Imaging Inner Structure of Bukbawi at Mt. Palgong Provincial Park Using Ground Penetrating Radar

A granite rock body, called 'Bukbawi', located on a mountaineering trail at Mt. Palgong Provincial Park is popular among the public because it resembles a percussion instrument. If someone hits the specific surface area of this rock body, people can hear drum-like sound. Such phenomenon may be geologically associated with exfoliation process of the granite body or miarolitic cavity developed after gasses escaped during formation of granite. To understand better the inner structure causing drum-like sound, we carried out a non-destructive ground-penetrating radar survey. In this study, as our primary target is very close to the surface, we utilized 1 GHz antennas to produce high-resolution near-surface images. In order to construct 3-D internal images, the measurements were conducted along a pre-defined grid. The processed radargrams revealed that the locations associated with 'drum' sound coincide with strong reflections. In addition, both reflection patterns of fracture and cavity were observed. To further quantify the observed reflections, we simulated GPR scans from a synthetic fracture in a granite body, filled with different materials. The simulated results suggest that both exfoliation process and miarolitic cavity may have contributed to the 'drum' phenomena. Furthermore, the radargrams showed a well-developed cavity signature where two major reflection planes were crossed. Thus, our study is an example of non-destructive geophysical studies that can promote Earth Science in the broader community by examining geological structures attracting the public.

지하투과레이더를 활용한 팔공산 도립공원 북바위 내부구조 연구

경상북도 군위군 부계면 동산리에 위치한 팔공산 도립공원의 한 등산로에는 '북바위'라 불리는 화강암질 암체가 존재한다. 이 암체에서는 특정 부위를 타격했을 때 북과 같은 타악기에서 발생하는 공명음과 유사한 공명 현상이 발생한다. 이러한 소리를 발생시키는 공명 현상의 지질학적 원인으로는 화강암 생성 과정에서 내부 기체가 빠져나가면서 형성된 공동이 존재할 가능성과 생성 이후 지질학적으로 오랜 기간 동안 겪은 풍화 작용에 의한 박리 현상에 기인할 가능성이 있다. 이 연구에서는 북바위 화강암체에서 공명을 일으키는 내부구조를 보다 정밀하게 파악하기 위하여 비파괴 탐사기법인 지하투과레이더 탐사를 수행하였다. 지하투과레이더 탐사 기법은 수 MHz에서 수 GHz범위의 고주파 레이더 신호를 탐사 대상의 표면에서 내부로 투과시켜 물성의 변화 혹은 불연속면이 존재하는 곳에서 반사되는 반사파들의 진폭을 기록하여 해석한다. 화강암체 최외곽 표면에 존재할 것으로 추정되는 내부구조를 영상화하는 것이 연구 목표이므로 탐사 심도는 얕지만 고해상도 자료 획득이 가능한 1 GHz 레이더를 이용하였다. 3차원 내부구조 영상화를 위하여 암체 표면에 격자를 구성하여 탐사를 수행하였다. 탐사 자료 해석 결과 북소리와 같은 공명이 일어나는 지점들에서 강한 반사 레이더파가 관찰되었으며, 위치에 따라 균열과 공동에서의 반사파 특징이 모두 관찰되었다. 또한 공명이 가장 크게 일어나는 지점에서 두 불연속면이 교차하면서 만들어진 공동 구조가 관찰되었다. 주어진 균열 구조를 반영하는 수치 모델을 적용하여 계산한 결과, 공명 현상에는 화강암의 박리 작용에 의한 균열과 암석 생성 당시의 미아롤리틱 구조가 함께 기여한 것으로 보인다. 이와 같이 일반 대중의 흥미를 유발하는 지질 구조체에 대한 비파괴 탐사 기반의 영상화 연구 활동은 지구과학 대중화에 많은 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다.