단층암의 물질 변화와 역학적 거동특성 간의 관계 (Relation between temporal change of fault rock materials and mechanical properties)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질학회
· 수록지 정보 : 지질학회지 / 52권 / 6호 / 847 ~ 861페이지
· 저자명 : 우상우, 한래희, 김창민, 정기영, 정종옥, 이희권

초록

단층암을 구성하는 물질은 단층의 역학적 거동특성을 결정하는 본질적인 요인 중 하나이다. 우리는 단층암물질 조성의 변화가 단층의 미끌림 거동의 변화를 가져오는 지를 확인하기 위하여, 자연 단층암의 모암과 단층비지를 대상으로 물질 분석, 전단실험 및 미구조 분석을 결합하는 연구를 시도하였다. 본 연구는 포항시 보경사인근에 위치한 양산단층의 손상대에서 발견되는 부차단층을 대상으로 수행한 것이다. 물질 분석 결과, 모암분말 시료에는 석영, 장석과 같은 비점토광물(>80 wt%)이 우세한 반면 단층비지 시료에는 점토광물(일라이트, 녹니석 등)의 함량(>50 wt%)이 우세하다. 전단실험 결과, 단층비지 시료는 낮은 마찰계수(μ~0.27), 안정한 미끌림을 지시하는 속도 강화 거동 그리고 낮은 마찰회복률이 특징적인 반면, 모암분말 시료로부터는 높은 마찰계수(μ~0.70), 불안정한 지진성 미끌림을 지시하는 속도 약화 거동 그리고 높은 마찰회복률이 관찰되었다. 미구조 관찰 결과, 단층비지 시료에서는 점토광물들이 정향배열하면서 연결되어 있는 구조가 잘 발달하는데 이것이 그 시료가 낮은 마찰강도를 갖는 이유인 것으로 보인다. 이상의 결과들은 단층 발달 초기에 모암의 단순 분쇄 물질로 존재하던 단층암이 점토질 비지로 바뀜에 따라 단층의 역학적인 거동의 극적인 변화가 발생할 수 있음을 지시한다.

영어초록

Materials of fault rocks are a critical factor that may control the mechanical behavior of faults. To examine whether the change in mineral composition of fault rocks may result in the change in frictional behavior of faults, we conducted an integrated study on some subsidiary faults of the Yangsan fault, Bogyeongsa area, Pohang, by combining field observation, materials and microstructure analyses and shear tests. From two fault outcrops, both fault gouges and fractured wall rocks were collected. Powders of the wall rocks were used to simulate gouges of immature faults. According to an analysis of the materials, the wall rock powders consist mainly of non-clay minerals (>80 wt%) such as quartz and feldspar; the fault gouges are rich in clay minerals (>50 wt%; illite and chlorite). Some shear tests on the materials at water-saturated conditions show that the gouges are weak (0.27 in terms of friction coefficient, μ) and velocity strengthening, and have a low frictional healing rate, while the wall rock powders are characterized by high frictional strength (μ~0.70), velocity weakening behavior and a high frictional healing rate. Microstructural observations reveal that interconnected alignment of clay minerals with preferred orientation is developed in the fault gouges. The microstructure may be responsible for the weakness of the fault gouges. Given the results described above, it appears that the change in mineral composition from the gouges of immature faults (i.e., simply the product of crushing of wall rocks) to clay-rich gouges may be accompanied by the dramatic change in frictional properties of faults.

참고자료

· 없음