• 지구물리와물리탐사
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• 제9권1호
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• pp.60-66
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• 2006

세 개의 서로 다른 사암 샘플들 -두 개의 합성 샘플과 한 개의 현장 샘플- 에 대해 현장 저류층의 대표적인 구속압력과 공극압력하에서 초음파 시험이 수행되었다. 세가지 사암 샘플들은 (a) 캘사이트 시멘트(calcite intergranula. cement (CIPS))로 만든 합성사암, (b) 실리카 시멘트(silica intergranular cement)로 만든 합성 사암 (c) Otway Basin 의 Boggy Creek 1 시추공에서 시도되는 $CO_2$ 파일럿 프로젝트의 대상 암석층 중 Waarre 층으로부터 추출한 코아 샘플로 구성되어 있다. 공극률은 각각 32%, 33%, 26%이다. 초기시험은 실내건조(room-dried) 상태에 있는 코아들에 대해 구속응력을 5 MPa 씩 단계별로 65 MPa 까지 증가시키며 이루어졌다. 그리고 나서 모든 코아들에 처음에는 온도 $22^{\circ}C$에서 6 MPa 공극압력으로 기체상의 $CO_2$를, 그 다음에는 온도 $22^{\circ}C$ 에서 7 MPa 부터 17 MPa 까지 5 MPa 씩 증가시키면서 액체상의 $CO_2$를 주입하였다. 구속응력은 10MPa부터 65 MPa까지 달리 하였다. P와 S 초음파 파형들이 유효응력이 증가할 때마다 기록되었다. 속도-유효응력 반응들이 P 파와 S 파에 대해 실험 자료들로부터 계산되었으며, 감쇠(1/Qp)들은 스펙트럼 비 방법을 이용하여 파형들로부터 계산되었다. 각각의 사암들에 대한 이론적인 속도-유효응력 계산은 $CO_2$ 압력-밀도 와 $CO_2$ 체적계수-압력 상 다이어그램(phasediagram), Gassmann 유효 매질 이론(effective medium theory)을 이용하여 구하였다. 기체상의 $CO_2$ 주입은 속도-유효응력에서 건조상태(공기로 포화된 상태)에 비해 거의 무시할만한 변화를 가져왔다. 다양한 공극압력에서 액체상의 $CO_2$ 주입은 공기로 포화된 상태에 비해 속도-유효응력 반응을 평균 약 8% 정도 낮게 한다. 실험자료들은 높은 유효응력에서 Gassmann 계산들과 일치한다. 이러한 이론과 일치하는 "임계" 유효응력은 사암의 종류에 따라 달라진다. 이 차이는 각각의 사암 종류의 미세구조에서 미세 균열 수의 차이에 기인한 것이라 생각된다. 높은 유효응력에서의 이론과 의미있게 일치하였으며, $CO_2$ 주입 시 현장에서의 탄성파 거동을 예상하는데 있어서 어느 정도 확신을 준다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제7권3호
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• pp.3-17
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• 2002

본 연구는 부산시 동남해안 지역에서 해수침입의 지역적 특성과 해수침입의 범위를 파악하기 위하여 지하수 모니터링공의 자료분석과 지구통계학적 기법을 이용하였다. 강수에 의한 직접적인 지하수의 충진으로 모니터링 우물에서의 지하수위는 강수량과 비례하지만 전기전도도는 강수량과 대체로 반비례하는 것으로 나타났다. 모니터링 우물에서 전기전도도는 약 24m심도에서 급격히 증가되어 26m전후에서 20,000$\mu\textrm{s}$/cm를 초과하였고, 지하수위와 전기전도도를 비교한 결과, 지하수위가 낮아질수록 해수와 담수의 경계면이 상승하는 경향을 보인다. 교차상관성 분석에 의하면 지하수위와 강수량은 시차가 0일 때 교차상관 계수가 최대이지만, 전기전도도와 강수량의 교차상관계수는 시차가 9일 때 최대로 나타났다. 이것은 지하수위 변동이 강수에 의하여 단시간에 영향을 받고 있으나, 해수와 담수의 경계면은 강수에 의하여 매우 느리게 반응한다는 것을 나타낸다. 2개의 측선에서 실시된 수평전기탐사 자료의 역산결과, Line 1에서는 동쪽 끝에서 내륙으로 약 14m지점까지, Line 2에서는 동남쪽 끝에서 내륙으로 약 25m지점까지 해수가 침투한 것으로 나타났다 5월과 7월에 슬럼버져 배열의 수직전기탐사를 실시하여 획득한 자료는 각각 대수정규분포를 나타내었고, 크리깅에 의한 겉보기비저항 분포도와 전기비저항 분포도를 비교하면 5월보다 7월에 비저항치가 상승한 것으로 나타났다. 이것은 6, 7월에 내린 강수로 지하수의 함양량이 증가하여 대수층내 해수의 농도가 감소하였기 때문이다 겉보기비저항의 수직단면도 및 평면도 그리고 전기비저항 분포도를 분석한 결과. 지구통계학적 기법은 해안 지역에서의 전기비저항 분포 변화를 파악하는데 매우 유용하였다.

• 지구물리
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• 제2권1호
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• pp.9-26
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• 1999

동해의 남서해역에 위치하는 울릉분지의 지각은 정상적인 해양지각보다 두꺼워서 과연 해양지각인지 아니면 얇아진 대륙지각인지가 불분명하다. 울릉분지의 지각구조와 그 특성을 정확히 모르는 가운데 분지의 진화에 관한 서로 다른 모델들이 제시되고 있음에 비추어 이 논문에서는 심부 탄성파 탐사자료를 이용하여 울릉분지의 지각구조와 특성을 밝히고 형성에 대한 단서를 제시하고자 한다. 울릉분지 지각의 두께는 10 km로서 정상적인 해양지각보다 두꺼우나 해저면 지진계 자료의 -p 분석과 2차원 파선추적을 기초로 하는 해석의 결과는 다음과 같이 해양지각의 특징을 가짐을 지시한다. (1) 울릉분지의 지각은 깊이에 따른 속도와 속도구배(velocity gradient)의 분포에서 상부층과 하부층으로 구성되는데 이들은 각각 전형적인 해양지각을 이루는 층단위 2 (layer 2)와 층단위 3 (layer 3)과 일치한다. (2) 상부층과 하부층 사이에는 약 1 km 구간에 걸쳐 5.7-6.3 km/s의 속도를 갖는 층을 관찰할 수 있는데, 이 것은 해양 층단위 2와 3 사이의 전이층으로 알려진 층단위 2C를 나타낸다. 그러므로 전형적인 대륙지각의 특징을 보이는 남서 일본열도가 늘어나면서 울릉분지가 형성되었다고는 볼 수 없다. 대신, 지각의 속도와 두께는 맨틀플룸의 바로 위가 아니라 그 주위에서 형성되는 정상보다 뜨거운 맨틀대류권내에서 발생하는 해저면확장에 의해 울릉분지가 형성되었음을 지시한다. 울릉분지의 형성에 영향을 미친 맨틀플룸은 중국 북동부에 존재하였을 것으로 추정되는데 이러한 논리는 울릉분지내와 그 주변에 분포하는 화산암의 형성시 맨틀플룸의 영향을 받았다는 지화학적 추론과 일치한다. 따라서 이 논문에서는 동해 남서부의 열림이 일본열도의 늘어남에 의한 것이 아니라 해저면 확장과 맨틀플룸의 영향을 받은 것임을 제시한다.

• 자원환경지질
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• 제44권6호
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• pp.493-502
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• 2011

본 연구는 지형자료와 Free-air 중력이상을 이용하여 한반도의 모호면 심도 및 지각두께를 계산하였다. Airy-Heiskanen 지각평형 가설에 근거한 Free-air 중력이상에 포함된 지형중력과 연관성 있는 성분들을 파동수상관분석으로 추출하고 이로부터 보상이 이루어진 상태의 중력효과를 계산하였다. 계산된 결과로부터 반복법을 통한 역산을 이용하여 지각과 맨틀의 경계면인 모호면 심도를 도출하였고 역산 시 기존에 연구된 지진파에 의한 20개의 모호면 심도를 활용하여 포텐셜 필드에서 나타날 수 있는 비유일성의 가능성을 최소화하였다. 최종적으로 모호면 심도와 고도 자료를 더하여 한반도 지각두께를 도출하였으며 한반도 평균지각두께는 32.15 km, 표준편차 3.12 km를 나타내었다. 이 연구에서 구한 남한지역의 모호면과 같은 지역의 타 논문결과들과 비교하였을 때 평균 모호면 심도는 각각 31.08 km, 31.96 km, 33.02 km을 나타내고 표준편차는 1.94 km, 1.62 km, 1.77 km을 나타냄으로 각 연구결과의 통계치는 거의 일치하는 것으로 나타났고 모호면 굴곡 역시 공통적으로 태백산맥과 소백산맥을 따라 모호면이 깊어지고 경상분지는 얕아짐을 확인하였다. 또한 지각 내 중력 이상체의 분포에 대한 정보를 포함하고 있는 지형과 비상관된 Freeair 중력이상을 가지고 지열류량분포와 비교하였다. 저주파성분의 지형과 비상관된 Free-air 중력이상과 지열류량분포를 상관 비교한 결과 높은 양의 상관관계를 나타냈고, 특히, 경상분지지역은 높은 지열류량분포가 암석의 밀도보상으로 인해 모호면의 상승을 가져다 준 것으로 보인다. 이러한 결과는 최근 Kim et al.(2008)에서 언급한 경상분지의 높은 지열류량이 맨틀로부터 야기되는 모델과 부합된다는 사실을 뒷받침해주고 있다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제1권1호
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• pp.25-30
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• 1998

공동충전 효과를 검증하기 위하여 실시한 시차 공대공 탄성파 탐사자료로부터 지하공동 부존 지역에서 충전 전과 후에 매질의 탄성파 전파속도의 변화를 확인하였다. 시차 공대공 탄성파 탐사자료에 나타난 반응과 시추조사 결과에 의하면 본 지역의 공동은 규모가 극히 소규모이거나 또는 폐석 등으로 충전된 것으로 보인다. 공동충진 효과는 토모그래피로부터 도출된 속도단면상의 탄성파 속도의 증가량을 분석함으로써 평가하였다. 시추공용 에어건을 진원으로 24-채널 하이드로폰을 수진기로 하여 자료를 취득하였다. 취득한 자료에는 무시할 수 없을 정도의 source statics를 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제시한 보정방법은 2단계로; 1) 불규칙한 발파시점에 의한 영향 보정과 2) 잔여 정보정으로 이는 진원의 부정확한 위치에 대한 정보정이다. 본 논문에서는 고주파수 성분의 수치잡음이 억제되고 관심대상 부분에서 비교적 고분해능 영상을 도출할 수 있는 다단계 역산 방안을 제시하였다. 일반적으로 최소자승 주시토모그래피로는 평활화된 속도 영상을 얻을 수 있다. 따라서 이러한 역산으로는 비교적 소규모의 구간에서 발생한 적은 속도변화를 영상화하기에는 어려운 면이 있다. 본 논문에서는 속도모델의 파라메터를 변화시킨 2단계 제어 역산법으로 도출한 시차 토모그램으로부터 채굴 영향대에서 발생한 매질의 속도변화를 시각화 할 수 있었다. 2단계 역산법은 1-단계에서는 적정한 크기의 균일 격자로 구성된 모델을 사용하여 토모그램을 작성하고 이 토모그램에 2차원 중위수 필터를 적용하여 대략적인 속도구조 모델을 작성한다. 2-단계 역산시는 1-단계에서 작성한 속도모델을 수정하여 초기 모델로 한다. 모델 수정은 관심대상 부분만을 작은 크기의 균일격자로 재구성하는 것이다. 기준조사 토모그램을 2차 조사자료 역산의 초기 속도모델로 사용하였다. 속도변화는 공동대 부근에서만 예상되므로 그 이외 부분의 속도는 기준 토모그램과 동일하게 고정시키고 역산을 수행하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제23권1호
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• pp.22-37
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• 2020

이 연구는 남서태평양 통가열도에 위치한 TA (Tofua Arc) 12 해저산에 대한 해저지형, 자력자료를 이용한 자화벡터역산 모델링을 통해 해저면에서 심부층까지의 종합적인 3차원 자력구조 특징을 분석하였다. 북서-남동 방향성을 가진 타원형의 칼데라 해저지형이 TA 12 해저산 정상부에서 나타나며, 두 개의 작은 콘 모양의 지형이 칼데라 정상부 함몰지형에 존재한다. 또한 해저산 정상부 서쪽 사면에서는 콘 지형이 나타나는 지역부터 해저산 기저부 남서쪽 사면까지 큰 규모의 사면 해저곡이 보인다. TA 12 해저산에서는 칼데라 함몰지형에 저자기이상대가 나타나고 그 주변 칼데라 정상부 및 사면 지역에 고자기이상대가 둘러싸여 있다. 이는 함몰지형을 포함한 칼데라 정상부 지역에 강한 자성체의 분포 또는 마그마 관입 가능성이 있다고 해석될 수 있다. 3차원으로 해석된 자화벡터역산 결과에서는 해저 -3000 m부터 해저산의 주변 사면지역에서의 고이상대 존재와 자기 감수율이 칼데라 정상부 및 함몰지형의 천부층으로 향해 증가함을 보여 준다. 한편 주로 칼데라 정상부의 해저면 근처에서 소규모 고이상대들이 곳곳에 나타나고 있다. 따라서 TA 12 해저산에서는 마그마가 심부에서 천부로 올라올 때 해저산 주변 사면부에서 칼데라 정상부 및 함몰지형으로 이동했음이 예상된다. 그리고 해저면 근처의 복잡한 자력분포는 잔류자화의 영향으로 추정된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제25권4호
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• pp.167-176
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• 2022

심지층 특성화 기술 확보에 필요한 자체 기기 개발의 일환으로 철재 케이싱이 설치된 시추공에도 적용가능한 공곡검층기 K-DEV를 설계하고 500 m 깊이 용 시작품을 개발하였다. K-DEV는 디지털 출력을 제공하고 이미 성능이 입증된 센서들을 장착하며, 기존에 국내에서 사용하는 윈치시스템과 호환성을 갖추도록 설계되었다. K-DEV 시작품은 외경 48.3 mm 비자성 스테인레스강 하우징을 채용했으며 실험실 내에서 20 MPa까지의 방수 시험, 그리고 1 km 깊이 시추공에 삽입하여 내구성 시험을 거쳤다. 시작품을 이용해 600 m 깊이까지의 하향 및 상향 연속 검층을 수행하여 작동의 안정성 및 자료의 반복성을 확인하였다. 철재 케이싱이 설치되어 있는 시추공내에서 방위각 결정에 필수적인 자이로 센서로 K-DEV 시작품에서는 고정밀도 MEMS 자이로스코프를 채택하였다. 여기에 가속도계 자료와 각속도 자료를 융합하고 무향 칼만 필터링(Unscented Kalman Filtering)을 통해 최적화 함으로써 정확한 궤적 추적을 수행하는 알고리듬을 고안하였다. 시험 시추공에서 K-DEV 시작품과 상업적 기기와의 비교 검층을 통해 서로 매우 근접한 결과를 얻었다. 특히, MEMS 자이로 센서의 시간에 따른 drift에 의한 오차 누적 문제는 검층 전 후에 정두에서 동일한 방향으로 위치한 정지 상태에서 측정한 자료로부터 각속도를 보정함으로써 해소될 수 있으며, 철재 케이싱이 설치된 시추공에서의 공곡검층이 나공 상태에서의 결과와 거의 동일한 궤적 추정 결과를 제공함을 확인할 수 있었다. 이러한 시작품 적용 결과로서 K-DEV 개발의 방법론, 시작품의 안정성 및 자료의 신뢰성을 확보하였다고 판단된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제14권1호
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• pp.80-87
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• 2011

자율무인잠수정은 해수면탐사선에 비해 해저면에 더 가까이 접근할 수 있는 장점을 제공한다. 수심자료, 해저면 물질 정보와 해저면 하부 영상을 얻기 위해서는 자율무인잠수정에 탑재된 다중빔음향즉심기, 해저면영상탐사기 및 천부지층탐사기 등이 유용하게 사용된다. 일본해양연구개발기구는 3000m급 자율무인잠수정 우라시마를 개발하였다. 잠수정의 전력공급용 연료전지시스템의 공학적 개발과 시험과정을 거쳐 우라시마에는 신형 리튬이온전지 시스템이 설치되었다. 잠수정은 초기 공학적인 업무에서 과학적 사용 목적으로 개량되었다. 다양한 과학장비들이 추가되었고 2006년부터 과학적인 목적의 임무수행을 위한 잠항시험이 수행되었다. 2007년 시험운항에서 일본 기이반도 해역 북구마노분지 부근에서 우라시마의 해저면영상탐사기와 천부지층탐사기를 이용하여 고해상 음향영상자료를 획득하였다. 후방산란강도 도면에서는 많은 암설류가 확인되었고, 천부지층탐사단면에서 연구해역의 북동쪽 끝 부근의 하부구조가 확인되었다. 이러한 특징은 최신 선상지의 형성과 관련된 구조를 암시한다. 그러나 남서 해역에서는 해저면 하부 ~20 ms 부근에서 강한 반사층이 존재하는데, 이는 삭박특징으로 해석되며 현재는 더 젊은 해저 퇴적물로 덮여있다. 잠수정의 성능은 지속적으로 향상되고, 우라시마를 활용하여 많은 유용한 결과가 얻어질 것으로 기대된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제9권1호
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• pp.50-59
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• 2006

현재의 응력장내에서 단층 재활성화를 야기하는데 필요한 공극압의 증가를 추정함으로써 재활성화 위험도를 결정하는 FAST(단층 분석 확인 기술)를 이용해 Gippsland Basin의 단층 재환성의 위험도가 계산되었다. Gippsland Basin의 응력 형태는 주향이동단층과 역단층의 경계부근으로서 즉, 최대 수평 압력$({\sim}40.5\;MPa/km)$ > 수직 압력(21 MPa/km) ${\sim}$ 최소 수평 압력(200 MPa/km)이다. 공극압은 Golden Beach Subgroup의 Campanian volcanics 상부에서 정수압이다. 여기에서 결정된 NW-SE 최대 수평 응력 방향$(139^{\circ}N)$은 이전의 측정값들과 대체로 일치하고 Gippsland Basin에서의 NW-SE 최대 수평 응력 방향을 입증한다. Gippsland Basin의 단층 재활성화 위험도는, cohesionless fault$(C=0;\;{\mu}=0.65)$와 healed fault$(C=5.4;\;{\mu}=0.78)$, 두 가지 단층 강도 시나리오를 이용해서 계산되었다. 상대적으로 높고 낮은 재활성화 가능성을 가진 단층들의 방향은 cohesionless fault 와 healed fault 모두에 대해 거의 동일하다. NE-SW 주향방향의 큰 각을 가진 단층들은 현재의 응력상태하에서는 재활성화 가능성이 거의 없다. SSE-NNW 과 ENE-WSW 방향의 큰 각을 가진 단층들이 단층 재활성화 위험도가 가장 높다. 부가적으로 NE-SW 주향 방향의 작은 각을 가진 단층(thrust 단층)은 상대적으로 높은 재활성화 위험도를 가지고 있다. 최적 방향 단층들에 대한 가장 높은 재활성화 위험도는 cohesionless fault에 대해서는 추정 공극압의 3.8MPa$({\sim}548psi)$ 증가(Delta P), healed fault에 대해서는 15.6MPa 증가에 해당된다. 이 논문에서 제시된 단층 재활성화 분석으로부터 얻은 공극압 증가의 절대값은 지구역학적인 모델(원위치 응력과 암석 강도 자료)에서의 불확실성으로 인해 큰 오차를 수반한다. 특히, 최대 수평 응력 강도와 단층 강도 자료는 좁은 범위에 한정되어 있지 않다. 그러므로 단풍 재활성화 분석은 저류층 내에서 최대로 허용할 수 있는 공극압 증가를 직접 측정하는데 사용될 수 없다. 이러한 종류의 단층 재활성화 분석은 단지 단층 재활성화의 상대적인 위험도의 평가에 사용될 수 있을 뿐이고, 재활성화에 앞서 단층이 견딜 수 있는 공극압 증가의 최대 허용치를 결정하는데는 사용할 수 없다고 주장하고자 한다.

• 자원환경지질
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• 제39권2호
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• pp.129-149
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• 2006

한반도 동남부에 위치하는 백악기 경상분지의 지구조적 진화에 대한 이해를 위해 기존에 발표되었던 층서퇴적학, 고생물학, 고지자기학 및 지구물리학 자료들이 재검토되었다. 이들 자료와 분지 내 화성활동 및 광화작용에 대한 지질연대 자료와의 통합을 통해 경상분지에 대한 새로운 층서틀 및 경상분지 형성과 변형에 관한 구조적 모델이 제안 되었다. 새로운 층서틀은 경상분지 내 퇴적층이 전열개, 동시열개, 변형 I, 변형 II, 변형 III단계로 대표되는 5개의 층서단위로 세분될 수 있다는 것을 지시한다. 경상분지는 쥬라기 말 남-북 방향의 신장응력에 의한 전열개 단계와 전기 백악기의 동서 방향의 신장응력에 의한 동시열개 단계를 거쳐 분지가 형성되었다. 후기 백악기에 들어오면서 남-북 및 북서-남동, 동-서 방향의 3단계 순차적인 압축응력에 의해 분지가 변형되었다. 이러한 경상분지의 발달사는 백악기 동안에 북에서 북서 방향으로 전이되어진 이자나기판의 이동 방향의 변환에 의해 지배된 것으로 나타난다 .전기백악기에 이자나기판은 북쪽을 향하여 유라시아판 밑으로 섭입을 시작하였으며, 한반도 남부에 좌수향의 주향이동성 단층계를 형성시켰다. 이 주향이동성 단층계의 좌수향 이동에 의해 한반도 동남부에 동서 방향의 신장응력이 발생되어 경상분지와 같은 인리형 분지들이 발달되었다. 그러나 후기 백악기 동안에 일어난 이자나기판의 북서 방향으로의 섭입은 분지 내 광범위한 화산활동과 함께 순차적인 변형을 주도하였던 것으로 판단된다. 본 연구의 결과로 제시된 경상분지에 대한 새로운 층서틀 및 분지발달 모델은 한반도 백악기 경상분지에 대한 새로운 지사의 정립과 함께 분지 내 부존되어 있는 유용자원의 탐사와 개발에 있어 효율성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대되며, 향후 인접 지역에 위치하는 백악기 퇴적분지들과의 시간 및 공간적 대비를 통해 동아시아 백악기 지체규조운동 발달사 연구를 위한 새로운 지질학적 사고의 틀을 제공한다.