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동해 울릉분지의 가스 하이드레이트 산출형태와 퇴적물 특성의 관계
김대하,박장준,이진혁,류병재,김지훈,천종화,장찬동,Kim, Dae-Ha,Bahk, Jang-Jun,Lee, Jin-Heuck,Ryu, Byong-Jae,Kim, Ji-Hoon,Chun, Jong-Hwa,Torres, Marta E.,Chang, Chan-Dong 대한자원환경지질학회 2012 자원환경지질 Vol.45 No.4
2010년 2차 울릉분지 가스 하이드레이트 시추 (UBGH2)를 통하여 총 10개 정점에서 가스 하이드레이트 함유 퇴적물 코아를 채취하였다. 이 연구에서는 열화상 분석과 입도분석 결과에 따라 퇴적물 입도분포, 온도 이상(${\Delta}T$), 가스 하이드레이트 포화도, 가스 하이드레이트 산출형태간의 상관관계를 연구하였다. 가스 하이드레이트는 유형 I(니질층의 단열을 충진하는 형태), 유형 II(니질층의 산재하는 형태), 그리고 유형 III(사질층의 공극을 충진하는 형태)로 분류하였다. 입도분석 결과, 유형 I과 II는 가스 하이드레이트 함유 및 미함유 구간 모두 입도가 유사한 니질층으로 이루어진 반면, 유형 III는 입도가 뚜렷이 구별되는 사질층과 니질층으로 이루어져 있다. 유형 III에서는 모래 함량이 증가할 수록 가스 하이드레이트 포화도가 증가함을 확인하였다. 열화상에서 분석된 ${\Delta}T$는 가스 하이드레이트 산출형태와 상관없이 가스 하이드레이트 포화도와 비례하는 경향을 보인다. 시추지점의 암상과 탄성파 단면의 특징에서 보면, 탄성파 단면에서 침니 구조가 나타나는 지점은 유형 I이, 사질층이 거의 없는 분지사면에서는 유형 II가, 저탁류 사질층이 자주 협재하는 지점에서는 유형 III가 우세하게 나타난다. 이와 같은 특징으로 보아 가스 하이드레이트 산출형태는 가스 하이드레이트 함유 지층의 지질학적 특징과 관련 있으며, 특히 퇴적물의 입도분포에 큰 영향을 받음을 보여준다. During the 2nd Ulleung Basin Gas Hydrate Drilling Expedition (UBGH2) in 2010, gas-hydrate-bearing sediment cores were recovered at 10 drill sites. Base, on Infrared (IR) thermal image and grain-size analysis of the cores, three distinct types of gas hydrate are classified: Type I (fracture-filling in mud layers), Type II (disseminated in mud layers), and Type III (pore-filling in sand layers). Types I and II gas hydrates occur in mud as discrete veins, nodules or disseminated particles. Type III fills the pore spaces of the sand layers encased in mud layers. In this case, the sand content of hosting sediments shows a general linear relationship with gas hydrate saturation. The degrees of temperature anomalies (${\Delta}T$) from IR images generally increase with gas hydrate saturation regardless of gas hydrate occurrence types. Type I is dominantly found in the sites where seismic profiles delineate chimney structures, whereas Type II where the drill cores are composed almost of mud layers. Type III was mainly recovered from the sites where hemipelagic muds are frequently intercalated with turbidite sand layers. Our results indicate that gas hydrate occurrence is closely related to sedimentological characteristic of gas hydrate-bearing sediments, that is, grain size distribution.
동해 울릉분지 가스 하이드레이트 매장 지역의 메탄산화 미생물 군집 조성 및 분포
조혜연,김성한,신경훈,박장준,현정호,Cho, Hyeyoun,Kim, Sung-Han,Shin, Kyung-Hoon,Bahk, Jang-Jun,Hyun, Jung-Ho 한국해양학회 2015 바다 Vol.20 No.1
동해 울릉 분지 내 메탄 하이드레이트가 매장된 지역에서 혐기적 메탄 산화와 연관된 미생물 군집 특성을 이해하기 위해 메탄 누출이 있는 대륙사면 정점(UBGH2-3)과 메탄 누출이 없는 분지 정점(UBGH2-10)에서, (1) 퇴적물의 지화학적 성분 및 황산염 환원율을 측정하였으며, (2) 기능성 유전자 분석을 통해 혐기적 메탄 산화 미생물 및 황산염 환원 미생물 군집의 정량 및 다양성 분석을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 황산염-메탄 전이지대(sulfate and methane transition zone, SMTZ)는 UBGH2-3에서 0.5~1.5 mbsf (meters below seafloor), 그리고 UBGH2-10에서는 6~7 mbsf에 분포하는 것으로 나타났다. 두 지역의 SMTZ에서 측정된 황산염 환원율은 UBGH2-3의 1.15 mbsf에서 $1.82nmol\;cm^{-3}d^{-1}$으로 나타났고, UBGH2-10의 SMTZ에서 황산염 환원율은 $4.29nmol\;cm^{-3}d^{-1}$으로 높은 값을 보였다. 총 미생물 16S rRNA gene과 기능성 유전자인 mcrA (methyl coenzyme M reductase subunit A) 및 dsrA (dissimilatory sulfite reductase subunit A)의 정량 PCR 결과 두 정점의 SMTZ 부근에서 상대적으로 높게 검출되었다. 그러나 UBGH2-10지역에서 mcrA 유전자는 SMTZ 아래인 9.8 bmsf에서 가장 높게 검출되었다. mcrA 유전자의 다양성 분석 결과 두 지역의 SMTZ와 그 아래 퇴적층에서 혐기성 메탄산화 고세균(ANME: Anaerobic MEthanothoph) 군집인 ANME-1이 우점하였다. 한편, ANME-2 군집은 메탄 누출이 발생하는 UBGH2-3지역의 2.2 mbsf 층에서만 관찰되었고, 더불어 dsr 유전자 다양성 분석 결과 ANME-2와 컨소시엄을 이루는 Desulfosarcina-Desulfococcus (DSS) 이 나타났다. 본 연구 결과, ANME-1과 ANME-2은 동해 심부 퇴적 환경에서 혐기적 메탄 산화 및 생성 과정에 관여하는 중요한 고세균 군집으로 사료되며, 또한 ANME-2/DSS 컨소시엄은 메탄이 누출되는 지역인 UBGH2-3과 같이 혐기적 메탄 산화가 활발한 곳에서 메탄 거동을 조절하는 중요한 미생물 그룹으로 인식된다. To elucidate the microbial consortia responsible for the anaerobic methane oxidation in the methane hydrate bearing sediments, we compared the geochemical constituents of the sediment, the rate of sulfate reduction, and microbial biomass and diversity using an analysis of functional genes associated with the anaerobic methane oxidation and sulfate reduction between chimney site (UBGH2-3) on the continental slope and non-chimney site (UBGH2-10) on the basin of the Ulleung Basin. From the vertical profiles of geochemical constituents, sulfate and methane transition zone (SMTZ) was clearly defined between 0.5 and 1.5 mbsf (meters below seafloor) in the UBGH2-3, and between 6 and 7 mbsf at the UBGH2-10. At the UBGH2-3, the sulfate reduction rate (SRR) in the SMTZ exhibited was appeared to be $1.82nmol\;cm^{-3}d^{-1}$ at the depth of 1.15 mbsf. The SRR in the UBHG2-10 showed a highest value ($4.29nmol\;cm^{-3}d^{-1}$) at the SMTZ. The 16S rRNA gene copy numbers of total Prokaryotes, mcrA, (methyl coenzyme M reductase subunit A), and dsrA (dissimilatory sulfite reductase subunit A) showed the peaks in the SMTZ at both sites, but the maximum mcrA gene copy number of the UBGH2-10 appeared below the SMTZ (9.8 mbsf). ANME-1 was a predominant ANME (Anaerobic MEthanotroph) group in both SMTZs of the UBGH2-3 and -10. However, The sequences of ANME-2 were detected only at 2.2 mbsf of the UBGH2-3 where high methane flux was observed because of massive amount of gas hydrate at shallow depth. And Desulfosarcina-Desulfococcus (DSS) that is associated with ANME-2 was detected in 2.2 mbsf of the UBHG2-3. Overall results demonstrate that ANME-1 and ANME-2 are considered as significant archaeal groups related to methane cycle in the subsurface sediment of the East Sea, and ANME-2/DSS consortia might be more responsible for methane oxidation in the methane seeping region than in non-seeping region.
동해 울릉분지 가스하이드레이트 형성에 관한 지구물리해석
강동효(Kang, Dong-Hyo),류병재(Ryu, Byong-Jae),유동근(Yoo, Dong-Geun),박장준(Bahk, Jang-Jun),구남형(Koo, Nam-Hyung),김원식(Kim, Won-Sik) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06
On the basis of seismic interpretation, seismic indicators of gas hydrate and associated gas such as bottom simulating reflector (BSR), acoustic blanking, column structure, gas seepage, enhanced reflection were identified in the Ulleung Basin. Fractures, faults, sandy layer could be the migration pathways transporting fluid and gas to stability zone. The formation of gas hydrate in the Ulleung Basin include: (1) nodules, veins, layers in muddy sediments and disseminated forms in sandy layer within localized column structure, (2) disseminated forms in sandy layer, and (3) disseminated forms in sandy layer just above BSR.