급경사지 지질학적 특성

급경사지 지질학적 특성

1. 한반도의 지질

• 한반도에서 발견된 가장 오래된 암석은 25억년 전에 형성된 신·시생대 변성화성암이며, 그보다 더 오래된 암석은 암석의 순환을 통해 19~18억년 전에 고·원생대 변성퇴적암 및 화성암으로 변화되었다.
• 이글 고·원생대 암석들은 한반도의 기저를 이루며 북쪽에서 남쪽으로 낭림, 경기, 영남육괴로 나뉜다.
• 함경도-평안도-강원도 북부-황해도 지역의 고·원생대 암석으로 구성된 낭림육괴와 경기도-강원도 남부-충청도 지역의 고·원생대 암석으로 구성된 경기육괴는 임진강을 따라 추가령 지구대까지 동서 방향으로 발달한 임진강대에 의해 서로 나뉘며, 경기육괴는 전라도-경상도 지역의 고·원생대 암석으로 구성된 영남육괴와 화순을 포함한 전남 지역에서 태백을 포함한 강원 지역까지 북동 방향으로 발달한 옥천대에 의해 나뉜다.
• 옥천대는 주로 강원도에 해당하는 북서부의 태백산 분지와 남서부의 옥천변성대로 구성되어 있으며, 이들 고원생대 변성암 및 화성암들의 대부분은 약 35km 지하에서 형성되어 오랜 세월동안 침식과 구조 운동에 의해 현재 지표로 노출되었다.
• 고생대 퇴적암은 평안도에 분포하는 평남 분지, 강원도에 분포하는 태백산 분지 그리고 옥천변성대에 주로 분포하며, 임진강대와 함경도 북동부에도 나타난다.
• 평남 분지와 태백산 분지는 고생대 초 캄브리아기-실루리아기 퇴적암으로 이루어진 조선누층군과 이를 부정합으로 덮는 고생대 말 석탄기-페름기의 퇴적암으로 이루어진 평안누층군으로 구성된다.
• 조선누층군은 해성 환경에 퇴적되었으며 주로 석회암으로 구성되어 있다.
• 평안누층군은 주로 육성층으로 구성되어 있으며 석탄을 많이 포함하고 있다.
• 중생대에 해당하는 트라이아이스기와 쥐라기 퇴적암은 매우 제한된 지역에서만 나타나는 반면, 백악기 퇴적암은 경상도와 전라도 지역에 넓게 분포하며 이 시기에 형성된 퇴적암을 경산누층군이라 한다.
• 경산누층군은 호수에 퇴적된 육성퇴적암이며 이들 호수는 공룡들에게 좋은 서식지였기 때문에, 백악기 퇴적층 내에는 공룡 발자국, 공룡 알, 공룡 뼈 등의 화석이 많이 보전되어 있으며, 고생대 말기인 페름기에서 중생대 백악기까지 한반도 주변에는 섭입대가 형성되어 이와 관련된 화성암이 광역적으로 관입하였고, 특히 쥐라기 화강암이 한반도를 광역적으로 관입함으로써 고·원생대 암석과 함께 한반도의 기저를 이루고 있으며 이때 관입한 화강암을 대보화강암이라고 한다.
• 신생대에 들어와서 동해가 형성되면서 일본이 한반도로부터 분리되었고 이때 한반도의 동부가 상승하여 경동지괴 지형이 형성되었으며 또한 백두산, 울릉도, 독도, 제주도 화산과 추가령지구대가 형성되었고 함경도와 포항 지역에 신생대 퇴적암이 형성되었다.
• 이와 같이 한반도 지표에는 시·공간적으로 다른 시기와 환경에서 만들어진 암석, 즉 25억년 전에서 현재까지 사이에 형성된 암석과 지하 60km 지하와 지표 사이에서 형성된 암석이 분포되어 있는 것으로 보고되고 있다.

한반도 지질도 (한국지질자원연구원, 2019)

 

2. 암종별 지질학적 분포 특성

• 한반도의 2/3 이상은 화강암과 변성암으로 구성되어 있다.
• 화강암은 주로 쥐라기와 백각기 화강암인 대보 화강암과 불국사 화강암으로 구성되어 있으며, 쥐라기 화강암은 백악기 화강암보다 상대적으로 깊은 곳에서 마그마가 굳어 형성되었기 때문에 일반적으로 백각기 화강암에 비해 더 조립질이다.
• 이들 화강암은 대부분 유백색이지만 홍색을 띠는 알카리 화강암도 있다.
• 일부 화강암은 지하 깊은 곳에서 구조 운동을 받아 엽리를 보여주며 이를 엽리성 화강암이라 부르고 지하 깊은 곳에서 아주 강한 구조 운동을 받는 경우 압쇄암으로 변하기도 하며 이러한 방향성을 보이는 화강암들은 호남 전단대를 포함한 주향이동 단층을 따라 나타난다.
• 변성암은 주로 편마암으로 구성되어 있으며, 셰일, 사암, 석회암, 염기성 화성암 기원의 변성암인 편암, 규암, 대리암, 각섬암이 임진강대와 옥천변성대를 중심으로 나타난다.
• 편마암은 퇴적기원의 편마암과 화성기원의 편마암으로 구분할 수 있다.
• 퇴적기원의 변성암은 호상 편마암으로 주로 나타나며, 화성기원의 변성암은 주로 반정질 편마암으로 나타난다.
• 그리고 이들 편마암이 모두 강한 변성작용을 받으면 암석의 일부분이 녹아 혼성질 편마암으로 변하며 일부 반정질 혹은 호상 편마암은 심부에서 구조운동을 받아 안구상 편마암으로 변화되기도 한다.
• 퇴적암은 셰일, 사암, 역암, 석회암이며, 평남 분지, 태백산 분지와 경상 분지에 주로 분포한다.
• 경상 분지를 포함한 백악기 분지들에서는 퇴적암과 함께 용암이 굳어서 만들어진 화산암, 화산 폭발 쇄설물이 쌓여서 만들어진 화산쇄설암인 응회암이 나타난다.
• 이들 화산암 및 응회암은 대부분 산성 및 중성 성분을 갖은 유문암질이나 안산암질이며, 백두산, 독도, 울릉도 화산 상부도 유문암질이 안산암질 화산암 및 응회암으로 구성되어 있는 반면에 백두산 하부의 용암대지와 제주도의 대부분은 염기성 화산암인 현무암이나 조면현무암으로 구성되어 있다.
• 백두산에는 용암이 매우 빠른 속도로 식어 유리질로만 만들어진 흑요석이 나타나며, 백두산과 제주도에는 기공이 많은 화산쇄설암인 스코리아와 부석이 나타난다.

한반도의 주요 암석 분포 (한국지질자원연구원, 1995)

 

가. 화성암

• 화성암은 마그마가 지표로 나오거나, 지각 내에서 냉각·응고된 암석을 말한다. 화성암은 암석화된 지점을 기준으로 화산암(또는 분출암), 반심성암, 심성암으로 구분할 수 있다.

화성암 산상(사이언스올)

(1) 화산암 또는 분출암

• 정의 : 마그마가 지표 또는 지하 얕은 곳에서 응고된 암석
• 조직 : 세립질(마그마가 지표면에 노출되면서 급격히 응고되어 암석의 결정이 작은 조직)
• 종류 : 현무암, 안산암, 유문암 등
• 특징 : 불규칙한 절리 발달이 특징으로 낙석, 소규모 붕괴 가능

화산암의 불규칙한 절리 양상

대표적인 화산암의 구분

화성암
분류	암석명	야외특징 및 구분방법	암석사진
화산암	현무암	- 암색 : 흑색, 회색 - 주요광물 : 감람석, 휘석, 사장석 - 특징 : 구멍이 많으며, 표면이 거침
	안산암	- 암색 : 흑색 - 주요광물 : 사장석, 휘석, 각섬석 - 특징 : 세립질, 반암질 암석
	유문암	- 암색 : 흰색 - 주요광물 : 석영, 알칼리장석, 사장석 - 특징 : 일부 물결무늬 관찰

 

(2) 반심성암

• 정의 : 심성암과 화성암의 중간적 조직을 나타내는 화성암
• 조직 : 완정질(조립질)로 중립질의 반상 조식을 나타냄
• 종류 : 휘록암, 반암, 석영 반암 등
• 특징 : 관입암 형태의 암맥상태로 존재. SiO2 함량이 65% 이상으로 흰색을 띠는 암성을 산성암맥이라 함. 일반적으로 관입암 형태로 존재하기 때문에 차별 풍화에 의해 공학적 강도에 차이가 나타나기도 함.

대표적인 반심성암의 구분

화성암
분류	암석명	야외특징 및 구분방법	암석사진
화산암	휘록암	- 암색 : 암록색, 흑록색, 회록색 - 주요광물 : 사장석, 휘석, 각섬석 - 특징 : 입상조직
	반암	- 암색 : 보통황색, 백색, 회색 - 주요광물 : 알칼리장석, 석영 - 특징 : 세립의 석기 속에 많은 반정 관찰
	석영 반암	- 암색 : 회백색, 회색, 암회색, 녹회색, 담갈색, 갈색 - 주요광물 : 석영, 정장석, 사장석, 운모 - 특징 : 반상조직을 가지며 세립질

 

(3) 심성암

• 정의 : 마그마가 지하 심부에서 응고된 암석
• 조직 : 조립질(마그마가 지각 내 천천히 응고되어 암석의 결정이 커진 조직)
• 종류 : 반려암, 섬록암, 화강암 등

대표적인 심성암의 구분

화성암
분류	암석명	야외특징 및 구분방법	암석사진
심성암	화강암	- 암색 : 유백색, 담홍색, 담회색 - 주요광물 : 장석, 석영, 운모 - 특징 : 층상절리 발달
	섬록암	- 암색 : 회색, 회녹색 - 주요광물 : 사장석, 각섬석, 휘석 - 특징 : 반자형입상 조직, 석영과 알칼리 장석은 사장석 결정의 틈을 메우는 형태
	반려암	- 암색 : 녹색, 어두운 색 - 주요광물 : 사장석, 휘석 - 특징 : 반짝거림

 

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나. 퇴적암

• 퇴적암은 물과 바람 등으로 운반된 광물이 지표의 낮은 압력과 낮은 온도 상태에서 퇴적작용을 거쳐 만들어진 암석을 말하며 생성원인에 따라 쇄설성 퇴적암과 비쇄설성 퇴적암으로 구분할 수 있다.

퇴적암 생성과정(edunet.net)

 

(1) 쇄설성 퇴적암

• 정의 : 모암이 풍화, 침식, 화산작용 등을 겪고 부스러진 암석임자들이 운반작용에 의해 쌓여 형성된 암석
• 종류 : 셰일, 사암, 역암

(가) 이암

• 정의 : 주로 점토로 이루어진 세립질의 퇴적암으로, 표면이 알갱이로 잘게 부서지는 슬래킹(slaking)이 특징
• 특성 : 점토로 이루어진 세립지의 이암이 풍화가 진행되면서 물을 흡수하면 암이 팽창되면서 시멘트 밀크처럼 흐르는 등 공학적으로 매우 취약함
• 주요 분포지역 : 경상북도 포항, 경상남도 울산 등지

이암

(나) 셰일

• 정의 : 주로 입자의 크기가 작은 진흙이 퇴적되어 오랜 세월동안 쌓이면서 단단하게 굳어져 형성된 퇴적암
• 특성 : 층리가 발달하여 풍화에 대한 저항성이 약하고, 쪼개짐이 우수하여 공학적으로 취약, 층리면의 방향에 따라 대규모 평면파괴 발생 가능성 있음, 다른 암과 교호될 경우 셰일 노출부분이 차별풍화로 먼저 약화되며 셰일 상부의 지지력 상실로 낙석 발생원인 제공
• 주요 분포지역 : 경상남(북)도 일대, 옥천대 지역

셰일

(다) 사암

• 정의 : 지름이 0.063~2mm 인 모래 크기의 입자들이 쌓여 고화된 퇴적암
• 특성 : 근접 관찰 시 특별한 암조직은 없으며, 반투명 모래(석영) 알갱이로 구성되어 있어 햇빛에 광택을 발산, 신선한 암은 암반강도가 강함
• 주요 분포지역 : 경상남(북)도, 전라북도, 강원도 일대

사암

(라) 역암 

• 정의 : 쇄설성퇴적암 중 2mm 이상의 크기를 갖는 입자가 우세한 암석
• 특성 : 자갈(역)과 바탕 암과의 차별풍화 현상으로 낙석 발생 가능성 있음, 역암 기질의 함양량이 클수록 더 단단함
• 화산각력암과 구별 : 자갈(역)이 둥글게 마모

역암

쇄설성퇴적암의 구분

퇴적암
분류	암석명	야외특징 및 구분방법	암석사진
쇄설성 퇴적암	이암	- 퇴적물 : 실트, 점토 - 촉감 : 부드러움 - 특징 : 무르고 잘 부서짐
	셰일	- 퇴적물 : 점토 - 특징 : 쪼개짐 관찰
	사암	- 퇴적물 : 모래 - 촉감 : 절리면이 비교적 까칠함 - 특징 : 층리발달 미약, 세립질화강암과 조직 유사
	역암	- 특징 : 자갈(역) - 촉감 : 거칠지만 자갈(역)은 부드러움 - 특징 : 층리발달 미약

 

(2) 비쇄설성 퇴적암

• 정의 : 생물학적, 화학적 침전으로 만들어진 퇴적암
• 종류 : 석회암, 탄층, 석고 등

 

(가) 석회암

• 정의 : 주로 탄산칼슘 성분으로 이루어진 퇴적암
• 특성 : 화학적 풍화에 취약하여 낙석이 쉽게 발생, 단층과 습곡이 관찰되기도 함, 대규모 붕괴로 인한 테일러스(talus, 애추)가 형성되는 경우가 있음. 용식작용(암석이 물에 의해 화학적으로 용해되는 작용) 발생 가능. 석회암이 풍화된 토사지반은 강도가 매우 약하여 붕괴 가능성이 높음
• 주요 분포지역 : 충청북도 제천, 단양, 강원도 영월, 삼척, 정선, 태백 등지

평면파괴 취약 석회암 구성 암반비탈면

(나) 탄층

• 정의 : 탄소분을 함유한 석탄으로 이루어져 있는 퇴적암
• 특징 : 우리나라에서는 사암이나 셰일 사이에서 교호로 분포하고 있음. 수십cm~수cm 폭으로 노출(우리나라 평균 : 1m 내외). 지하수와 접촉하게 되면 탄층의 강도가 감소되어 붕괴 가능성이 높아짐
• 주요 분포지역 : 강원도 태백, 충청북도 단양, 보은, 전라남도 화순 등지

탄층으로 구성된 지반 붕괴사례

비쇄설성퇴적암의 구분

퇴적암
분류	암석명	야외특징 및 구분방법	암석사진
비쇄설성 퇴적암	석회암	- 암색 : 회색 우세, 흰색~흑색 다양함 - 구성 : 탄산칼슘 - 특징 : 층리 조밀 발달
	탄층	- 암색 : 흑색 - 구성 : 석탄 - 특징 : 물에 취약

 

다. 변성암

• 변성암은 기존 암석이 생성 당시와 다른 온도, 압력, 화학적 조건에서 새로운 광물조직으로 변한 암석을 말하며, 변성암에서 엽리 유·무에 따라 크게 엽리상 변성암, 비엽리상 변성암으로 구분할 수 있다.

(1) 엽리상 변성암

• 정의 : 엽리가 관찰되는 변성암
• 종류 : 편마암, 편암, 천매암 등

(가) 편마암

• 정의 : 기존의 암석이 고온 고압의 변성과정을 받아 생기는 암석으로 굵은 편리가 발달하여 있고, 큰 결정으로 이루어져 있음
• 특징 : 입도가 큰 두 종류 이상의 광물들이 층을 이루고 있음. 운모, 녹니석과 같은 판상 광물의 함유량이 적음

종류

• 화강편마암 : 화강암과 혼돈되기 쉬우며, 엽리가 관찰됨
• 호상편마암 : 밝은 띠와 어두운 띠가 층을 이루며 나타남. 풍화가 진행되면 어두운 띠가 상대적으로 약대가 됨
• 안구상편마암 : 눈알 모양의 문양이 관찰
• 반상변정질편마암 : 어두운 바탕에 정방형의 밝은색 광물이 관찰

화강편마암	호상편마암
안구상편마암	반상변정질편마암

 

(나) 편암

• 정의 : 석운, 운모 등의 광물 입자가 옆으로 배열된 연한 회색인 갈색을 띄는 변성암
• 특징 : 편마암보다 작은 광물 결정들로 구성되며, 변성작용에 의해 생긴 면구조인 편리구조가 존재. 편리는 쪼개짐이 우세하므로 방향성에 따라 대규모 붕괴 가능성 있음. 판상광물이 편리를 따라 배열되는 것이 특징임

도로방향의 편리 발달	편암비탈면 붕괴

 

(다) 천매암

• 정의 : 석영, 세리사이트지운모, 녹니석으로 구성된 엽리상 변성암
• 특징 : 얇은 박편으로 쪼개지는 성질이 우세. 서로 다른 얇은 층이 평행하게 발달하는 박리 존재. 벽개 내지 편리의 표면을 따라 금색 광택을 보임

도로방향의 박리 발달

 

대표적인 변성암의 구분

변성암
분류	암석명	야외특징 및 구분방법	암석사진
엽리상 변성암	편마암	- 특징 : 광물조직은 화강암과 유사. 밝은 띠와 어두운 띠가 반복
	편암	- 특징 : 편마암과 엽리 형태 유사. 조직의 육안관찰이 어려움
	천매암	- 특징 : 쪼개짐이 우세함

 

(2) 비엽리상 변성암

• 정의 : 엽리가 관찰되지 않는 변성암
• 종류 : 규암, 혼펠스 등

 

(가) 규암

• 정의 : 각암이나 규질의 사암에 열에 의한 접촉변성작용이 일어나 형성된 변성암
• 특징 : 석영이 재결정하여 이루어져 있으며 매우 단단함. 광물 알갱이의 경계가 뚜렷하지 않고 서로 잘 결합되어 있어 줄무늬도 없음. 지질해머 내지 못으로 긁어도 잘 긁히지 않음

규암 내 발달하는 판상절리 형태

 

(나) 혼펠스

• 정의 : 염기성화성암이 접촉변성작용을 받으면 사장석과 각섬석을 주성분으로 하는 혼펠스를 만듦
• 특징 : 입자의 크기가 조밀하고 밀도가 높은 접촉 변성암. 균일하고 세립인 입자들이 방향성 없이 모자이크 상태로 노출

혼펠스

 

비엽리상 변성암의 구분

퇴적암
분류	암석명	야외특징 및 구분방법	암석사진
비엽리상 변성암	규암	- 특징 : 암석강도가 매우 강함. 석영입자가 치밀, 견고함
	혼펠스	- 특징 : 모자이크 형태로 입자 배열

 

3. 암종별 구조적 특징

가. 화강암

• 화성암은 지하 심부에서 지표까지 분출되는 과정 중에서 지하 심부에서 생성된 심성암의 일종으로 완결정질 구조를 가지며, 오랜 지질 시간 동안 지각운동으로 인해 노출된 화강암은 응력 해방으로 인해 절리가 생성되고, 이들 절리를 따라 오랜 시간 동안 기계적 풍화작용을 받는다.
• 풍화작용에 따른 화강암의 구조적 특징은 다음과 같다.
• 풍화단계 : 괴상(초기) → 규칙적인 절리암반(중간) → 핵석, 풍화토(최종)
• 층상절리(sheeting joint : 압력이 제거되어 생기는 절리로 지표면에 평행하게 발달함)에 의한 평면파괴 위험성 내포
• 층상절리의 경사각이 40˚이상인 경우 미끄럼 방지를 위한 대책공법 필요
• 화강풍화토(급격한 물리적·화학적 풍화에 의해 생성됨)는 흘러내림이나 붕괴 가능성을 고려한 대책공법 필요

초기단계	중간단계	최종단계
풍화단계별 화강암 양상
화강암질 비탈면 내 발달한 층상절리 양상
화강풍화토 비탈면의 침식 및 세굴 현상

 

나. 퇴적암

• 층리는 암석이 만들어질 때 구성입자들이 퇴적순서에 따라 층을 이루며 쌓이는 것을 말하며, 퇴적암을 구별할 수 있는 가장 큰 특징이다.
• 층리의 경사가 깎기비탈면의 경사보다 작고 암반의 내부마찰각보다 크면 대규모 붕괴 가능성이 높고 경사가 20˚이하로 매우 완만한 층리면에서도 강우 시 충전물질의 강도 감소로 붕괴가 발생하는 경우도 있으며, 비탈면과 유사한 방향의 층리가 관찰되는 깎기비탈면은 유지관리에 주의가 요구된다.

퇴적암질 비탈면 내 층리구조

 

다. 변성암

• 퇴적암은 퇴적물이 이동하여 퇴적되는 과정을 통해 쌓이면서 층상으로 쌓이는 평행한 구조인 층리구조(bedding structure)를 갖는 반면에 변성암은 광역변성작용으로 인해 압력을 받는 방향에 수직방향으로 광물 입자들이 눌려지면서 두 종 이상의 광물들이 교대로 늘어선 판상의 가로줄 무늬를 갖는 엽리구조(foliation structure)를 갖는다.

층리구조(좌) 및 엽리구조(우)

 

출처 : 급경사지 관리 실무편람