The Journal of the Petrological Society of Korea (암석학회지)

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Statistical Analysis on Microcrack Length Distribution in Tertiary Crystalline Tuff

제3기 결정질 응회암에서 발달하는 미세균열의 길이 분포에 대한 통계적 분석

  • Park, Deok-Won (Geological Research Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources)
  • 박덕원 (한국지질자원연구원 국토지질연구본부)
  • Received : 2011.01.20
  • Accepted : 2011.02.18
  • Published : 2011.03.31
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Abstract

The scaling properties on the length distribution of microcrack populations from Tertiary crystalline tuff are investigated. From the distribution charts showing length range with 15 directional angles and five groups(I~V), a systematic variation appears in the mean length with microcrack orientation. The distribution charts are distinguished by the bilaterally symmetrical pattern to nearly N-S direction. The whole domain of the length-cumulative frequency diagram for microcrack populations can be divided into three sections in terms of phases of the distribution of related curves. Especially, the linear middle section of each diagram of five groups represents a power-law distribution. The frequency ratio of linear middle sections of five groups ranges from 46.6% to 67.8%. Meanwhile, the slope of linear middle section of each group shows the order: group V($N60{\sim}90^{\circ}E$, -2.02) > group IV($N20{\sim}60^{\circ}E$, -1.55) > group I($N60{\sim}90^{\circ}W$, -1.48), group II($N10{\sim}60^{\circ}W$, -1.48) > group III($N10^{\circ}W{\sim}N20^{\circ}E$, -1.06). Five sub-populations(five groups) that closely follow the power-law length distribution show a wide range in exponents( -1.06 - -2.02). These differences in exponent among live groups emphasizes the importance of orientation effect. In addition, breaks in slope in the lower parts of the related curves represent the abrupt development of longer lengths, which is reflected in the decrease in the power-law exponent. Especially, such a distribution pattern can be seen from the diagram with $N10{\sim}20^{\circ}E,\;N10{\sim}20^{\circ}W$ and $N60{\sim}70^{\circ}W$ directional angles. These three directional angles correspond with main directions of faults developed around the study area. The distribution chart showing the individual characteristics of the length-cumulative frequency diagrams for 15 directional angles were made. By arraying above diagrams according to the categories of three groups(A, B and C), the differences in length-frequency distributions among these groups can be easily derived. The distribution chart illustrates the importance of analysing microcrack sets separately. From the related chart, the occurrence frequency of shorter microcracks shows the order: group A > group B > group C. These three types of distribution patterns could reveal important information on the processes occurred during microcrack growth.

제3기 결정질 응회암에서 발달하는 미세균열 모집단의 길이분포에 대한 스케일링 성질을 조사하였다. 15개 방향각 및 5개 그룹 (I~V)에 대한 길이범위의 분포도에서 미세균열의 방향성에 따른 평균길이의 체계적인 변화가 나타난다. 분포도는 거의 남-북방향을 경계로 하여 좌우 대칭형태를 취하는 것이 특징이다. 미세균열의 모집단에 대한 길이-누적빈도 도표의 전 영역은 상관곡선의 분포양상에 의하여 3개 구간으로 구분할 수 있다. 특히, 5개 그룹에 대한 각 도표의 선형의 중앙구간은 멱함수 분포를 지시한다. 5개 그룹에 대한 중앙의 선형구간의 빈도비는 46.6%~67.8T의 범위이다. 한편 각 그룹에 대한 선형의 중앙구간의 기울기는 그룹 V($N60{\sim}90^{\circ}E$, -2.02) > 그룹 IV($N20{\sim}60^{\circ}E$, -1.55) > 그룹 I($N60{\sim}90^{\circ}W$, -1.48), 그룹 II($N10{\sim}60^{\circ}W$, -1.48) > 그룹 III($N10^{\circ}W{\sim}N20^{\circ}E$, -1.06)의 순으로 나타난다. 거의 멱함수의 길이분포를 따르는 부집단(5개 그룹)에서는 지수(-1.06~-2.02)의 범위가 넓다. 5개 그룹간의 이러한 지수의 상대적인 차이는 방향성 효과의 중요성을 강조한다. 또한, 곡선의 하부에서의 기울기의 분리는 보다 긴 미세균열의 급격한 발달을 대변하며, 멱함수 지수의 감소로 반영된다. 특히, 이러한 분포양식은 $N10{\sim}20^{\circ}E,\;N10{\sim}20^{\circ}W$ 및 $N60{\sim}70^{\circ}W$의 방향각에 대한 도표에서 볼 수 있다. 이들 3개 방향각은 연구지역 일대에서 발달한 단층의 주방향과 부합한다. 15개 방향각에 대한 길이-누적빈도 도표의 개개 특성을 보여주는 분포도를 작성하였다 상기한 도표들을 3개 그룹(A, B and C)의 범주에 따라 배열함으로서 이들 그룹간 길이-빈도 분포의 차이를 용이하게 도출할 수 있다. 분포도는 미세균열 조들에 대한 개별적인 분리의 중요성을 보여준다. 관계도에서, 보다 짧은 미세균열의 출현빈도는 그룹A > 그룹 B > 그룹 C의 순서를 보인다. 이들 3가지 유형의 분포양상은 미세균열이 성장하는 동안 발생한 과정들에 대한 중요한 정보를 드러낼 수 있다.

Keywords

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