학술논문
제주도에 분포하는 제4기 단성화산체의 형태학적 분석 / Morphological analysis of quarternary monogenetic volcanoes in Jeju isiand, Korea
Document Type
Dissertation/ Thesis
Author
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Subject
Language
Korean
Abstract
The Jeju Island resides over 455 Quaternary monogenetic volcanoes, of which approximately 82.0% are cinder cones. Other volcanic forms in the island include sharp-pointed lava cone without crater(2.0%), shield volcanoes(5.9%), tuff rings(3.7%), tuff cones(0.7%), maar(0.2%), and lava domes(5.5%). The monogenetic volacnoes include 15 small nested cinder cone(al-oreum) Morphometric parameters of monogenetic volcanoes were obtained from 1:50,000 topographic/ geological map, 1:25,000 topographic map and 1:5,000 topographic map. These parameters include height(H), basal diameter(WB), crater diameter(WC), slope angle(θ) and volume(VOL). The height ranges from 2.0m to 350.2m. The basal diameter ragnes from 87.5m to 2450.0m. The crater diameter ranges from 48.3m to 1608.3m. And the solpe angle ranges from 1.5° to 34.4°. The breached direction of cinder cones appears N(9.5%), NNE(5.1%), NE(16.5%), NEE(1.3%), E(4.4%), SEE(1.3%), SE(8.2%), SSE(1.3%), S(3.8%), SSW(1.3%), SW(10.1%), W(12.0%), NWW(3.8%), NW(17.1%), and NNW(4.4%). The south wind has an effect on the breached direction. The study focused on the correlation between cinder cone slope angle and eruption age. 373 cinder cone slope angles were calculated. A histogram showing the frequency distribution of cinder cone slope angles revealed three age populations; an old population(16.9%) with slope angles ranging from 0° to 10°, an intermediate group(70.0%) with slope angles from 10° to 24° and a young group(13.1%) of cinder cones ranging from 24° to 36°. The results of this study indicate a regular relationship between cinder cone slope degradation and age in the Jeju Volcanic Island. In other words, cone slope angle decreased with age increase. The volume of Jeju Island is approximately 4835.5km3 above the sea level and 7129.4km3 under the sea level till -100m. The stress field of Jeju Island tends to expecting N43°E or N77°W shear fracture trends and N73°E extensional fracture trends from linear arrangement of cinder cones. This result indicates cinder cones arranged in line are erupted from fissures. But cinder cones not related linear arrangement are erupted from isolated central vent.
제주도에 분포하는 450여 개의 제 4기 단성화산체의 형태적 분석과 분류를 실시하고, 화산지형 파라메타를 이용하여 분석구의 연대 추정 및 개개의 단성화산체에 대한 마그마 분출량의 계산, 그리고 단성화산체의 분포와 배열로부터의 응력장과의 연관성을 해석한 결과는 다음과 같다.1. 1:50,000 지질도와 지형도, 1:25,000 지형도, 1:5,000 지형도와 수치지형도 분석을 통해 기존에 알려진 350여 개 보다 100여 개가 더 많은 455개의 단성화산체들을 형태적으로 분류하였다.2. 단성화산체를 형태학적으로 분석해 본 결과, 분석구가 373개로 전체의 82.0%로 가장 많은 비율을 차지하고 있었으며, 분석구 외에도 정상부가 뾰족한 형태이면서 용암으로 구성된 것이 9개(2.0%), 순상화산체가 27개(5.9%), 응회환이 17개(3.7%), 응회구가 3개(0.7%), 마르가 1개(0.2%), 용암돔이 25개(5.5%)가 분포하고 있다. 또한 알오름의 형태로 나타나는 것이 15개이다.3. 단성화산체 중 응회구, 응회환과 마르는 주로 제주화산섬의 지하 또는 해안가의 저지대에 위치하며, 분석구는 대부분이 해안에서 떨어진 섬의 내륙부에 위치한다. 이는 제주도 단성화산체를 형성한 화산활동이 물(지하수 또는 얕은 바닷물)과의 접촉 유무에 따라 수성화산활동(수증기마그마분화)을 하거나, 육상화산활동(스트롬볼리안분화 혹은 하와이안분화)을 한 것임을 알 수 있다.4. 고도 300m 이하의 해안저지대에 253개(55.6%), 고도 300m~600m의 중산간지대에 110개(24.2%), 600m~900m 이상의 산악지대에 92개(20.2%)의 단성화산체가 분포한다.5. 형태적 파라메타에는 단성화산체의 높이(H), 기저면의 직경(WB), 분화구의 직경(WC), 사면경사각(θ) 등이 포함된다. 단성화산체의 높이는 2.0m~350.2m이며, 평균 높이는 56.5m, 기저면의 직경은 87.5m~2450.0m이며, 평균 기저면의 직경은 496.8m, 분화구를 가지거나 분화구의 형태를 유추할 수 있는 경우 분화구의 직경은 48.3m~1608.3m이며, 평균 분화구의 직경은 110.1m, 사면경사각은 1.5°~34.4°의 범위이며, 평균 사면경사각은 15.7°를 나타내었다.6. 단성화산체 중 분석구의 경우, 높이는 2.4m~340.0m이며, 평균 높이는 59.7m, 기저면의 직경은 87.5m~2410.8m이며, 평균 기저면의 직경은 501.8m, 분화구의 직경은 48.3m~602.5m이며, 평균 분화구의 직경은 114.2m, 사면경사각은 1.5°~34.4°의 범위이며, 평균 사면경사각은 16.5°를 나타내었다.7. 분석구의 사면경사각은 10°이하의 낮은 경사각 집단 63개(16.9%), 10°초과 ~ 24°이하의 중간 정도의 경사각 집단 261개(70.0%), 24°초과 ~ 36°이하의 큰 경사각의 집단 49개(13.1%)로 세분할 수 있다.8. 제주화산섬에 분포하는 분석구의 지형 파라메타 간의 상관관계를 보면, 높이/기저면 직경의 비가 0.18~0.10 사이의 값(회귀계수 0.12)을 가지며, 분화구 직경/기저면 직경의 비는 0.40~ 0.25 사이의 값(회귀계수 0.31)을 가진다. 이를 식으로 표현하면 아래와 같다.H = 0.12 × W_(B)W_(C) =0.31 × W_(B)9. 한 방향으로 터진 말발굽형 화구를 가진 분석구와 초승달형 분석구의 터진 방향의 경향성을 제주도를 남북으로 구분하여 분석해 보면, 북부지역은 주로 북쪽 방향이 우세하게 나타났으며, 남부지역은 분산되는 경향이 우세하나 미약하게 북쪽 방향의 방향성이 나타난다. 이는 지형적인 영향 이외에도 남풍계열의 탁월풍의 영향을 우세하게 받은 것으로 해석할 수 있다.10. 분석구의 절대 연령과 형태적 연령의 상관관계를 알아보기 위해, 사면경사각에 대한 절대 연령의 관계를 살펴본 결과, 절대 연령이 높아질수록 즉 생성시기가 오래된 것일수록 더 낮은 사면경사각을 갖는다는 상관관계를 도출하였다. 이를 통해 분석구의 형태를 분석함으로써 절대 연령 데이터의 측정없이 이들의 대략적인 형성연대 추정이 가능하다는 것을 확인하였다. 이는 분석구가 형성된 후 시간이 흐르면서 풍화작용과 침식작용을 거치면, 분석구의 사면이 점차 낮아져서 점점 더 낮은 경사각을 가지기 때문이다.11. 단성화산체의 부피를 계산해 본 결과, 이들은 주로 0.02㎦ 이하의 작은 부피에 속하였으며, 큰 부피를 차지하는 것은 어승생, 수월봉, 군산 등 3개로 이들은 0.16㎦ 이상의 큰 부피를 나타내었다.12. 분석구에서 분출한 테프라의 부피를 이용하여 각각의 분석구의 화산폭발지수를 계산할 수 있다. 제주도에 분포하는 분석구의 경우는 대체적으로 화산폭발지수가 1~3 사이의 작은 폭발이나 중간 정도의 폭발에 속하였으며, 어승생, 백록담분화구, 군산 등은 화산폭발지수가 4로 비교적 큰 폭발 정도를 가지는 것으로 나타났다.13. 제주도 한라산 순상화산체 전체의 부피는 해수면 위에 드러나 있는 형태(장축 74km, 단축 32km, 높이 1950m)를 통해 계산된 값이 대략 4835.5㎦이며, 해수면 아래 100m까지 연장한 형태(장축 81km, 단축 41km, 높이 2050m)를 통해 계산된 값이 대략 7129.4㎦로 해수면 위에 드러나 있는 형태는 수심 100m까지 연장한 부피의 67.8% 정도를 차지한다.14. 단성화산체 전체의 부피는 약 5.3㎦이며, 이는 제주화산섬 전체 부피의 약 0.1%에 해당한다.15. 제주도에 선상으로 배열하는 많은 분석구들의 분석을 통해 제주도의 지구조 응력장과 이들 분석구의 분화 간의 관계를 알아보았다. 같은 경사각을 가지는 즉 동일한 시기에 형성된 것으로 판단되는 분석구의 선상 배열의 방향성으로부터 분석구의 틈새 분출이 일어났고 이들이 선상으로 배열된 것으로 해석할 수 있다. 이들은 N43°E 혹은 N77°W의 전단단열과 N73°E의 인장단열의 조건에서 형성된 것으로 판단된다.16. 직선상으로 배열되지 않고 제주도 전역에 흩어져서 분포하는 많은 분석구들은 이들 단열과 직접적으로 관계없이 독립된 별도의 화도를 통해 일어난 중심 분출의 결과물이다. 그러므로 제주도에서는 틈새 분출과 중심 분출이 동시적으로 일어났다고 할 수 있다.
제주도에 분포하는 450여 개의 제 4기 단성화산체의 형태적 분석과 분류를 실시하고, 화산지형 파라메타를 이용하여 분석구의 연대 추정 및 개개의 단성화산체에 대한 마그마 분출량의 계산, 그리고 단성화산체의 분포와 배열로부터의 응력장과의 연관성을 해석한 결과는 다음과 같다.1. 1:50,000 지질도와 지형도, 1:25,000 지형도, 1:5,000 지형도와 수치지형도 분석을 통해 기존에 알려진 350여 개 보다 100여 개가 더 많은 455개의 단성화산체들을 형태적으로 분류하였다.2. 단성화산체를 형태학적으로 분석해 본 결과, 분석구가 373개로 전체의 82.0%로 가장 많은 비율을 차지하고 있었으며, 분석구 외에도 정상부가 뾰족한 형태이면서 용암으로 구성된 것이 9개(2.0%), 순상화산체가 27개(5.9%), 응회환이 17개(3.7%), 응회구가 3개(0.7%), 마르가 1개(0.2%), 용암돔이 25개(5.5%)가 분포하고 있다. 또한 알오름의 형태로 나타나는 것이 15개이다.3. 단성화산체 중 응회구, 응회환과 마르는 주로 제주화산섬의 지하 또는 해안가의 저지대에 위치하며, 분석구는 대부분이 해안에서 떨어진 섬의 내륙부에 위치한다. 이는 제주도 단성화산체를 형성한 화산활동이 물(지하수 또는 얕은 바닷물)과의 접촉 유무에 따라 수성화산활동(수증기마그마분화)을 하거나, 육상화산활동(스트롬볼리안분화 혹은 하와이안분화)을 한 것임을 알 수 있다.4. 고도 300m 이하의 해안저지대에 253개(55.6%), 고도 300m~600m의 중산간지대에 110개(24.2%), 600m~900m 이상의 산악지대에 92개(20.2%)의 단성화산체가 분포한다.5. 형태적 파라메타에는 단성화산체의 높이(H), 기저면의 직경(WB), 분화구의 직경(WC), 사면경사각(θ) 등이 포함된다. 단성화산체의 높이는 2.0m~350.2m이며, 평균 높이는 56.5m, 기저면의 직경은 87.5m~2450.0m이며, 평균 기저면의 직경은 496.8m, 분화구를 가지거나 분화구의 형태를 유추할 수 있는 경우 분화구의 직경은 48.3m~1608.3m이며, 평균 분화구의 직경은 110.1m, 사면경사각은 1.5°~34.4°의 범위이며, 평균 사면경사각은 15.7°를 나타내었다.6. 단성화산체 중 분석구의 경우, 높이는 2.4m~340.0m이며, 평균 높이는 59.7m, 기저면의 직경은 87.5m~2410.8m이며, 평균 기저면의 직경은 501.8m, 분화구의 직경은 48.3m~602.5m이며, 평균 분화구의 직경은 114.2m, 사면경사각은 1.5°~34.4°의 범위이며, 평균 사면경사각은 16.5°를 나타내었다.7. 분석구의 사면경사각은 10°이하의 낮은 경사각 집단 63개(16.9%), 10°초과 ~ 24°이하의 중간 정도의 경사각 집단 261개(70.0%), 24°초과 ~ 36°이하의 큰 경사각의 집단 49개(13.1%)로 세분할 수 있다.8. 제주화산섬에 분포하는 분석구의 지형 파라메타 간의 상관관계를 보면, 높이/기저면 직경의 비가 0.18~0.10 사이의 값(회귀계수 0.12)을 가지며, 분화구 직경/기저면 직경의 비는 0.40~ 0.25 사이의 값(회귀계수 0.31)을 가진다. 이를 식으로 표현하면 아래와 같다.H = 0.12 × W_(B)W_(C) =0.31 × W_(B)9. 한 방향으로 터진 말발굽형 화구를 가진 분석구와 초승달형 분석구의 터진 방향의 경향성을 제주도를 남북으로 구분하여 분석해 보면, 북부지역은 주로 북쪽 방향이 우세하게 나타났으며, 남부지역은 분산되는 경향이 우세하나 미약하게 북쪽 방향의 방향성이 나타난다. 이는 지형적인 영향 이외에도 남풍계열의 탁월풍의 영향을 우세하게 받은 것으로 해석할 수 있다.10. 분석구의 절대 연령과 형태적 연령의 상관관계를 알아보기 위해, 사면경사각에 대한 절대 연령의 관계를 살펴본 결과, 절대 연령이 높아질수록 즉 생성시기가 오래된 것일수록 더 낮은 사면경사각을 갖는다는 상관관계를 도출하였다. 이를 통해 분석구의 형태를 분석함으로써 절대 연령 데이터의 측정없이 이들의 대략적인 형성연대 추정이 가능하다는 것을 확인하였다. 이는 분석구가 형성된 후 시간이 흐르면서 풍화작용과 침식작용을 거치면, 분석구의 사면이 점차 낮아져서 점점 더 낮은 경사각을 가지기 때문이다.11. 단성화산체의 부피를 계산해 본 결과, 이들은 주로 0.02㎦ 이하의 작은 부피에 속하였으며, 큰 부피를 차지하는 것은 어승생, 수월봉, 군산 등 3개로 이들은 0.16㎦ 이상의 큰 부피를 나타내었다.12. 분석구에서 분출한 테프라의 부피를 이용하여 각각의 분석구의 화산폭발지수를 계산할 수 있다. 제주도에 분포하는 분석구의 경우는 대체적으로 화산폭발지수가 1~3 사이의 작은 폭발이나 중간 정도의 폭발에 속하였으며, 어승생, 백록담분화구, 군산 등은 화산폭발지수가 4로 비교적 큰 폭발 정도를 가지는 것으로 나타났다.13. 제주도 한라산 순상화산체 전체의 부피는 해수면 위에 드러나 있는 형태(장축 74km, 단축 32km, 높이 1950m)를 통해 계산된 값이 대략 4835.5㎦이며, 해수면 아래 100m까지 연장한 형태(장축 81km, 단축 41km, 높이 2050m)를 통해 계산된 값이 대략 7129.4㎦로 해수면 위에 드러나 있는 형태는 수심 100m까지 연장한 부피의 67.8% 정도를 차지한다.14. 단성화산체 전체의 부피는 약 5.3㎦이며, 이는 제주화산섬 전체 부피의 약 0.1%에 해당한다.15. 제주도에 선상으로 배열하는 많은 분석구들의 분석을 통해 제주도의 지구조 응력장과 이들 분석구의 분화 간의 관계를 알아보았다. 같은 경사각을 가지는 즉 동일한 시기에 형성된 것으로 판단되는 분석구의 선상 배열의 방향성으로부터 분석구의 틈새 분출이 일어났고 이들이 선상으로 배열된 것으로 해석할 수 있다. 이들은 N43°E 혹은 N77°W의 전단단열과 N73°E의 인장단열의 조건에서 형성된 것으로 판단된다.16. 직선상으로 배열되지 않고 제주도 전역에 흩어져서 분포하는 많은 분석구들은 이들 단열과 직접적으로 관계없이 독립된 별도의 화도를 통해 일어난 중심 분출의 결과물이다. 그러므로 제주도에서는 틈새 분출과 중심 분출이 동시적으로 일어났다고 할 수 있다.