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문제 정의
- 본 연구에서는 도심에 비교적 가깝게 위치하는 금정산내의 부산광역시 금정구와 경상남도 양산시 동면의 경계에 위치하고 있는 산지습지(분포범위 35°17'31.31"N~35°17'36.41"N, 129°03'12.35"E~129°03'20.02"E, 면적 약 32,000 m2, 해발고도약 570 m)에 대한 지질학적 특성을 규명하고자 하였다(Fig.
제안 방법
- 금정산 습지의 토양단면 특성을 파악하기 위하여 습지 내 남서부 가장자리(GS-SW), 북동부 가장자리(GS-NE), 장축방향(GS-1∼GS-5)에 시추지점을 선정하여, 핸드오거로 토양 시료를 채취하였으며(Fig. 1(c)), 토양의 색, 화학적 성질, 입도 등의 특징에 따라 토양층을 구분하였다(Fig. 6). 습지의 장축방향(GS-1지점부터 GS-5지점까지)의 토양단면의 각층의 두께를 보면, GS-1지점에서는 O2층이 10 cm, A1층이 90 cm, B1층이 10 cm, B2층이 30 cm를 보이고, GS-2지점에서는 A1층이 60 cm, A3층이 45 cm를 보이고, GS-3지점에서는 O2층이 5 cm, A1층이 45 cm, A3층이 90 cm를 보인다(Fig.
- GS-1지점에서 GS-1-3과 GS-1-7시료, GS-4지점에서 GS-4-3과 GS-4-6시료를 채취하여 토양의 무기물성분을 한국기초과학지원연구원 부산 센터에 의뢰하여 분석하였다. 양이온(Al3+ ,As3+ ,Ca2+ ,Cr3+, Fe2+, K+, Mg2+, Mn2+, Na+, Si4+, Zn2+) 분석을 위한 시료 전처리는 토양시료 0.
- X-선 회절분석 화학성분 분석을 위하여, GS-1지점의 깊이 45 cm(시료 번호 GS-1-3)와 105 cm(시료번호 GS-1-7), 그리고 GS-4지점의 깊이 45 cm(시료번호 GS-4-3)와 90 cm (시료번호 GS-4-6)에서 토양시료를 채취하여 분석하였다. 토양시료의 구성광물을 알기 위한 X-선 회절분석은 기초과학지원연구원 서울센터에 의뢰하여 이루어졌다.
- 그리고, 0.2 μm의 여과지로 여과시킨 후 이온 크로마토그래피(DIONEX사의 ICS-1500)를 사용하여 분석하였다.
- 따라서 금정산의 암석 내에 발달된 절리계의 방향성 및 공간적인 분포는 지하수유동 체계와 밀접한 관련이 있으며(손문 등, 2002), 또한 절리계의 발달과 금정산 습지는 서로 연관성을 가질 것으로 판단된다. 따라서, 절리의 공간적인 분포 특성을 파악하기 위하여 습지를 중심으로 북쪽지역(A, B지역)과 남쪽지역(C, D지역)의 33개의 암석노두에서 201개의 절리의 방향과 그 빈도를 측정하였다(Fig. 1(b)).
- 를 이용하여 암석의 일축압축강도(Su)를 구하였다. (1)식에서 RN은 반발경도이다.
- 습지 주변 암석 노두에서 슈미트 해머(Schmidt hammer)를 사용하여 암석의 반발경도(RN)를 측정하였다. 슈미트 해머는 간편하고 국제적으로 표준화된 시험방법으로 암석의 압축강도를 비파괴 방식으로 판정할 수 있으며, 암석 표면을 슈미트 해머로 타격하여 표면의 손상정도나 반발정도를 측정하여 반발경도를 결정하는 것이다.
- GS-1지점에서 GS-1-3과 GS-1-7시료, GS-4지점에서 GS-4-3과 GS-4-6시료를 채취하여 토양의 무기물성분을 한국기초과학지원연구원 부산 센터에 의뢰하여 분석하였다. 양이온(Al3+ ,As3+ ,Ca2+ ,Cr3+, Fe2+, K+, Mg2+, Mn2+, Na+, Si4+, Zn2+) 분석을 위한 시료 전처리는 토양시료 0.2 g을 질산: 불산: 과염소산 부피비를 4: 4: 1로 혼합산 5 ml에 첨가하고, 가압테플론 용기에 넣어 밀봉한 후 24시간 산처리 과정을 거쳤다. 그리고 130℃에서 시료를 가열시켜 1 ml 이하가 될 때까지 증발시키고 한번 더 혼합산 5 ml를 첨가하여 산처리를 반복하였다.
- 1(b)). 이를 위하여 금정산 산지습지의 지형, 지질, 구조지질학적 특성, 습지 주변 암석의 강도, 습지토양의 단면 특성, 물리적 및 화학적 특성을 파악하였다.
- 그러나, 습지의 가장자리에 위치하는 GS-NE와 GS-SW에서는 다른 지점에 비해서 유기물 함량이 낮게 나타난다. 한편, GS-1-3, GS-1-7, GS-4-3, GS-4-6 시료의 유기물 종류(C, H, O, N, S, P)별 함량은 한국 기초과학지원연구원 부산센터에 의뢰하여 분석하였다. 분석기기는 원소분석기(Elemental analyzer) (독일 Elementar Analysensysteme 사의 모델명 Vario-EL III)로서 가동 온도는 1,150℃이다.
- 분석기기는 유도결합 플라즈마 원자 방출 분광광도계(ICP Optical Emission Spectrometer)(Perkin Elmer사)이었다. 한편, 음이온(F- , Cl- , NO3- , PO43-, SO42-) 분석을 위해서는 시료와 증류수를 1: 10의 무게비로 혼합한 후 진동기에서 1시간 진동시켜 전처리하였다. 그리고, 0.
대상 데이터
- 금정산 습지의 토양단면 특성을 파악하기 위하여 습지 내 남서부 가장자리(GS-SW), 북동부 가장자리(GS-NE), 장축방향(GS-1∼GS-5)에 시추지점을 선정하여, 핸드오거로 토양 시료를 채취하였으며(Fig.
- Schmidt (1960)는 밀도가 치밀한 포틀랜드 시멘트에 대해서 슈미트해머 수치와 일축압축강도 사이에는 산술 좌표에서 서로 뚜렷한 직선 관계가 있다고 보고한 바 있다. 본 연구에서는 일본 산요사 제품의 N-형 슈미트 해머(충격 에너지 2.207Nm)를 사용하였다. 측정 시 현장 조건에 따른 오차들을 최소화하기 위하여 동일한 날에 습윤하지 않은 7곳의 유문암질암 노두와 5곳의 화강암 노두에서 시험을 실시하였다(Fig.
- 한편, GS-1-3, GS-1-7, GS-4-3, GS-4-6 시료의 유기물 종류(C, H, O, N, S, P)별 함량은 한국 기초과학지원연구원 부산센터에 의뢰하여 분석하였다. 분석기기는 원소분석기(Elemental analyzer) (독일 Elementar Analysensysteme 사의 모델명 Vario-EL III)로서 가동 온도는 1,150℃이다. 분석 결과, 산소가 평균 25.
- 1 ppm을 제조하였다. 분석기기는 유도결합 플라즈마 원자 방출 분광광도계(ICP Optical Emission Spectrometer)(Perkin Elmer사)이었다. 한편, 음이온(F- , Cl- , NO3- , PO43-, SO42-) 분석을 위해서는 시료와 증류수를 1: 10의 무게비로 혼합한 후 진동기에서 1시간 진동시켜 전처리하였다.
- 시료는 Ni-filter 가 장착된 CuKα 복사선으로 측정하였으며, 주사 속도는 2°/분, 주사범위는 3°~90°, 가속전압/전류는 40kV/30mA이다.
- 한편, 금정산의 서쪽에는 양산단층, 동쪽에는 동래단층이 각각 북북동-남남서 방향으로 분포하며, 동래단층의 동쪽에는 울산단층이 북북서-남남동 방향으로 발달되어 있다. 연구지역인 금정산 산지습지는 금정산의 서측 사면에 위치하고 있으며, 습지는 북서-남동방향으로 길쭉한 모양을 가지며, 습지의 경사는 완만하고 서쪽(양산방향)으로 개방되어 있어서 습지 형성에 매우 유리한 지형적 조건을 가지고 있다 (Fig. 1). 금정산 지역의 수치표고모델(DEM, Digital Elevation Model)에 의하면, 장군봉-계명봉 능선으로부터 내려오는 습지 시작 지점의 경사가 급격히 평탄하게 변한다.
- 207Nm)를 사용하였다. 측정 시 현장 조건에 따른 오차들을 최소화하기 위하여 동일한 날에 습윤하지 않은 7곳의 유문암질암 노두와 5곳의 화강암 노두에서 시험을 실시하였다(Fig. 2, Table 1). 반발경도(rebound hardness)는 노두면상에서 절리빈도가 가장 높은 지점을 택하여 1m× 1m의 노두 면적에서 각각 10회씩의 측정하였으며, ASTM(2001) 방법에 따라 측정지점의 반발경도(RN)를 결정하였다(Table 1).
이론/모형
- 반발경도(rebound hardness)는 노두면상에서 절리빈도가 가장 높은 지점을 택하여 1m× 1m의 노두 면적에서 각각 10회씩의 측정하였으며, ASTM(2001) 방법에 따라 측정지점의 반발경도(RN)를 결정하였다(Table 1).
- 작열감량법(loss on ignition method)으로 습지 토양의 위치와 깊이에 따른 유기물 함량을 구하였다. 그 결과, 위치에 따라서 차이는 있으나, 유기물 함량은 최대 67.
- X-선 회절분석 화학성분 분석을 위하여, GS-1지점의 깊이 45 cm(시료 번호 GS-1-3)와 105 cm(시료번호 GS-1-7), 그리고 GS-4지점의 깊이 45 cm(시료번호 GS-4-3)와 90 cm (시료번호 GS-4-6)에서 토양시료를 채취하여 분석하였다. 토양시료의 구성광물을 알기 위한 X-선 회절분석은 기초과학지원연구원 서울센터에 의뢰하여 이루어졌다. 사용된 X-선 회절분석기(Philips사의 모델 XPERT XPD)로서 수직 쌍 측각기(모델명 PW3020)의 규격은 θ/2θ이다.
성능/효과
- 그 결과, 위치에 따라서 차이는 있으나, 유기물 함량은 최대 67.83%, 최소 0.85%로서 깊이가 깊어질수록 감소하는 경향성을 보이고 있으며, 특히, 습지의 장축방향(GS-1∼GS-5)으로는 그러한 경향성이 뚜렷이 보인다(Fig. 8).
- 따라서 이들 절리를 따라 지하수가 습지에 공급될 수 있는 조건을 갖추고 있다. 대체로 습지에서 멀어질수록 그리고 습지에서부터 고도가 높아질수록 암석의 강도가 증가하는 경향성을 보이므로, 암석의 풍화의 정도는 습지에 가까울수록 높아짐을 알 수 있다. 또한 금정산습지에서는 기반암인 각섬석화강암의 주성분광물인 장석이 풍화 되어 몬모릴로나이트, 카올리나이트, 깁사이트가 생성됨을 습지 토양의 X선 회절분석 결과로부터 확인할 수 있었다.
- 또한 북동부 가장자리 (GS-NE)에서는 A2층이 10 cm, A3층이 5 cm, B2층이 20 cm, C층이 20 cm의 두께를 보이고, 남서부 가장자리(GS-SW)에서는 A1층이 30 cm, A2층이 25 cm, B2층이 30 cm의 두께를 보인다. 따라서, 습지 내 장축방향으로는 유기물이 상대적으로 많이 집적되어 암흑색을 띄는 A1층이 다른 층에 비해서 두껍게 나타나며, 습지의 가장자리로 갈수록 A1층의 두께가 얇아지는 경향성을 보인다. 한편, B층의 두께는 불규칙하다.
- 대체로 습지에서 멀어질수록 그리고 습지에서부터 고도가 높아질수록 암석의 강도가 증가하는 경향성을 보이므로, 암석의 풍화의 정도는 습지에 가까울수록 높아짐을 알 수 있다. 또한 금정산습지에서는 기반암인 각섬석화강암의 주성분광물인 장석이 풍화 되어 몬모릴로나이트, 카올리나이트, 깁사이트가 생성됨을 습지 토양의 X선 회절분석 결과로부터 확인할 수 있었다.
- 5(a)). 또한 습지(해발고도 570m)와 암석강도 측정 지점간의 고도차에 따른 암석 강도 변화를 도시한 결과, 고도차가 클수록 대체로 암석 강도가 높아지는 것을 알 수 있다(Fig. 5(b)).
- 분석기기는 원소분석기(Elemental analyzer) (독일 Elementar Analysensysteme 사의 모델명 Vario-EL III)로서 가동 온도는 1,150℃이다. 분석 결과, 산소가 평균 25.3 %로 가장 많고, 탄소가 평균 4.03 %이며, H, S, N의 순으로 낮아진다 (Table 2).
- 2 μm의 여과지로 여과시킨 후 이온 크로마토그래피(DIONEX사의 ICS-1500)를 사용하여 분석하였다. 양이온 분석 결과, 가장 높은 농도를 보이는 것은 K+로서 9077~32,224 mg/kg(평균농도 24,155 mg/kg)이며, 두 번째로 높은 것은 Na+ 로서 3261~13,006 mg/kg(평균농도 10,063 mg/kg)이다(Table 3). 이와 같이 K+ 와 Na+ 의 농도가 높게 나타나는 것은 이들 성분이 장석으로부터 유래한다는 것을 지시한다.
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