단층슬립의 기하분석에 의한 단층의 거동특성을 평가하고자 주단층의 주향변화, 단층 선단부의 발달 상태, 단층대의 폭의 주기적 변화, 단층암의 변형양상, 2차 소단층의 각관계를 근거로 양산단층의 주향을 따라 남쪽 양산에서 북쪽으로 포항시 신광면에 이르는 구간을 5개의 구역($A{\sim}E$)으로 구분하였다. 또한 가상의 단층비지를 대상으로 시행한 이전 여러 실험연구 결과들로부터 얻어진 단층작용의 운동 양상과 변형 조직과의 관계를 양산단층에 적용하고자 하였다. 단층의 미끄럼 거동을 이해하기 위하여 양산단층을 따라 단층의 자세와 단층슬립을 측정하였고, 주단층과 2차 소단층의 Riedel shear 각 관계를 분석하였다. 양산단층 각 구역에서 주단층과 2차 단열의 방향성 및 단층슬립을 이용하여 각 구역별 단층의 거동특성을 해석한 결과 A, D 및 E와 같은 직선구역들은 안정된 전단운동을 한 creeping 운동의 구역으로 평가되었고, 반대로 B와 같은 곡선구역은 stick-slip 운동을 한 locked 구역으로 평가되었다.
단층슬립의 기하분석에 의한 단층의 거동특성을 평가하고자 주단층의 주향변화, 단층 선단부의 발달 상태, 단층대의 폭의 주기적 변화, 단층암의 변형양상, 2차 소단층의 각관계를 근거로 양산단층의 주향을 따라 남쪽 양산에서 북쪽으로 포항시 신광면에 이르는 구간을 5개의 구역($A{\sim}E$)으로 구분하였다. 또한 가상의 단층비지를 대상으로 시행한 이전 여러 실험연구 결과들로부터 얻어진 단층작용의 운동 양상과 변형 조직과의 관계를 양산단층에 적용하고자 하였다. 단층의 미끄럼 거동을 이해하기 위하여 양산단층을 따라 단층의 자세와 단층슬립을 측정하였고, 주단층과 2차 소단층의 Riedel shear 각 관계를 분석하였다. 양산단층 각 구역에서 주단층과 2차 단열의 방향성 및 단층슬립을 이용하여 각 구역별 단층의 거동특성을 해석한 결과 A, D 및 E와 같은 직선구역들은 안정된 전단운동을 한 creeping 운동의 구역으로 평가되었고, 반대로 B와 같은 곡선구역은 stick-slip 운동을 한 locked 구역으로 평가되었다.
In order to assess the fault behavior by the geometric analysis of fault slip, the study area between Yangsan city and Shinkwang-myon, Pohang city along the strike of the Yangsan fault is divided into 5 domains($A{\sim}E$ domains) based on the strike change of main fault, the type of faul...
In order to assess the fault behavior by the geometric analysis of fault slip, the study area between Yangsan city and Shinkwang-myon, Pohang city along the strike of the Yangsan fault is divided into 5 domains($A{\sim}E$ domains) based on the strike change of main fault, the type of fault termination, the cyclic variation of fault zone width, deformation pattern of fault rocks and angular deviation of secondary shears. And, we would apply the relationship between the mode of fault sliding and the resultant deformation texture obtained from previous several experimental studies of simulated fault gouge to the study of the Yangsan fault. To understand sliding behavior of the fault we measured the data of fault attitude and fault slip, and analyzed relationships between the main fault and secondary Riedel shear along the Yangsan fault. The sliding behavioral patterns in each section were analyzed as followings; the straight sections of A, D and E domains were analyzed as the creeping section of stably sliding. In contrast, the curved section of B domain was analyzed as the locked section of stick-slip movement.
In order to assess the fault behavior by the geometric analysis of fault slip, the study area between Yangsan city and Shinkwang-myon, Pohang city along the strike of the Yangsan fault is divided into 5 domains($A{\sim}E$ domains) based on the strike change of main fault, the type of fault termination, the cyclic variation of fault zone width, deformation pattern of fault rocks and angular deviation of secondary shears. And, we would apply the relationship between the mode of fault sliding and the resultant deformation texture obtained from previous several experimental studies of simulated fault gouge to the study of the Yangsan fault. To understand sliding behavior of the fault we measured the data of fault attitude and fault slip, and analyzed relationships between the main fault and secondary Riedel shear along the Yangsan fault. The sliding behavioral patterns in each section were analyzed as followings; the straight sections of A, D and E domains were analyzed as the creeping section of stably sliding. In contrast, the curved section of B domain was analyzed as the locked section of stick-slip movement.
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문제 정의
본 연구는 교육과학기술부 원자력기술개발사업, , 원전부지 설계지진 및 지표변형 평가 최적화 규제기술개발, , 과제의 위탁과제인 설계지진 평가 최적화 기반구축, , 연구로 수행되었음을 밝히며, 이에 깊이 감사드린다.
이러한 연구결과를 대표적인 활성단층인 San Andreas 단층에 적용하여 이단층의 구간별 stable sliding 구간 및 stick-slip 구간을 구분한 바 있다(Moore and Byerlee, 1991). 본 연구에서는 이러한 개념을 기본으로 하여 양산단층의 주단 층과 주변에 발달하고 있는 2차 단층의 단층슬립 및 기하학적 특성을 분석하여 양산단층의 구간별 거동특성을 해석하고자 한다.
이 밖에도 단충운동 시 발달되는 조직구조와 운동 특성을 비교하기 위하여 여러 연구결과를 종합한 바 있는데, 이들 연구들은 단층비지의 생성과정, 봉압과 온도에 따른 영향, 단층비지의 두께와 광물 그리고 단층 비지대 내의 변형으로 요약되며, 실험실 결과와 야외단층에 적용을 하고자 하였다(Tsutsumi, 2002).
일부 실내 암석실험을 통한 마찰실험의 물리적 특성과 부가적으로 형성되는 미구조의 발달과정을 비교하여 단층의 거동특성을 해석하려는 연구가 진행되었다. 이러한 실험에서는 일라이트(illite) 단층비지 (fault gouge)를 대상으로 온도, 봉압, 공극수압, 변형속도 등의 다양한 조건으로 삼축마찰실험을 실시하여 마찰강도와 마찰거동에 따른 단층비지 내 변형구조의 발달과정을 비교하여 단층거동의 특성을 해석하고자 하였다(Moore et al., 1989). 이러한 연구결과를 대표적인 활성단층인 San Andreas 단층에 적용하여 이단층의 구간별 stable sliding 구간 및 stick-slip 구간을 구분한 바 있다(Moore and Byerlee, 1991).
, 1979; Gamond, 1983; Gamond, 1987). 이러한 해석을 국내 활동성 단층으로 많은 관심의 대상이 되고 있는 양산단층에 적용하고자 하였다. 양산단층을 따라 남쪽의 양산시에서 북쪽으로 포항시 신광면에 이르는 17개 지역에서 주단층대 주변에 발달하고 있는 2차적인 소단층 999개의 자료들을 측정하였다.
1). 이러한 현상은 지진발생의 원인을 밝히기 위한 방안으로 많은 실험적 연구가 수행되었고, 이러한 현상은 현재에도 활동하고 있는 San Andreas 단층과 같은 대단증에서 일부 구간에는 지진이 활발하게 일어남에도 불구하고 또 다른 구간에서는 지진이 거의 일어나지 않는다는 사실로부터 그 차이점을 해석하고자 활용되었다. 즉, 대규모 단층의 운동 시 stable sliding과 stick-slip 운동양상에 따라 지진현상들에 차이가 있으며 이러한 거동특성에 따라 단층대 내의 미세구조들의 발달과 기하학적 특징도 달리 나타난다는 것이다.
제안 방법
양산단층을 따라 남쪽의 양산시에서 북쪽으로 포항시 신광면에 이르는 17개 지역에서 주단층대 주변에 발달하고 있는 2차적인 소단층 999개의 자료들을 측정하였다. 각 소단층에서는 단층의 주향과 경사, 2차 소단층의 단층 슬립을 측정하였다. 각 지점에서 단층조선의 발달이 미약하거나 운동감각을 판정하기 곤란한 경우에는 해석에 제외하였으며, 단층면의 운동감각 결정방법으로 열쇄층(key bed)과 같은 기준이 될만한 층리면들의 어긋나기를 측정하였고, 방해석 혹은 석영암맥들의 방향성도 중요한 자료가 되었다.
각 소단층에서는 단층의 주향과 경사, 2차 소단층의 단층 슬립을 측정하였다. 각 지점에서 단층조선의 발달이 미약하거나 운동감각을 판정하기 곤란한 경우에는 해석에 제외하였으며, 단층면의 운동감각 결정방법으로 열쇄층(key bed)과 같은 기준이 될만한 층리면들의 어긋나기를 측정하였고, 방해석 혹은 석영암맥들의 방향성도 중요한 자료가 되었다. 또한 단층면 상에서 단층의 운동감각을 지시할만한 광물섬유 성장구조, 변형된 비대칭 공극, 이차단열인 Riedel shear의 특징과 단단한 입자의 긁힌 흔적 등을 이용하여 판별하였다.
야외 노두의 자료가 빈약하므로 정확한 해석이 용이하지 않은 구역이다. 경주시 입구에서 안강 및 포항시 신광면에 이르는 D 구역과 E 구역은 넓은 단층대와 남북방향에 가까운 주향에 선형적인 주단층 발달이 유사하지만, 두 구역의 구분은 단층대 폭의 변화와 단층대의 발달과 단층암의 변형양상도 점차 약해짐을 근거로 나누었다. 이들 단층대의 구조요소와 P사!ear 발달우세 등으로 보아 이들 구간은 직선구간에 해당되며 Creeping 운동을 한 구역으로 해석된다.
못하다. 따라서 좀 더 세분하여 분석하고자 주단층의 주향과 관련하여 단일 운동을 나타내는 것으로 판단되는 선경사가 45° 이하인 주향 이동성 특징만을 보이는 단층들로만 구조요소들을 구분하여 선별하였다. 이러한 작업은 양산단층의 주단층의 주향을 두고 주향이동이라는 가정하에서 개개 소단층들의 주향과 운동감각을 고려하여 주단 층에 대한 소단층들의 각 관계로부터 분석한 것이다.
각 지점에서 단층조선의 발달이 미약하거나 운동감각을 판정하기 곤란한 경우에는 해석에 제외하였으며, 단층면의 운동감각 결정방법으로 열쇄층(key bed)과 같은 기준이 될만한 층리면들의 어긋나기를 측정하였고, 방해석 혹은 석영암맥들의 방향성도 중요한 자료가 되었다. 또한 단층면 상에서 단층의 운동감각을 지시할만한 광물섬유 성장구조, 변형된 비대칭 공극, 이차단열인 Riedel shear의 특징과 단단한 입자의 긁힌 흔적 등을 이용하여 판별하였다.
본 연구에서는 단층대 내의 단층암 조직의 발달과 거동과의 관계 해석에 기초한 기본적 이론을 바탕으로 양산단층의 주향을 따라 양산시에서 북으로 언양 및 경주를 거쳐 포항시 신광면에 이르는 약 80 km이 이르는 영역에서 주단층의 주향변화, 단층대 폭의 변화, 단층의 선단부 발달형태, 주단층과 주변 소단층의 기하특성 등에 의해 5개의 구역 (A~E)으로 구분하였고, 이를 근거로 구역별 단층의 거동을 해석하였다.
본 연구에서는 주단층의 주향변화, 단층대의 폭, 단층암의 변형양상, 주단층과 2차단열의 누적 각 관계를 근거로 양산에서 북으로 가면서 언양, 경주 및 포항시 신광면에 이르는 양산단층 구간을 5개의 구역 (A~E)으로 구분하였다. 야외 단층암의 구조요소와 실내 단층 모델실험에 의한 단층운동을 근거로 양산단층의 각 구역에서의 단층거동을 해석하면 A, D, E 구역들은 직선구간에 해당되며 안정한 전단운동을 한 Creeping 운동의 구역이고, B 구역은 주단층의 주향변화와 선단부의 발달 형태, 단층대 폭의 변화 및 2차단열에 의한 누적 각 관계 등으로 보아 곡선구간에 해당되고 Locked 운동을 한 구역으로 해석된다.
이러한 연구방법은 단층의 전단운동에 따라 단층대 내의 단층비지에 나타나는 조직의 현미경적 관찰에서부터 출발하지만, 단층 발달과정은 규모에 관계없이 그 현상이 유사하게 나타나기 때문에 주단층과 주변 소 단층에서 나타나는 구조요소들로부터 단층거동을 해석할 수 있을 것이다. 각 구역별로 소단층에 대한 특징을 살펴보면 경남 양산에서 울산시 두동면에 이르는 A 구역은 넓은 단층대 폭을 가지고 있으며, 단층대 중앙부에 파쇄된 단층 암을 뚜렷이 볼 수 있다.
구분하여 해석하는 것이 바람직하다. 이에 따라 본 연구에서는 양산단층의 주향을 따라 전체 단층길이 중남쪽 경남 양산시 동면 석산리(No. 197)에서 울산시 울주군 두서면 활천리(No. 182), 경주시 성건동(No. 132) 을 거쳐, 북쪽으로 포항시 북구 신광면 흥곡리 (No. 171) 에 이르는 지역까지 양산단층의 주단층 주향변화, 단층 선단부의 발달상태, 고응력 해석 및 각 영역에서의 소 단층의 기하특징과 단층대 폭의 변화(장천중과 이종림, 1997)에 따라 연구지역 단층구간을 5개의 구역으로 구분하고, 각 구역의 소단층에 대한 주향을 Rose diagram 으로 도시하였다(Fig. 4).
5에서 제시한 방향으로 각각 (+)와 (-) 방향으로 설정하였다. 이와 같이 개별 노두에서 단층 슬립에 의한 2차 소단층의 운동특성을 구분하고, 각각에 해당되는 2차 소단층과 주단층과의 각 편차에 대한 가중치를 반영하고자 주단층과 2차 소단층 사이의 각 편차 자료의 수를 곱한 누적 수치를 고려하여 평가하였으며, 이들 자료로부터 각각의 구역에 대한 P-shear와 Reliear 의 비율을 환산하였다(Table 2).
이러한 작업은 양산단층의 주단층의 주향을 두고 주향이동이라는 가정하에서 개개 소단층들의 주향과 운동감각을 고려하여 주단 층에 대한 소단층들의 각 관계로부터 분석한 것이다. 즉, 각 구역에서의 주단층의 주향과 소단층의 단층 슬립 벡터에 의한 좌수향 및 우수향의 소단층들을 구분하고 이를 근거로 주단층과의 각관계 의한 P-Shear 및 R-shear를 구분하여 분석하였다. 단층의 주향과 평행한 단층은 중심 (0)에 두고 P-shear와 R-shear에 해당되는 자료들은 Fig.
대상 데이터
이러한 해석을 국내 활동성 단층으로 많은 관심의 대상이 되고 있는 양산단층에 적용하고자 하였다. 양산단층을 따라 남쪽의 양산시에서 북쪽으로 포항시 신광면에 이르는 17개 지역에서 주단층대 주변에 발달하고 있는 2차적인 소단층 999개의 자료들을 측정하였다. 각 소단층에서는 단층의 주향과 경사, 2차 소단층의 단층 슬립을 측정하였다.
이론/모형
발견되어 평가되었다. 이들 각 단층에 대한 기하학적 및 운동학적 특성과 연대측정에 관한 상세한 기술 내용의 종합은 Q-GIS(Quatemary Geological Information System) 프로그램으로 등록하였다(한국수력원자력, 2009).
성능/효과
또한 이 실험 단층비지에서는 실험 조건과 현상에 따라 단층대 조직구조의 발달과정을 분석해 본 결과 (1) 저각의 kink band를 가지면서 광물조직구조가 전체 비지에서 발달하고, (2) 다음으로 저각의 kink band의 무리가 점차 Riedel shear와 boundary shear로 발달하고, (3) 좀더 진전되면 잘 발달된 보조 전단띠가 형성되고, (4) 마지막으로 좁은 띠의 boundary shear와 Riedel shear가 뚜렷하게 형성되는 과정으로 발달한다. 이러한 삼축마찰실험, 단층비지 내 미구조의 발달과정과 sliding mode 사이의 관계를 정리하였다(Moore et al.
또한 주단층과 주변 2차단열의 누적 각 관계에 의한 P/R-shear 비를 살펴보면 P-shear이 매우 우세하게 발달된 양상을 볼 수 있다. 이상의 내용을 근거로 A 구역에서의 양산단층의 거동은 많은 변위량을 가진 안정된 전단운동을 한 직선구간(straight section)에 해당되는 Creeping 운동 구역으로 해석할 수 있다. 그러나 이 구역의 길이는 약 40km로서 단층대 폭의 변화에 의한 25-30 km 분절 가능성에 비추어보면 좀 더 세분된 구분이 필요할 것이다.
이 구역에서 측정된 전체 189개 소단층들의 NS 방향과 NNE방향이 우세하면 이들 전체의 평균방향은 N9°E로 이는 이 지역의 주단층의 주향과 일치한다. 전체 자료들 중 2차단열의 각관계를 해석할 수 있는 자료 116개 만을 분석한 결과 누적 각관계에 의한 P-shear/R-shear 값은 1.386으로 P-shear가 우세하게 발달한 것으로 나타났다.
후속연구
이상의 내용을 근거로 A 구역에서의 양산단층의 거동은 많은 변위량을 가진 안정된 전단운동을 한 직선구간(straight section)에 해당되는 Creeping 운동 구역으로 해석할 수 있다. 그러나 이 구역의 길이는 약 40km로서 단층대 폭의 변화에 의한 25-30 km 분절 가능성에 비추어보면 좀 더 세분된 구분이 필요할 것이다.
이 구역에서 관찰된 총 96개의 자료들은 WNW방향의 자료들이 우세하고 NNE 방향이 다음으로 우세하게 나타나는데 WNW 방향의 우세군에 대한 원인과 야외 현상과 달리 P-shear의 우세현상은 좀 더 많은 자료를 이용하여 분석할 필요가 있을 것이다.
아니다. 이러한 차원에서 본 연구는 단층대 거동특성을 파악하고자 소단층들을 이용하였으며, 향후 보다 정밀한 양산단층의 운동해석을 위해서는 단층암의 미구조 연구가 추가로 필요할 것으로 생각된다.
, 1979; Moore and Byerlee, 1991, 1992; Tsutsumi, 2002). 이와 같이 기본적 실험연구에서 밝혀진 Riedel shear의 방향과 sliding 거동과의 관계가 성립한다면 야외 단충에 적용하는 것이 가능할 것이다. 특히 고지진학 연구에서 과거 지진을 연구할 때 단층대의 여러 분절에서 지진재해의 잠재성을 평가하게 되는데, 이 경우 주어진 단층분절에서 주단층과 2차로 발생되는 Riedel shear 방향을 이용하여 과거에 지진이 일어났는지 혹은 그 분절을 따라서 지진이 발생할 것인지 해석하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.
이와 같이 기본적 실험연구에서 밝혀진 Riedel shear의 방향과 sliding 거동과의 관계가 성립한다면 야외 단충에 적용하는 것이 가능할 것이다. 특히 고지진학 연구에서 과거 지진을 연구할 때 단층대의 여러 분절에서 지진재해의 잠재성을 평가하게 되는데, 이 경우 주어진 단층분절에서 주단층과 2차로 발생되는 Riedel shear 방향을 이용하여 과거에 지진이 일어났는지 혹은 그 분절을 따라서 지진이 발생할 것인지 해석하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.
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