인장 분지의 열구조 진화에 대한 벤치마크 연구 (A benchmark for thermal structure evolution of extensional basin)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질학회
· 수록지 정보 : 지질학회지 / 52권 / 6호 / 885 ~ 900페이지
· 저자명 : 김예슬, 이창열

초록

본 연구에서는 인장 분지의 열구조를 각각 해석적 및 수치해석적으로 연구한 McKenzie (1978)와 Jarvis and McKenzie (1980)를 유한요소법 기반 상용 프로그램인 콤솔 멀티피직스를 이용하여 벤치마크 하였다. 벤치마크 수행을 위하여 McKenzie (1978)와 Jarvis and McKenzie (1980)에 대한 수치모델인 IBE (Instantaneous Basin Extension) 및 PBE (Protracted Basin Extension) 모델을 각각 개발하였다. 벤치마크는 깊이에 따른 지온과 표면에서의 열유동을 계산한 두 논문의 해와 우리의 모델에서 계산한 수치해를 비교함으로써 수행되었고 과거 연구와 잘 일치함을 확인하였다. 더불어 인장 속도가 빠르고 인장인수(β)가 작은 분지의 열구조 해석을 위해서는 IBE 모델이 유용하나, 인장 속도가 느리거나 인장인수(β)가 큰 분지의 열구조 해석에는 PBE 모델이 적합하다는 것을 확인하였다. 개발된 IBE 및 PBE 모델을 울릉 분지와 그 주변에서 측정된 열유동 자료를 해석하기위하여 적용하여 보았다. 울릉 분지와 그 주변에서 측정된 열유동 값은 1,450℃의 맨틀 온도와 2.5의 인장인수(β)를 사용한 IBE 및 PBE 모델에서 계산된 열유동 값과 대체로 일치하였다.

영어초록

We carried out a benchmark study on McKenzie (1978) and Jarvis and McKenzie (1980) that proposed the analytical and numerical solutions for the thermal structures of extensional basin using the finite element package COMSOL Multiphysics®. For the benchmark, numerical models of the IBE (Instantaneous Basin Extension) and PBE (Protracted Basin Extension) models were developed for McKenzie (1978) and Jarvis and McKenzie (1980), respectively. We found an excellent consistency (relative errors < 0.1%) between the numerical solutions of the geotherm and heat flux at the surface from our model calculations and the analytical and numerical solutions of the two previous studies. Our model calculations demonstrate that the IBE model is useful for explaining the thermal structures during basin cooling when fast basin extension and small stretch factor (β) are considered. By contrast, the PBE model is useful for verifying the temporal evolution of the geotherm and heat flux during the basin extension and thermal structures when slow basin extension and/or large stretch factor (β) are examined. The IBE and PBE models were applied to analyze the measured heat flux in the Ulleung Basin and nearby in East Sea. The measured heat flux at the surface is consistent with the calculated results from the two models using a mantle potential temperature of 1,450℃ and a stretch factor (β) of 2.5.

참고자료

· 없음