 비교적 좋은 일치가 나타났다. 분포가 제한적이어서 감마단면의 작성 자체에 어려움이 있눈 II층과 I층의 경우에는 두 단면간의 대비가 부분적으로 가능한 것으로 나타났다. 결과적으로 제주도 동부지역에서의 감마단면과 층서단면의 비교 결과, 층서 단면에서 시기에 따라 구분된 5개의 화산암층과 하나로 표시된 퇴적층의 존재가 감마단면에서 인지된 셈이다.

반면에 자연감마검층 단면과 층서단면의 비교에서는 부분적이나마 상당한 규모의 심도 차이가 존재하는 곳이 있어 일치하지 않는 대표적인 존재로 나타난다. 층서단면과 감마단면간의 불일치 부분에서 해석상의 우선권은 당연히 층서단면 쪽에 두어야 할 것이다. 지층 판단이나 층 경계 설정에 있어서 비유일적 특성을 가진 지구물리자료의 한계를 극복하기 위한 조치이기도 하다(Lillie, 1999). 그러나 일단 지질자료와의 비교로 대상지역에서의 물성-지질의 관계가 확인된 이후의 감마단면은 연속적이며 일관된 물성반응의 장점이 극대화되면서 역으로 층서 지질단면의 단점을 보완하는 객관적이며 매우 효과적인 기준의 역할이 가능해진다. 대부분의 층서단면이 양적으로 모든 화산암 단위를 다 포함시키지 못하는 지질자료의 특성, 연대자료에서의 오차 속에서 임의의 시간 단위로 구분, 그리고 심도 오차(Kim and Jang, 1998) 등에서 오는 문제로부터 자유로울 수 없기 때문이다.

이 연구의 종달측선(그림 5)과 수산측선(그림 6)에서 기존의 층서단면을 부분적으로 수정하여 제시한 것은 감마단면 활용의 좋은 예라고 할 수 있으며, 수정이 이루어지지는 않았지만 양 단면 사이에 나타난 주목할 만한 심도 차이에 있어서 감마단면 쪽으로의 수정 가능성을 제시한 것도 같은 의미를 지닌다. 다시 말하여 감마단면이 작성되는 단계에서는 층서단면이 큰 기준 역할을 수행하지만 일단 감마단면이 작성된 다음에는 감마단면이 층서단면에서 제한적이지만 효과적인 기준의 역할을 수행할 수 있게 하는 것이 올바른 접근 방법이라 할 수 있겠다.


4. 결 론

자연감마 세기의 암종별 분포 특성은 화학성분에 근거한 경우, 가장 낮은 자연감마 세기의 톨레이아이트질 현무암이 21.6±5.0 API로 나타났으며 톨레이아이트질 안산암이 22.5±7.4 API, 전이질 현무암이 31.2±5.7 API, 알칼리 현무암이 49.9±9.4 API, 조면현무암이 53.7±8.6 API이며 현무암질 조면안산암이 54.6±10.2 API로 가장 높은 자연감마 세기를 보였다. 이와 같은 암종별 자연감마 분포 양상은 평균 자연감마 세기 25 API 이하의 톨레이아이트질 현무암과 톨레이아이트질 안산암을 낮은 감마 그룹으로 하고, 31 API 부근의 전이질 현무암을 중간 감마 그룹, 50 API 이상의 값을 보이는 알칼리 현무암, 분석/응회암류, 조면현무암 및 현무암질 조면안산암을 높은 감마 그룹으로 구분한 후, 각 감마 그룹 내에서의 구분은 암상 자료의 도움을 받는 방법이 가장 합리적인 접근임을 나타낸다. 물론 향후 시추조사와 자연감마검층 및 지화학 분석이 함께 수행되는 보다 체계적인 연구에서는 자연감마 세기와 암상 간에 보다 높은 상관성과 함께 높은 통계분석 결과로 자연감마 세기에 의한 암종 구분의 효용성도 더욱 높아질 것이 기대된다.

29개 시추공에서 얻어진 제주도 화산암의 자연감마 세기는 대체로 20~90 API 범위 내의 값을 가지며 개략적으로 한라산을 중심으로 한 중앙 일대가 높고 해안 쪽으로 갈수록 낮아지는 동심 타원적 자연감마 세기 분포 특성을 보이며 타원의 장축이 제주도 형성의 장축방향과 거의 일치함을 보였다. 물론 이 결과는 감마검층이 이루어진 시추공의 수가 적고 특히 제주도 중앙부의 한라산체와 남부지역에서의 감마자료 없이 얻어진 불완전한 결과이지만 교차 확인된 감마강도와 지질간의 높은 상관관계와 기존 지질분포 정보와의 비교 분석을 통하여 그 타당성 또는 가능성을 상당부분 확인할 수 있었다.

제주도 동부지역 화산암의 시기별 평균 감마강도의 평균값은 최상부층인 V층에서 52.3 API로서 가장 높은 값을 보였으며 그 하부의 IV층, III층, II층, 그리고 층의 감마강도가 각기 33.4 API, 37.6 API, 24.1 API, 및 41.5 API로 나타났다. 층의 분포와 표준편차의 규모를 감안할 때 IV층과 III층간의 구분은 애매하지만 나머지 층준 간에는 현저한 규모의 감마강도 차이를 보여, 암상별 격차가 표준편차의 한계를 극복하기에 벅찬 암종별 감마강도의 경우와는 달리 단위 층의 구분이 매우 용이한 것으로 나타났다. 이러한 관점에서 감마단면도와 기존의 층서단면도를 비교한 결과에서는 전반적으로 양 단면 간에 좋은 일치가 나타났다. 감마곡선에서의 현저한 강도 변화와 인접시추공에서의 위상 반복 여부에 초점을 맞추어 구분된 감마단면이 층서단면에서의 500 Ka~400 Ka, 400 Ka~300 Ka, 300 Ka~200 Ka, 200 Ka~100 Ka, 및 100 Ka 미만으로 구분된 I층, II층, III층, IV층 및 V층의 존재와 잘 일치함을 보였다. 또한 한동측선을 제외한 나머지 모든 측선에서의 IV층은 다시 3개의 층으로 세분될 수 있는 것으로 나타났다. 층서단면과 감마단면 사이의 일부 경계심도에서 차이가 있는 문제는 대부분 감마단면의 결과에 더 타당성이 있는 것으로 나타났다. 그만큼 자연감마검층을 이용한 시추공간의 대비가 효과적인 연구수단이며 층서단면의 체크나 수정에 자연감마검층 단면이 효과적으로 이용될 수 있음을 보였다.

이 연구는 향후 제주도의 화산암류 분류 및 층서 연구에서 자연감마검층 자료 적용의 가능성을 확인했으며 제주도 화산암 연구에서 자연감마검층 자료가 적은 비용으로 빠르고 정확하고 객관적인 연구 결과를 기대할 수 있는 효과적인 수단이 될 수 있음을 보여주었다. 시추공 내 자연감마 세기 자료는 화학분석이나 연대측정이 이루어지지 않은 구간에서의 대체 자료로서의 활용까지 기대된다. 향후 제주도 화산암 연구에서 자연감마검층 자료의 적극적인 활용을 기대한다.

Acknowledgments

자료 정리와 도면 작성 등 여러 면에서 수고를 해준 (주)스마트코리아 기업부설연구소 김종만 소장과 (주)지오메카이엔지 김기환 석사에게 깊은 감사를 드린다. 많은 지적과 조언을 주신 두 분의 심사위원께도 감사드린다.

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Fig. 1.

Fig. 1.
Borehole location map of natural gamma logs.

Fig. 2.

Fig. 2.
Natural gamma logs observed in Jeju volcanic rocks.

Fig. 3.

Fig. 3.
Distribution pattern of natural gamma intensities of volcanic rocks averaged for all volcanics (a) and averaged for V layer (b) in each borehole section. The lower figure shows the main rock types in each borehole section together with the gamma intensity distribution (A: Acicula Basalt, W: Olivine Basalt, D: Feldspar-Pyroxene Trachybasalt, M: Pyroxene-Feldspar Trachybasalt, SC: Scoria, TR: Trachyte).

Fig. 4.

Fig. 4.
Comparison between natural gamma section (a) and core based geological section (b) along the Handong profile. The lower figure (b) was modified after Koh et al. (2008).

Fig. 5.

Fig. 5.
Comparison between natural gamma section (a) and core based geological section (b) along the Jongdal profile. The lower figure (b) was modified after Koh et al. (2008).

Fig. 6.

Fig. 6.
Comparison between natural gamma section (a) and core based geological section (b) along the Susan profile. The IV layer in the natural gamma section can be divided into three sub layers. The lower figure (b) was modified after Koh et al. (2008).

Fig. 7.

Fig. 7.
Comparison between natural gamma section (a) and core based geological section (b) along the Hacheon profile. The lower figure (b) was modified after Koh et al. (2008).

Table 1.

Distribution pattern of natural gamma intensity for each rock type classified by mineral components in theeast region of Jeju Island (A: Acicula Basalt, W: Olivine Basalt, D: Feldspar-Pyroxene Trachybasalt, M: Pyroxene-Feldspar Trachybasalt, S/T: Scoria & tuff, TR: Trachyte).

Classification A W D M S/T TR
Gamma Intensity 32.3±11.5 38.0±12.7 45.5±5.2 49.1±13.2 49.4±10.0 51.4±5.5
No. of Data 12702 9013 1320 9812 5015 4841

Table 2.

Distribution of natural gamma intensity for each rock type classified by chemical components in the east region of Jeju Island (ThB: Tholeiitic Basalt, ThA: Tholeiitic Andesite, TrnB: Transitional Basalt, AB: Alkali Basalt, BTA: Basaltic Trachyandesite, TB:Trachybasalt).

Classification ThB ThA TrnB AB TB BTA
Gamma Intensity 21.6±5.0 22.5±7.4 31.2±5.7 49.9±9.4 53.7±8,6 54.6±10.2
No. of Data 2836 3561 10596 8829 5528 1141

Table 3.

Distribution of natural gamma intensity classified by geological age in the east region of Jeju Island.

Classification V Layer IV Layer III Layer II Layer I Layer
Gamma Intensity 52.3±9.9 33.4±13.3 37.6±8.1 24.1±13.0 41.5±4.4
No. of Data 12640 11040 6080 1782 135

Table 4.

Distribution of natural gamma intensity for alkali basalt (AB) and transitional basalt (TrnB) classified by geological age in the east region of Jeju Island.

Classification V Layer IV Layer III Layer II Layer I Layer
AB Gamma Intensity 55.9±9.6 46.5±7.2 43.6±5.8 - 41.5±4.4
No. of Data 3363 1003 2719 0 135
TrnB Gamma Intensity 47.2±7.0 33.8±8.7 34.0±5.7 24.2±2.0 -
No. of Data 4175 3823 2488 110 0