액상화는 반복적인 전단력 혹은 강한 충격으로 인해 실트-모래로 구성된 미고결 퇴적층내 공극수압이 증가하여 전단강도를 상실함에 따라 미고결퇴적층이 액체처럼 거동하는 현상이다. 액상화는 미고결 퇴적층의 물리적 특성인 입도, 느슨함, 지하수위, 지층의 심도, 연령, 액상화 발달 유무 등과 밀접한 관련이 있으며 지표균열, 사태 및 연질퇴적변형 구조의 형성을 야기한다. 연질퇴적변형구조는 다양한 변형원인(trigger)에 의해 퇴적물의 전단강도가 감소함에 따라 퇴적물의 하중 등과 같은 변형동력(driving forces)이 발생하여 액상화, 요변성과 이에 수반된 유체화로 대표되는 변형기작(deformation mechanism)을 통해 형성된다. 이러한 변형구조는 퇴적작용이나 지진과 같은 지질학적 사건에 의해 발생하기 때문에 퇴적분지에서 발생하였던 지질학적 사건을 이해하는데 있어 중요한 역할을 한다. 이 뿐만 아니라 지진에 의하여 유발된 연질퇴적변형구조는 퇴적동시기성 구조운동을 이해할 수 있으며 지표파열을 수반하지 않는 피해 유발지진(> Mw 5.0)에 대한 고지진정보를 제공한다.
동해 울릉분지 미고결퇴적물에 대한 속도비등방성을 연구하기 위하여 분지평원 및 사면지역에 대한 총 22개 코어의 물성자료와 속도비등방성 자료를 이용하였다. 분지평원 퇴적물의 속도비등방성값은 약 0.4%, 사면지역은 약 1.2%로 0.8%의 차이를 보였다. 속도비등방성값이 양의 값을 보여주는 것은 수직속도보다는 수평속도가 더 크다는 것을 의미하며, 평원 및 사면지역퇴적물의 대부분이 수평속도가 수직속도보다 높게 나타났다. 이는 퇴적작용이 일어날 때 형성되는 층리면이 속도비등방성의 주 요인임을 암시한다. 평원지역의 경우 수평속도가 수직속도보다 약 5 m/s 차이를 보였으나 사면지역은 약 18m/s로 속도값의 차이가 크게 나타났다. 각 물성값과 비등방성값의 상관관계를 도시해보면 평원지역과 사면지역의 값이 뚜렷하게 다른 관계를 보여주었다. 이러한 속도비등방성의 차이는 두 지역 퇴적물의 특성이 다름을 의미한다. 특히 사면지역에서 속도비등방성의 값이 더 크게 나타나는 것은 퇴적 후 속성작용에 의해 퇴적물의 물성이 변화되었음을 지시한다.
광양만 미고결 퇴적물의 음향학적 특성을 밝히기 위해서 음파전달속도와 물리적 성질 및 퇴적물의 조직과의 상관관계를 알아보았다. 비교 모델은 Hamilton(1970)의 북태평양 대륙붕 및 사면 퇴적물로 하였다. 광양만 퇴적물(40cm 깊이 이하)의 음파전달속도는 평균 1.521km/s로서 북태평양 대륙붕 퇴적물 보다 약 0.02-0.04km/s 느리다. 광양만지역 퇴적물의 속도가 전반적으로 느린 이유는 모델로 사용한 Hamilton(1970)의 북태평양 대륙붕 및 대륙사면 지역과는 퇴적환경도 다른데다가 세립질 퇴적물의 함량이 더 많기 때문으로 생각된다. 원래의 퇴적환경으로 믿어지는 코어 40m 이하 층에서의 각 조직표준치 및 물리적 계수간의 상관 관계는 Hamilton(1970)의 자료와 비교적 잘 일치한다. 입도분석 결과 광양만의 표층퇴적물은 만의 북부 지역은 sandy mud가, 남부 지역에는 mud가 우세한 것으로 나타났다.
소양댐 상류의 미고결 퇴적물 분포를 파악하기 위하여, 길이 94 m의 5개 측선을 따라 2 m 간격으로 204 ms동안 탄성파 자료를 기록하였다. 기록된 자료를 초동주시 토모그래피 역산법과 지연시간법으로 처리하여 조사지의 퇴적물 분포를 종합적으로 구명하였다. 기반암은 평균 14 m 깊이로 비교적 평탄하게 분포하며, 산사면이 있는 남동쪽으로 상승한 형태를 보인다. 이 기반암을 댐 건설 이전에 형성된 기존 퇴적물이 덮고 있으며, 주로 호수 생성 이전에 형성된 토양이나 사질 퇴적물로 구성되어 있다. 최상부층인 최신 퇴적물은 호수 생성 이후 유입된 부유 퇴적물 기원의 이질 퇴적층으로, 하류지역보다 두꺼운 평균 1.6 m 두께로 쌓여 있다.
포화상태인 물질의 역학적, 수리학적 거동을 연구할 수 있는 유한요소법적 수치해석모델을 개발하여 부산 남항 인근해역의 미고결 퇴적물의 거동을 분석하였다. 하중재하에 의한 상부세립 퇴적물의 역학적 변형은 공극수의 확산에 따른 공극수압의 수리학적 변화에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 하중이 일정지역에 편재되어 있을 경우 포아송효과 및 과잉공극수압의 영향에 의해 하중을 직접 받지 않는 표층부분이 융기되며, 하중경계지역에서 멀어질수록 점근적으로 증가한다. 세립점토층에 비해 높은 투수성을 갖는 하부 모래층은 공극수확산의 통로역할을 하여 과잉공극수압의 소멸을 촉진시키며, 결과적으로 상부점토층 변형의 시간적 변화에도 영향을 끼친다.
해양퇴적물의 음파전달속도는 퇴적물의 주요한 물성중의 하나로 Mercury Delay 방법을 사용하여 측정해 왔다. 하지만 이 방법은 사람의 육안으로 측정하기 때문에 측정자에 따라 측정값이 달라질 수 있는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 컴퓨터를 이용하여 측정자에 상관없이 거의 동일한 측정 결과를 얻어 낼 수 있는 퇴적물 음파전달속도 자동측정시스템과 소프트웨어를 개발하였다. 또한 그 측정결과를 Data Base화하고 실제 Mercury Delay 방법을 이용한 방법과 비교 분석하여 그 타당성을 확인하였다.
미고결, 난투수층 퇴적층 시료의 투수계수와 전기비저항의 측정이 가능한 삼축압력 측정장치를 설계하고 제작하였다. 이 측정장치는 측정셀 전후에 입출력 유량측정시스템이 설치되어 시료의 봉압을 증가시키면서 투수계수와 전기비저항을 동시에 측정할 수 있다. 아치의 법칙과 실험전후의 시료 질량 변화와 부피를 이용하여 공극률을 측정할 수 있다. 실험을 위한 시료는 표준모래와 일라이트 진흙을 성분비율을 다양하게 혼합한 인공시료와 동해 울릉분지에서 채취한 현장시료를 사용하였다. 이들 시료들에 대한 투수계수, 전기비저항을 봉압이 증가함에 따라 측정하고 분석하였다. 봉합이 증가함에 따라서 투수계수와 공극률은 지수적으로 감소하고 전기비저항은 지수적으로 증가한다.
그라우팅으로 지반 개량된 조간대 퇴적층의 지층구조를 규명하기 위한 방법으로 전기비저항탐사, 굴절법 탄성파탐사, 지하레이더탐사를 실시하였다. 연구대상 지반의 10m 전후 심도에서 해수의 영향을 받는 수평의 저비저항대가 발달하며, 저비저항대는 모래가 우세한 지층에 해당한다. 지반의 탄성파 속도는 1~3km/sec의 범위로 조간대의 미고결 퇴적층과 비교할 때 매우 높은 속도에 보여준다. 지반의 높은 속도는 지반 개량의 효과로 판단된다. 지하레이더탐사에서 퇴적층의 구성 물질에 따라 교반 정도가 달지는데 모래층은 퇴적물과 주입제의 교반이 잘 이루어져 불규칙한 반사면으로 나타나며, 점토층은 교반이 불량하여 개량된 부분은 주상으로 관찰된다. 물리탐사의 결과와 시추조사를 대비할 때 지반 개량은 기반암까지 시행되었으며, 양호한 암반을 지시하는 고비저항대와 고속도층은 내륙으로 갈수록 깊은 심도를 보여준다. 이것은 지반 개량 이전의 기반암 심도와는 상반되는 것으로 지반 개량의 효과는 해안방면의 지층에서 잘 나타난다.
부산항 부근에서 피스톤식 시추기로 채취된 2개의 세려질 현생퇴적물코어에 대한 음파전달속도와 다른 물리적, 퇴적학적 특성이 측정되었다. 본 연구를 위해 특별히 제작된 실험 보조장치는 성공적으로 작동하였으며, 전통적인 속도측정방법인 수은기둥을 이용한 방법과 디지탈 오씰로스코우프를 이용한 시간차 방법 모두의 측정값이 측정오차 한계인 $1\~2\%$ 이내인 것으로 확인됨으로써 어느 방법이라도 미고결 해저퇴적물의 속도측정에 이용될 수 있음이 증명되었다. 코어에서 직접 측정된 음파전달속도는 약1.540-1.635km/s로서 바로 인접지역에서 탄성파를 이용하여 간접적인 방법으로 계산된 수치인 1.480-1.540km/s 보다 약 $4\~6\%$ 정도 더 빠른 것으로 나타났다. 이러한 차이는 직접측정의 측정오차 한계인 $2\%$를 훨씬 능가하는 것으로 2가지 상이한 측정방법의 근본적인 차이점에 기인한다고 볼 수 있다. 이러한 결과는 기존 탄성파 자료뿐만 아니라 장래에 수행할 각종 해상 탄성파 탐사시 층후계산에 필수적으로 고려해야 할 사항으로서 중요성을 내포한다.
활성단층 연구가 시작된 이래로 제4기 퇴적층에 대한 관심이 높아지게 되었으며 단구 지형에 퇴적된 미고결 퇴적물에 대하여 많은 자료가 축척되어 있으나, 지금까지 고결된 제4기 지층에 대한 자료는 보고 된 바 없다. 토함산 동쪽의 탐정리와 장항리에는 단단하게 고화되어 있는 역층이 두껍게 발달하고 있다. 이 층을 조양도폭(Tateiwa, 1924)에서는 연일층군의 기저역암인 천북역암으로 보았으며, 손문 등(2000)는 제3기 퇴적분지인 와읍분지 남서부 지괴를 구성하고 있는 송전층에 대비한 바 있으나, 이 퇴적층의 분포를 추적하여 보면 제4기의 미고결 역질층과 정면으로 대치되고 있다. 이 역질층에 협재되어 있는 적갈색 내지 청회색의 사질층에 대한 OSL 연대 측정결과 85∼92ka의 연대가 산출되었으므로 신제3기 전기 마이오세의 천북역암이 아닌 제4기 최후기 간빙기(MIS 5c∼5e)로 확인되었다. 이 역질층을 토함산층으로 명명하였으며 거각력질 층준과 역질 층준으로 분류된다. 이 층은 연일구조선의 분절단층인 외동단층과 연일단층에 의하여 규제되는 북북동방향의 장방형 퇴적분지 내에서 발달하고 있으며, 이 분지를 토함분지라 정하였다. 플라이오세부터 가해진 동서압축력에 의한 서향 역단층 운동은 최후기 간빙기 동안인 약 10만 년 전 까지 계속되었으며, 서향압축에 수반된 정단층이 동쪽으로 일어나 붕적층이 퇴적되어 토함분지가 형성되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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