단층비지대의 성장: 경주시 양북면 부근의 사례

장태우 ( Tae Woo Chang ),장윤득 ( Yun Deuk Jang ) 대한지질공학회 2008 지질공학 Vol.18 No.2

단층의 내부 구조가 잘 구분되는 하나의 단층핵이 경주시 양북면 용당리 부근 작은 계곡에 인접하여 노출되어 있다. 단층핵의 중앙에는 약 25 cm두께의 단층비지대가 놓여 있으며 색깔에 의해 청회색 비지대와 녹황색 비지대로 구분된다. 현미경하에서 비지들은 옛 비지편, 석영, 장석, 철광물 등의 반상쇄편으로 구성되며 기질은 점토광물이 풍부하고 점토광물은 선택정렬하며 P엽리를 잘 발달시킨다. 청회색 비지와 녹황색 비지의 차이점은 녹황색 비지가 청회색 비지에 비해 점토광물이 훨씬 풍부하고, 반상쇄편의 수와 크기가 적으며, 철광물 또한 매우 풍부하고 철광물의 종류는 청회색 비지대에서 대부분 황철석인데 반해 주로 적철석으로 이루어진다. 이 적철석은 청회색 비지 형성 단층작용 시에 유입된 열수가 청회색비지대에 황철석을 침전시킬 동안 녹황색 비지대에는 기존의 황철석을 변질시켜 적철석을 형성한 것으로 생각된다. 단층핵 내 청회색 비지대와 녹황색 비지대는 점진적인 단층대 발달 단계를 거쳐 형성된 것으로 생각된다. 첫째 단계에서는 이른 단층작용이 시작되고 이에 수반되어 손상대가 생성되었다. 두 번째 단계는 손상대에서 반복적인 단열작용으로 각력대가 형성되었다. 세 번째 단계에서는 입자 마모와 연마작용이 활발하게 일어나며 녹황색 비지대가 발달하였다. 네 번째 단계에서 변형작용은 단층핵의 중심에서 옛 비지대(녹황색 비지대)가 변형경화로 비활동적으로 남을 때 단층핵의 연변을 향하여 새로운 비지대인 청회색 비지대가 생성되어 녹황색 비지대에 인접하여 부가되었으며 이로 인해 단층핵 내 비지대는 더 큰폭으로 성장하였다. 비지대 내에서 청회색 비지대 생성 후 변형작용은 반상쇄편의 내부 파쇄작용과 혼합면열구조의 발달로 비지대 내 큰 변형이 수용되었다. A fault gouge zone which is about 25cm thick crops out along a small valley in Yangbuk-myeon, Gyeongju city. It is divided into greenish brown gouge and bluish gray gouge by color. Under the microscope, the gouges have a lot of porphyroclasts composed of old gouge fragments, quartz, feldspar and iron minerals. Clay minerals are abundant in matrix, defining strikingly P foliation by preferred orientation. Microstructural differences between bluish gray gouge and greenish brown gouge are as follows: greenish brown gouge compared to bluish gray gouge is (1) rich in clay minerals, (2) small in size and number of porphyroclasts, and (3) plentiful in iron minerals which are mostly hematites, while chiefly pyrites in bluish gray gouge. Hematites are considered to be altered from pyrites in the early-formed greenish brown gouge under the influence of hydrothermal fluids accompanied during the formation of bluish gray gouge that also precipitated pyrites. It is believed that the fault core including bluish gray gouge zone and greenish brown gouge zone was formed by progressive cataclastic flow. In the first stage the fault core initiates from damage zone of early faulting. In the second stage damage zone actively transforms into breccia zone by repeated fracturing. The third stage includes greenish brown (old) gouge formation in the center of the fault core mainly by particle grinding. In the third stage further deformation leads to the formation of new (bluish gray) gouge zone while old gouge zone undergoes strain hardening. Consequently, the whole gouge zone in the core widens.

강원도 인제군 일대에 발달한 금왕단층대의 구조적 특성과 제4기 시간ㆍ공간적 활동패턴

김만재,이희권 대한지질학회 2022 지질학회지 Vol.58 No.4

강원도 인제군 일대에 흑운모편마암, 화강편마암 및 흑운모화강암을 관통하는 금왕단층대가 발달되어 있다. 단층핵 3 지점에 대해 조사를 실시하였으며, 약 11 ~ 23 m 폭을 보이는 단층핵은 단층각력암 우세대와 단층비지 우세대로 이루어져 있다. 단층핵의 활동이력을 면밀히 파악하기 위해, 단층핵을 구성하는 단층암의 특징을이용하여 선후관계를 규명하였으며 단층비지의 ESR 연대측정을 통해 제4기 활동형태를 해석하였다. 단층핵에서 관찰되는 지질구조 특성을 근거로 한 단층핵의 진화과정은 크게 6단계로 구분된다. 1) 좌수향 주향이동 운동이 우세했던 제4기 이전에 다양한 방향의 전단면 및 단열면들이 발달하였다. 2) 분산 분쇄 각력암화와 마찰 각력암화에 의해 암편들의 원마도가 비교적 양호해졌으며, 암편 사이는 단층비지가 채워져 있는 단층각력암대가형성되었다. 3) 단층각력암으로 이루어진 단층핵이 재활동을 겪으면서 단층비지의 양이 증가하였고 단층각력암 암편이 단층비지 내에 잔유물의 형태로 분포한다. 4) 단층비지 내 암편들의 크기가 작아지고 원마도가 좋아지면서 기질의 함량이 증가하여 괴상의 단층비지대로 진화하였다. 5) 색이 다른 수 mm ~ cm 두께의 단층비지띠들이 Y-전단 방향으로 우세하게 발달한 단층비지대가 형성되었다. 6) 단층비지띠들이 우세하게 발달한 단층비지대에서 전단변형이 지속됨에 따라 칼집습곡이 발달되었다. 단층비지의 ESR 연대측정 결과를 이용하여 커널밀도추정 곡선을 작성한 결과, 연구지역에 발달한 금왕단층대는 약 52만 년 전, 약 41만 년 전, 약 32만 년 전및 약 22만 년 전에 주로 재활동했던 것으로 판단된다. 단층핵과 모암 사이에 발달한 경계 단층비지띠와 단층핵내부에 있는 단층비지띠가 같은 활동시기에 반복적으로 재활동하였으며, 금왕단층의 주향방향으로 약 10.2 km 길이를 가지는 단층핵의 경계 단층비지띠가 같은 활동시기에 재활동하였다.

울산단층 동부지역 제4기단층 비지대의 체적변화와 유체-암석비에 대한 고찰

장태우 ( Tae Woo Chang ),채연준 ( Yeon Zoon Chae ),추창오 ( Chang Oh Choo ) 대한지질공학회 2005 지질공학 Vol.15 No.3

울산단층 동부 지역에는 제4기로 추정되는 미고결 퇴적층을 절단하며 파쇄대와 단층비지를 수반하는 제4기 단층이 여러 곳에서 발견되고 있다. 본 연구에서는 제4기 단층비지대의 성분변화, 체적변화, 실리카의 손실 그리고 유체-암석 비를 XRF, XRD, EPMA를 이용하여 계산하였다. 단층비지의 성분변화는 모암에 비해 단층비지대에서 SiO2, K2O, Na2O는 감소하고, Al2O3, MgO, P2O5, Fe2O3, MnO, CaO, LOI는 증가한다. 단층별 체적감소는 개곡 제1단층 56%, 개곡 제2단층 22%, 신계단층 34%, 마동단층 8%, 원원사단층 2%, 진현단층 53% 이다. 체적감소, 실리카 손실, 유체-암석비가 낮게 나타난 마동단층과 원원사단층 비지대는 유체활동에 대하여 닫힌계이고, 체적감소, 실리카 손실, 유체-암석 비가 높은 개곡 제1단층과 진현단층의 비지대는 유체 활동의 통로로 작용한 열린계였을 것으로 볼 수 있다. 단층의 유체-암석 체적비는 모든 단층에서 102~104로 나타나지만 기질의 함량이 각각 88%와 77%로 높고 체적감소가 큰 개곡 제1단층과 진현단층에서 가장 높게 나타난다. 따라서 이들 단층에서 유체의 활동이 가장 활발하였다. Many Quaternary faults are recognized as thin gouge and narrow cataclastic zone juxtaposing the Bulguksa granite and Quaternary deposit bed in the eastern block of the Ulsan Fault, Korea: Gaegok 1, Gaegok 2, Singye, Madong, Wonwonsa and Jinhyeon faults. This study was performed to calculate chemical change, volume change, silica loss and fluid-rock ratio taken place in gouge zones of these Quaternary faults using XRF, XRD, EPMA. The chemical compositions of fault rocks reveal that the fault gouges are depleted in SiO2, Na2O and K2O and enriched in Al2O3, Fe2O3, P2O5, MgO, MnO CaO and LOI(H2O+CO2) relative to protoliths. The fact that there is enrichment of relatively immobile elements and depletion of the more soluble elements in the fault gouges relative to protoliths can be explained by fluid-assisted volume loss of 56% for Gaegok 1 fault, 22% for Gaegok 2 fault, 34% for Singye fault, 8% for Madong fault, 2% for the Wonwonsa fault and 53% for the Jinhyeon fault. Madong fault and Wonwonsa fault where ratios of the volume change, silica loss and fluid-rock are low might have acted as a closed system for fluid activity, whereas Gaegok 1 fault and Jinhyeon fault with high ratios in those factors be an open system. The volumetric fluid-rock ratios range 102~104 for all faults, being highest in Gaegok 1 fault and Jinhyeon fault whose fluid activity was most significant.

경주시 양북면 단층암의 광물 조성과 입도 분포 특징

송수정,추창오,장천중,장태우,장윤득,Song, Su Jeong,Choo, Chang Oh,Chang, Chun-Joong,Chang, Tae Woo,Jang, Yun Deuk 대한자원환경지질학회 2012 자원환경지질 Vol.45 No.5

경주시 양북면 용당리에 발달한 단층암을 대상으로 X선 회절 분석(XRD), 광학현미경 분석, 레이저 입도 분석, 프랙탈 차원 분석을 적용하여 단층암의 광물 조성과 미구조, 잔류입자의 분포 특성을 연구하였다. 단층핵은 약 1.5 m 두께로 발달하며 이 중 각력대는 약 1.2m, 단층핵의 가장 중심부인 비지대는 평균 20cm의 얇은 두께로 노출되어 있다. 각력대에서는 석영, 장석류 등의 조암광물이 주 구성 광물로서 산출되고 비지대에서는 녹니석, 일라이트 등의 점토광물이 주 구성 광물로서 산출된다. 단층암에서 빈번하게 산출되는 맥상광물, 황철석, 변질 광물 등은 단층활동과 더불어 열수변질 작용이 수반되었음을 시사하고 있다. 현미경에 의한 구획 점셈(box counting), Image J에 의한 영상분석 및 레이저 입도 분석에 기초한 프랙탈 차원값은 단층암의 입자 파쇄 특성을 잘 보여준다. 세 가지 방법으로 구한 프랙탈 차원값(D)은 각력대에서 비지대로 갈수록 그 값이 증가하고 비지대 내에서는 공통적으로 높은 차원값을 갖는다. 비지대 내에서는 D값의 변화가 상대적으로 적으며, 일정한 경향성이 나타나지 않는다. 이는 각력대에서는 입자들의 대량파쇄가 우세하게 발생하고, 단층운동이 계속되어 생성된 비지대에서는 입자의 마모가 보다 우세하게 발생하였음을 시사한다. 연구지역 단층암의 광물 조성과 입자 분포 특성은 다중 단층 운동과 열수변질 작용이 본 연구지역 단층대의 진화에 큰 영향을 끼쳤음을 지시한다. 단층암에서의 프랙탈 차원값이 측정 기법에 따라 차이가 발생하므로 프랙탈 차원값의 상대적인 비교는 보다 신중히 이용되어야 될 것으로 생각된다. This paper is focused on mineral compositions, microstructures and distributional characters of remained grains in the fault rocks collected from a fault developed in Yongdang-ri, Yangbuk-myeon, Gyeongju City, Korea, using X-ray diffraction (XRD), optical microscope, laser grain size analysis and fractal dimension analysis methods. The exposed fault core zone is about 1.5 meter thick. On the average, the breccia zone is 1.2 meter and the gouge zone is 20cm thick, respectively. XRD results show that the breccia zone consists predominantly of rock-forming minerals including quartz and feldspar, but the gouge zone consists of abundant clay minerals such as chlorite, illite and kaolinite. Mineral vein, pyrite and altered minerals commonly observed in the fault rock support evidence of fault activity associated with hydrothermal alteration. Fractal dimensions based on box counting, image analysis and laser particle analysis suggest that mineral grains in the fault rock underwent fracturing process as well as abrasion that gave rise to diminution of grains during the fault activity. Fractal dimensions(D-values) calculated by three methods gradually increase from the breccia zone to the gouge zone which has commonly high D-values. There are no noticeable changes in D-values in the gouge zone with trend being constant. It means that the bulk-crushing process of mineral grains in the breccia zone was predominant, whereas abrasion of mineral grains in the gouge zone took place by continuous fault activity. It means that the bulk-crushing process of mineral grains in the breccia zone was predominant, whereas abrasion of mineral grains in the gouge zone took place by continuous fault activity. Mineral compositions in the fault zone and peculiar trends in grain distribution indicate that multiple fault activity had a considerable influence on the evolution of fault zones, together with hydrothermal alteration. Meanwhile, fractal dimension values(D) in the fault rock should be used with caution because there is possibility that different values are unexpectedly obtained depending on the measurement methods available even in the same sample.

함황철석 안산암 내 단층 비지의 광물학적 및 지구화학적 연구

박승환 ( Seung Hwan Park ),김영규 ( Yeong Kyoo Kim ) 한국광물학회 2014 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.27 No.4

황철석이 다량 존재하는 지역에서 산성암석배수에 의한 중금속 거동과 관련된 단층비지의 역할을 알아보기 위해, 양산지역에 분포하는 함황철석 안산암의 모암과 단층비지에 대하여 XRD, pH, XRF, SEM-EDS, ICP 분석을 실시하였다. 연구결과 모암의 주 구성광물로 석영(quartz), 엽랍석(pyrophyllite), 황철석(pyrite), 일라이트(illite), 황옥(topaz)이 관찰되었고 짙은 갈색의 단층비지 시료의 경우 석영(quartz), 일라이트(illite), 녹니석(chlorite), 스멕타이트(smectite), 침철석(goethite), 카콕세나이트(cacoxenite)가 동정되었으며 침철석이 주 구성광물이었다. 모암에서 동정된 광물 종으로 보아 모암은 열수 변질 작용을 많이 받은 것으로 보인다. ICP분석 결과 각 시료의 중금속 농도는 모암의 경우Zn > As > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd 순을 보였으며, 단층비지의 경우 As > Zn > Pb > Cr > Cu >Ni > Cd 순으로 나타났다. 두 시료를 비교해 보면 중금속의 총량은 전체적으로 단층비지에서 상대적으로 더 높은 값을 나타내며 특히 Pb, As, Cr은 2배 이상의 큰 차이를 보인다. 이러한 차이는 단층비지의 주 구성광물인 침철석의 높은 반응성과 넓은 표면적에 의해 Pb, As, Cr과 같은 중금속들이 공침혹은 흡착되어 특히 높은 농도를 나타내며 또한 황철석의 산화에 의한 낮은 pH에 의하여 이러한 효과가 더욱 증가되었다고 사료된다. 그리고 자연환경에 쉽게 영향을 줄 수 있는 labile (step 1)과 acid-soluble (step 2)을 합한 농도의 비율은 대부분의 중금속이 모암에서 더 높게 나타나는 것을 확인하였다. 결과적으로 연구지역에서 단층비지는 모암에 비하여 많은 양의 중금속을 함유하고 연속추출법 단계 중 상대적으로 자연에 쉽게 유출될 수 있는 단계의 비율이 낮은 것으로 나타나 산성암석배수에 의한 피해가 예상되는 지역에서 단층비지는 중금속이 쉽게 용출되지 않게 하는 저장소로 큰 역할을 하는 것으로 판단된다. To investigate the role of fault gauge in the behavior of heavy metals caused by the acid rock drainage in the area of pyrite-rich andesite, XRD, pH measurement, XRF, SEM-EDS, ICP, and sequential extraction method were used. Bed rock consists of quartz, pyrophyllite, pyrite, illite, and topaz, but the brown-colored fault gouge is composed of quartz, illite, chlorite, smectite, goethite, and cacoxenite. The mineral composition of bed rock suggests that it is heavily altered by hydrothermal activity. The concentrations of heavy metals in the bed rock are as follows, Zn > As > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd, and those in fault gouge are As > Zn > Pb > Cr > Cu > Ni > Cd. The concentrations of the heavy metals in the fault gouge are generally higher than those in the bed rock, especially for Pb, As, and Cr, which were more than twice as those in the bed rock. It is believed that the difference in the amount of heavy metals between the bed rock and the fault gouge is mainly due to the existence of goethite which is the main mineral composition in the fault gouge and can play important role in sequestering these metals by coprecipitation and adsorption. The low pH, caused by oxidation of pyrite, also plays significant role in fixation of those metals. It is confirmed that the fractions of labile (step 1) and acid-soluble (step 2), which can be easily released into the environment, were higher in the bed rock. Those fractions were relatively low in fault gauge, suggesting that fault gauge can play important role as a sink of heavy metals to prevent those ones from being released in the area where the acid rock drainage can have an influence.

당진 지역 제4기 진관단층의 운동 특성과 단층비지의 ESR 연령

최범영,황재하,배한경,이희권,경재복 한국지구과학회 2015 한국지구과학회지 Vol.36 No.1

In order to outline the kinematics and movement history of a new Quaternary fault, Jingwan Fault in Dangjin, West Korea, we analyzed the geometry of the fault zone composed of a few gouge zones, and made ESR dating for fault gouge materials. The N55°E striking Jingwan Fault is a normal fault and exhibits a gradual change in dip (gentle in the lower part, steep in the upper part), indicating a listric fault. As for the fault gouge zone, its thickness varies and reaches 2~3cm in the lower part or between basement rocks, and 20~30cm in the middle-upper part or between the basement and Quaternary deposit. It is observed in the latter case that more than three gouge zones develop with different colors, and branch out and re-merge, or they are partly superimposed, indicating different movement episodes. The cumulative displacement is estimated to be about 10m using the geological cross-sections, from which it is inferred that the total length of fault may be about 2.5km on the basis of the empirical relation between cumulative displacement and fault length. Therefore, a more study would be needed to verify the entire fault length. The results of ESR dating for three gouge samples at different spots along the fault yields ages of 651±47ka, 649±96ka and 436±66ka, indicating at least two movement episodes. Slickenlines observed on the fault planes indicate a pure dip slip (normal faulting), which suggests that the ENE-WSW trending Jingwan Fault was presumably moved under a NNW-SSE extensional environment. 한반도 서부인 당진 지역에서 새로이 발견된 제4기 진관단층의 운동 특성과 단층활동 이력에 대한 윤곽을 잡기 위해 몇 개의 단층비지대로 구성된 진관단층의 기하 분석과 단층비지 물질에 대한 ESR 연령측정을 하였다. 진관단층은 정단층으로, N55°E 주향의 이 단층은 낮은 곳에서는 경사가 57°NW, 상부로 갈수록 경사가 수직에 가깝게 변화를 보여주며 리스트릭 단층임을 보여준다. 단층비지대의 두께는 노두 하부의 기반암과 기반암 사이에서 2~3cm, 중상부의 기반암과 제4기층 사이 경계에서는 20~30cm 폭으로 보다 두껍다. 후자의 경우에 있어서 3개 이상의 단층비지대가 분리되거나 합쳐지기도 하며, 부분적으로는 서로 중첩되기도 하는데 이는 서로 다른 단층운동 사건들이 있었음을 지시한다. 지질단면도로부터 산출된 단층의 누적 총변위는 약 10m이며 누적 총변위와 단층의 길이 사이 경험식에 따르면 약 2.5km의 단층 길이에 해당된다고 할 수 있다. 그러므로 단층의 길이를 제대로 알기 위해 보다 연구가 요구된다. 단층대를 따라 채취한 세 단층암 샘플에 대한 ESR 연령측정 결과, 651±47ka, 649±96ka, 436±66ka 등으로 나타났으며 최소 두 번의 단층운동이 있었음을 지시한다. 단층면에서 관찰되는 단층조선은 순전한 경사이동만을 지시하며(정단층 운동), 동북동-서남서 주향의 진관단층은 북북서-동남동 방향의 수평 최소 압축응력 환경에서 단층운동이 있었음을 제시한다.

논문 : 부산 금정산일대에 분포하는 단층비지의 전단특성에 관한 실험적 고찰

우익 ( Ik Woo ) 대한지질공학회 2012 지질공학 Vol.22 No.1

본 연구에서는 부산시 금정구 금정산 일대에서 채취한 단충비지대의 공학적 특성을 여러 형태의 절리모형실험을 통하여 파악하였다. 이 지역의 양산단충과 동래단충과 같은 주요 대규모 단층과 부수적인 소규모 단충이 다수 분포하고 있어, 이 지 역의 시추공중 이러한 단충을 관통한 시추공에서 단충비지 및 흑운모 화강암 절리 시료를 추출하여 실내 실험에 사용하였다. 우전 단층비지대의 광물학적 특정을 파악하기 위한 XRD 및 SEM 분석에서는 단층비지대가 수분 함유에 따른 급격한 전단강도 감소를 예측할 수 있는 판상구조의 점토광물인 kaolinite, montmorillonite, illite, sericite으로 이루어져 있는 것으로 파악되었다. 다층비지에 대한 전단강도 특성은 비지 자체의 전단강도 측정과 단층비지를 충전한 여러 형태의 자연 및 인공 절리면에 대한 절리면의 전단강도 측정으로 구하였다. 실험 결과, 단층비지가 충전된 절리면은 충전물질이 없는 절리면보다 급격한 전단강도의 감소가 발생하였으며, 단충비지의 내부 마찰각보다 절리면 사이에 충전된 단층비지의 마찰각이 더욱 낮게 측정되었다, 이러한 실험 결과는 암반과 접하고 있는 단층비지의 전단 특성은 단충비지 자체가 가친 전단강도보다 더욱 작은 값을 가지기 때문에 암반 구조물의 안정성을 저해하는 요소로 작용할 수 있다는 것을 보여주고 있다. The mechanical characteristics of a fault gouge from near Mt. Kumjung in Kumjung-Gu, Busan, were estimated from laboratory tests on different joint models. Fault gouge samples and joint samples in biotite granite were obtained from boreholes in the study area that had penetrated small faults associated with the Dongnae and Yang-san faults. XRD and SEM analyses revealed that for the fault gouge consists of several clay minerals with tabular structure (kaolinite, montmorillonite, illite, sericite), which could cause the considerable reduction of shear strength when wet. The shear strength of the fault gouge was obtained from direct shear tests of the fault gouge itself and from direct shear tests of several natural/artificial joint surfaces coated with fault gouge. The results indicate that the reduction of shear strength is more abrupt for the joint surfaces coated with fault gouge compared with uncoated joint surfaces, and that the friction angle of the fault gouge between joint surfaces is much lower than the internal friction angle of the fault gouge itself Fault gouges in contact with rock, therefore, could have a stronger negative effect on the stability of structures in rock masses than the fault gouge itself.

경주시 양북면 단층암의 원소거동과 광물조성 특성

송수정(Su Jeong Song),추창오(Chang Oh Choo),장천중(Chun-Joong Chang),장윤득(Yun Deuk Jang) 한국암석학회 2013 암석학회지 Vol.22 No.2

단층활동 과정에서 암석 내 화학조성과 광물 조성 간의 연관성을 이해하기 위한 목적으로 경주시 양북면 용당리에 발달하는 단층암에 대하여 XRF, ICP, XRD, EPMA/BSE 분석을 시행하여 단층암 내의 광물조성 및 원소의 거동 경향성을 파악하였다. 단층암의 대표적인 주성분으로서 SiO₂는 61.6~71.0%의 범위로 가장 높은 함량을 나타내며, Al₂O₃는 10.8~15.8%이다. Na₂O는 0.22~4.63%, K₂O는 2.02~4.89%이고, Fe₂O₃는 3.80~12.5% 범위로 나타나 단층암 내에서 특히 이들 원소의 편차가 크다. 각력대에서 비지대로 갈수록 감소하는 경향을 나타내는 원소에는 Na₂O, Al₂O₃, K₂O, SiO₂, CaO, Ba, Sr 등이 있고, 증가하는 경향을 나타내는 원소에는 Fe₂O₃, MgO, MnO, Zr, Hf, Rb 등이 있다. 이러한 화학적 거동은 각력대가 대부분 석영, 장석류와 같은 주요 조암광물로 구성되는 반면, 비지대는 일라이트와 같은 점토광물이 다량 함유되는 것과 밀접한 관련성이 있다. 본 단층대에서는 기존 광물의 변질과 동시에 점토광물이 생성되는 데 있어 단층 활동에 수반된 유체활동이 큰 영향을 끼쳤다. 단층활동 초기에는 파쇄대가 열수의 통로로 작용하는 과정에서, 주원소 및 미량원소, 희토류원소는 기존 광물로부터 용탈되어 높은 원소 유동성을 나타내었으나, 파쇄대 중심부가 비지대로 점차 변화하는 과정에서는 이차적으로 형성된 점토광물로 인해 단층대의 투수성이 감소하고, 점토광물이 풍부해진 비지대 내에 농집되므로 낮은 원소 유동성을 가진 것으로 해석된다. This study is focused on element behaviors and mineral compositions of the fault rock developed in Yongdang-ri, Yangbuk-myeon, Gyeongju City, Korea, using XRF, ICP, XRD, and EPMA/BSE in order to better understand the chemical variations in fault rocks during the fault activity, with emphasis on dependence of chemical mobility on mineralogy across the fault zone. As one of the main components of the fault rocks, SiO₂ shows the highest content which ranges from 61.6 to 71.0%, and Al₂O₃ is also high as having the 10.8~15.8% range. Alkali elements such as Na₂O and K₂O are in the range of 0.22~4.63% and 2.02~4.89%, respectively, and Fe₂O₃ is 3.80~12.5%, indicating that there are significant variations within the fault rock. Based on the chemical characteristics in the fault rocks, it is evident that the fault gouge zone is depleted in Na₂O, Al₂O₃, K₂O, SiO₂, CaO, Ba and Sr, whereas enriched in Fe₂O₃, MgO, MnO, Zr, Hf and Rb relative to the fault breccia zone. Such chemical behaviors are closely related to the difference in the mineral compositions between breccia and gouge zones because the breccia zone consists of the rock-forming minerals including quartz and feldspar, whereas the gouge zone consists of abundant clay minerals such as illite and chlorite. The alteration of the primary minerals leading to the formation of the clay minerals in the fault zone was affected by the hydrothermal fluids involved in fault activity. Taking into account the fact that major, trace and rare earth elements were leached out from the precursor minerals, it is assumed that the element mobility was high during the first stage of the fault activity because the fracture zone is interpreted to have acted as a path of hydrothermal fluids. Moving toward the later stage of fault activity, the center of the fracture zone was transformed into the gouge zone during which the permeability in the fault zone gradually decreased with the formation of clay minerals. Consequently, elements were effectively constrained in the gouge zone mostly filled with authigenic minerals including clay minerals, characterized by the low element mobility.

활석 분쇄에 따른 함수율 및 열적거동 변화: 단층의 반복되는미끌림이 단층 약화에 미치는 영향

김민식,김진우,강창두,소병달,김현나 한국광물학회 2019 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.32 No.3

The particle size and crystallinity of fault gouge generally decreases with slip. Phyllosilicatesincluding talc are known to be present in fault gouge and play an important role in fault weakening. Inparticular, the coefficient of friction varies depending on the presence of a water molecule on thesurface of mineral. The purpose of this study is to investigate the effect of talc on fault weakening bychanging the water content and dehydration behavior of talc before and after grinding, whichsystematically varied particle size and crystallinity using high energy ball mill. Infrared spectroscopyand thermal analysis show that the as-received talc is hydrophobic before grinding and the watermolecule is rarely present. After grinding up to 720 minutes, the particle size decreased to around 100~300 nm, and in talc, where amorphization proceeded, the water content increased by about 8 wt.% and water molecule would be attached on the surface of talc. As a result, the amount of vaporizedwater by heating increased after grinding. The dihydroxylation temperature also decreased by ~750 °Cafter 720 minutes of grinding at ~950 °C before grinding due to the decrease of particle size andcrystallinity. These results indicate that the hydrophobicity of talc is changed to hydrophilic by grinding,and water molecules attached on the surface, which is thought to lower the coefficient of friction ofphyllosilicates. The repeated slip throughout the seismic cycle would consistently lower the coefficientof friction of talc present in fault gouge, which could provide the clue to the weakening of matured fault. 단층 비지는 단층의 미끌림에 의해 입도와 결정도가 낮아지는 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 활석을 비롯한 층상규산염 광물은 단층 비지에 존재하며 단층 약화에서 중요한 역할을 할 수 있는데, 특히 광물 표면에 흡착된 물분자의 존재 여부에 따라 마찰계수가 달라진다. 본 연구에서는 고에너지 볼 밀을 이용해 입도와 결정도를 체계적으로 변화시킨, 분쇄 전후 활석의 함수율과 탈수반응 거동의 변화를 통해 활석이 단층 약화에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 적외선 분광분석 및 열분석 결과, 분쇄 전 활석은 소수성을 띠며 물분자가 거의 존재하지 않는다. 이후 최대 720분까지 진행된분쇄를 통해 입도가 약 100~300 nm 내외까지 감소하고 비정질화가 진행된 활석에서는 물분자에 의한 함수량이 분쇄 전에 비하여 약 8 wt.% 증가하였다. 또한 분쇄된 시료를 가열할 경우, 분쇄 전에 비하여 기화되는 수증기의 양이 증가한다. 입도 및 결정도 감소에 따라 탈수산기 반응 온도도 분쇄 전 약900 °C에서 720분 분쇄 후 약 800 °C로 감소하였다. 이와 같이 분쇄된 활석의 입도 및 결정도 감소에의해 소수성이 친수성으로 바뀌며 층상 규산염 광물의 마찰계수를 낮출 것으로 생각된다. 지진 사이클을 통해 반복되는 단층의 미끌림은 지속적으로 단층 비지에 존재하는 활석의 마찰 계수를 낮출 것으로 생각되며, 오래된 단층이 점점 약화되는 원인에 대한 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

단층 활동 추적 연구에서의 Shape Preferred Orientation (SPO) 분석법

심호(Ho Sim),송윤구(Yungoo Song),박창윤(Changyun Park),서재원(Jaewon Seo) 대한자원환경지질학회 2023 자원환경지질 Vol.56 No.3

Shape Preferred Orientation (SPO) 분석법은 단층의 운동학적 연구에 기초자료로 사용되는 단층면 운동 방향 분석을 위해 사용할 수 있는 방법으로 이용되어왔다. 단층비지 내 석영, 장석 등의 암편들로 이루어진 강성체들은 주어진 전단력에 의해 강성체 회전을 통해 P-전단 방향으로 배열되며, 이 특성을 이용해 역으로 SPO로부터 단층 운동 방향을 추정할 수 있다. 최근 X-선 CT 영상을 활용해 3D-SPO를 측정하여 빠른시간 내에 다수의 입자들의 형태를 조사함으로서 정밀도와 신뢰성을 확보하는 방법이 개발되었다. 이로서 SPO 분석법은 수천~수만개 이상의 입자들의 방향성을 빠른 속도로 분석하여 단층 운동 방향을 제시하며 용이한 접근성과 신뢰도 높은 데이터를 제공한다. 더불어 SPO 분석과정에서 획득되는 부산물인 입자들의 형태학적 정보와 방향성 분포 데이터는 단층 활동 당시 일어난 단층암의 국부적 변형, 단층 발생 메커니즘과 같은 다양한 연구를 진행할 수 있는 기초데이터로서 활용 할 수 있을 것으로 기대된다. The Shape Preferred Orientation (SPO) method has been used to analyze the orientation of fault motion, which is utilized as basic data for fault kinematics studies. The rigid grains, which as quartz, feldspar, and rock fragments, in the fault gouge are arranged in the Pshear direction through rigid body rotation by a given shear stress. Using this characteristic, the fault motion can be estimated from the SPO inversely. Recently, a method for securing precision and reliability by measuring 3D-SPO using X-ray CT images and examining the shape of a large number of particles in a short time has been developed. As a result, the SPO method analyzes the orientation of thousands to tens of thousands of particles at high speed, suggests the direction of fault motion, and provides easy accessibility and reliable data. In addition, the shape information and orientation distribution data of particles, which are by-products obtained in the SPO analysis process, are expected to be used as basic data for conducting various studies such as the local deformation of fault rocks and the fault generation mechanism.