ESR dating of fault gouge - review

Q: 이 논문에서 정의한 활성단층이란 무엇인가?

지진을 빈번하게 일으키거나 비교적 큰 규모의 지진을 발생시키는 단층을 의미한다. 또한 마지막 단층운동 이후 경과한 기간이 재발주기에 근접하거나 이를 초과하여 향후 지진 발생 가능성이 높은 단층을 포함한다.

Q: 한반도 주요 단층대의 제4기 시공간적 단층운동 특성은 무엇인가?

연구 결과, 한반도의 단층운동은 활동기와 휴지기가 반복되는 클러스터링 경향을 보이며, 단층의 주향을 따라 이동하거나 단층대 사이를 돌아다니는 로밍 특성을 나타낸다. 이는 전형적인 판 내부 지진 발생 패턴과 유사한 양상이다.

김만재; 이희권

doi:10.14770/jgsk.2020.56.2.211

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저자정보: 김만재 (강원대학교) 이희권 (강원대학교)

저널정보: 대한지질학회 지질학회지 지질학회지 제56권 제2호

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단층비지의 ESR 연대측정을 통해 단층의 마지막 활동시기를 결정할 수 있다. ESR 연대측정법은 단층비지내의 석영 내 홀전자의 수(ESR 센터)를 이용한다. U, Th 및 K과 같은 방사성 원소의 붕괴로 방출되는 이온화방사선에 의한 이온화작용으로 인해 ESR 센터가 만들어지며 시간이 지남에 따라 ESR 센터의 수가 증가하게 된다. 단층운동 중에는 입자경계 마찰 미끌림에 의해 발생하는 마찰열과 격자 변형작용에 의해 석영의 ESR 신호의 세기는 0이 된다. 단층운동 이후 자연 방사선에 의해 ESR 센터의 수가 증가하여, ESR 신호의 세기가 다시 커지게 된다. ESR 연대는 등가선량(DE)을 단위시간당 조사율(d)로 나누어 결정한다(ESR 연대 = DE/d). ESR 신호가 완전히 0이 되기 위해서는 단층면에 작용하는 수직응력이 적어도 약 3 MPa 이상이어야 하며, 충분한 변위량도 필요하다. 단층비지가 지하에서 재활동한 이후, 융기작용에 의해 지표의 노두에 도달하기까지는 응력상태가 변하게 된다. 단층면에 작용하는 수직응력의 상태는 정암압(Lithostatic pressure)의 크기, 최대 수평응력의 크기 및 단층면 방향과 최대 수평응력의 방향 사이의 각도에 의해 결정된다. 단층비지 내 ESR 신호가 완전히 0이 되는 깊이는 시료 채취 지점의 융기율과 ESR 연대에 의해 결정된다. 지진 기록에 의하면, 주어진 지표지진단층의 단층핵과 부수단층의 일부가 동시기에 재활동한다. 주어진 단층대의 장기적인 활동형태를 연구하기 위해서는 단층핵의 전단띠와 부수단층의 전단띠들로부터 시료를 채취하여 분석해야 한다. 한반도에 발달한 단층핵과 부수단층(왕숙천단층대, 금왕단층대, 양산단층대 및 울산단층대)으로부터 단층비지 시료를 채취하여 분석한 ESR 연대는 약 89만 년~약 10만 년의 범위에 있다. 단층운동은 판 내부에서 발생하는 지진 패턴과 유사하게, 1) 활동기와 휴지기로 구분되며, 2) 주향을 따라 이동하는 경향을 보이고, 3) 단층대들 사이에서 돌아다니면서 발생하는 것처럼 보인다.

The last activity of faults can be dated by the ESR dating of fault gouge. ESR dating of fault gouge is based on the measurements of the number of unpaired electrons (ESR center) in the quartz minerals. These ESR centers are generated by natural ionizing radiation from U, Th, and K and have accumulated over time. ESR signals of quartz are reset by frictional heating and lattice deformation during grain boundary frictional sliding at the time of fault movement. ESR signals then build up as a result of the formation of the unpaired electrons by natural radiation. Two parameters have to be determined; the equivalent dose (DE) and the dose rate (d). The ESR age is obtained by dividing equivalent dose by dose rate (ESR age = DE/d). Complete resetting of ESR signals will only occur when the fault plane has been subjected to normal stress over 3 MPa, and when there has been sufficient displacement. Fault gouges that are buried and later uplifted go through a stress history that can be explored by the effect of overburden, the maximum horizontal stress, and the angle between the strike of fault plane and the orientation of maximum horizontal stress. The depth of fault gouges at the time of complete resetting of ESR signals (over 3 MPa) can be estimated from the uplift rate and the ESR ages for sampling locations. Records of earthquake faulting events show that some parts of the fault cores or subsidiary faults were reactivated at the same time. In order to investigate the long-term pattern of fault activity, samples should be collected at each shear bands developed within the fault cores and subsidiary faults. ESR ages from both the fault cores and subsidiary faults (The Wangsukcheon fault zone, the Keumwang fault zone, the Yangsan fault zone, and the Ulsan fault zone) developed in the Korean peninsula range from 890 to 100 ka. The fault movements tend to show 1) temporal clustering into active and dormant periods, 2) migrate along the strike of the faults and 3) roam between widespread fault zones developed in the Korean peninsula similar to spatiotemporal occurrences of earthquakes in the interior of a tectonic plate.

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