가중치를 이용한 국내 석회동굴 발달 방향성 해석법 개발

Abstract

우리나라의 석회암지대는 고생대 오르도비스기에 형성된 것으로 남한과 북한지역 중 일부 지역에 국한되어 분포하고 있다. 석회암지대에 발달한 석회동굴의 경우 중요한 지질학적 연구 자료로의 활용될 뿐만 아니라 일반인에게 자연학습과 관광 등의 목적으로 이용되고 있다. 이렇게 석회동굴의 학술적 측면과 주변의 안정성 판단이 중요한 석회동굴의 해석에 있어서 보다 다양한 해석기법을 적용하여 석회동굴 주변 자료의 활용가치를 극대화 하고자 하였다. 본 연구를 통해 석회동굴 주변의 불연속면 및 방향성 자료를 바탕으로 석회동굴의 발달 방향성의 상태를 보다 정확하게 파악하여 주변 석회암지대의 안전성과 지반의 상태를 분석하고자 하였다. 석회동굴의 발달 방향성을 파악하기 위해 단순 방향성 분포해석 외에 연장성을 이용해 가중치를 적용하여 해석하였다. 이 기법을 적용하기 위해 새로운 10개의 항목 기준을 바탕으로 동굴도의 방향성과 폭을 추출하였다. 또한, 연장성을 통해 가중치가 설정된 방식은 2가지 방식이며, 동굴 내 방향성의 폭을 모두 추출한 후 전체 폭의 평균을 기준으로 판단하는 평균 폭 비율법(Average Span Ratio Method)과 각 방향성의 폭에 대한 연장의 비율을 기준으로 판단하는 개별 발달 비율법(Individual Development Ratio Method)이다. 분석 결과 기존의 방향성 분포만을 해석한 것보다 두 가지 방식을 적용한 해석기법이 동굴 발달 방향성을 더욱 명확하게 표현하고 있음을 알 수 있었다. 국내 석회동굴 10개소의 광역선구조 분석과 석회동굴 주변의 불연속면 자료 등을 이용하여 석회동굴의 발달 방향성이 어떤 구조지질학적 요인과 주로 연계되어 있는지를 분석하여 그 연관성을 판단하였다. 석회동굴의 폭의 발달 형태를 해석하고자 각 동굴의 평균 폭과 동굴에 분포하는 방향성의 폭에 대한 연장성을 고려한 개별 발달 비율(Individual Development Ratio)을 비교 분석하여 폭과 연장성의 상호 연관성을 판단하였다. 또한, 석회동굴의 평균 폭과 주변 주 층리의 경사각의 연관성 분석을 통해 경사각의 동굴 폭 형성의 상호 연관성을 해석하였다. 이를 통해 저각의 주 층리면이 동굴의 폭 확장에 영향을 미칠 수 있는 것으로 해석되는 정성적인 판단을 상관계수를 적용하여 해석하고자 하였다. 석회동굴 주변에서 취득한 현장 자료는 암반의 상태를 파악하는 매우 귀중한 자료이다. 이를 바탕으로 RMR 암반분류를 해석하였으며, 분석된 RMR 자료가 해당 석회동굴의 지역적 특성을 보일 수 있지만, 석회동굴의 지반상태를 파악에 유용할 것으로 판단되어 활용하고자 하였다. 동굴의 발달 방향성과 기반암의 암종, 동굴 발달의 주된 영향을 주는 방향성 인자, RMR을 통한 암반분류 등을 종합적으로 해석을 통해 암반의 안정성 여부와 방향성 자료의 상호 연관성을 분석하였다. 석회동굴의 발달을 판단함에 있어서 불연속면이나 단층과 같은 방향성 인자의 영향 뿐만아니라 지하수위 변화에 따른 영향성도 매우 중요한 판단요소이다. 또한 지하수위의 급변이 많은 지역은 싱크홀의 발생에 영향을 많이 미치고 지반 안정성의 위해요인으로 해석되기에 지하수위 급변과 RMR 암반분류를 통한 지반 안정성의 상호 연관성을 판단해 보았다. 끝으로, 석회동굴이 위치한 지역의 카르스트 지형의 지질공학적 분류를 통해 석회암지대의 용식 및 상태를 해석하고자 하였다. 이러한 연구 결과는 석회암 지대의 지질공학적 활용을 위해 초기 접근시 필요한 안정성 판단에 큰 도움이 될 것으로 판단되며, 석회동굴의 발달 양상과 발달에 영향을 주는 인자들을 상호 비교함으로써 연관성을 해석할 수 있다. 또한, 석회동굴의 연장성을 고려한 해석을 통해 연장성이 우수한 동굴의 경우 지속적 발달 가능성과 이후 발달 가능한 방향을 추정하는데 도움이 될 것으로 판단된다.