A series of sedimentary rocks which are formed in the Tertiary are distributed around Samcheok(Samcheok-Pukpyoung basin), Younghae(Younghae basin), Pohang(Pohang basin), Gyeongju(Yangnam basin), Ulsan(Ulsan basin), Jeju(Seogyuipo formation) in the southern region of the Korean Peninsula. This study ...
A series of sedimentary rocks which are formed in the Tertiary are distributed around Samcheok(Samcheok-Pukpyoung basin), Younghae(Younghae basin), Pohang(Pohang basin), Gyeongju(Yangnam basin), Ulsan(Ulsan basin), Jeju(Seogyuipo formation) in the southern region of the Korean Peninsula. This study concerned with geological, geophysical, geotechnical properties of the unconsolidated rocks in the Pohang area. A consolidated rocks are classified as hard rock - soft rock - weathered rock - residual soil follows in degree of weathering. But unconsolidated rocks has soil properties as well as rock's at the same time. The results of field excursion, boring, borehole-logging, rock testing, geophysical survey, laboratory test are soft rock range, but the durability of the rock until the residual soil from the weathered rock. We accomplished the rock mass classification of the unconsolidated rocks.
A series of sedimentary rocks which are formed in the Tertiary are distributed around Samcheok(Samcheok-Pukpyoung basin), Younghae(Younghae basin), Pohang(Pohang basin), Gyeongju(Yangnam basin), Ulsan(Ulsan basin), Jeju(Seogyuipo formation) in the southern region of the Korean Peninsula. This study concerned with geological, geophysical, geotechnical properties of the unconsolidated rocks in the Pohang area. A consolidated rocks are classified as hard rock - soft rock - weathered rock - residual soil follows in degree of weathering. But unconsolidated rocks has soil properties as well as rock's at the same time. The results of field excursion, boring, borehole-logging, rock testing, geophysical survey, laboratory test are soft rock range, but the durability of the rock until the residual soil from the weathered rock. We accomplished the rock mass classification of the unconsolidated rocks.
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문제 정의
본 논문에서는 포항지역의 제3기 미고결퇴적층에 대해 현장조사, 공내검층, 암석시험, 물리탐사, 불연속면 특성분석 및 풍화도 분석과 같은 다각적인 접근방법을 통해 지층을 구분하고 지반정수를 산정함으로써 제3기 지층이 분포하는 지역에 대한 경제적이고 합리적인 암반분류를 수행하고자 한다.
암석의 안정성은 풍화작용과 직접적인 상관성이 있으며, 암석의 균열과 같이 불연속면을 따라 분포하는 수분의 포화정도는 암석의 물리적, 화학적 풍화에 비례한다. 습윤지수를 이용한 수문분석을 실시함으로써 강우 시, 한시적으로 형성되는 수계의 포화정도를 산정하고, 지형도상에 표현되지 않는 미세한 수계를 표현함으로써 조사지역의 단열계를 이해하는 정보를 취득하고자 하였다.
제안 방법
PHR-C단면 중 천부단면(상부)은 퇴적층의 비저항단면을 반영한 것으로 PHR-A와 PHR-B단면과 유사하게 전반적으로 낮은 비저항값이 분포하며 지하수위는 깊지 않을 것으로 판단되며, 전극간격을 40m 까지 연장한 심부단면(하부)은 가탐심도가 최대 -200m가 되도록 탐사를 실시하였고 하부에 100Ω · m이상의 고비저항값들이 분포하고 있다.
검층 대상 시추공에서 구간별 P파, S파 속도를 구한 후에, P파와 S파 속도를 이용하여 동적 지반계수인 동탄성계수, 동전단계수, 동체적계수 및 동포아송비를 산출하여, 그 결과를 정리하였다(그림 12, 표2).
지구를 대표할 수 있는 위치를 선정하여 시추조사는 1지구 2공, 2지구 1공 총 3공을 실시하였으며(그림 1), 조사결과는 표1과 같다. 상부 토사구간이 절토된 현장 상황으로서 풍화암 구간부터 다이아몬드 빗트와 D-3 double core barrel을 사용하여 지반의 코아시료를 채취하였으며, 조사공을 이용한 공내검층 및 지표면에 대한 탄성파속도를 측정하였다.
화학적 풍화에 의해 암석중의 구성원소는 천천히 용탈되며, 이 때 양과 속도는 원소에 따라 상이하게 나타난다. 이동성이 큰 화학종과 이동성이 작은 화학종과의 비를 측정함으로서 풍화지수 산정할 수 있으며, X-선형광분석으로 측정된 원소의 무게비(wt.%)를 이용하여 풍화지수를 산정하였다. 제안된 풍화지수들을 비교하여 풍화 정도를 판별하고, 대상으로 한 시료가 화학적풍화의 최종산물까지 어느 단계에 있는지 판단하였으며, CIA의 변화에 따르는 산화물 변화를 비교해서 원소의 이동도와 풍화정도와의 관계를 파악하였다.
암석의 물리적 풍화 저항도를 파악해본 결과 이암은 지표상에서의 반복적인 습윤-건조에 따른 기계적 풍화의 영향은 매우 크며, 사암은 미약할 것으로 판단된다. 이암은 높은 점토 광물의 함유량으로 인해 팽창성 시험기에서의 시험이 불가능하여 비이커에 물을 넣어 시간에 따른 변화를 모니터링 하였다. 좌측 시료의 경우 타 지역에서 채취된 비교 대상으로 선정한 이암이며, 조사지역의 이암은 우측에 위치한 것으로 조사지역의 이암의 경우 실험이 진행된 지 1시간이 지나지 않아 상당히 팽창된 양상을 보이며, 24시간 이후 많은 부분이 박리되는 특성을 보인다(그림 13).
%)를 이용하여 풍화지수를 산정하였다. 제안된 풍화지수들을 비교하여 풍화 정도를 판별하고, 대상으로 한 시료가 화학적풍화의 최종산물까지 어느 단계에 있는지 판단하였으며, CIA의 변화에 따르는 산화물 변화를 비교해서 원소의 이동도와 풍화정도와의 관계를 파악하였다. 풍화가 진행되어 감에 따라 구성광물들로부터 이온의 제거 반응이 시작되며, 사장석류의 용탈반응으로 인해 Na+ , Ca2+ 등의 이온들이 감소하는 경향을 보이나 사암의 경우 유기물에서 유래된 CaO 의 함량이 높아 풍화가 진행된 암석에서 더 높게 나타났으며, Na의 함량은 약간 감소한다.
암석의 전기비저항은 암석의 공극율, 공극수의 성질, 유체포화도, 조암광물의 종류, 점토광물의 존재여부및 단층, 파쇄대 등의 요인에 의해서 변화하므로 전기비저항 탐사는 지하매질에 존재하는 비저항이상대 (anomalous zone)에 의한 이상 전위치를 측정, 해석하여 지하 지질구조, 단층, 파쇄대, 지하수 등의 분포를 확인하는 물리탐사법이다. 조사지역에서는 3개 측선에서 탐사가 시행되었으며(그림 6), 2개 측선의 경우 탐사측선의 간격을 달리하여 각각 2회에 걸쳐 측정하였다.
지층의 구분 및 연약대 및 파쇄대 등의 지질구조대를 파악하기 위하여 지하매질에 인공탄성파를 발생시키고, 배열된 수진기를 통해 전달된 탄성파 속도 정보를 기록하여 관측된 정보를 통해 주시곡선도 작성하고, 지층단면도를 작성하였다. 조사지역에서는 3개 측선에서 탐사가 시행되었으며(그림 9), 2개 측선의 경우 탐사측선의 간격을 달리하여 각각 2회 및 4회에 걸쳐 측정하였다.
지층의 구분 및 연약대 및 파쇄대 등의 지질구조대를 파악하기 위하여 지하매질에 인공탄성파를 발생시키고, 배열된 수진기를 통해 전달된 탄성파 속도 정보를 기록하여 관측된 정보를 통해 주시곡선도 작성하고, 지층단면도를 작성하였다. 조사지역에서는 3개 측선에서 탐사가 시행되었으며(그림 9), 2개 측선의 경우 탐사측선의 간격을 달리하여 각각 2회 및 4회에 걸쳐 측정하였다.
대상 데이터
조사지역은 신생대 제3기 퇴적층인 두호층과 이동층과 화산암류가 일부 분포하는 지역이다. 한반도의 제3기층은 분포가 매우 제한되어 있어 동해안을 따라 양남분지, 포항분지 등에 분포하며, 과업부지는 포항분지에 해당되며, 이는 양산단층의 동측에 분포하며, 마이오세 전기의 화강암이 분포하고 마이오세 전~중기의 해성층으로 구성된다.
이암은 높은 점토 광물의 함유량으로 인해 팽창성 시험기에서의 시험이 불가능하여 비이커에 물을 넣어 시간에 따른 변화를 모니터링 하였다. 좌측 시료의 경우 타 지역에서 채취된 비교 대상으로 선정한 이암이며, 조사지역의 이암은 우측에 위치한 것으로 조사지역의 이암의 경우 실험이 진행된 지 1시간이 지나지 않아 상당히 팽창된 양상을 보이며, 24시간 이후 많은 부분이 박리되는 특성을 보인다(그림 13).
지구를 대표할 수 있는 위치를 선정하여 시추조사는 1지구 2공, 2지구 1공 총 3공을 실시하였으며(그림 1), 조사결과는 표1과 같다. 상부 토사구간이 절토된 현장 상황으로서 풍화암 구간부터 다이아몬드 빗트와 D-3 double core barrel을 사용하여 지반의 코아시료를 채취하였으며, 조사공을 이용한 공내검층 및 지표면에 대한 탄성파속도를 측정하였다.
화학적 풍화에서 일부 대기 중의 성분과 수분의 추가로 풍화산물의 무게가 증가하기도 하지만 결국은 용탈되는 성분 때문에 처음보다 무게가 감소하며, 물의 이동에 의한 침식작용과 운반작용은 직접적인 풍화와는 별개의 작용이지만 항상 풍화작용에 수반되며, 풍화를 촉진한다. 풍화도 실험을 위해서 신선한 사암(F-SS)과 이암(F-MS-1, 2), 풍화된 사암(W-SS)과 이암(W-MS-1, 2)을 선정하였으며, 이암의 경우 신뢰성을 높이기 위해 2개씩 시료를 선정하였다.
이론/모형
과업구간의 수문분석을 위해 지형자료를 구축하고, 지형경사도, 상부사면기여면적, 습윤지수(포화도)를 산정하기 위해 Costa Cabral과 Burges(1994)에 의해 제안된 DEMON 알고리즘을 적용하였다. 상부사면기여면적을 산정하기 위하여 흐름분배알고리즘인 DEMON(Degital Elevation Model Networks) 알고리즘을 적용하여 상부지역으로부터 받을 수 있는 잠재 흐름량의 측정치인 상부사면 기여면적을 모의하였고, 구축한 수치고도모형을 이용하여 유한차분 방법을 이용하여 경사도 계산하였으며, 국소지역의 포화도를 나타내며 지형 특성을 반영하는 인자인 습윤지수가 산정되었다.
과업구간의 수문분석을 위해 지형자료를 구축하고, 지형경사도, 상부사면기여면적, 습윤지수(포화도)를 산정하기 위해 Costa Cabral과 Burges(1994)에 의해 제안된 DEMON 알고리즘을 적용하였다. 상부사면기여면적을 산정하기 위하여 흐름분배알고리즘인 DEMON(Degital Elevation Model Networks) 알고리즘을 적용하여 상부지역으로부터 받을 수 있는 잠재 흐름량의 측정치인 상부사면 기여면적을 모의하였고, 구축한 수치고도모형을 이용하여 유한차분 방법을 이용하여 경사도 계산하였으며, 국소지역의 포화도를 나타내며 지형 특성을 반영하는 인자인 습윤지수가 산정되었다.
성능/효과
시추코아에 대한 탄성파 속도는 대략 1. 0~1.5 Km/sec의 분포를 보이며, 심도에 따른 속도의 변화는 불규칙적이고, 노두시료에 대한 탄성파속도는 대략 0.9~2.3 Km/sec의 분포를 보였다. 시추코어에서 측정된 비저항값의 분포는 100~1500 Ω사이의 값의 분포를 보인다.
X-선회절분석결과 결정광물로는 석영, 장석, 사장석, 흑운모, 다이어스포어, 암염의 피크가 관찰되었으며, 점토광물로는 일라이트, 카올린, 스멕타이트, 녹니석의 피크가 관찰되었다. 암염의 경우 해양성퇴적물에서는 일부 관찰되며, 주로 사암에서 높은 함량비를 보였다.
굴절법탄성파탐사 측정결과 PHS-C 측선은 2개의 속도층으로 구분되며, 상부에서 비교적 낮은 탄성파 속도층부터 나타나기 시작하여 심도가 깊을수록 점점 빠른 속도층의 분포를 보인다. 낮은 탄성파 속도층은 측선 시점부에서 종점부로 갈수록 얇아지는 경향을 보인다(그림 11).
일반적인 암석은 물리적 풍화작용 및 화학적 풍화작용을 거쳐 토양화(경암→연암→풍화암→풍화토)되는데, 분포하는 퇴적암은 일반적인 풍화과정에 있는 것이 아니라 속성과정(다짐작용, 교결작용, 재결정화 작용) 중에 노출되어 풍화에 취약할 것으로 예상된다. 그러나 풍화 진행을 지시하는 인자인 점토광물의 함량비가 일반적인 이암에 비해 비교적 낮은 것으로 보아 과업지역 이암은 암석의 화학적 측면에서는 비교적 신선한 암반으로 판단되며, 이암의 화학적풍화지수는 신선한 암반의 경우 75 내외의 값으로 신선한 상태임을 나타내며, 풍화가 진행된 이암도 점토광물의 풍화단계에 까지는 이르지 못하는 것으로 나타났다.
습윤지수가 선형으로 발달하는 지역의 경우 주로 하천이 발달하는 곳이 많으며 하천의 발달이 없는 지역의 경우 강우 시 물이 수렴하는 지역으로 집수지형을 형성하는 비탈면이 여기에 해당된다. 물이 발산하는 지역은 일반적으로 낮은 습윤지수를 보이며, 수렴부의 경우 높은 습윤지수를 보이는데, 조사부지의 경우 좌측 부지에 비해 우측 부지가 전반적으로 높은 습윤지수 값을 보이는 것으로 나타났으며, 이에 의해 더 깊은 풍화심도가 예상된다(그림 2).
비저항값의 수직, 수평적 변화가 적은 것으로 보아 퇴적층은 하부로 연장되며 층후의 변화는 미약할 것으로 판단되며, 중앙부(80m 부근)의 비교적 높은 비저항(80 Ω · m이상)은 공극이 유체로 포화되지 못한 것을 반영한 것으로 퇴적층의 고결정도가 주변부에 비해 높은 것으로 추정된다(그림 7).
암염의 경우 해양성퇴적물에서는 일부 관찰되며, 주로 사암에서 높은 함량비를 보였다. 사암의 경우 풍화가 진행됨에 따라 전반적으로 장석의 함량비가 높아졌으나, 점토광물의 함량에는 큰 변화가 없는 것으로 관찰되었으며, 이암의경우 풍화유무에 관계없이 전반적으로 석영의 함량비가 높으며, 풍화정도에 따른 점토광물의 양의 변화 역시 관찰되지 않았다. 일반적으로 풍화가 진행되었음을 지시하는데 중요한 인자로 작용하는 점토광물의 함량비가 일반적인 이암에 비해 비교적 낮은(사암: 10.
시추코아를 대상으로 실시한 실내 탄성파 속도측정결과 탄성파 속도는 초기 시추코아에서 추출된 상태에 비하여 건조상태에서의 속도가 더욱더 빠르게 나타났다. 시추코아에 대한 탄성파 속도는 대략 1.
시추코어 중 이암에서 시료 및 지표에서 채취된 시료를 성형하여 강도 시험 실시하였으며, 시추공시료와 지표시료의 일축압축 시험결과 이암의 일축압축강도 평균은 13.7MPa이며, 사암의 일축압축강도는 24.4Mpa로 측정되었다.
60%로 중정도 내구성을 보인다. 암석의 물리적 풍화 저항도를 파악해본 결과 이암은 지표상에서의 반복적인 습윤-건조에 따른 기계적 풍화의 영향은 매우 크며, 사암은 미약할 것으로 판단된다. 이암은 높은 점토 광물의 함유량으로 인해 팽창성 시험기에서의 시험이 불가능하여 비이커에 물을 넣어 시간에 따른 변화를 모니터링 하였다.
이암의 경우 신선한 암반의 경우 74.49~75.85의 값으로 대체로 신선한 암으로 판단되며, 풍화가 진행된 이암의 경우에도 점토광물의 풍화단계에 까지는 이르지 못하는 것으로 나타났으며, 풍화의 진행경로는 대부분 기반암 ⇒ 일라이트 ⇒ 카올린의 경로로 진행될 것으로 예상된다.
4~06ppt)이지만 깊은 심도에서 Salinity가 측정되나 심도 및 위치에 따른 변화특성은 없는 것으로 측정되었다. 자연 상태의 시료는 대략 10~20%의 함수비를 가지고 있는 것으로 측정되었으며, 흡수율의 경우 지표시료는 대략 35~47%의 흡수율을 보인다. 사암에서 실시된 slaking 내구성 지수는 2회 실시 후 98.
전기비저항탐사 결과 PHR-A단면은 전구간에서 비교적 낮은 비저항을 보여주며, 이것은 퇴적층의 높은 함수율을 반영한 것으로 지표하부가 지하수로 포화된 것으로 추정된다. 비저항값의 수직, 수평적 변화가 적은 것으로 보아 퇴적층은 하부로 연장되며 층후의 변화는 미약할 것으로 판단되며, 중앙부(80m 부근)의 비교적 높은 비저항(80 Ω · m이상)은 공극이 유체로 포화되지 못한 것을 반영한 것으로 퇴적층의 고결정도가 주변부에 비해 높은 것으로 추정된다(그림 7).
제안된 풍화지수들을 비교하여 풍화 정도를 판별하고, 대상으로 한 시료가 화학적풍화의 최종산물까지 어느 단계에 있는지 판단하였으며, CIA의 변화에 따르는 산화물 변화를 비교해서 원소의 이동도와 풍화정도와의 관계를 파악하였다. 풍화가 진행되어 감에 따라 구성광물들로부터 이온의 제거 반응이 시작되며, 사장석류의 용탈반응으로 인해 Na+ , Ca2+ 등의 이온들이 감소하는 경향을 보이나 사암의 경우 유기물에서 유래된 CaO 의 함량이 높아 풍화가 진행된 암석에서 더 높게 나타났으며, Na의 함량은 약간 감소한다. 이암의 경우 풍화에 따라 CaO 의 함량의 감소를 보이며, Na도 대체로 감소하는 경향을 보인다(그림 14)
현장조사, 공내검층, 암석시험 등의 결과에 의하며 대부분의 분류기준에 의해 연암의 지층범위에 해당 되며, 지질환경이 유사한 일본의 지반분류기준에 의하면 연암의 지층범위에 해되므로 탄성파속도, 압축 강도, 절리간격, RMR산정 결과치를 이용하여 토공작업성 분류기준을 검토한 결과 리핑 곤란 내지 리핑 매우곤란 또는 발파의 작업범위에 해당되는 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
암석의 안정성은 무엇과 직접적인 관련이 있는가?
암석의 안정성은 풍화작용과 직접적인 상관성이 있으며, 암석의 균열과 같이 불연속면을 따라 분포하는 수분의 포화정도는 암석의 물리적, 화학적 풍화에 비례한다. 습윤지수를 이용한 수문분석을 실시함으로써 강우 시, 한시적으로 형성되는 수계의 포화정도를 산정하고, 지형도상에 표현되지 않는 미세한 수계를 표현함으로써 조사지역의 단열계를 이해하는 정보를 취득하고자 하였다.
동해안을 따라 분포한 한반도의 제3기층의 특성은 무엇인가?
일반적인 암석은 기반암이 물리적 풍화작용 및 화학적 충화작용을 거쳐 토양화(경암→연암→풍화암→풍화토)되는데, 본 지역에 분포하는 퇴적암은 일반적인 풍화과정에 있는 것이 아니라 속성과정(다짐작용, 교결작용, 재결정화작용) 중에 지반의 융기로 인해 지표로 노출되어 암석과 퇴적물의 특성을 동시에 지니고 있어 풍화에 취약할 것으로 예상된다.
암석의 균열과 같이 불연속면을 따라 분포하는 수분의 포화정도는 무엇과 비례하는가?
암석의 안정성은 풍화작용과 직접적인 상관성이 있으며, 암석의 균열과 같이 불연속면을 따라 분포하는 수분의 포화정도는 암석의 물리적, 화학적 풍화에 비례한다. 습윤지수를 이용한 수문분석을 실시함으로써 강우 시, 한시적으로 형성되는 수계의 포화정도를 산정하고, 지형도상에 표현되지 않는 미세한 수계를 표현함으로써 조사지역의 단열계를 이해하는 정보를 취득하고자 하였다.
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