이암층 역암층 그리고 화산암층과 같은 특수지질 불량구간에서 터널과 암반사면의 합리적인 시공을 달성하기 위해서는 먼저 대상지질에 대한 지질조건과 암반특성을 정확히 이해하는 것이 필요하며, 이를 바탕으로 지반특성에 적합한 보강대책을 수립하도록 하여야 한다. 본 고에서는 포항지역과 경주지역에서의 미고결 이암 및 역암층 그리고 제주도 화산암층에서의 암반 구조물에 대한 설계 및 시공사례를 검토하고 전형적인 미고결 지층으로 알려진 신생대 지층에서의 터널과 암반과 같은 암반구조물에 대한 설계 및 시공상의 제반 문제점을 고찰하므로서 이에 대한 합리적인 대책을 수립하고자 하였다.
칠레 남부에 분포하는 라고 소피아 역암 (후기 백악기)은 이암이 우세한 심해 퇴적층 (Cerro Toro Formation) 내에 렌즈상으로 산출하고 남북방향으로 120 km 이상 연장된다. 라고 소피아 역암은 융기대전면분지 (foreiand basin)인 마젤란 분지의 융기대전면곡분 (foredeep trough)을 따라 발달한 심해저 하도계 퇴적층으로 해석된다. 이처럼 연장이 대단히 좋은 역질의 심해저 하도가 발달하는 것은 현생 심해저 환경에서 매우 드문 현상으로 라고 소피아 역암은 퇴적학적으로 매우 흥미로운 예이다. 연구지역의 북부에 분포하는 라고 소피아 역암은 이암 퇴적층 사이에 협재하는 3-5매의 역암체로 구성되고, 고수류 측정에 따르면 퇴적물은 동, 남, 남동 방향으로 운반된 것으로 유추된다. 이 역암체는 융기대전면곡분의 서편에 위치한 해저사면을 따라 발달한 심해저 하도계의 지류에서 퇴적된 것으로 해석되며, 지류들은 남북방향의 주하도로 수렴하였을 것으로 추정된다. 남부 지역의 라고 소피아 역암은 300 m 이상의 두께를 가지는 역암체로 구성되고, 남북방향으로 긴 융기대전면분지의 축을 따라 발달한 주하도에서 퇴적된 것으로 해석된다. 이 역암체는 층리를 보이는 역암, 괴상 혹은 점이층리의 역암, 기질지지 역암으로 구성되며, 각각은 저탁류에 의한 밑짐 운반, 고밀도 저탁류, 니질 암설류에 의해 퇴적된 것으로 해석된다. 층리역암에서 측정된 고수류 방향은 남남서항으로 주하도의 방향을 지시한다. 반면, 북부 및 남부 지역의 기질지지 역암에서 측정된 고수류 방향은 흔히 하도 방향에 대해 고각도를 이루는데, 이는 하도의 둑 또는 주변 사면이 붕괴하여 니질 암설류가 형성되었음을 지시한다. 형태구성 (architecture) 분석 결과, 라고 소피아 역암은 육상의 역질 망상하천 퇴적층과 유사한 구성요소로 구성되며, 라고 소피아 심해저 하도계는 망상하천과 유사한 지형적 특성을 지녔을 것으로 추정된다. 또한 하도 역암 내 큰 규모의 층구조는 동쪽으로 이동 누적된 특징을 보이는데, 이는 지구조 운동에 의해 주하도가 점진적으로 동쪽으로 이동하였을 가능성을 시사한다.
충남 보령 지역 트라이아스기 후기 하조층은 충남분지의 최하위층으로서 하부는 주로 각력암이나 역암, 중부는 역암, 상부는 역암과 사암이 호층을 이루고 있다. 하조층은 입자지지 수평층리 역암, 입자지지 균질 각력암, 기질지지 균질 역암, 기질지지 점이층리 역암, 역질 사암, 평행 엽층리 사암, 균질 사암, 정상 점이층리 사암, 역전점이층리 사암, 판상 사층리 사암, 곡상 사층리 사암, 저경사 사층리 사암 그리고 이암의 13개의 암상으로 구성되고 이들은 4개의 상조합을 이룬다. 상조합 I은 테일러스나 상부 선상지 삼각주에서 퇴적된 것으로 보이는 입자지지 및 기질지지 균질 각력암으로 구성되어 있다. 상조합 II는 기질지지 균질 역암과 수평층리 입자지지 역암으로 구성되고 상부선상지 삼각주에서 퇴적된 것으로 보인다. 상조합 III은 기질지지 균질 역암, 평행엽층리 사암 및 균질 사암으로 구성되고 중부선상지 삼각주에서 퇴적된 것으로 보인다. 상조합 IV는 균질 역질 사암, 수평엽층리 사암과 균질 사암으로 구성되고 하부선상지 삼각주에서 퇴적된 것으로 보인다. 전체적으로 보아 하조층은 초기는 테일러스와 상부 선상지 삼각주 환경에서 퇴적되고, 중기는 상부 선상지 삼각주와 중부 선상지 삼각주가 교호한 환경에서 퇴적되었으며, 말기에는 중부 선상지 삼각주와 하부 선상지 삼각주가 교호하는 환경에서 퇴적된 것으로 해석된다.
경상분지 퇴적층의 퇴적연령을 한정하기 위하여 신동층군의 진주층 최하부 역질사암과 하양층군 신라역암의 쇄설성 저어콘에 대한 SHRIMP U-Pb 연령측정을 수행하였다. 분리한 저어콘에서 구한 일치곡선(concordia) 연령은 진주층 표품이$112.4{\pm}1.3(2{\sigma})$ Ma 그리고 신라역암 표품이 $110.4{\pm}2.0(2{\sigma})$ Ma의 값을 보인다. 이러한 연령은 진주층 하부와 신라역암의 최고 퇴적시기를 한정하는 것으로 해석된다. 진주층은 압티안(Aptian) 후기에서 알비안(Albian) 초기까지 퇴적이 진행되었으며 그 후 몇 백만년 이내인 알비안 시기 동안에 층후가 비교적 얇은 칠곡층과 신라역암층이 퇴적되었음을 의미한다. 분석된 쇄설성 저어콘들이 나타내는 연령분포는 퇴적물 근원지에 중생대로부터 시생대에 이르는 다양한 화성활동 시기를 갖는 암석 또는 그로부터 유래한 쇄설성 저어콘들이 존재했음을 나타낸다. 이 중에서 경상분지의 주변에서는 물론 한반도 어느 곳에서도 현재까지는 발견되지 않았거나 또는 매우 드물게 나타나는 중원생대, 신원생대 및 고생대의 화성활동 연령들이 포함되는 것은 퇴적시기에 이러한 연령의 암석들이 한반도에 존재했을 가능성 또는 상당한 길이를 갖는 하천을 통해 더욱 먼 대륙 내부로부터 해당 연령의 퇴적물이 유래하였을 가능성을 시사한다.
청량산층은 영양소분지 북부에서 층서적으로 가송동층 위에 놓이고 도계동층에 의해 덮이는데, 하부 청량산멤버와 상부 오십봉멤버로 구분된다. 그러나 이 멤버들은 청량산역암과 오십봉현무암으로 널리 불리어져 왔다. 왜냐하면 후자의 경우 초기에 얇은 현무암 용암류들이 북부에서 퇴적암을 여러 차례 협재하고 있다는 것을 의미했지만 그 후에 이들이 동부지역에서 매우 큰 용적을 가지는 것을 고려해야만 했기 때문이다. 적색층이 절대적으로 우세한 영양소분지에서 두 층은 층서분류의 기준이 되고 지역간의 층서대비를 위한 우수한 열쇠층 역할을 담당한다. 두 층 모두는 영양소분지의 북부와 북서부지역에서 열쇠층 역할을 하며, 오십봉현무암은 중서부, 동부와 남부지역에서, 청량산역암은 남동부지역에서 열쇠층 역할을 한다.
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.
백악기 경상누층군의 하양층군에 속하는 신라역암의 화산암력들에 대한 각섬석 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 연대측정을 실시하여 $113.4{\pm}2.4(2{\sigma})$ Ma의 결과를 얻었다. 이 연대는 Aptian의 최상부 시기이다. 기존의 절대연령 측정결과를 종합검토하여 하양층군을 구성하는 각 층들의 퇴적시기를 다음과 같이 한정할 수 있었다. 진동층의 퇴적은 약 96∼97Ma의 시기로부터 15Ma 정도 지속되었다. 이는 Cenomanian 중에 퇴적이 시작되어 Santonian 까지 퇴적된 것은 거의 확실하며, Campanian의 하부까지 포함할 가능성이 높다. 이 연구에서는 Campanian의 초기인 81~80Ma의 시기를 하양층군과 유천층군의 경계시기로 제안한다. 신라역암의 퇴적시기는 Albian 초기, 함안층의 퇴적시기는 Albian의 나머지와 Cenomanian까지로 볼 수 있다. 칠곡층의 퇴적은 Aptian 최후기에 걸쳐 일어났을 가능성이 높은 것으로 추정된다.
백악기 음성분지는 북동-남서 방향으로 발달한 공주 주향이동 단층대를 따라 생성된 인리형 분지이다. 분지 남서부의 구곡리 농다리-미르 숲에는 두꺼운 자색 이암 퇴적층이 분포하며, 역암, 역질 사암, 녹색 이암 등이 자색 이암층에 협재한다. 퇴적층은 7개의 퇴적상으로 구성된다: 층리를 보이는 역암(C2), 실트암 내 역암(CE), 실트암 내 층리를 보이는 역질 사암(PSE2), 자색 사질 실트암(Zp), 녹색 사질 실트암(Zg), 자색 이암(Mp), 녹색 이암(Mg). 퇴적환경은 분지 남서부에서 발달하였던 충적-호소 퇴적계에서 충적 평원이 우세한 환경으로 해석된다. 구곡리 퇴적계의 퇴적층을 1:5000 축척 지형도를 이용하여 조사하였고, 도로 지질도로 작성하였다. 본 연구는 이 숲의 새로운 노두에서 측정한 고수류 방향 자료와 퇴적층의 특징에 근거하여, 동북동과 북북동 방향으로 발달한 하천 퇴적계를 새로이 제안하였다. 또한 기존에 보고된 구곡리 퇴적계의 모델을 개선하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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