복합 지구물리탐사를 활용한 땅밀림 산사태의 지질 이상대 파악

국문 초록 (Abstract)

산사태는 토양 포행에서 암석 사태에 이르는 광범위한 중력사면 이동에 적용되며, 한 번의 미끄러짐 내에서 이동 유형과 붕괴 정도는 이동이 진행됨에 따라 변할 수 있다. 일반적으로 사면의 붕괴 및 산사태는 집중호우 및 태풍 등 많은 비가 내릴 때 집중적이고 급격히 발생하는 특징을 보이지만 땅밀림 산사태는 활동면이 깊고 서서히 진행되기 때문에 강우보다는 지질 암종의 풍화, 구성광물의 성질 및 지형적 특성에 더욱 밀접한 영향을 받는다.
대표적인 지질 환경(화성암, 퇴적암, 변성암)으로서 지구물리학적 자료에서 활동층 및 미끄럼 사면에서 땅밀림 메커니즘을 조사하기 위해 이미 발생했던 4개의 지역(태안, 청주, 완주, 하동)을 선정하였다.
지표 지구물리 탐사를 땅밀림에 적용할 때, 지질 구조와 산사태 메커니즘에 대한 정보를 제공하는 일차적인 목표를 가진 기초조사로 전기비저항 및 탄성파 굴절법탐사가 수행되었다. 4개의 지역 중 다시 2개의 지역을 재선정하였는데 특히 물이 포화된 점토와 절리, 불연속면을 파악하고 활동 연약대에 대한 이해를 높이기 위하여 석회암 기반의 태안과 변칙 기반암 기반의 하동에 대한 정밀조사(전기비저항, 탄성파 굴절법, 시추공 텔레뷰어 탐사)를 수행하였다. 아래 방향으로 기울어진 고비저항의 기반암 상단부분을 따라가다 살짝 돌출된 부분에서 위로 향하면서 땅밀림의 구부러진 활동면이 설명되었고 탄성파 속도 구조는 사면 안정성 분석을 위한 층의 경계를 식별하는데 효과적인 것으로 밝혀졌다.
본 연구에서 제안된 땅밀림이 발생하기 쉬운 위치를 찾는 세 가지 단계는 2018년 포항 지진 이후 지반 변형이 발생한 포항 부지에서 실험되었다. 첫 번째는 시간 경과 디지털 지형도 및 발생 징후를 이용한 예비조사, 두 번째는 지구물리학적 지질분석 및 안정성 분석을 통한 기초조사, 세 번째는 시추공 이미지, 고해상도의 지구물리학적 분석 및 지표 변위 확인을 포함한 정밀조사이다. 땅밀림이 발생한 지역과 발생 중인 지역 간의 지구물리학적 이미지 패턴의 유사성을 바탕으로, 발생할 지역을 찾기 위해 제안된 세 단계가 합리적이고 체계적인 것으로 확인되었다. 추후 다양한 시간 경과 모니터링 기법의 자료가 추가적으로 제공되면 이 연구에서 개발된 방법은 다른 지질재해의 문제에도 쉽게 적용할 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The term landslide is applied to a wide range of mass movements ranging from soil creep to rock avalanche, and within a single slip the type of movement and the degree of disruption may change as the movements proceeds. In general, slope collapse and landslides are characterized by intensive and rapid occurrence mainly caused by heavy rainfalls and typhoons strike. On the other hand, land creeping proceeds slowly and deeply on the active surface, and thus it is more closely affected by weathering, physical properties, and constituent minerals of the soil/rock rather than rainfall.
Four sites(Taean, Cheongju, Wanju, Hadong), which have experienced land creeping, were selected as representative geological environments(igneous, sedimentary, and metamorphic rocks) for investigation of land-creeping mechanism associated with activity layer and sliding zone in geophysical data.
In the application of surface geophysical exploration to land creeping area, electric resistivity and seismic refraction surveys were carried out as a regional mapping with primary aim of providing information about the geological framework and the creeping mechanism. Two of the four sites are reselected: limestone bedrock-based Taean and anorthosite bedrock-based Hadong, for conducting the detailed survey(electric resistivity, seismic refraction, borehole televiewer) to gain an improved understanding of the slip weak zones, particularly to delineate the water-saturated clay and discontinuities of fractures and joints. Downslope sliding and slightly upward pushing at a convex structure of electrically high resistive bedrock suggest the curved slip plane of the land creeping. Seismic velocity structures are found effective in determining the stratigraphic boundaries for slope stability analysis.
The proposed three steps of locating the land creeping-prone site are established in this study and tested at a Pohang site, which has experienced ground deformation triggered by the 2018 Pohang earthquake. Firstly, feasibility study using time-lapse digital topographic map and surface precursors, secondly, regional survey with geophysical mapping and stability analysis, thirdly, detailed survey including the borehole imaging, high-resolution geophysical mapping, and ground displacement check. Based on the similarities of geophysical image patterns between ongoing land-creeping site and the experienced areas, the proposed three steps of locating the land-creeping prone site proved to be reasonable and systematic. When additional information from the various time-lapse monitoring techniques is further provided in the future, the established procedures developed in this study would be readily applicable to the other geological hazard problems.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 2. 연구배경 및 국내외 사례 4
• 2.1 연구배경 4
• 2.2 국내외 연구동향 10
• 2.2.1 세계의 주요 땅밀림 사례 및 특징 10
• 2.2.2 국내 연구동향 13
• 2.2.3 국외 연구동향 15
• 3. 조사방법 21
• 3.1 전기비저항 탐사 21
• 3.1.1 쌍극자배열 자료수집 22
• 3.1.2 자료역산 24
• 3.1.3 자료해석 25
• 3.2 탄성파 굴절법 탐사 27
• 3.2.1 자료수집 27
• 3.2.2 굴절파 토모그래피 29
• 3.2.3 자료해석 33
• 3.3 시추공 텔레뷰어 36
• 3.3.1 자료수집 36
• 3.3.2 자료처리 및 해석 37
• 3.4 안정성 분석 39
• 3.4.1 해석방법 42
• 3.4.2 안정해석 기준 45
• 4. 기존 땅밀림 지질구조 파악 및 원인 분석 53
• 4.1 땅밀림 기초조사를 위한 탐사 54
• 4.1.1 태안 신진도리 전기비저항 탐사 54
• 4.1.2 청주 청남대 주변 전기비저항 탐사 65
• 4.1.3 완주 봉동 탄성파 굴절법 탐사 75
• 4.1.4 하동 청룡저수지 주변 탄성파 굴절법 탐사 81
• 4.2 땅밀림 정밀조사를 위한 탐사 87
• 4.2.1 태안 신진도리 정밀조사 87
• 4.2.2 하동 청룡저수지 주변 정밀조사 101
• 5. 잠재적인 땅밀림 현상의 지구물리학적 활용 116
• 5.1 조사단계 116
• 5.2 예비조사 118
• 5.3 기초조사 125
• 5.4 정밀조사 131
• 5.4.1 땅밀림 우려지역의 선정 131
• 5.4.2 지표지질조사 132
• 5.4.3 시추조사 136
• 5.4.4 전기비저항 탐사 137
• 5.4.5 고분해능 지구물리탐사 139
• 5.4.6 땅밀림 발생의 해석 141
• 5.4.7 안정성 분석 142
• 6. 토의 및 결론 144