동부 아이펠 화산대 광천가스 변동과 미지의 단층 연계성 연구

초록

동부 아이펠 화산대(E‑EVF) 내 3개 광천(Nette, Kärlich, Kobern)에서 7개월 간 격주, 4주 간 8시간 간격으로 가스(He, Rn, CO₂, O₂) 농도를 연속 측정하였다. 통계·지구물리·지구화학적 분석을 통해 가스 변동과 지진, 조석, 기상 요인 간 인과관계를 탐색했으며, CO₂가 모든 샘플에서 주요 운반가스가 아님을 확인했다. CO₂‑He 시계열 분석 결과 Nette‑Kärlich은 ENE‑WSW 방향의 연속 단층으로 직접 연결되고, Kärlich‑Kobern(NNE‑SSW) 및 Nette‑Kobern(NW‑SE)도 각각 새로운 단층 체계와 연계됨을 밝혀냈다. 기압·조석·소규모 지진은 가스 방출에 영향을 주지 않았으며, 화산활동은 휴면 상태이나 완전히 소멸되지 않았다. 최소 격주 샘플링을 통한 지속적 모니터링을 권고한다.

상세 분석

본 연구는 동부 아이펠 화산대(E‑EVF) 내 삼중 광천(Nette, Kärlich, Kobern)에서 가스 방출 특성을 장기·단기 두 축으로 정밀 관측한 최초 사례라 할 수 있다. 7개월 동안 격주(2주 간격)로, 추가로 4주 동안 8시간마다 샘플을 채취해 He, Rn, CO₂, O₂ 네 종류의 농도를 정량화하였다. 데이터 전처리 단계에서는 결측값 보간, 이상치 제거, 그리고 계절성·주기성을 고려한 정규화를 수행했으며, 이후 시계열 상관분석, 교차상관함수(CCF), 그리고 그랜저 인과관계 검정을 적용해 변수 간 인과성을 탐색하였다.

통계 결과는 He와 Rn이 서로 강한 양의 상관관계를 보이며, CO₂와 He 사이에서도 유의미한 시차적 연관성이 존재함을 보여준다. 특히, Nette와 Kärlich 사이에서는 CO₂ 변동이 He 변동을 약 12시간 앞서 선행하는 패턴이 반복적으로 나타났으며, 이는 두 광천이 동일한 지하 흐름 경로를 공유한다는 강력한 증거로 해석된다. 반면, Kobern에서는 He와 CO₂ 간 상관성이 약해, 다른 지하 구조가 작용하고 있음을 시사한다.

지진 데이터와의 연계 분석에서는 2010년 이후 발생한 소규모 지진(Mw < 3.0)이 가스 농도 변동과 통계적으로 유의미한 연관성을 보이지 않았다. 또한, 기압 변화와 조석(월·반월·일조) 주기 역시 가스 방출에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이는 가스 이동이 주로 구조적(단층) 통로에 의해 제어되며, 외부 환경 요인보다는 지하 압력·온도·화학적 구배가 주된 구동력임을 의미한다.

지질구조 해석에서는 기존 지질도에 명시되지 않았던 ENE‑WSW 방향의 연속 단층이 Nette와 Kärlich을 직접 연결한다는 새로운 가설을 제시한다. 이와 더불어, Kärlich‑Kobern 사이에 NNE‑SSW 방향, Nette‑Kobern 사이에 NW‑SE 방향의 단층 체계가 존재한다는 증거를 시계열 교차상관과 그랜저 인과관계 분석을 통해 도출하였다. 이러한 미지의 단층 네트워크는 2010년대 이후 증가한 지진 활동과 연관될 가능성이 높으며, 향후 지진 위험도 평가에 중요한 입력 변수로 활용될 수 있다.

마지막으로, 화산활동이 현재는 휴면 상태이나 완전히 소멸되지 않았다는 결론을 내렸다. 지속적인 가스 방출, 특히 He와 Rn 같은 방사성·비활성 가스의 존재는 깊은 지하에서 아직도 열·가스 흐름이 유지되고 있음을 시사한다. 따라서, 최소 격주 샘플링을 통한 장기 모니터링 체계 구축이 필요하며, 이는 화산·지진 위험 예측 및 지역 지질학적 이해를 증진시키는 핵심 기반이 될 것이다.