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서태평양 마젤란해산군 OSM-XX 해저산 망간각의 광물학적, 지화학적 특성과 고해양 고환경 복원 연구 (Revealing the Paleo-ocean Environment of OSM-XX in the Western Pacific Magellan Seamount with Mineralogical and Geochemical Properties of Ferromanganese Crust )

  • 박진섭;양기호
    • 자원환경지질
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    • 제56권1호
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    • pp.55-63
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    • 2023
  • 망간각의 지화학적, 광물학적 특성의 변화는 인근 환경 변화를 반영한다. 따라서 서태평양 마젤란해산군 OSM-XX의 망간각에 대한 특성 파악과 고해양 복원 연구를 위하여 지화학적, 광물학적 분석을 각각 micro X-ray fluorescence (μ-XRF) 과 X-ray diffraction (XRD)를 이용하여 실시하였다. OSM-XX의 망간각은 인산염화 여부 및 구조에 의해 인산염화 작용을 받은 부분(L4-L5), 인산염화 작용을 받지 않은 치밀한 부분(L3), 인산염화 작용을 받지 않은 다공성 부분(L1-L2)의 세 부분으로 구분되었다. 철망간 산화광물 층에서는 모두 버나다이트 피크가 확인되었으며, 인산염화 작용을 받은 부분은 carbonate fluorapatite(CFA)의 존재와 높은 Ca, P의 특성을 나타내었다. 인산염화 작용을 받지 않은 치밀한 부분은 높은 Mn, Ni, Co를 나타내었고, 인산염화 작용을 받지 않은 다공성 부분은 높은 Fe값과 detritus quartz, feldspar가 확인되었다. OSM-XX의 망간각이 성장하는동안 나타난 특성의 변화는 인근 해양환경의 변화를 반영하였다. 약 51.87 Ma의 연대를 나타내는 망간각의 인산염 퇴적체는 약 36-32 Ma의 전지구적 인산염화 작용에 의해 형성된 것으로 보이며, 이는 당시의 상승된 해수면 높이와 낮은 해수온을 지시한다. 또한, 치밀한 구조에서의 높은 Mn, Ni, Co, Mn/Fe 비는 강화된 산소최소층과 환원환경을 지시하며, 다공성 구조에서의 높은 Fe와 낮은 Mn/Fe 비는 약화된 산소최소층과 산화환경을 지시한다. 이는 마이오세-올리고세 경계의 Mi-1 빙하기가 끝난 후 환경변화를 반영하였다. 9 Ma부터 이어진 한랭화의 결과로 인한 저층류와 산소최소층의 강화에 의해 망간각 최외각의 Mn/Fe 비와 Co/Mn 비가 미세하게 증가하였지만, 6 Ma부터 태평양에 발생한 탄산염 용해율의 감소로 성장속도의 감소를 야기하였다.

수중문화유산에 대한 지구물리탐사 기법 활용 동향 분석 (Analysis of trends in the use of geophysical exploration techniques for underwater cultural heritage)

  • 이상희;김성보;김진후;현창욱
    • 헤리티지:역사와 과학
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    • 제56권3호
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    • pp.174-193
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    • 2023
  • 우리나라는 지형적으로 바다로 둘러싸여 있으며 내륙 곳곳에 바다로 이어지는 강들이 분포한다. 이러한 지형 특성에 의해 예로부터 바다를 통하여 세계 여러 나라와 교류 및 해전이 있었으며 강에서는 나루터를 두어 세금으로 지불되는 곡식, 물품을 운송하는 선박 운항 및 승객 수송을 하는 등 바다와 강은 과거부터 우리나라의 삶에 많은 영향을 주었다. 그로 인해 바다나 강 속에는 많은 문화유산이 존재하고 있을 것으로 예상되며 이러한 문화유산은 과거의 사회와 문화 이해 및 한 국가의 정체성을 나타내므로 이를 찾기 위한 노력이 계속되고 있다. 하지만, 수중문화유산은 바다나 강 속에 있어 육안 관찰의 어려움과 접근이 제한된 환경으로 인해 발견하기가 매우 어렵다. 이와 같은 문제를 극복하기 위해 지구물리탐사 기법을 활용할 수 있다. 지구물리탐사 기법은 탄성파의 반사와 굴절의 물리적 성질을 이용해 수중지형조사, 수중저면조사 및 지층조사를 수행하여 수중에 있는 물체나 지층이 갖는 물리적 특성을 감지하고 그 차이를 분석하여 수저면 위에 놓여 있거나 매장되어 있는 수중문화유산을 조사한다. 수중지형 조사에는 음향측심기를 사용하고 수중저면조사에는 측면주사음파탐지기를 사용해 수저면에 놓여 있거나 일부 노출된 수중문화유산을 탐사할 수 있다. 지층조사는 탄성파지층탐사기를 사용해 해저에 매장되어 있는 수중문화유산을 찾을 수 있다. 다만, 현재까지는 국내에서 발견된 수중문화유산은 어로 작업 중이던 어부나, 낙지잡이, 잠수사에 의해 우연히 발견되었다. 본 연구에서는 수중문화유산 탐사를 목적으로 수행된 지구물리탐사 기반의 수중지형조사, 수중저면조사 및 지층조사에 대한 최신 해외 연구 동향을 분석 정리해 국내의 수중문화유산 탐사 기법 연구에 기여하고자 한다.

원거리 지진 주시 토모그래피를 이용한 멜라네시아 지역의 맨틀 속도 구조 연구 (Teleseismic Travel Time Tomography for the Mantle Velocity Structure Beneath the Melanesian Region)

  • 이재형;장성준
    • 자원환경지질
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    • 제57권1호
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    • pp.1-15
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    • 2024
  • 서태평양 멜라네시아 지역에는 복잡한 판들의 지구조 운동이 발생하고 있고, 가장 거대한 해양 해대인 온통-자바 해대와 열점인 캐롤라인 제도가 위치해 있다. 이 지역의 복잡한 지구동역학에 대한 이해를 높이기 위해 해저 지진계와 육상 지진계에 기록된 원거리 지진으로부터 상대 주시를 획득하여 P파 및 S파 속도 모델 및 𝛿 (VP/VS) 모델을 계산했다. 그 결과 멜라네시아 지역의 섭입대에서 약 400km 깊이까지 강한 고속도 이상이 관찰됐고, 이는 판경계를 따라 섭입하는 솔로몬해판, 비스마르크판, 그리고 호주판의 모습으로 생각된다. 섭입대를 따라 양의 𝛿 (VP/VS) 이상값이 나타나는데, 이는 탈수 작용에 의한 부분 용융의 결과로 생각된다. 온통-자바 해대 하부 600km 깊이 아래에서 넓은 고속도 이상체가 관찰되며, 음의 𝛿 (VP/VS) 이상값을 보인다. 이는 25-45 Ma 시기에 섭입한 태평양판이 분리된 잔재로 판단되며, 오랜 기간 맨틀 전이대에 머물면서 잔류판의 최상부에 포함되어 있던 유체가 빠져나가면서 주변 맨틀 물질에 비해 상대적으로 점성이 높고 건조해짐으로 인해 강한 고속도 이상과 강한 음의 𝛿 (VP/VS) 이상값이 나타난 것으로 생각된다. 캐롤라인 제도 하부에서는 강한 저속도 이상이 800km 깊이까지 관찰되며 맨틀 전이대에 위치한 태평양판 잔재 하부까지 연결되어 보인다. 이는 하부 맨틀에서 기인한 맨틀 플룸이 태평양판의 잔재와의 상호작용으로 인해 상승방향이 바뀌어 현재 위치에 도달한 것으로 보인다. 또한 맨틀플룸은 양의 𝛿 (VP/VS) 이상값을 가지는데 내포된 유체나 부분 용융에 의한 영향으로 생각된다. 온통-자바 해대 하부의 두꺼운 암석권의 영향으로 해석되는 고속도 이상체가 300km 깊이까지 관찰되었으며 음의 𝛿 (VP/VS) 이상값을 보여주는데, 이는 암석권에 쌓인 용융 잔류물에 유체가 거의 남아있지 않음을 나타내는 것으로 보인다.

제4기 후기 동안 동해 울릉분지 퇴적물내 원소 함량 특성과 기원지 연구 (Characteristics of Element Geochemistry in Ulleung Basin Sediments During the Late Quaternary)

  • 엄인권;최만식;신형선
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제14권2호
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    • pp.69-79
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    • 2009
  • 동해 울릉분지 퇴적물의 원소 함량 특성과 제4기 후기 동안의 퇴적물 기원 변화를 파악하기 위해 남.서쪽 사면을 포함한 울릉분지에서 총 3개의 주상시료를 채취하여 주요원소 및 미량원소를 분석하였다. 울릉분지 퇴적물을 황해와 남해 퇴적물과 비교하면 주요원소는 함량 범위가 유사하였으나 미량원소 함량의 경우 해역별로 큰 차이를 보였고, 조사지역인 울릉분지 내에서도 큰 차이를 보였다. 울릉분지 서쪽사면(WS) 퇴적물에서는 Mo의 함량이, 분지평원(Basin) 퇴적물에서는 Zr, Nb, Hf, 그리고 Ta의 함량이 다른 지역에 비해 상대적으로 높게 나타났으며, 남쪽사면(SS) 퇴적물에서는 Ca와 Cs의 함량이 높은 특징을 보였다. 분석된 원소들 중 생물기원이나 자생 및 속성기원의 영향을 받지 않은 것으로 판단되는 원소(K, Ti, Cs, Zr, Nb, Hf 및 Ta)들은 원소/Al 비율 크기와 수직적 변화를 기준으로 3가지 형태로 구분되었다. 첫 번째는 모든 주상시료에서 유사한 비율을 보이며 수직적인 변화가 크지 않은 원소(K, Ti), 두 번째는 서쪽사면(WS)과 남쪽사면(SS) 퇴적물에서 차이를 보이는 원소(Cs), 그리고 분지평원(Basin) 퇴적물에서 사면 퇴적물보다 상대적으로 높은 비를 보이는 원소(Zr, Nb, Hf, La)이다. 이들 분포형태별 원소들의 특성에 근거할 때 울릉분지의 분지평원(Basin) 퇴적물은 퇴적시기에 따라 기원이 변화된 것으로 해석될 수 있다. 분지평원(Basin) 퇴적물은 해수면이 상대적으로 낮은 약 $10,000{\sim}7,000\;yr$ BP 동안 서쪽사면(WS) 퇴적물과 화산재가 혼합된 특징을 보였으며, 7,000 yr BP 이후는 남쪽사면(SS) 퇴적물과 화산재가 혼합된 특징을 나타내었다. 이러한 결과는 기존에 연구된 대마난류의 동해 유입시기와 매우 유사한 결과로, 해수면 상승에 의한 울릉분지의 퇴적환경변화에 의한 것으로 해석된다.

동해 한국대지 코어퇴적물의 특성과 $^{87}Sr/^{86}Sr$ 초기비를 이용한 퇴적시기 규명 (Sedimentary Characters of the Core Sediments and Their Stratigraphy Using $^{87}Sr/^{86}Sr$ Ratio in the Korea Plateau, East Sea)

  • 김진경;우경식;윤석훈;석봉출
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제12권4호
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    • pp.328-336
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    • 2007
  • 동해 한국대지의 정상부 해저산 사면에서 획득한 코어퇴적물의 퇴적상 분석, 입도와 구성성분 분석, $^{87}Sr/^{86}Sr$ 초기비를 이용한 연대측정을 통하여, 세 단계에 걸친 코어퇴적물의 퇴적과정을 해석하였다. 코어의 하부 구간인 Unit I-a (코어깊이 $465{\sim}587cm$)는 주로 폭풍파에 의해 재동된 천해성 탄산염퇴적물로 이루어져 있으며, 이매패류와 부유성 유공충의 $^{87}Sr/^{86}Sr$ 초기비를 분석한 결과, 퇴적물의 생성시기가 약 $13{\sim}15Ma$(마이오세 중기)로 나타났다. 이는 당시 이 지역 일대가 폭풍파의 영향을 받는 천해환경이었음을 의미한다. Unit I-b (코어깊이 431$\sim$465 cm)는 저탁류에 의해 운반된 퇴적물로 이루어져 있으며, 이매패류와 부유성 유공충의 생성연대는 각각 약 $11{\sim}14Ma$, 약 $6{\sim}13Ma$인 것으로 분석되었다. 이로부터 11 Ma까지는 이 지역 일대가 천해환경을 유지하고 있었으나 그 이후로는 침강하기 시작하였음을 알 수 있다. 그러나 부유성 유공충은 11 Ma 이후에도 지속적으로 생성되어 퇴적물 내에 공급되었으며, 이렇게 생성된 퇴적물들은 연안이나 사면과 같은 근해역에 퇴적되어 있다가 6 Ma 경에 저탁류에 의해 사면 아래로 재동되어 퇴적된 것으로 해석된다. Unit II (코어깊이 $0{\sim}431cm$)는 주로 원양성 퇴적물로 이루어져 있으며, 부유성 유공충의 생성연대가 약 1 Ma로 분석되어, 이로부터 Unit I-b와 Unit II 사이에 약 5 Ma 정도의 결층(hiatus)이 있는 것을 알 수 있다. 또한 Unit II가 퇴적되었던 1 Ma 경에는 이 지역 일대가 충분히 침강하여 현재와 같이 수심 600 m 이상의 심해저환경을 이루고 있었으나, 때때로 주변의 급경사의 사면으로부터 암설류나 저탁류에 의해 조립질 천해퇴적물이나 화산쇄설물 등이 재동되어 퇴적된 것으로 해석된다.

유라시아 철도의 다중경로 구축에 관한 연구 (The Study of Establishing the Multi-pass Eurasian Railroads)

  • 한범희;허남균;허희영
    • 산학경영연구
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    • 제21권2호
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    • pp.137-170
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    • 2008
  • 본 연구는 국제물류시장에서 동북아 각국의 협력과 경쟁을 유발하는 유라시아철도의 경로구축에 대한 물류전략을 제시하고 있다. 21세기 세계경제의 화두(話頭)는 자유무역협정, 에너지자원개발, 지구온난화 등이다. 이미 유럽은 경제통합의 최고수준인 초국가적 기구를 설치하여 완전경제통합을 이루어 역내 생산 및 물류 방면에 경쟁우위를 확보하였으며, 캐나다, 미국, 멕시코 등도 1994년 1월에 북미자유무역협정(NAFTA)을 체결하여 역내 관세철폐를 통한 역외국가에 대해 비교우위를 점하고 있다. 한편, 유라시아 대륙의 동쪽지역에 해당하는 중국, 일본, 러시아, 한국 등 동북아시아 지역은 정치 경제적인 세계적 위상에 비추어 볼 때, 대립과 갈등이 거듭되는 낙후된 모습으로 교류와 소통에 비효율과 고비용 구조를 면하지 못하고 있다. 아프리카, 남아메리카, 중앙아시아, 몽골, 코카서스 지역 등에는 미국, 영국, 중국, 일본 등이 미래 에너지자원 확보를 위해 자원개발패키지프로그램을 실행하고 있으며, 지역에 따라서는 석유, 가스, 광물자원의 수송 대책에 상당한 어려움을 겪고있다. 2005년 2월 16일 일본 교토에서 기후변화에 관한 국제연합규약의 교토의정서를 채택한 이후 해당 국가들은 온실가스를 줄이기 위한 대체에너지개발 및 운송수단의 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 현재, 유럽과 아시아간의 이동화물의 대부분은 해상경로를 통하여 운송되고 화물의 특성상 미량의 항공운송이 있으며, 기원전부터 동서양의 이동통로였던 실크로드는 흔적만 남아 있을 뿐이다. 유라시아 북부지역을 관통하는 시베리아횡단철도는 서비스상의 애로(隘路)가 많아 아직까지는 러시아만의 유통경로로 대부분 사용되고 있다. 1992년 완성된 중국횡단철도는 국제적 유통경로로서의 제 역할을 수행하지 못하고 있다. 이중육지폐쇄국가 (double landlocked country)인 우즈베키스탄을 비롯한 중앙아시아, 몽골, 아제르바이잔 등 해상과 인접하지 못한 국가들은 보유하고 있는 자원개발을 통하여 경제적 도약을 계획하고 있지만, 자원개발의 특성과 빈약한 물류인프라로 인하여 상당한 기간이 소요될 것으로 고려된다. 다만, 인접국가인 중국의 경우는 투르크메니스탄에서 우즈베키스탄과 카자흐스탄을 통한 가스파이프라인을 연결하여 중국서부지역의 수요를 충당할 계획으로 건설 중에 있다. 특히, 2001년에 정식으로 출범한 상하이협력기구(Shanghai Cooperation Organization:이하 SCO)는 중국과 러시아를 필두로 타지키스탄, 키르기스스탄, 카자흐스탄, 우즈베키스탄 등 정회원국 6개국과 옵서버 국가인 몽골, 인도, 파키스탄, 아프가니스탄, 이란 등 5개국으로 구성되어 있다. 처음에는 테러방지를 위한 군사적 동맹으로 시작했지만, 지금은 교통, 운송, 교역, 에너지협력까지 확대해 나가고 있다. 미국과 NATO의 옵서버 신청까지 거절하였으니 그 숨겨진 뜻을 이해할 필요가 있을 것이다. 러시아는 동서가 유라시아 대륙의 북부지역 전역을 차지하는 광활한 지역을 균형 발전시켜야한다는 국정과제를 수행하기 위하여 시베리아횡단철도(Trans Siberia Railway:이하 TSR)의 활성화와 극동 시베리아 지역의 경제발전에 전력을 다하고 있다. 또한 일본과 한국에 상당한 기대를 가지고, TSR과 TKR(한반도종단열차)을 연결시키기 위하여 적극적인 노력을 한 결과, 나진-하산 간 철도 개보수에 러시아, 북한, 남한 3개국이 참여하기로 잠정 합의되었다. 이 지역은 국제연합개발계획(UNDP)에서 추진하고 있는 두만강개발계획(Greater Tumen Initiative:이하 GTI)과 중첩되는 곳으로, 이 계획은 한국, 몽골, 중국, 러시아, 북한 등 5개국의 공동 프로젝트이며, 그 내용은 에너지, 관광, 환경, 몽골과 중국 간 철도연결 타당성 검토, 동북아 페리루트 개설 등이 추진되고 있다. 중국의 동북3성 재개발 계획을 성공적으로 실행하기 위해서는 국내외 자본의 많은 투자 유치가 필수적인데, 그 전제 조건이 중국동부 연안의 개발에서 이미 보았듯이 막힘 없는 물류인프라의 존재 여부이다. 일본은 몽골지역에 대규모 무상 인프라건설 지원을 해주면서, 몽골과 러시아 자루비노를 연결하는 '동방대통로'를 구상하고 있지만, 러시아, 중국의 태도를 주시해야하는 입장이다. 만약에, 북한의 비핵화 방지 프로그램이 파행을 거듭하지 않는다면, 미국도 어떠한 방식으로든 참여하게 되어, 한반도종단철도와 시베리아횡단철도, 한반도종단철도와 중국횡단철도의 연결은 아시아태평양경제사회위원회(UN ESCAP)의 추진 프로그램과 더불어 가속도를 붙게 할 것이다. 이것이 실행되면, 지금까지 미온적인 일본과 한국 간 해저터널 문제도 적극적으로 검토될 것이다. 결국 한반도는 주변국이 원하든 원하지 아니하든, 지경학적으로 그리고 지정학적으로 동북아시아의 중심적 위치를 차지할 수밖에 없을 것이며, 과거, 현재, 미래에 동북아시아 각 국가의 경쟁과 협력의 중심적 역할을 할 수 있는 한반도의 기회는 계속될 것이다.

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포항분지 해상 중소규모 CO2 지중저장 실증연구 안전성 평가 (Security and Safety Assessment of the Small-scale Offshore CO2 Storage Demonstration Project in the Pohang Basin)

  • 권이균;장찬동;신영재
    • 지질공학
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    • 제28권2호
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    • pp.217-246
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    • 2018
  • 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업은 저장소 선정 및 저장소 특성화 연구 과정에서 $CO_2$ 지중저장 실증의 지진 유발 가능성과 누출 가능성에 대하여 진지하게 검토하고 $CO_2$ 지중저장 실증의 안정성을 확보하기 위한 많은 노력을 경주해 왔다. 그럼에도 불구하고 2017년 11월 15일 발생한 규모 5.4의 포항 지진으로 큰 피해를 입은 포항시와 시민들은 $CO_2$ 지중저장 실증의 지진 유발 가능성에 대하여 큰 우려를 가지고 있는 상황이다. 포항분지 해상 $CO_2$ 지중저장 실증 연구팀은 2017년 포항 지진 이후 포항 영일만 $CO_2$ 지중저장 실증의 안전성에 대하여 자체 조사를 수행하여, 2017년 포항 지진과 포항분지 영일만 해상 $CO_2$ 지중저장 실증의 관련성과 향후 본격적인 $CO_2$ 지중저장 실증이 수행될 경우 지진 유발 가능성이나 누출 가능성에 대하여 면밀하게 평가하였다. 자체 조사 결과, 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업은 2017년 포항지진의 진앙과 약 10 km 떨어진 영일만 해역에 저장소가 위치하며, $CO_2$ 저장층의 심도도 해저면 아래 약 750-800 m 정도로서 포항 지진의 심도와 큰 차이를 보인다. 또한 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업은 2017년 1월 12일부터 3월 12일까지 약 3개월간 $CO_2$ 시험 주입을 수행한 이후 수송체계 구축과 주입공 격상을 위해 $CO_2$ 주입 행위가 중지된 상황으로 2017년 11월 15일에 발생한 포항 지진과 직접적인 관련성을 찾기 어렵다. 무엇보다도 $CO_2$ 지중저장 기술의 개념이 지층을 파쇄하는 것이 아니라 염수와 같은 유체로 채워진 다공질 퇴적층에서 염수를 천천히 밀어내면서 초임계상의 $CO_2$를 주입한다는 측면에서 대용량의 $CO_2$를 장기간 주입하여 저장층의 압력이 크게 상승하는 경우를 제외하면 인간 사회에 피해를 가져오는 일정 규모 이상의 지진을 유발할 가능성이 크지 않은 것으로 분석되었다. 게다가 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업의 $CO_2$ 시험 주입 규모가 약 100톤 정도로서 규모 5.0 이상의 지진을 유발할 수 있는 대규모 주입 행위가 없었기 때문에 2017년 포항 지진과의 연관성을 가정하는 것이 무리가 있다. 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업의 연구팀은 자체 조사를 통해 향후 포항분지 해상 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업이 장기적으로 수행될 경우 지진 유발 가능성과 누출 가능성에 대하여도 평가를 수행하였다. 자체 평가 결과에 따르면, 저장층 상부의 덮개층이 파쇄되거나 주변 단층의 재활성화가 발생하지 않도록 정해진 범위에서 압력을 조절하면서 $CO_2$ 스트림을 주입할 경우 지진 유발이나 단층 재활성화를 초래할 가능성이 매우 희박한 것으로 분석되었다. 더불어, 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업은 $CO_2$ 지중저장 실증 과정에서 주입된 $CO_2$ 스트림의 누출을 최소화하기 위해 저장소 인근 지층의 파쇄 압력, 저장소 인근 단층의 재활성화 압력, 주입공 누출을 방지하기 위한 완결 공정, 주입된 $CO_2$ 스트림의 누출 경로 파악과 거동 및 누출 모니터링, 안전한 $CO_2$ 저장을 위한 저장소 운영과 관련된 연구를 충실하게 수행하고 있으며, 연구팀의 자체 조사 결과 주입된 $CO_2$ 스트림이 인간 사회에 영향을 미칠 정도의 규모로 누출될 가능성은 크지 않은 것으로 평가되었다. 결론적으로 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업은 인간이 감지할 정도의 지진 유발 및 주입된 $CO_2$ 스트림의 누출을 발생시킬 가능성이 크지 않으며, 비록 적은 가능성이지만, 지진이나 누출이 발생하지 않도록 지속적으로 안전성 확보를 위한 연구개발을 최우선적으로 수행할 계획이다.