이 연구에서는 경기육괴내에 존재하는 것으로 알려진 대규모 단층대인 신갈단층을 기흥지역에서 확인하였다. 기흥저수지 지역의 지질공학적 조사를 실시하여 단층대 위치 및 특징을 파악하였다. 이 단층대는 신갈단층으로 알려져 있으며, 남북방향으로 발달된 이 단층대는 추가령 열곡 내에서 리델 타입(Riedel-type)의 주향이동 단층으로 해석된다. 단층대를 따라서 62공의 시추조사와 전기비저항탐사 약 11 km, 바이브로사이즈 탄성파탐사 약 500 m를 실시하였다. 시추조사 및 물리탐사 결과, 최대 폭 300미터의 단층대는 주로 가우지 및 단층각력으로 구성되며, 망상의 2차 균열이 단층대 안에 서로 평행하게 발달함이 확인되었다. 시추조사 및 물리탐사 결과, 신갈단층의 휘어지는 부분인 기흥저수지 지역에서 꽃 구조(flower structure)와 유사한 지질구조의 발달 가능성이 있을 것으로 예측되지만, 연구지역의 특성상 노두 확인이 불가능하기 때문에 이와 같은 해석에는 불확실성이 있다. 따라서 단층대의 기하학적 특징, 단층간의 연결 형태 등에 대한 자세한 조사가 이루어질 필요가 있다.
이 연구에서는 경기육괴내에 존재하는 것으로 알려진 대규모 단층대인 신갈단층을 기흥지역에서 확인하였다. 기흥저수지 지역의 지질공학적 조사를 실시하여 단층대 위치 및 특징을 파악하였다. 이 단층대는 신갈단층으로 알려져 있으며, 남북방향으로 발달된 이 단층대는 추가령 열곡 내에서 리델 타입(Riedel-type)의 주향이동 단층으로 해석된다. 단층대를 따라서 62공의 시추조사와 전기비저항탐사 약 11 km, 바이브로사이즈 탄성파탐사 약 500 m를 실시하였다. 시추조사 및 물리탐사 결과, 최대 폭 300미터의 단층대는 주로 가우지 및 단층각력으로 구성되며, 망상의 2차 균열이 단층대 안에 서로 평행하게 발달함이 확인되었다. 시추조사 및 물리탐사 결과, 신갈단층의 휘어지는 부분인 기흥저수지 지역에서 꽃 구조(flower structure)와 유사한 지질구조의 발달 가능성이 있을 것으로 예측되지만, 연구지역의 특성상 노두 확인이 불가능하기 때문에 이와 같은 해석에는 불확실성이 있다. 따라서 단층대의 기하학적 특징, 단층간의 연결 형태 등에 대한 자세한 조사가 이루어질 필요가 있다.
In this study, the Singal fault zone in the Gyeonggi massif is identified in the Kiheung area. Geotechnical investigations were carried out to locate and characterize of the Singal fault zone in the Kiheung reservoir area. The N-S striking Shingal fault is known to be a Riedel-type strike-slip fault...
In this study, the Singal fault zone in the Gyeonggi massif is identified in the Kiheung area. Geotechnical investigations were carried out to locate and characterize of the Singal fault zone in the Kiheung reservoir area. The N-S striking Shingal fault is known to be a Riedel-type strike-slip fault within the Choogaryung rift. Along the fault zone, 62 bore holes were drilled and electrical resistivity survey of about 11km, and vibroseis seismic refraction and reflection survey of about 500m were done. From the result of investigations, it is found that the fault zone, consisting mainly of gouge and breccia, has maximum width of 300 meters with anastomosing geometry of secondary fractures developed subparallel to the fault zone. We interpret these geometric features to be the result of structural development of flower-structure type at the restraining band of strike-slip fault. However, there are uncertainties of this interpretation because there are virtually no outcrops in the area. Further investigation to understand geometric features and linkage style of the fault zone.
In this study, the Singal fault zone in the Gyeonggi massif is identified in the Kiheung area. Geotechnical investigations were carried out to locate and characterize of the Singal fault zone in the Kiheung reservoir area. The N-S striking Shingal fault is known to be a Riedel-type strike-slip fault within the Choogaryung rift. Along the fault zone, 62 bore holes were drilled and electrical resistivity survey of about 11km, and vibroseis seismic refraction and reflection survey of about 500m were done. From the result of investigations, it is found that the fault zone, consisting mainly of gouge and breccia, has maximum width of 300 meters with anastomosing geometry of secondary fractures developed subparallel to the fault zone. We interpret these geometric features to be the result of structural development of flower-structure type at the restraining band of strike-slip fault. However, there are uncertainties of this interpretation because there are virtually no outcrops in the area. Further investigation to understand geometric features and linkage style of the fault zone.
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문제 정의
2차원 전기비저항탐사와 측정원리 및 탐사방법은 동일하지만 3차원 전기비저항탐사의 실시는 3차원적 해석을 통하여 해석영역 내에 분포하는 전기비저항이 낮은 비저항 이상대(저비저항 이상대)를 3차원으로 확인하는 것을 목적으로 한다. 따라서 3차원 전기비저항탐사는 2차원 전기비저항탐사 결과에서는 확인할 수 없는 단층대의 주향방향 및 규모를 파악할 수 있다.
우리의 연구는 서울 이남지역의 기흥저수지 인근에서 신갈단층의 확인을 위해 이루어졌다. 이 지역에 기흥저수지 하저로 터널이 계획되어 있기 때문에(Kim et al.
우리의 연구는 서울 이남지역의 기흥저수지 인근에서 신갈단층의 확인을 위해 이루어졌다. 이 지역에 기흥저수지 하저로 터널이 계획되어 있기 때문에(Kim et al., 2011) 단층대 분포의 기하학적 특성을 정확히 파악하여 터널과 단층대간의 교차구간을 최소화 하는데에 연구의 주안점을 두었다.
제안 방법
11a) 확인된 단층대, (ii) 3차원 전기비저항탐사 남측에서 동서 방향의 전기비저항탐사에서 확인된 저비저항 이상대(Fig. 8b), (iii) 시추공에서의 단층암 함량(Table 2)이 높게 나타나는 곳을 탐사결과와 연관된 분석을 통하여 주단층을 Fig. 12b와 같이 해석하였다. 파생단층은 3차원 전기비저항탐사 지역에서만 연장과 방향이 확실할 뿐, 3차원 전기비저항탐사가 이루어지지 않은 그 밖의 지역에서는 파생단층의 연장성이 불확실하다.
또한 송신 주파수 대역을 조정함으로써 원하는 송신파형의 임의적인 생성이 가능하고 이에 따라 고분해능 탐사에 필요한 고주파 성분의 확보가 가능하여 바이브로사이즈를 이용하였다. 금번 연구에서는 바이브로사이즈를 송신원으로하여 굴절법 및 반사법 두 가지 모두를 해석하여 단층대의 특성을 파악하였다. 적용된 장비는 탄성파 발생원으로 miniVib T-2500(미국 IVI사)와 수진기(vertical geophone)을 사용하였으며, 미국 지오메트릭사의 측정시스템(GeodeDZ)이 이용되었다.
전기비저항탐사는 변질대나 단층 파쇄대의 탐지에 유리하지만 지표 부근에 매우 전기비저항이 낮은 구간이 분포하고 있는 경우 심부에 대한 탐사 및 해석에 많은 영향을 준다. 금번 연구지역은 도심지를 통과하는 구간이 많아 지장물 및 전선의 영향으로 많은 간섭이 발생할 수 있어 전체 구간에 대한 전기비저항탐사를 실시하지 못하였고, 전기비저항 간섭이 적은 기흥저수지구간에서 종단 및 횡단의 여러 측선을 수행하였다. 연구지역 중 기흥저수지구간에서 실시한 하상 전기비저항탐사는 저수지 바닥에 전극을 설치하고 쌍극자배열을 이용하여 탐사를 수행하였으며, 단층대의 주향방향에 대한 2측선(L=1,640 m)을 수행하고 주향에 수직한 방향으로 6측선(L=3,245 m)를 조사하였다.
기반암에 대한 암질 상태, 균열상태, 파쇄구간의 분포 및 단층대를 파악하기위하여 시추조사를 실시하였다. 시추조사에는 여러 종류의 방법 중 회전수세식(rotary wash type)을 적용한 시추기를 사용하고, NX 크기(직경 76 mm)의 시추공이 천공되었다.
4). 기존자료와 선구조 분석 결과를 이용하여 지질조사와 시추조사, 물리탐사를 계획하였다. 기흥저수지구간을 통과할 것으로 예상되는 신갈단층대에 대한 규모 및 위치를 3차원적으로 해석하기 위하여 3차원 전기비저항탐사와 바이브로사이즈(vibroseis)를 음원으로 심도 약 200m까지 지반의 탄성파속도를 확인할 수 있는 탄성파탐사를 적용하였다.
기존자료와 선구조 분석 결과를 이용하여 지질조사와 시추조사, 물리탐사를 계획하였다. 기흥저수지구간을 통과할 것으로 예상되는 신갈단층대에 대한 규모 및 위치를 3차원적으로 해석하기 위하여 3차원 전기비저항탐사와 바이브로사이즈(vibroseis)를 음원으로 심도 약 200m까지 지반의 탄성파속도를 확인할 수 있는 탄성파탐사를 적용하였다. 연구지역에 대한 시추조사 위치 및 물리탐사를 수행한 탐사측선, 각 조사의 목적과 및 위치는 Table 1 및 Fig.
반면에 바이브로사이즈와 같은 진동형 송신원은 순간적인 에너지 크기는 작으나 이를 긴 시간동안 적용함으로써 탐사심도 확보에 필요한 에너지를 담보하여 동일지점에서 반복송신이 가능하여 중합이 가능하다. 또한 송신 주파수 대역을 조정함으로써 원하는 송신파형의 임의적인 생성이 가능하고 이에 따라 고분해능 탐사에 필요한 고주파 성분의 확보가 가능하여 바이브로사이즈를 이용하였다. 금번 연구에서는 바이브로사이즈를 송신원으로하여 굴절법 및 반사법 두 가지 모두를 해석하여 단층대의 특성을 파악하였다.
바이브로사이즈를 음원으로 하여 2개소에 대한 탐사를 수행하였으며, 획득된 자료로부터 굴절법 및 반사법의 2가지 방법 모두를 적용하여 해석을 하였다. Fig.
일반적으로 하상구간에서의 전기비저항탐사는 저수지 바닥에 전극을 설치하여 전기비저항값을 측정하지만 금번 3차원 전기비저항탐사에서는 전극을 장착한 스트리머 케이블을 이용하여 배로 이동하면서 전기비저항값을 측정을 하였다. 본 연구에서의 전극을 설치한 스트리머 케이블의 사용은 탐사시간 및 비용 등의 측면에서 저수지 바닥에 전극을 설치하는 것보다는 시간적으로 효율성을 높이기 위하여 적용하였다(Kim et al., 2002). 스트리머 케이블을 이용한 방법을 적용하여 신갈단층이 예상되는 위치에서 400×200 m 범위의 영역에서 20개의 측선을 실시하였으며, 단층대의 주향 방향으로 9측선(L=1,800 m), 주향에 수직한 방향으로 11측선(L=4,400 m)를 조사하였다.
스트리머 케이블을 이용한 방법을 적용하여 신갈단층이 예상되는 위치에서 400×200 m 범위의 영역에서 20개의 측선을 실시하였으며, 단층대의 주향 방향으로 9측선(L=1,800 m), 주향에 수직한 방향으로 11측선(L=4,400 m)를 조사하였다.
이번 조사에서는 총 62공을 수행하여 단층대의 영향범위 및 분포를 파악하였다. 시추심도는 터널 하부까지로서, 대략적으로 지표하부로 36~85 m 심도까지 조사하였다.
시추조사는 수원도폭(Oh and Yuhn, 1972)에서 신갈단층대로 표시된 위치에서 수행하였다(Fig. 5). 이 지역은 기흥저수지의 중앙부로서 NTB-44와 45 두 지점에서 시추조사를 하였으나, 두 공에서 모두 신선한 규장 편마암이 산출하여 시추조사를 통한 신갈단층의 확인은 실패하였다.
앞서 실시한 2차원 전기비저항탐사 결과로는 단층대 위치에 대한 개략적인 파악만 가능하며, 단층대의 방향성, 연속성 및 규모의 확인이 어렵기 때문에 3차원 전기비저항탐사가 수행되었다. 그 결과 3개의 대규모 저비저항 이상대가 확인되었다(Fig.
금번 연구지역은 도심지를 통과하는 구간이 많아 지장물 및 전선의 영향으로 많은 간섭이 발생할 수 있어 전체 구간에 대한 전기비저항탐사를 실시하지 못하였고, 전기비저항 간섭이 적은 기흥저수지구간에서 종단 및 횡단의 여러 측선을 수행하였다. 연구지역 중 기흥저수지구간에서 실시한 하상 전기비저항탐사는 저수지 바닥에 전극을 설치하고 쌍극자배열을 이용하여 탐사를 수행하였으며, 단층대의 주향방향에 대한 2측선(L=1,640 m)을 수행하고 주향에 수직한 방향으로 6측선(L=3,245 m)를 조사하였다.
연구지역에서의 신갈단층대 분포 특성을 규명하기 위해서 Fig. 5와 같이 신갈단층으로 예상되는 위치를 따라서 시추조사와 2차원, 3차원 전기비저항탐사 및 바이브로사이즈 탄성파탐사를 수행하였다.
연구지역의 신갈단층대 파악을 위해서 우선적으로 기존자료(KIGAM, 1999; Oh and Yuhn, 1972) 및 선구조 분석을 실시하였다(Fig. 4). 기존자료와 선구조 분석 결과를 이용하여 지질조사와 시추조사, 물리탐사를 계획하였다.
연구지역의 지질특성을 파악하기 위하여 연구지역을 가로×세로(5 km×4 km)의 영역으로 설정하고 이 주변에 대한 노두조사를 실시하였다.
이 연구에서 시추조사 및 물리탐사를 통하여 기존도폭이 기재한 위치에서 동측으로 약 300 m 이격된 지점에 폭 300 m의 N10°E 방향성을 보이는 대규모의 단층대를 확인하였다.
, 2000). 이러한 지반의 성질을 이용하여 지하에 분포하는 전기비저항값을 측정하여 지반구조를 파악한다. 전기비저항탐사는 변질대나 단층 파쇄대의 탐지에 유리하지만 지표 부근에 매우 전기비저항이 낮은 구간이 분포하고 있는 경우 심부에 대한 탐사 및 해석에 많은 영향을 준다.
대상 데이터
연구지역은 경기도 용인시 기흥구 일원에서 경기도 화성시 동탄면 일원의 경부고속도로 인근으로 한반도 지체구조구 중 경기육괴의 서쪽에 위치하고 있다(Fig. 1). 이 지역의 기반암은 주로 선캄브리아기의 경기변성암 복합체로 분포하고 있으며(Kim, 1973), 플리오세에서 제4기 화성활동에 의한 것으로 알려진 추가령구조대가 발달한다(Fig.
이번 연구에서는 2개소에서 각각 302 m, 190 m의 연장에 대하여 탐사를 수행하였다(Fig. 6).
시추조사에는 여러 종류의 방법 중 회전수세식(rotary wash type)을 적용한 시추기를 사용하고, NX 크기(직경 76 mm)의 시추공이 천공되었다. 이번 조사에서는 총 62공을 수행하여 단층대의 영향범위 및 분포를 파악하였다. 시추심도는 터널 하부까지로서, 대략적으로 지표하부로 36~85 m 심도까지 조사하였다.
이론/모형
4. Lineament map analyzed using digital elevation model.
금번 연구에서는 바이브로사이즈를 송신원으로하여 굴절법 및 반사법 두 가지 모두를 해석하여 단층대의 특성을 파악하였다. 적용된 장비는 탄성파 발생원으로 miniVib T-2500(미국 IVI사)와 수진기(vertical geophone)을 사용하였으며, 미국 지오메트릭사의 측정시스템(GeodeDZ)이 이용되었다.
성능/효과
② 미시추구간에서는 2차원, 3차원 전기비저항탐사 및 바이브로사이즈 탄성파탐사를 실시하여 신갈단층대를 확인하고, 저수지구간에 망상(anastomosing)의 형태로 분포하는 것을 확인하였다. 망상의 형태는 주향이동단층 발생시 휘어지는 곳에서 나타나는 꽃 구조로 해석될 수 있지만 노두확인이 불가능한 연구지역에서 이와 같은 해석을 하기에는 한계점이 있다.
9). 그 결과 큰 규모의 전기비저항 이상대 3개가 3차원적으로 확인될 수 있었으며, 이중 이상대 Ⓐ는 선구조와 일치하는 것으로 나타났으며, 이상대 Ⓑ, Ⓒ는 2차원 전기비저항탐사의 횡단단면에서 확인된 이상대의 위치와 유사하게 분포하고 있는 것으로 확인되었다.
기존도폭(Oh and Yuhn, 1972)에서 신갈단층의 위치는 Fig. 2b에서와 같이 기흥저수지 중앙을 통과하고 있어 저수지를 횡단하는 전기비저항 탐사를 실시하였으나 저비저항 이상대의 규모가 작게 분포하며(Fig. 8a), Oh and Yuhn(1972)이 기재한 신갈단층대 위치에 시추조사를 2공(NTB-44, 45) 수행한 결과 단층암(Table 2)을 관찰하지 못하여 기존도폭에 오류가 있음을 확인하였다.
기흥저수지내의 3방향(XYZ)에 대한 역산으로 2차원 전기비저항탐사 결과보다 많은 단면으로 결과를 분석할 수 있었으며, 3차원적인 전기비저항값의 분포를 확인할 수 있었다(Fig. 9). 그 결과 큰 규모의 전기비저항 이상대 3개가 3차원적으로 확인될 수 있었으며, 이중 이상대
이 지역은 기흥저수지의 중앙부로서 NTB-44와 45 두 지점에서 시추조사를 하였으나, 두 공에서 모두 신선한 규장 편마암이 산출하여 시추조사를 통한 신갈단층의 확인은 실패하였다. 따라서 광역적 선구조분석으로 신갈단층으로 예상되는 선구조의 주변에서 시추조사를 수행하였으며(Fig. 5), 그 결과 대부분의 코아에서 단층암을 Table 2와 같이 관찰할 수 있었다.
연구지역의 위성영상 및 DEM(digital elevation model)을 분석해보면 기흥저수지구간에서의 선형이 휘어지는 형태를 보이는 것을 확인할 수 있다. 또한 시추조사 결과를 살펴보면 일부구간(NTB-18~22)에서는 인접 시추공보다 코아상에서의 단층이 적게 분포하고 있는 것을 확인할 수 있으며(Table 2), 2차원, 3차원 전기비저항탐사 및 바이브로사이즈 탄성파탐사 결과 여러매의 단층과 넓은 규모로 분포하는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 8~11). 따라서 기흥저수지 구간에서 신갈단층이 휘어지는 형태로 주향이동하기 때문에 트렌스 프레션에 의하여 여러 역단층들이 발생하였을 것으로 해석할 수도 있다.
연구지역의 위성영상 및 DEM(digital elevation model)을 분석해보면 기흥저수지구간에서의 선형이 휘어지는 형태를 보이는 것을 확인할 수 있다. 또한 시추조사 결과를 살펴보면 일부구간(NTB-18~22)에서는 인접 시추공보다 코아상에서의 단층이 적게 분포하고 있는 것을 확인할 수 있으며(Table 2), 2차원, 3차원 전기비저항탐사 및 바이브로사이즈 탄성파탐사 결과 여러매의 단층과 넓은 규모로 분포하는 것을 확인할 수 있었다(Fig.
이 연구를 통해 새로이 규명된 신갈단층의 위치에 대하여 단층의 주향 방향으로 전기비저항 탐사를 실시하였으며, 그 결과는 Fig. 8c에 나타난 것처럼 전구간에서 낮은 전기비저항값이 분포하는 것으로 나타난다. 이는 Fig.
전기비저항 탐사결과(Fig. 8a)에서 기존 지질도폭상의 신갈단층으로 예상되는 200~400 m 구간에서는 상대적으로 높은 전기비저항값을 보이며, 700~1000 m 구간에서는 선구조 분석결과와 일치하는 위치에 낮은 전기비저항 이상대가 다수로 분포하는 것을 확인할 수 있다. Fig.
지질조사 결과 연구지역 주변에 분포하고 있는 암석은 규장편마암, 흑운모편마암이며, 부분적으로 암맥을 확인할 수 있었다. 하지만 신갈단층으로 여겨지는 단층은 노두에서 확인할 수가 없었다.
총 62공의 시추공 중, 거의 모든 시추공(59공)에서 단층가우지 또는 각력이 관찰되었으며, 그중 5공에서는 단층암이 100% 출현하였다(Table 2). 이는 단층대 영역이 매우 넓게 분포하는 것을 지시한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
3차원 전기비저항탐사의 실시의 목적은?
2차원 전기비저항탐사와 측정원리 및 탐사방법은 동일하지만 3차원 전기비저항탐사의 실시는 3차원적 해석을 통하여 해석영역 내에 분포하는 전기비저항이 낮은 비저항 이상대(저비저항 이상대)를 3차원으로 확인하는 것을 목적으로 한다. 따라서 3차원 전기비저항탐사는 2차원 전기비저항탐사 결과에서는 확인할 수 없는 단층대의 주향방향 및 규모를 파악할 수 있다.
신갈단층대에 대하여 서울 이남지역에서의 연구 자료가 없는 이유는?
신갈단층대에 대하여 대부분 서울 이북지역에서 연구가 진행되었으며, 서울 이남지역에서의 연구 자료는 거의 전무하다. 이러한 이유는 이 지역에서 신갈단층대의 상당부분이 경부고속도로와 평행하고 논과 밭 지역상에 위치하여 노두 관찰이 쉽지 않기 때문이다.
신갈단층의 특징은?
신갈단층은 경기육괴내에 연천-포천-의정부-서울-평택에 이르는 남북방향의 뚜렷한 선구조로 나타난다(KIGAM, 2002). 위성영상 자료를 이용한 서울-동두천 간의 선구조 분석에 의하면 이 선구조는 추가령 단층대에 속하는 주향이동단층으로 확인되었다(Kang, et al.
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