서태평양의 가장 오래된 해양 분지(160–180 Ma)는 태평양판(Pacific Plate)의 발상지로서 해양판의 형성과 진화를 이해하는 데 필수적이다. 그러나 해당 지역 아래의 상부 맨틀 구조는 해저 원격성 및 해저 장기 현장(인 시투) 지진 관측의 어려움 때문에 충분히 조사되지 않았다. 2018년부터 2019년까지 국제 Pacific Array 계획의 일환으로, 가장 오래된 해저를 대상으로 Oldest‐1 실험이 수행되었다. 우리는 Oldest‐1 실험 동안 가동된 11개의 광대역 해저 지진계에서 기록된 원거리 텔레시즘(teleseismic) 지진의 상대 도달 시간 잔차(relative travel time residuals)를 바탕으로, 깊이 350 km까지의 최초 3차원 P‐파( P ‐wave) 속도 구조를 제시한다. 그 결과는 연구 지역 북동부의 지하 95–185 km에서 평균에 비해 2%–4% 빠른 P‐파 속도 이상(V P 교란, V P perturbation)을 보여준다. 이 구조는 리소스피어(lithosphere) 하부의 깊이에서 건조하고 점성이 있으며 견고한 물질이 존재함을 뒷받침하는 증거로 해석된다. 또한 배열 현장의 남서부 및 동부(가장 오래된 해저 >170 Ma)에서는 평균에 비해 2%–4% 느린 두 개의 속도 이상(V P 교란, V P perturbation)이 관찰된다. 저속 영역은 깊이 95–305 km에서 나타난다. 관측된 속도 구조는, 태평양판이 남동쪽에서 핫스팟(hotspots)을 지나 이동하는 동안 상부 맨틀에 영향을 미친 플룸(plume) 활동을 시사할 수 있다. 대안적으로, 관측된 속도 특징은 소규모의 리소스피어 하부(sublithospheric) 대류에 대한 지진학적 증거를 제공할 수 있다.

본 연구는 사질고(지질)공학에의 직접적인 적용을 염두에 두고, 전기비저항 단층촬영(electrical resistivity tomography, ERT)과 표면파의 다채널 분석(multi-channel analysis of surface waves, MASW)을 통합하여 제4기(Quaternary) 고(古)지진 단층 파열(rupture)을 탐지하는 데 있어 그 효과를 평가한다. 우리는 남한 동남부의 양산 단층계(Yangsan Fault system) 따라 총 5개 지점에서 비침습적 지구물리 조사를 수행하였으며, 이들 지점은 시굴(trenching)을 통해 이전에 지표 파열이 확인된 곳이다. 통합 접근법은 전기비저항(ρ)과 전단파 속도(VS) 이상(anomalies)을 영상화하며, 그 폭은 9–66 m이고 심도는 20–25 m까지 이르러, 일반적인 시굴의 탐지 한계를 유의하게 초과한다. 이상은 파열 관련(Type 1)과 기타 지질 요인(Type 2)으로 분류한다. Type 1 이상은 두 조사 간에 양호한 일치성을 보이며, 추정된 지표 파열 위치 인근에서 일관되게 확인된다. 이러한 두 방법의 상호보완성은 중요함이 입증되었다. 즉, ERT는 퇴적 환경에서 유체가 충전된 균열을 효과적으로 탐지하는 반면, MASW는 유압 장벽이 유체 순환을 제한했던 결정질 암(crystalline rocks)에서도 기계적으로 손상된 구역을 식별한다. 본 연구는 고(古)지진 손상 구역(paleo-earthquake damage zones)에 대한 기초 지구물리 특성 신호를 제공하며(ρ: 10–500 Ωm; VS: 150–800 m/s), 이는 전 세계의 유사한 지질 환경에 적용 가능하다. 본 방법론은 전통적인 침습적 기법이 제한되는 도시 기반시설 하부에서 단층 특성화를 위한 재현 가능하고 비용 효율적인 프로토콜을 제공하며, 역동적인 지구운동(활동성 지구구조) 환경에서 지진 재해도 평가와 기초 설계에 필수적인 정량적 기준값을 제공함으로써 기여한다. • 통합 ERT–MASW 접근법은 고(古)지진 손상 구역에 대한 기초 지구물리 특성 신호를 확립한다. • ERT와 MASW는 시굴 한계를 넘어서는 심도에서 지하 이상을 영상화한다. • 현장 특이적 증거는 파쇄된 결정질 암에서 ρ와 Vs 간의 역상관(anti-correlation)을 보여준다. • 본 결과는 도시 단층 특성화에서의 공학지질학적 적용 가능성을 부각한다.