세 개의 서로 다른 사암 샘플들 -두 개의 합성 샘플과 한 개의 현장 샘플- 에 대해 현장 저류층의 대표적인 구속압력과 공극압력하에서 초음파 시험이 수행되었다. 세가지 사암 샘플들은 (a) 캘사이트 시멘트(calcite intergranula. cement (CIPS))로 만든 합성사암, (b) 실리카 시멘트(silica intergranular cement)로 만든 합성 사암 (c) Otway Basin 의 Boggy Creek 1 시추공에서 시도되는 $CO_2$ 파일럿 프로젝트의 대상 암석층 중 Waarre 층으로부터 추출한 코아 샘플로 구성되어 있다. 공극률은 각각 32%, 33%, 26%이다. 초기시험은 실내건조(room-dried) 상태에 있는 코아들에 대해 구속응력을 5 MPa 씩 단계별로 65 MPa 까지 증가시키며 이루어졌다. 그리고 나서 모든 코아들에 처음에는 온도 $22^{\circ}C$에서 6 MPa 공극압력으로 기체상의 $CO_2$를, 그 다음에는 온도 $22^{\circ}C$ 에서 7 MPa 부터 17 MPa 까지 5 MPa 씩 증가시키면서 액체상의 $CO_2$를 주입하였다. 구속응력은 10MPa부터 65 MPa까지 달리 하였다. P와 S 초음파 파형들이 유효응력이 증가할 때마다 기록되었다. 속도-유효응력 반응들이 P 파와 S 파에 대해 실험 자료들로부터 계산되었으며, 감쇠(1/Qp)들은 스펙트럼 비 방법을 이용하여 파형들로부터 계산되었다. 각각의 사암들에 대한 이론적인 속도-유효응력 계산은 $CO_2$ 압력-밀도 와 $CO_2$ 체적계수-압력 상 다이어그램(phasediagram), Gassmann 유효 매질 이론(effective medium theory)을 이용하여 구하였다. 기체상의 $CO_2$ 주입은 속도-유효응력에서 건조상태(공기로 포화된 상태)에 비해 거의 무시할만한 변화를 가져왔다. 다양한 공극압력에서 액체상의 $CO_2$ 주입은 공기로 포화된 상태에 비해 속도-유효응력 반응을 평균 약 8% 정도 낮게 한다. 실험자료들은 높은 유효응력에서 Gassmann 계산들과 일치한다. 이러한 이론과 일치하는 "임계" 유효응력은 사암의 종류에 따라 달라진다. 이 차이는 각각의 사암 종류의 미세구조에서 미세 균열 수의 차이에 기인한 것이라 생각된다. 높은 유효응력에서의 이론과 의미있게 일치하였으며, $CO_2$ 주입 시 현장에서의 탄성파 거동을 예상하는데 있어서 어느 정도 확신을 준다.
진안분지 서변 중앙부에 위치한 신리 지역에서는 주로 셰일 협재 조립질 사암과 사암/셰일이 호층을 이루는 만덕산층과 셰일이 우세한 달길층이 분포한다. 이 층들에서는 조립질 사암상, 사암/셰일 호층상, 셰일상 및 화산암상 등의 네 가지 암상이 관찰된다. 조립질 사암과 사암은 저탁암의 특성을 보이며, 셰일은 호수 이암의 특성을 보인다. 따라서 이 퇴적암상은 호수 퇴적물 기원으로 해석된다. 이 퇴적암 내에는 비교적 큰 규모의 습곡 및 스러스트 단층 등이 변형되지 않은 상하부의 퇴적층준 내에 한정되어 발달한다. 습곡 및 스러스트 단층 내에는 팽창(swelling)구조, 부우딘(boudin)구조, 소습곡 및 소규모 역단층 등이 포함되어 있다. 이 곳에 발달하는 두 조의 습곡은 동형 습곡에 해당되며, 하부의 습곡은 습곡의 정도가 층의 상부를 따라 점점 감소하면서 동심(concentric)습곡을 이룬다. 습곡 내 팽창 구조는 습곡의 축면에서, 부댕 구조는 날개부에서 각각 관찰되며 연성 퇴적물이 이동하여 형성되었다. 스러스트 단층에서는 미끌린 면을 따른 연질 퇴적물의 변형과 소규모 습곡 및 이동 사암체 전면부의 로브형(lobe type) 변형이 관찰되며, 계속된 구조 운동으로 인한 듀플렉스(duplex)구조로 발달하였다. 분리된 사암체 전면 상하부 계일 내에는 비대칭성과 킹크(kink)습곡이 각각 관찰된다. 스러스트 단층에서의 팽창 구조, 부우딘 구조, 로브형 변형 및 소습곡 구조들도 퇴적물의 미고화 상태에서의 유동성과 변형을 지시한다. 습곡과 스러스트 단층 모두는 또한 구조의 규모나 퇴적층의 특성에 비해 열극의 발달이 적어, 변형 당시 퇴적물의 가소성을 보여준다. 스러스트 단층의 측면을 따라서는 동시 발달로 추정되는 정단층이 있다. 작은 규모의 변형구조로는 슬럼프, 말린층리, 횡와습곡과 티그마틱 습곡, 불꽃구조 및 짐구조등이 관찰된다. 이는 퇴적동시성에서 준퇴적동시성의 변형구조들로서 분지 퇴적물이 퇴적된 이른 시기부터 조구조 운동이 영향을 미쳤음을 지시한다 이런 여러 가지 특징들은 퇴적물이 퇴적된 시기부터 고화되기까지 분지 지역에 조구조운동이 계속되었음을 지시한다.
경북 포항시 일월동 지역에서 482 m 길이의 동서 방향의 측선에 대한 탄성파 굴절법 및 반사법탐사를 실시하였다. 자료수집에서 지오폰 간격과 오프셋은 각각 2 m로 설정하였으며, 발파는 끝점 발파 배열 방법을 이용하여 한 발파점마다 24채널을 기록하였다. 발파 간격은 2 m로 하여 측선의 전구간에서 탄성파 자료를 취득하였다. 굴절법탐사 자료의 해석은 수평다층구조 이론을 적용하여 실시하였으며, 반사파 자료 처리는 트레이스 편집, 이득조절, 공심점 분류, 수직경로시차 보정, 뮤트 과정을 거친 후 동일 오프셋 모음을 취하여 단일중첩 탄성파 단면을 작성하고 필터링을 거친 후 해석에 이용하였다. 굴절법탐사 자료 해석결과 조사 측선 구간의 천부지반은 크게 2층으로 구분되는데, 상부층은 267∼566 m/s 의 P파 속도 분포를 보여 대체로 미고결 퇴적층이며, 하부층은 1096∼3108 m/s 의 P파 속도 분포를 보여 풍화암∼경암의 암반으로 구성되었음을 알 수 있다. 상부 미고결층은 수평적으로 큰 변화를 보이고 있는 바, 측선의 동측 구간에는 평균 400 m/s 의 P파 속도를 보이는 미고결 사암층이 3∼5 m 두께로 발달되어 있으며, 측선의 서측 구간은 평균 340 m/s 의 P파 속도를 갖는 매립토층이 8∼10 m 두께로 발달된 것으로 해석된다. 반사파 단면도에서 조사구간에 3개의 고각의 단층대가 분포하며, 이들 단층대를 경계로 기반암이 나누어져 있으며 단층대 사이의 구간은 비교적 안정된 지반으로 해석된다. 대형 건물의 위치는 단층대를 피하여 안정된 지반 구간에 위치해야 함을 고려할 때, 그 기초를 3∼10 m 깊이 하부에 위치하는 기반암 내에 설치되도록 설계되어야 할 것이다.
포항지역 제3기 해성퇴적층에서 산출되는 해록석의 생성과정을 해록석 형태와 화학분석에 의하여 연구하였다. 사암 내에서 산발적으로 산출되는 해록석은 뚜렷한 두 단계의 광물형태와 성분변화가 나타난다. 해록석의 결정화는 펠 형태 입자의 내부에서 우선적으로 시작되어 외부쪽으로 K와 Fe 성분이 증가하고 Al 성분이 감소하는 경향을 보인다 더욱이 스멕타이트와 비슷한 조성의 해록석은 K와 Al 성분이 증가하고 Fe 성분이 감소하면서 해록석/스멕타이트 혼합층광물 단계를 거쳐서 일라이트와 비슷한 조성의 해록석으로 진화하여 간다.화하여 간다.
신생대 제3기 포항분지의 학전층(121개체)과 두호층(5개체)에서 총 126개체의 굴족류 화석이 산출되었다. 이들은 총 2속 5종(Fissidentalium yokoyamai, F. sp. A, B, and Rhabdus sp. A, B)으로 분류되었으며 가장 풍부하게 산출된 종은 Fissidentalium yokoyamai이다. Fissidentalium 종들은 패각(貝殼)이 작은 각을 이루며 휘어져있고 표면에 세로의 촘촘한 선구조가 발달되어 있는 반면, Rhabdus 종들은 일직선의 패각으로 세로로 발달된 선구조 대신 촘촘한 가로 성장선(成長線)이 우세하게 나타나기 때문에 두 속을 구분하는 것은 어렵지 않다. 하지만 두 속 모두 분류의 기준이 되는 패각의 단면이 보존되지 않아 종 수준의 분류는 어렵다. 학전층 하부의 역질 사암에서는 대부분의 화석이 3차원의 입체적으로 보존된 반면 학전층 상부의 세립질 사암과 두호층의 이암에서는 납작하게 눌린 형태의 굴족류 화석이 산출되었다. 입체적으로 보존된 굴족류 화석의 내부는 주변의 퇴적물(堆積物)과 동일한 퇴적물로 채워져 있으며 납작하게 눌린 화석은 배쪽과 등쪽 부분의 패각이 납작하게 붙어서 산출된다. 입체적으로 보존된 화석은 퇴적당시 내부가 퇴적물로 채워져서 압력에 의해 눌림 현상을 방지 할 수 있었다고 판단되며 납작하게 눌린 화석은 퇴적당시 패각이 비어 있었기 때문에 압력에 의해 눌려서 보존된 것으로 판단된다.
태백산 분지에 분포하는 탄산염 및 규질쇄설성 혼합 퇴적물로 구성된 세송층(late Middle Cambrian to Furongian)은 ${\delta}^{13}C$값이 1.14에서 2.81‰을 갖는 SPICE (Steptoean positive carbon excursion)를 15 m 두께의 층서구간에서 보여준다. SPICE는 Fenghuangella laevis대, Prochuangia mansuyi대 그리고 Chuangia대로 구성된 삼엽충 생물대에서 산출되며 이는 Paibian Stage의 하부에 해당된다. 세송층은 엽층리 이암, 단괴상 셰일, 엽층리 사암, 균질사암, 석회역암, 석회암-셰일 쌍을 포함한 6개의 암상으로 구성된다. 세송층은 폭풍파도기저면 아래의 외대륙붕에서 퇴적된 것으로 알려져 있다. 시기적으로 Paibian Stage에 속하는 SPICE는 세송층에서 고수위 퇴적계 다발, 대비 정합면과 해침퇴적계 다발에서 발견된다. SPICE의 최대 안정 탄소 동위원소 값은 상대적인 해수면 하강에 의해 형성된 대비 정합면과 일치한다. 세송층에서 SPICE의 산출은 SPICE가 화석의 산출이 결여된 지층의 전세계적 대비를 위해 사용될 수 있는 도구임을 암시한다.
신양리층은 제주도 성산반도 주변에 발달된 층으로 주로 화산쇄설물, 현무암 역, 패각편으로 이루어져 있으며, 퇴적구조, 주직 및 퇴적물의 성분을 중심으로 암상 을 분류한 결과위로 가면서 평행층리 사암상(I), 역암상(II), 사층리 사암상(III)으 로 구분되었다. (암상 I)은 조립질 박층과 세립질 박층이 규칙적으로 반복 교호하 는 쇄기모양 및 평행층리를 보여주며 이는 foreshore 퇴적환경의 특징적인 퇴적구조 이다. 본 암상의 입자들을 다른 두 암상에 비해 양호한 원마도와 분급도를 보이며 부분적으로 역분급층리를 보인다. (암상 II)는 clast-supported하고 매우 불량한 분 급도의 현무암 역으로 이루어져 있으며 신앙리해변을 따라 연속되어 노출되어 있 다. 역 사이의 공간을 주로 화산쇄설물과 원마도가 양호한 소량의 패각쇄설물로 채 워져 있다. 현무암 역의 크기 감소뿐만 아니라 최대 층후도 남쪽(신양리)으로 가면 서 줄어든다. 이 암상 하부에 는 직 하부의 (암상 I)로부터 기원한 커다란 판상의 역이층리면에 평행하게 누워 있으며 역의 크기는 다양하고 불규칙하며 어떤 지역적 인 방향성을 보이지 않는다. 이는 원지(in-situ) 침식잔류 역으로 판단된다. 따라서 현무암역은 해수면의 상대적인 상승으로 인한 해빈잔류역으로 이역들을 부분적으로 연안류와 파랑에너지의 영향을 받았을 것으로 판단된다. (암상 II)의 상부에 발달한 남쪽으로 경사하는 사층리는 연안류의 존재와 방향을 알려준다. (암상 III)은 세립내 지 중립사 크기의 주로 화산쇄설물로 이루어진 암상으로 상부 내해안(upper shoref ace)의 특징인 육지와 바다쪽으로 경사하는 bidirectional trough cross-stratification 과 파랑물결구조가 나타난다. 전반적으로 신양리층은 foreshore에서 상부내해안에 이르는 환경에서 퇴적되었으며 (암상 I)과 (암상 II)사이에는 소규모의 부정합이 존재한다.
본 연구에서는 퇴적층 암석에서 픽 커터의 절삭성능을 평가하기 위하여 선형절삭시험을 수행하였다. 중국에서 채취된 Linyi사암과 역암을 모사한 콘크리트를 시험체로 사용하였다. 소규모 선형절삭시험장비를 이용하여 다양한 절삭조건하에서 절삭조건에 따른 커터작용력과 비에너지의 변화양상을 평가하였다. 커터작용력은 두 가지 재료 모두에서 압입깊이와 커터간격이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었고 재료의 강도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 반면 최대작용력과 평균작용력의 비율은 재료의 강도에 영향을 받기 보다는 재료의 구성 물질과 절삭특성에 영향을 받는 것으로 판단되었다. 절삭계수는 암석과 픽 커터의 마찰 특성에 영향을 받으나 절삭조건에는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 따라서 절삭계수와 픽 커터 작용력의 합력방향에 따라 암석의 특성을 고려한 최적의 절삭각도를 선정해야 할 것으로 판단되었다. 한편 절삭조건에 따른 비에너지의 변화양상으로부터 최적 절삭조건을 규명하였다. 두 가지 재료에서 최적 s/p비는 2~4 범위로 도출되었고, 압입깊이가 증가함에 따라 비에너지는 감소하는 경향을 나타내었다. 본 연구의 결과는 픽 커터의 절삭메커니즘 규명을 위한 데이터베이스로 활용될 수 있으며, 픽 커터를 사용한 기계굴착장비의 설계에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
신생대 제3기 포항분지의 두호층과 학전층으로부터 총 40점의 거미불가사리 화석을 채집하였다. 학전층에서 총 32개체, 두호층 8개체로 학전층에서 상대적으로 많은 개체가 발견되었다. 하지만 보존 상태는 오히려 두호층에서 더 완전한 보존 상태를 보이며 전체적으로 보존 상태가 불량하여 종 수준까지의 감정은 불가능하다. 즉, 대부분의 표본들은 분절된 형태로 발견되었고, 분류학상으로 중요한 중심판(disk)과 판(plate)등의 세부적인 구조는 나타나지 않는다. 따라서, 발견된 거미불가사리 화석은 중심판과 팔의 형태나 완절의 구조 등에 따라 크게 3개의 그룹으로 구분하였다. 그룹 1은 학전층에서 산출된 거미불가사리 화석들로 대부분 분절된 팔만이 보존되어 있고, 완판은 팔로부터 분리되어 완절이 드러나 있으며, 완극은 길고 곧게 뻗어 있으며, 촉수공(tentacle pores)이 보존된 특징을 갖는다. 그룹 2는 두 호층에서 산출된 표본들로(4 개체) 짧고 원뿔 형태의 완극을 가지며 완판이 잘 보존되어 있는 특징을 갖는다. 이 화석들은 측완판(lateral arm plates)이 복완판(ventral arm plates)이나 배완판(dorsal arm plates)에 비해 크기가 작다. 그룹 3은 외형은 희미하나 원형의 중심판이 뚜렷하게 보존되어 있는 것들로 두호층에서만 4개체가 발견되었다. 포항분지에서 발견된 거미불가사리 화석의 보존 특징과 각 지층의 이미 알려진 퇴적학적 조건 및 암상관계를 비교 검토해 본 결과 이들이 상호 연관성이 있음이 확인되었다. 즉 학전층에서 발견된 거미불가사리 화석들(그룹 1)은 상대적으로 보존상태가 불량한데, 이는 사암 또는 사질 이암이 우세한 역질 사암이 퇴적되었던 상대적으로 좀 더 고 에너지의 퇴적환경의 영향 때문으로 해석된다. 반면 두호층의 표본(그룹 2, 3)들은 개체 수는 적지만 상대적으로 완전한 보존 상태를 보이는데, 이는 세립질의 이암이 퇴적되는 상대적으로 저에너지 환경에서 재퇴적 및 이동 없이 퇴적되었기 때문으로 추정된다. 또한 학전층에서 거미불가사리 화석의 산출량이 더 높은 이유는 이들이 상대적으로 얕은 수심에 많이 모여 살았던 것으로 판단된다.
본 연구에서는 전라북도 군산시 백악기 산북동층의 전석에서 발견된 소형 새 발자국 화석을 간략히 기재하고, 척추동물 발자국 화석을 포함한 산북동층 퇴적 시기를 확인하기 위해 산북동층 응회암질사암에서 쇄설성 저어콘을 분리하여 SH RIMP U-Pb법 절대연령 분석을 실시하였다. 소형 새 발자국 화석은 보존상태가 양호하지 않으나, 보행렬을 이루는 두 개의 발자국과 세 개의 개별 발자국으로 구분된다. 이들은 물갈퀴가 없고, 비대칭이며 가느다란 세 개의 발가락으로 걷는 소형 새 발자국이다. 보행렬을 이루는 발자국은 Koreanaoris dodsoni?, 개별 발자국은 Koreanaornis ichnosp.로 동정하였다. 본 연구는 산북동층 사족동물 발자국 화석 군집이 수각류, 조각류, 익룡과 새 발자국으로 구성되어 있었음을 의미한다. 절대연대 분석 결과, 산북동층 퇴적시기의 최대지질연대는 112.5±5.8 Ma로 중생대 백악기 압트절(Aptian)에 해당하며, 경상분지 진주층 하부에 대비될 수 있다. 그러므로 산북동층의 백악기 소형 물떼새 발자국 화석(Koreanaornis)은 국내에서 가장 오래된 것으로 추정된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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