중력이상과 그 종류 및 활용분야에 대하여 설명하시오.

1. 중력이상

중력은 수평방향으로 지하 내부 밀도가 균질하다는 가정하고, 해발고도에서 측정한 중력입니다. 그러나 실제 관측점은 지역에 따라 표준중력에 차이가 발생하게 됩니다. 이러한 중력이상은 아래와 같이 정의합니다. 중력이상(Gravity anomaly)은 지구의 중력장이 일정하지 않은 지역에서 발생하는 중력 차이를 의미합니다. 이러한 중력 이상은 지구 내부 구조, 지질 구조, 지형, 지하수 등의 영향으로 인해 발생할 수 있습니다.

 

 

 

2. 중력이상의 종류

중력 이상의 종류는 다음과 같다.

1) 프리에어(Free-air) 이상

프리에어(Free-air) 이상은 지구의 자전에 의해 발생하는 중력이상입니다. 지표면에서의 중력보다는 조금 더 약하며, 해발고도가 높아질수록 강도가 증가합니다. 프리에어 이상은 지균회전 중력이상의 측정에서 높이 보정을 위해 사용되는 중요한 이상 중 하나입니다. 프리에어 이상은 지면에서의 중력에서 높이에 따른 중력의 변화를 제거한 값으로 정의됩니다.

지구의 자전에 의해 발생하는 중력이상은 지구의 자전으로 인해 지표면이 움직이면서 생깁니다. 지균회전 중력이상은 지구의 자전 방향과 수직으로 작용하며, 지극점에서는 지면에 수직으로 작용하고 적도에서는 수평으로 작용합니다. 지면에서의 중력과는 약간 다른 강도를 가지고 있으며, 이러한 강도 변화는 고도가 증가함에 따라 증가합니다.

 

2) 부우게(Bouguer) 이상

부우게(Bouguer) 이상은 지반의 밀도 변화에 의해 발생하는 중력이상입니다. 지반의 밀도 변화는 지면 또는 지하의 물질의 밀도 차이로 인해 발생합니다. 부우게 이상은 지면에서 측정된 중력과 프리에어 이상을 뺀 값입니다.

부우게 이상은 지반의 밀도 변화로 인해 중력이 변화하게 되는데, 이러한 중력의 변화를 측정함으로써 지반의 밀도를 추정할 수 있습니다.  부우게 이상은 지하 탐사를 위한 중요한 중력이상 중 하나입니다. 지하 구조물 또는 광물자원 등 지하에 존재하는 물질의 밀도 변화를 측정함으로써 지하 구조물의 위치나 광물자원의 분포를 파악할 수 있습니다.

 

3) 아이소스타시(Isostasy) 이상

아이소스타시(Isostasy) 이상은 지구의 지각 현상 중 하나로, 지하에 있는 대체로 유동성이 있는 맨틀과 지각의 구조가 서로 균형을 이루는 상태에서 발생하는 중력이상입니다. 지하 맨틀은 압력과 온도가 높아 유체 상태에 가깝게 존재하며, 지각은 더욱 고체에 가까운 형태를 띠고 있습니다. 이 두 구조물 간의 상호작용으로 인해 아이소스타시 이상이 발생합니다.

아이소스타시 이상은 지하에서 발생하는 중력이상으로, 지하에서 맨틀과 지각의 밀도와 높이 차이에 따라 발생합니다. 지하에서 밀도가 높은 지역은 지상으로부터 더 멀리 떨어져 있으며, 이 지역의 중력은 지상에서 측정된 중력보다 더 낮게 측정됩니다. 반대로 지하에서 밀도가 낮은 지역은 지상으로부터 더 가깝게 떨어져 있으며, 이 지역의 중력은 지상에서 측정된 중력보다 더 높게 측정됩니다.

 

3. 중력이상의 활용

중력이상은 지하의 밀도 차이로 인해 발생하는 현상이기 때문에, 지하 광물자원 탐사, 지하 수원지 탐사, 지하 암반 구조 파악 등 지하 정보 탐사에 매우 유용한 정보를 제공합니다. 또한, 이러한 이상값은 지형 지도 작성, 지상 및 해저 유전의 형태 및 구조 파악, 지하 구조물의 위치와 밀도 추정 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다.

1) 지하자원 탐사

중력이상을 측정하여 지하의 밀도 차이를 파악함으로써 지하 광물자원 탐사나 지하 수원지 탐사에 활용할 수 있습니다. 지하 광물자원의 밀도는 일반적으로 지하의 밀도보다 높기 때문에, 지하 광물자원 탐사에 중력이상 측정은 매우 유용합니다. 지하 수층과 주변 지반층 간의 밀도 차이로 인해 중력장이 변화하게 되는데, 이를 측정하여 지하 수층의 위치와 깊이를 파악할 수 있습니다. 이는 지하 수자원의 발견과 추정, 그리고 지하 수원 개발에 매우 유용합니다.

2) 지하 구조물 탐사

중력이상을 이용하여 지하에 있는 터널, 지하실, 지하도 등의 위치와 크기를 파악할 수 있습니다. 중력이상 지하 구조물 탐사는 중력이상 측량기를 이용하여 수행됩니다. 측량기는 지면 위에서 측정하여 지하 구조물 아래의 밀도 변화를 측정합니다. 지하 구조물은 지반과는 밀도가 다르므로, 지하 구조물 아래의 지반의 중력이상은 지하 구조물이 없는 지역에 비해 작아집니다.

3) 지진 예측

중력이상은 지하 구조의 변화와 관련이 있기 때문에, 지진 예측 분야에서 중요한 정보로 활용됩니다. 중력이상 측정 결과를 지진 예측 모델에 활용하면, 지하 구조물의 변화와 관련된 지진 활동의 패턴을 파악할 수 있습니다. 지진 발생 이전에 지하 구조물 내부의 압력이나 응력 등이 변화하면, 이로 인해 중력장이 변화하게 됩니다. 이러한 중력장의 변화를 중력이상 측정을 통해 감지하면, 이는 지하 구조물의 변화와 관련된 지진 활동 예측에 중요한 정보가 됩니다.