[논문]제주도 화산암의 물리･역학적 특성에 대한 비교연구

양순보

doi:10.7843/kgs.2014.30.11.39

제주도 화산암의 물리･역학적 특성에 대한 비교연구
Comparative Study on Physical and Mechanical Characteristics of Volcanic Rocks in Jeju Island 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.30 no.11, 2014년, pp.39 - 49

초록
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제주도의 화산암은 여러 환경적인 요인으로 인하여 크기와 분포가 다양한 기공이 많은 다공상 구조를 보이고 있으며, 지질학적 그리고 역학적 특성 또한 지역마다 차이를 나타내고 있다. 제주도 화산암에 대한 지질학적/화학적 특성에 대한 연구 및 물리적/역학적 특성에 대한 연구는 많은 연구자에 의해 활발히 이루어져 왔지만, 제주도 화산암의 물리적 및 역학적 특성에 대한 종합적인 비교 분석은 이루어져 있지 않다. 본 연구에서는 제주도 화산암에 대하여 기존에 발표된 연구논문 및 보고서를 통하여, 제주도 화산암에 대한 물리 역학적 특성의 상관관계를 종합적으로 비교 분석하였다. 그 결과 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 관계는 일반적으로 선형의 관계에 있으며, 여러 환경적 요인에 의해 제주도 화산암은 두 개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬 수 있음을 알 수 있었다. 그리고 P파 속도와 S파 속도와의 관계와 흡수율 및 공극률과 건조 상태의 암석에 대한 일축압축강도와의 각각의 관계에 대하여 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 두 개의 서로 다른 선형근사 관계를 고려함으로서, P파 속도와 S파 속도와의 관계와 흡수율 및 공극률과 일축압축강도와의 관계를 명확하게 구분할 수 있음을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Volcanic rocks in Jeju island show vesicular structure caused by various environmental factors, and indicate the differences in geological and mechanical characteristics from region to region. Previous studies on the volcanic rocks in Jeju island have been actively conducted on geological and chemical properties in terms of geophysics and geology and on physical and mechanical properties in terms of engineering. But comprehensive comparative analysis on physical and mechanical properties of volcanic rocks in Jeju island is not conducted. In this study, the physical and mechanical properties of volcanic rocks in Jeju island were compared and analyzed comprehensively through the existing research papers and reports about volcanic rocks in Jeju island. As a result, it was found that the relationship between absorption (porosity) and apparent specific gravity is commonly linear and could be represented as two different linear approximations. In addition, it was found that the relationship between P-wave velocity and S-wave velocity and the relationship between absorption (porosity) and uniaxial compressive strength could be classified more clearly, considering two different linear relationships in absorption (porosity) and apparent specific gravity.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 결과는 위에서 언급을 했듯이, 마그마의 특성, 분출방식, 분출물의 종류, 암종별로 차별화된 풍화특성, 광물조성 등 여러 환경 요인에 의한 것으로 판단되며, 여기에서는 자료가 부족한 관계로 선형근사 (1)에 해당하는 Moon et al.(2014)의 제주도 북동부 북촌리의 암석, 제주도 북동부(김녕리~행원리) 육상 및 해상의 암석, 그리고 선형근사 (2)에 해당하는 제주도 남동부 해상에서 채취한 암석에 대해서 여러 환경 요인 중의 하나로 여겨지는 광물조성을 통하여 그 원인을 간접적으로 언급하고자 한다.
본 연구에서는 제주도 화산암에 대하여 기존에 발표된 연구논문 및 보고서의 종합적인 비교･분석을 통하여, 제주도 화산암에 대한 물리 및 역학적 특성에 대해서 논하고자 한다.
본 연구에서는 제주도 화산암에 대한 종합적인 물리 및 역학적 특성을 파악하기 위하여 기존의 연구논문 및 보고서를 비교･분석하였다. 암종에 대한 자료가 부족한 관계로 암종에 따른 분석은 이루어지지 않았지만, 제주도 화산암은 암종에 관계없이 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 각각의 관계에 있어서 두 개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬 수 있음을 알 수 있었으며, 제주도 화산암의 이러한 관계를 고려함으로서 P파 속도와 S파 속도와의 관계, 흡수율 및 공극률과 일축압축강도와의 각각의 관계를 명확히 구분 지을 수 있음을 알 수 있었다.
이 장에서는 제주도 화산암에 대한 역학적 및 공학적 관점의 기존 연구논문 및 보고서를 연대순으로 간략하게 설명하고자 한다.

제안 방법

5 사이에 있어야 함을 강조하고 있다. 그러나 기존의 제주도 화산암에 대한 연구논문 및 보고서를 분석한 결과 위와 같은 종횡비가 지켜진 경우는 거의 찾아볼 수 없었으며, 본 연구에서는 종횡비의 영향이 미미한 일축압축강도와 물성값과의 비교 및 분석에 한정한다. 그리고 제주외항의 경우 일축압축시험을 수행한 공시체의 크기에 대한 정보가 없는 관계로 측정된 일축압축강도를 그대로 사용하였다.
그리고 제주광역경제권 선도산업 육성사업 중간보고서에서는 해상풍력발전기 설치를 위한 지반설계기술의 개발을 목적으로 제주도 북동부 구좌읍 김녕리∼행원리 일대에서 해상시추(BH)와 육상시추(JB)를 실시하고, 제주도 북서부 한림읍 월령리 일대에서의 육상시추(HJB), 제주도 남동부 표선읍 표선리에서 성산읍 신산리에 이르는 해역에서의 해상시추(SBH)를 통하여 채취된 암석시료에 대하여 KS 및 ASTM 시험규정에 입각한 다양한 물성시험 및 강도시험을 수행하였으며, 시추공별 측정결과의 범위를 Table 5와 6에 각각 나타내었다.

대상 데이터

제주도 북동부 육･해상 및 남동부 해상에서 채취한 암석은 주요 구성광물이 사장적, 휘석, 감람석인 현무암으로서, 박편현미경분석과 X선-회절분석에 의한 각각의 주요 구성광물에 따른 지역적 분포를 Fig. 8에 각각 나타내었다. Fig.

성능/효과

(1) 흡수율과 공극률의 증가에 따라 겉보기 비중은 약 3.0을 시작으로 선형적으로 감소하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 마그마의 특성, 분출방식, 분출물의 종류, 암종별로 차별화된 풍화특성, 광물조성 등으로 생각되는 여러 환경요인에 의해 감소하는 경향이 다름을 알 수 있었으며, 제주도 화산암의 경우 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 각각의 관계는 두 개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬 수 있음을 알 수 있었다.
(2) 제주도 화산암의 경우 P파 속도와 S파 속도의 관계 대체적으로 선형의 관계에 있었으며, 서로 다른 선형근사에 해당하는 암석의 P파 속도에 대한 S파 속도의 기울기는 서로 다르며, 선형 근사 (2)에 해당하는 암석은 선형근사 (1)에 해당하는 암석에 비해 P파 속도에 대한 S파 속도의 기울기가 크다는 것을 알 수 있었다.
(3) 건조 상태의 암석에 대한 일축압축강도는 흡수율 및 공극률이 감소함에 따라 지수적으로 증가하고 있으며, 그 편차 또한 크게 증가하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 제주도 화산암의 두 개의 서로 다른 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중의 선형 관계를 고려함으로서, 흡수율 및 공극률과 일축압축강도와의 관계를 명확하게 구분할 수 있음을 알 수 있었다.
(4) 제주도 화산암의 물리･역학적 특성에 있어서 두 개의 서로 다른 선형근사에 해당하는 암석의 채취지역을 구별하여 지도상에 나타냄으로서, 지역적 분포특성을 알 수 있었다.
Fig. 8에서 알 수 있듯이, 제주도 북동부 육･해상에서 채취한 암석의 경우 주요 구성광물이 차지하는 비율은 유의한 차이가 없음을 알 수 있으며(t 검정분석: 사장석; p > 0.05, 휘석; p > 0.20, 감락석; p > 0.05), 제주도 남동부 해상에서 채취한 암석과 제주도 북동부의 암석을 t 검정분석을 통하여 비교하면 사장석 p >0.05, 휘석 p > 0.15, 감락석 p < 0.01로서, 사장석과 휘석의 경우 유의한 차이가 없지만, 감락석의 경우 유의한 차이가 있음을 알 수 있다.
그 결과 비중은 유공질 시료(2.298∼2.528)가 무공질 시료(2.619∼2.823)보다 약 12%정도 낮게 나타나고, 흡수율은 유공질 시료(1.4∼2.6%)에 비해 무공질 시료(0.8∼1.5%)가 약 40%정도 낮게 나타나 공극의 정도에 따라 비중 및 흡수율의 차이가 매우 크다고 나타내고 있다.
(2009)은 제주도 현무암에 대한 공학적 특성을 살펴보기 위해, 제주도 서귀포시 성산읍 삼달리 일대에서 시추를 실시하여 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아(Scoria)를 채취하였으며, 채취한 암석시료를 대상으로 흡수율시험, 비중시험, 투수시험, 슈미트해머시험, 탄성파시험, 일축압축시험, 압열인장시험(Brazilian test), 삼축압축시험 등을 실시하였다. 그 결과 암석의 흡수율은 조면암질 현무암, 표선리 현무암, 스코리아(Scoria) 순으로 높은 결과가 나왔으며, 흡수율이 높을수록 투수계수는 증가하고, 일축압축강도는 흡수율이 높을수록 감소한다고 보고하고 있으며, 일축압축강도와 압열인장강도는 건조상태, 습윤상태 및 하중재하속도의 영향을 받는다고 보고하고 있다. 그리고 삼축압축시험 결과를 이용하여 Heok-Brown의 파괴기준과 Mohr-Coulomb의 파괴기준을 비교하고 있다.
0을 시작으로 선형적으로 감소하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 마그마의 특성, 분출방식, 분출물의 종류, 암종별로 차별화된 풍화특성, 광물조성 등으로 생각되는 여러 환경요인에 의해 감소하는 경향이 다름을 알 수 있었으며, 제주도 화산암의 경우 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 각각의 관계는 두 개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또한 공극률보다는 흡수율과 겉보기 비중과의 선형관계가 높음을 알 수 있었다.
(3) 건조 상태의 암석에 대한 일축압축강도는 흡수율 및 공극률이 감소함에 따라 지수적으로 증가하고 있으며, 그 편차 또한 크게 증가하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 제주도 화산암의 두 개의 서로 다른 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중의 선형 관계를 고려함으로서, 흡수율 및 공극률과 일축압축강도와의 관계를 명확하게 구분할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 공극률보다는 흡수율과 일축압축강도와의 관계가 결정계수가 높고, 이러한 결과를 통하여 흡수율과 겉보기 비중과의 관계를 구분함으로서, 흡수율을 이용하여 제주도 화산암의 일축압축강도를 대략적으로 추정할 수 있을 것이라 판단된다.
그리고 흡수율이 약 1.0∼5.0%, 공극률이 약 2.0∼10.0% 구간에서 선형근사 (2)에 해당하는 암석이 선형근사 (1)에 해당하는 암석에 비해 비중이 크게 나타나고 있으며, 이 결과가 뒤에 설명하는 일축압축강도의 증가로 나타나고 있다.
4(b)는 위에서 설명한 제주도 화산암은 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 각각의 관계가 두 개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬 수 있다는 판단 하에, 각각의 선형근사에 해당하는 암석을 구별하여, 각각의 P파 속도와 S파 속도의 관계, 선형근사 관계식 및 결정계수를 나타낸 것이다. 두 개의 서로 다른 선형근사에 해당하는 암석의 P파 속도에 대한 S파 속도의 기울기는 서로 다르며, 선형 근사 (2)에 해당하는 암석은 선형근사 (1)에 해당하는 암석에 비해 P파 속도에 대한 S파 속도의 기울기가 크다는 것을 알 수 있다. 또한 선형근사 (2)에 해당하는 암석은 선형근사 (1)에 해당하는 암석에 비해 S파 속도가 크게 나타나고 있음을 알 수 있다.
그리고 마그마의 특성, 분출방식, 분출물의 종류, 암종별로 차별화된 풍화특성, 광물조성 등으로 생각되는 여러 환경요인에 의해 감소하는 경향이 다름을 알 수 있었으며, 제주도 화산암의 경우 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 각각의 관계는 두 개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또한 공극률보다는 흡수율과 겉보기 비중과의 선형관계가 높음을 알 수 있었다.
본 연구에서는 제주도 화산암에 대한 종합적인 물리 및 역학적 특성을 파악하기 위하여 기존의 연구논문 및 보고서를 비교･분석하였다. 암종에 대한 자료가 부족한 관계로 암종에 따른 분석은 이루어지지 않았지만, 제주도 화산암은 암종에 관계없이 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 각각의 관계에 있어서 두 개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬 수 있음을 알 수 있었으며, 제주도 화산암의 이러한 관계를 고려함으로서 P파 속도와 S파 속도와의 관계, 흡수율 및 공극률과 일축압축강도와의 각각의 관계를 명확히 구분 지을 수 있음을 알 수 있었다. 그리고 얻어진 결과를 종합하면 다음과 같다.
위에서 제주도 화산암의 경우 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 관계에 있어서, 두개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬 수 있음을 나타내었으며, 이러한 결과를 P파 속도와 S파 속도와의 관계 그리고 흡수율 및 공극률과 일축압축강도와의 관계에 적용하여 그 차이를 구분할 수 있음을 나타내었다. 이러한 결과는 위에서 언급을 했듯이, 마그마의 특성, 분출방식, 분출물의 종류, 암종별로 차별화된 풍화특성, 광물조성 등 여러 환경 요인에 의한 것으로 판단되며, 여기에서는 자료가 부족한 관계로 선형근사 (1)에 해당하는 Moon et al.
이러한 결과를 통해 알 수 있는 것은 제주도 남동부 해상에서 채취한 암석은 제주도 북동부의 암석에 비해 비중이 큰 감람석을 많이 포함하고 있음을 알 수 있으며, 이러한 사실을 통하여 위에서 언급한 흡수율이 약 1.0∼5.0%, 공극률이 약 2.0∼10.0% 구간에서 선형근사 (2)에 해당하는 암석이 선형근사 (1)에 해당하는 암석에 비해 비중이 크게 나타나고 있음을 설명할 수 있다.
3(a), (b)에 그 관계 및 선형근사 관계식을 각각 나타내었다. 전체적으로 흡수율과 공극률이 증가함에 따라 겉보기 비중은 약 3.0을 시작으로 선형적으로 감소하는 것을 알 수 있으며, 제주도 화산암의 경우 두 개의 서로 다른 선형근사로 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 각각의 관계를 대표시킬 수 있음을 알 수 있다. 그리고 공극률보다는 흡수율과 겉보기 비중과의 선형관계가 높음을 알 수 있다.

후속연구

(5) 박편현미경분석과 X선-회절분석에 의한 주요 구성광물에 따른 지역적 분포의 비교를 통하여, 위에서 언급한 비교･분석결과에 대한 원인을 간접적으로 설명할 수 있음을 알 수 있었으며, 추후 지중 암반에 대한 암종 및 암상에 따른 심도 깊은 연구가 필요하다고 여겨진다.
6(b)에서 알 수 있듯이, 흡수율 및 공극률과 일축압축강도의 관계는 서로 다른 선형근사에 해당하는 암석에 따라 확연히 구분되며, 근사곡선의 결정계수 또한 크게 증가하고 있음을 알 수 있다. 그리고 공극률보다는 흡수율과 일축압축강도와의 관계가 결정계수가 높고, 이러한 결과를 통하여 흡수율과 겉보기 비중과의 관계를 구분함으로서, 흡수율을 이용하여 제주도 화산암의 일축압축강도를 대략적으로 추정할 수 있을 것이라 판단된다.
그리고 제주도 화산암의 두 개의 서로 다른 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중의 선형 관계를 고려함으로서, 흡수율 및 공극률과 일축압축강도와의 관계를 명확하게 구분할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 공극률보다는 흡수율과 일축압축강도와의 관계가 결정계수가 높고, 이러한 결과를 통하여 흡수율과 겉보기 비중과의 관계를 구분함으로서, 흡수율을 이용하여 제주도 화산암의 일축압축강도를 대략적으로 추정할 수 있을 것이라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라의 화산활동은 크게 어떻게 구분할 수 있나요?	우리나라의 화산활동은 중생대의 중성 내지 산성 화산암류의 분출과 신생대의 현무암의 분출로 크게 구분된다. 중생대의 화산암은 옥천대 및 경상분지 내에 주로 분포하고, 제3기 후기와 제4기의 신생대 화산활동은 제주도, 울릉도, 철원∼전곡 일대, 포항분지의 구룡포 일대에서 일어났다(KGS, 2012).
	중생대의 화산암이란 무엇인가?	우리나라의 화산활동은 중생대의 중성 내지 산성 화산암류의 분출과 신생대의 현무암의 분출로 크게 구분된다. 중생대의 화산암은 옥천대 및 경상분지 내에 주로 분포하고, 제3기 후기와 제4기의 신생대 화산활동은 제주도, 울릉도, 철원∼전곡 일대, 포항분지의 구룡포 일대에서 일어났다(KGS, 2012). 이 중에서 제주도는 약 200만 년 전부터 역사시대까지 발생한 여러 차례의 화산활동으로 형성된 섬으로(Yoon and Ko, 2011), 제주도의 화산암은 지역마다 지질학적으로 다양하게 분포하고 있으며, 그 역학적 특성 또한 지역마다 차이를 나타내고 있다.
	제주도 화산암에 대한 종합적인 물리 및 역학적 특성을 파악하기 위한 본 연구의 결과는 어떠한가?	(1) 흡수율과 공극률의 증가에 따라 겉보기 비중은 약 3.0을 시작으로 선형적으로 감소하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 마그마의 특성, 분출방식, 분출물의 종류, 암종별로 차별화된 풍화특성, 광물조성 등으로 생각되는 여러 환경요인에 의해 감소하는 경향이 다름을 알 수 있었으며, 제주도 화산암의 경우 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중과의 각각의 관계는 두 개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또한 공극률보다는 흡수율과 겉보기 비중과의 선형관계가 높음을 알 수 있었다. (2) 제주도 화산암의 경우 P파 속도와 S파 속도의 관계 대체적으로 선형의 관계에 있었으며, 서로 다른 선형근사에 해당하는 암석의 P파 속도에 대한 S파 속도의 기울기는 서로 다르며, 선형 근사 (2)에 해당하는 암석은 선형근사 (1)에 해당하는 암석에 비해 P파 속도에 대한 S파 속도의 기울기가 크다는 것을 알 수 있었다. (3) 건조 상태의 암석에 대한 일축압축강도는 흡수율 및 공극률이 감소함에 따라 지수적으로 증가하고 있으며, 그 편차 또한 크게 증가하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 제주도 화산암의 두 개의 서로 다른 흡수율 및 공극률과 겉보기 비중의 선형 관계를 고려함으로서, 흡수율 및 공극률과 일축압축강도와의 관계를 명확하게 구분할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 공극률보다는 흡수율과 일축압축강도와의 관계가 결정계수가 높고, 이러한 결과를 통하여 흡수율과 겉보기 비중과의 관계를 구분함으로서, 흡수율을 이용하여 제주도 화산암의 일축압축강도를 대략적으로 추정할 수 있을 것이라 판단된다. (4) 제주도 화산암의 물리･역학적 특성에 있어서 두 개의 서로 다른 선형근사에 해당하는 암석의 채취지역을 구별하여 지도상에 나타냄으로서, 지역적 분포특성을 알 수 있었다. (5) 박편현미경분석과 X선-회절분석에 의한 주요 구성광물에 따른 지역적 분포의 비교를 통하여, 위에서 언급한 비교･분석결과에 대한 원인을 간접적으로 설명할 수 있음을 알 수 있었으며, 추후 지중 암반에 대한 암종 및 암상에 따른 심도 깊은 연구가 필요하다고 여겨진다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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