유한요소 소프트웨어 PyLith와 COMSOL Multiphysics<SUP>®</SUP>를 이용한 암석권의 전단열 수치 모사

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 유한요소법을 이용하여 탄소성 암석권에서의 전단열 수치 모사를 진행하였다. 외부에서 가해진 힘이 제거되었을 때 원래 상태로 돌아오려는 탄성과 다르게 물체에 응력을 가했을 때 영구적으로 변형되는 성질을 소성(plasticity)이라고 한다. 탄소성 지각에 인장력이 작용하면 탄성 변형이 발생한다. 지각에 계속해서 인장력이 작용하면 탄성 변형의 형태로 축적할 수 있는 응력의 최대 한계인 소성 항복강도에 도달하게 되고 이를 초과하면 소성 변형이 시작된다. 이때 초과된 에너지는 소성 변형뿐만 아니라 전단열(shear heating)의 형태로 소산한다. 이때 전단열은 암석권의 국지적인 약대를 발달시킬 수 있는 기작 중 하나로 암석권의 온도를 높이고 강도를 낮춰 암석권의 파괴를 촉진시킬 수 있다. 이러한 응력과 변형의 집중으로 지구의 암석권에서 발생할 수 있는 전단대(shear zone)는 섭입 시작 및 인장 분지와 같은 대변형과 관련된 지질학적 현상에서 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 암석권의 변형 및 지진 단층 모사를 위해 유한요소 기법을 이용한 PyLith 솔버를 사용하였다. PyLith의 소성 변형 계산 능력을 검증하기 위해 항복강도를 조절하며 유한요소 소프트웨어인 콤솔 멀티피직스(COMSOL Multiphysics<SUP>®</SUP>)와의 비교를 진행하였다. 또한 PyLith 솔버에서 전단열이 구현되는지 확인하기 위해 기존에 진행되었던 수치 모사 연구를 벤치마킹했으며 이를 통해 분지 확장 모형과 전단열의 형태와 값이 기존 연구와 유사하게 구현되는 것을 확인하였다. 암석권에서 발생할 수 있는 국부전단대를 유한요소법을 이용해 수치모사 함으로써 판구조론 관점에서 대변형과 관련된 지질학적 현상에 대한 이해도를 증진시킬 수 있을 것으로 기대된다.