[논문]경상분지 쇄설성 퇴적암의 대자율 이방성 연구

최은경; 김성욱; 황웅기; 권현욱; 김태형

doi:10.7843/kgs.2018.34.8.5

경상분지 쇄설성 퇴적암의 대자율 이방성 연구
A Study on Anisotropy of Magnetic Susceptibility of Clastic Sedimentary Rocks in the Gyeongsang Basin 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.34 no.8, 2018년, pp.5 - 14

최은경 ((주)지아이 지반연구실) , 김성욱 ((주)지아이 지반연구실) , 황웅기 (한국해양대학교 건설공학과) , 권현욱 (부산도시공사 감사실) , 김태형 (한국해양대학교 건설공학과)

초록
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쇄설성 퇴적암의 입자 크기는 암석을 구분하는 기준인 동시에 이방성의 원인이 된다. 이방성은 암석의 강도와 풍화에 영향을 미치는 주 원인 중 하나이다. 경상분지의 영주, 대구, 부산 지역에 분포하는 쇄설성 퇴적암과 화성암을 대상으로 대자율타원체를 결정하고 이방성정도와 모양지수를 통해 이방성을 분석하였다. 외력의 영향이 거의 없는 호성환경에서 퇴적된 사암의 이방성정도는 1.03 이하였다. 단층의 영향을 받은 암석은 1.06, 단층암은 1.14 이상의 이방성 정도를 보였다. 암석의 자기적 이방성은 단층으로부터 거리가 멀어질수록 이방성 정도가 감소하였다. 세립질의 입자로 구성된 이암과 셰일은 일차퇴적구조인 층리가 박층으로 발달하며 이로 인해 단층암과 유사한 크기의 이방성을 보였고 대자율타원체의 모양지수도 편원형을 보였다. 실험 결과로부터 쇄설성퇴적암 중 신선한 이암과 셰일은 단층암과 유사한 이방성을 가지므로 이들 암반과 관련된 구조물의 설계, 시공, 유지관리에서 주의가 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

The grain size of clastic sedimentary rocks classifies the rock types and also causes of anisotropy of the rock. The anisotropy is one of the most important factors that dominates the strength and weathering behavior of rocks. The anisotropy of clastic sedimentary and igneous rocks in the Gyeongsang Basin including Yeongju, Daegu, and Busan were analyzed by magnetic susceptibility expressed by the degree of anisotropy and shape parameter. As the results of the study, the sandstone deposited under lacustrine environment unaffected by the external force shows 1.03 degree of anisotropy. The degrees of anisotropy of the rocks affected by faults and fault rocks show 1.06 and 1.14, respectively. The magnetic susceptibility of rocks is to decrease with the distance from the fault. A fresh mudstone and shale formed by fines show a similar magnitude of the degree of anisotropy to fault rock and correspond to oblate shape parameter due to their sedimentary structure. Due to these reasons, we need attention in design, construction, and maintenance of a structure constructed in mudstone and shale.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

지금까지 풍화관련 이방성 연구의 필요성은 꾸준히 제기되어 왔으나 이를 확인하기 위한 정량적 평가 기준이 거의 없는 상태에서 조사자의 주관적 판단에 의지하고 있는 실정이었다. 그래서 본 연구에서는 기존방법과 다르게 암석을 구성하는 광물의 자기적 성질 즉 자기적 이방성에 기초하여 암석이 가지고 있는 자기적 엽리구조와 선구조를 판별하여 이방성을 정량적으로 파악하고자 한다. 이 방법은 암석의 이방성 정도를 쉽게 이해할 수 있을 뿐만 아니라 퇴적암 지역에 시공된 사면 및 터널과 같은 지반구조물의 풍화와 관련 장기적인 유지 관리 측면에서 중요한 단서를 제공해 줄 수 있는 단초가 될 것이다.

제안 방법

쇄설성 퇴적암 중 이암과 셰일은 풍화저항력이 낮고 층리와 평행한 방향으로 이방성이 높은 암석으로 구조물의 설계와 시공, 유지관리를 위해 이방성에 대한 충분한 이해가 필요하다. 연구는 경상분지의 북부, 중부, 남부에 분포하는 쇄설성 퇴적암(이암, 셰일)을 대상으로 대자율 이방성 텐서의 세 주축의 크기로부터 결정된 타원체의 이방성 정도(P_J)와 모양지수(T)를 이용하여 암석의 이방성을 검토하였다.

대상 데이터

영주 일원은 경상분지 북부의 예천전단대가 통과하는 지역으로 단층의 의한 지구적 응력이 우세한 지역이다. 대자율이방성은 화강암과 이암과 셰일을 모암으로 하는 변성퇴적암 시료에서 측정하였다. Fig.
연구를 위해 시료는 휴대용 착암기와 압축 냉각수 장치를 이용하여 노두 현장에서 원통형 시료로 채취되었다. 지역별로 살펴보면 경상분지의 북부에 해당하는 영주에서 중부의 대구, 남부의 부산지역까지 5개 지역에서 총 267개의 암석 시료를 채취하였다(Fig. 3). 경상분지의 북부의 영주지역은 예천전전단대가 통과하는 단층지역으로 변성퇴적암이 우세하게 분포한다.

성능/효과

경상분지의 여러 지역에 분포하는 암석 실험을 통해서 변형을 받지 않은 암석은 1.03 이하의 이방성 정도(P_J)를 나타내고 암석에 작용하는 외력의 크기에 비례하여 이방성 정도가 증가되었다. 또한, 이방성은 암석의 종류와 입자 크기에 따라서 달라지는 것을 확인할 수 있었는데 같은 지역에서 채취한 대구와 다대포 지역의 사암은 등방체에 가까운 변형을 보이는 것에 반해 셰일의 이방성 정도는 1.
쇄설성 퇴적암은 중 이방성 정도가 작은 사암의 모양지수는 구형에 가깝고 고수류와 응력에 따라 편장 내지 편원한 방향으로 대자율 타원체가 변형되것으로 나타났다. 그러나 셰일의 경우 측정된 모든 시료에서 대자율 추축의 단축(k₃)의 길이가 다른 두 축에 비해 아주 짧은 편원 영역을 보인다. 이러한 결과는 이암, 세일과 같이 세립질 암석은 저에너지 환경에서 퇴적되고 박층으로 발달하는 층리로 인해 형성 당시부터 대자율타원체의 변형이 수반되는 것으로 판단된다.
대자율 주축의 크기로부터 결정된 모양지수에서 단층대와 같이 지구조적 응력이 우세한 시료는 자기적 엽리구조로 인한 0.5 정도의 모양지수를 가지는 편원한 대자율 타원체를 보였다. 쇄설성 퇴적암은 중 이방성 정도가 작은 사암의 모양지수는 구형에 가깝고 고수류와 응력에 따라 편장 내지 편원한 방향으로 대자율 타원체가 변형되것으로 나타났다.
03 이하의 이방성 정도(P_J)를 나타내고 암석에 작용하는 외력의 크기에 비례하여 이방성 정도가 증가되었다. 또한, 이방성은 암석의 종류와 입자 크기에 따라서 달라지는 것을 확인할 수 있었는데 같은 지역에서 채취한 대구와 다대포 지역의 사암은 등방체에 가까운 변형을 보이는 것에 반해 셰일의 이방성 정도는 1.11로 단층파쇄와 유사한 크기를 보여 셰일의 낮은 풍화저항력의 원인이 될 수 있다.

후속연구

그래서 본 연구에서는 기존방법과 다르게 암석을 구성하는 광물의 자기적 성질 즉 자기적 이방성에 기초하여 암석이 가지고 있는 자기적 엽리구조와 선구조를 판별하여 이방성을 정량적으로 파악하고자 한다. 이 방법은 암석의 이방성 정도를 쉽게 이해할 수 있을 뿐만 아니라 퇴적암 지역에 시공된 사면 및 터널과 같은 지반구조물의 풍화와 관련 장기적인 유지 관리 측면에서 중요한 단서를 제공해 줄 수 있는 단초가 될 것이다. 특히 본 연구는 지금까지 한정적으로 이루어진 쇄설성 퇴적암을 대상으로 좀 더 포괄적으로 이루어졌다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이방성은 무엇인가?	이방성의 사전적 의미는 암석의 성질이 방향에 따라서 다르게 나타나는 것으로 공학적 특성이 방향에 따라 다르게 나타나는 것을 의미이다. 자연 상태에서 완전한 등방성(isotropy)의 암석은 찾아보기 어렵고 형성과정과 환경의 영향으로 이방성이 나타난다.
	본 연구에서 사용한 자기적 이방성에 기초한 이방성을 정량적으로 파악하는 방법의 장점은?	그래서 본 연구에서는 기존방법과 다르게 암석을 구성하는 광물의 자기적 성질 즉 자기적 이방성에 기초하여 암석이 가지고 있는 자기적 엽리구조와 선구조를 판별하여 이방성을 정량적으로 파악하고자 한다. 이 방법은 암석의 이방성 정도를 쉽게 이해할 수 있을 뿐만 아니라 퇴적암 지역에 시공된 사면 및 터널과 같은 지반구조물의 풍화와 관련 장기적인 유지 관리 측면에서 중요한 단서를 제공해 줄 수 있는 단초가 될 것이다. 특히 본 연구는 지금까지 한정적으로 이루어진 쇄설성 퇴적암을 대상으로 좀 더 포괄적으로 이루어졌다.
	암석이 풍화 임계점에 도달하면 구조물에 어떤 문제가 생기는가?	시공 과정에서 발생하는 암석의 풍화는 굴착에 수반되는 기계적 풍화와 굴착 후 암반의 표면이 외부에 노출되어 발생하는 화학적 풍화로 구분된다. 암석은 풍화 조건에 저항하는 고유한 임계부하량(Werner and Spranger, 1996)을 가지고 있고 임계점에 도달하면 물리적 강도가 감소하고 설계 시 조건과 다른 암반으로 변화되어 구조물의 불안정성을 증가시키는 결과를 초래한다. 예를 들어 암석이 풍화되면 그로 인해 공극률과 흡수율이 증가하는 동시에 입자 간의 결합력이 감소하여 역학적인 강도는 감소를 초래한다(Lee, 1996; Lee et al.

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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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