Orientations of Vertical Rift and Grain Planes in Mesozoic Granites, Korea

국내의 중생대 화강암류에서 발달하는 수직의 1번 및 2번 면의 방향성

  • Park, Deok-Won (Groundwater & Geothermal resources Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources)
  • 박덕원 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부)
  • Published : 2007.03.30

Abstract

We have studied orientational characteristics of vertical rift and grain planes developing in 108 quarries for Mesozoic granites. Orientations of these planes vary in different localities. In general, orientations of these planes are predominantly NNE in South Korea. From the regional distribution chart, orientations of these planes show three dominant sets in terms of frequency orders: (1) $N2{\sim}10^{\circ}E(1st-order),\;(2)\;N15{\sim}25^{\circ}E(2nd-order),\;(3)\;N45{\sim}70^{\circ}E,\;N10{\sim}30^{\circ}W\;and\;N70{\sim}80^{\circ}W(3rd-order)$. These granite quarries are classified by the relative difference in the easiness of rock splitting between horizontal and vertical quarrying planes into: R-type, G-type, and H-type. The results showed that quarries for Triassic granites belong to R and G-types;those for Jurassic granites belong to R, G and H-types. In addition, quarries for Cretaceous granites belong mainly to R-type. Among these quarry types, the most diverse type was identified in the quarries for Jurassic granites. R-type (77.8%) shows a higher distribution ratio compared with G and H-types (22.2%). In general, anisotropy of physical properties is found in granitic rocks and there exists close correlation between orientations of granitic rock splitting planes and those of the open microcracks. Meanwhile, it has been reported that preferred orientations of open microcracks suggest maxinum principal stress orientations.

12개 지역에서 분포하는 108개소의 중생대 화강암류의 석산에서 발달하는 수직의 1번 및 2번 면에 대한 분포 특성을 규명하였다. 각 지역에서 발달하는 수직 결의 방향성은 다양하다. 그러나 전국의 이들 수직 면은 전반적으로 북북동 방향이 우세하다. 수직면의 방향을 종합한 광역 분포도에서 이들 면의 빈도 등급별방향을 살펴보면 (1) $N2{\sim}10^{\circ}E(1st-order),\;(2)\;N15{\sim}25^{\circ}E(2nd-order),\;(3)\;N45{\sim}70^{\circ}E,\;N10{\sim}30^{\circ}W$$N70{\sim}80^{\circ}W(3rd-order)$ 방향의 3조의 우세 배향을 보여준다. 수평 채석면과 수직 채석면의 상대적인 분리성에 의한 화강암 석산의 유형은 R-유형, G-유형 및 H-유형의 3 종류로 분류되었다. 1번 면이 수평면을 형성하고, 2번 및 3번 면이 수직면을 형성하는 유형(R-유형), 2번 면이 수평면을 형성하고, 1번 및 3번 면이 수직면을 형성하는 유형(G-유형), 3번 면이 수평면을 형성하고, 1번 및 2번 면이 수직면을 형성하는 유형(H-유형) 등이다. 트라이아스기 화강암류의 석산은 R-유형 및 G-유형, 쥬라기 화강암류의 석산은 R-유형, G-유형 및 H-유형 그리고 백악기 화강암류의 석산은 주로 R-유형으로 각각 분류되었다. 이러한 석산 유형 중, 쥬라기 화강암류의 석산에서 가장 다양한 유형이 확인되었다. 유형별 분포비율을 살펴보면, R-유형의 분포비율이 77.8%를 차지하여 22.2%를 차지하는 G-유형 및 H-유형에 비하여 분포비율이 높다. 일반적으로 화강암질암에서는 흔히 물성의 이방성이 확인되며, 할석면의 방향과 열린 미세균열의 방향과는 상호 밀접한 상관성이 있다. 한편 관련 연구사례를 통하여 미세균열의 우세한 방향은 치대 압축 주응력의 방향을 지시함을 알 수 있다.

Keywords

References

  1. 김동학, 황재하, 박기화, 송교영, 1998, 한국지질도 (1:250,000), 부산도폭 및 설명서. 과학기술처, 62 p
  2. 김영화, 장보안, 박상욱, 1996, 양산단층 지역의 화강암체 내에 분포하는 열린 미세균열과 경상분지의 고응력장. 대한지질학회지, 32, 367-378
  3. 김정찬, 고희재, 이승렬, 이창범, 최성자, 박기화, 2001, 한국지질도(1:250,000), 강릉-속초도폭 및 설명서. 한국지질자원연구원, 76 p
  4. 박덕원, 2005, 포천화강암내 미세균열의 조직특성. 한국지질자원연구원 논문집, 9, 3-13
  5. 박덕원, 김형찬, 이창범, 홍세선, 장세원, 이철우, 2004, 포천지역의 쥬라기 화강암에 발달된 결의 특성 한국암석 학회지, 13, 133-141
  6. 박덕원, 서용석, 정교철, 김영기, 2001, 주라기 화강암내 발달하는 결의 현미경학적 분석. 대한지질공학회지, 11, 51-62
  7. 서용석, 정교철, 1999, 수침삼축압축하에서 관찰되는 화강암의 미세 파괴. 대한지질공학회지, 9, 243-251
  8. 이병대, 장보안, 윤현수, 이한영, 진명식, 1999, 문경지역에 분포하는 화강암의 미세균열 발달특성. 한국암석학회지, 8, 24-33
  9. 이병주, 김동학, 최현일, 기원서, 박기화, 1996, 한국지질도 (1:250,000), 대전도폭 및 설명서. 과학기술처, 59 p
  10. 이병주, 김유봉, 이승렬, 김정찬, 강필종, 최현일, 진명식, 1999, 한국지질도(1:250,000), 서울-남천점도폭 및 설명서. 과학기술부, 64 p
  11. 이병주, 김정찬, 김유봉, 조등룡, 최현일, 전희영, 김복철, 1997, 한국지질도(1:250,000), 광주도폭 및 설명서. 과학 기술부, 82 p
  12. 장보안, 오선환, 2001, 포천화강암내 발달한 결의 역학적 이방성과 미세균열의 상관성. 대한지질공학회지, 11, 191-203
  13. 황재하, 김동학, 조등룡, 송교영, 1996, 한국지질도 (1:250,000), 안동도폭 및 설명서. 과학기술부, 67 p
  14. Bur, T. R. and Hjelmstad, K. E., 1970, Elastic and attenuation symmetries of simulated lunar rocks. Icarus 13, 44
  15. Dale, T.N., 1923, The commercial granites of New England. U.S. Geological Survey Bulletin, 738, 488
  16. Douglass, P. M. and Voight, B., 1969, Anisotropy of granites: A reflection of microscopic fabric. Geotechnique, 19, 376-398 https://doi.org/10.1680/geot.1969.19.3.376
  17. Duvall, W. I., 1965, The effect of anisotropy on the determination of dynamic elastic constants of rock. Trans. Soc. Min. Eng. AIME, 232, dec., 309-316
  18. Herrmann, O., 1916, Steinbruch-Industrie und Steinbruch-Geologie. Borntraeger, Berlin, 2nd ed., 312 p
  19. Holzhausen, G. R., 1989, Origin of sheet structure, 1. Morphology and boundary conditions. Engineering Geology, 27, 225-275 https://doi.org/10.1016/0013-7952(89)90035-5
  20. Jahns, R. H., 1943, Sheet structure in granites: its origin and use as a measure of glacial erosion in New England. Journal of Geology, 51, 71-98 https://doi.org/10.1086/625130
  21. Krantz, R.L., 1983, Microcracks in rocks. Tectonophysics, 100, 449-471 https://doi.org/10.1016/0040-1951(83)90198-1
  22. Lespinasse, M., Pecher, A., 1986, Microfracturing and regional stress field:a study of the preferred orientations of fluid-inclusion planes in a granite from the Massif Central, France. Jounal of Structual Geology, 8, 169-180 https://doi.org/10.1016/0191-8141(86)90107-0
  23. Ljungner, E., 1930, Spaltentektonik und morphologie der schwedischen Skagerrak-Kueste. Bull. Geol. Inst. Univ. Uppsala, 21, 478 p
  24. Nishiyama, T., Chen, Y., Kusuda, Ito, T., Kaneko, K., Kita, H. and Sato, T., 2002, The examination of fracturing process subjected to triaxial compression test in Inada granite. Engineering Geology, 66, 257-269 https://doi.org/10.1016/S0013-7952(02)00046-7
  25. Nover, G., Buntebarth, G., Kern, H., Pohl, G., Schopper, JR., Shult, A. & Will, G., 1989, Petrophysical investigations on core samples of the KTB Scientific Drilling 1, 135-142
  26. Osborne, F. F., 1935, Rift, grain and hardway in some pre-Cambrian granite, Quebec. Economic Geolology, 30, 540-551 https://doi.org/10.2113/gsecongeo.30.5.540
  27. Peng, S., 1970, Fracture and failure of Chemsford granite. PhD. dissertation, Dept. Mineral Engineering, Standford University
  28. Peng, S. and Johnson, A. M., 1972, Crack growth and faulting in cylindrical specimens of chemsford granite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 9, 37-86 https://doi.org/10.1016/0148-9062(72)90050-2
  29. Plumb, R., Engelder, T. and Yale, D., 1984 b, Near-surface in-situ stress, 3. Correlation with microcrack fabric within the New Hampshire. Journal of Geophysical Research, 89, 9350-9364 https://doi.org/10.1029/JB089iB11p09350
  30. Rodrigues, F. P., 1966, A anisotrophy of granites. Proc, 1st. Soc. Rock Mech., Lisbon, 1, 721-731
  31. Sasada, M. and Nishoka, Y., 2004, Tsukuba and Inada areas, Field guide book. 41st CCOP Annual Session
  32. Seo, Y. S., Jeong, G C., Kim, J. S. and Ichikawa, Y., 2002, Microscopic observation and contact stress analysis of granite under compression. Engineering Geology, 63, 259-275 https://doi.org/10.1016/S0013-7952(01)00086-2
  33. Siegesmund, S., Kern, H., Vollbracht, A., 1991, The effect of oriented intragranular and boundary cracks on seismic velocities in an ultramylonite. Tectonophysics, 186, 241-251 https://doi.org/10.1016/0040-1951(91)90361-U
  34. Simmons, G and Richter, D., 1976, Microcrack in rock, in R. J. C. Sterns, ed., The physics and chemistry of minerals and rocks. Wieley-Interscience, Newyork, N. Y., 105137
  35. Solberg, P. H., 1975, The influence of microcracks on sheet jointing in four New England granites. Abstract Transamerica Geophysics Union, 56, 444
  36. Tapponnier, P. and Brace, W. F., 1976, Development of stress-induced microcracks in Westerly granite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanical Abstracts, 13, 103-111 https://doi.org/10.1016/0148-9062(76)91937-9
  37. Thill, T. E., Bur, T. R. and Steckley, R. C., 1973, Velocity anisotropy in dry and saturated rock spheres and its relation to rock fabric. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanical Abstracts, 10, 535-557 https://doi.org/10.1016/0148-9062(73)90004-1
  38. Thill, R E., Williard, R. J. and Bur, T. R., 1969, Correlation of longitudinal velocity variation with rock fabric. Journal of Geophysical Research, 74, 4898-4909
  39. Tremmmel, E. and Widmann, R., 1970, Deformation properties of gneiss. Proc. 2nd Congo Int. Soc. Rock Mech., Belgrade, 1, 567-575
  40. Vollbrecht, A., Rust, S. and Weber, K., 1991, Development of microcracks in granites during cooling and uplift:examples from the Variscan basement in NE Bavaria, Germany. Journal of Structual Geology, 13, 787-799 https://doi.org/10.1016/0191-8141(91)90004-3
  41. Wise, D. U., 1964, Microjointing in basement, middle Rocky mountains of Montana and Wyoming. Geological Society of America Bulletin, 75, 287-292 https://doi.org/10.1130/0016-7606(1964)75[287:MIBMRM]2.0.CO;2
  42. Wise, D. U., 2005, Rift and grain in basement:thermally triggered snapshots of stress fields during erosional unroofing of the Rock mountains of Montana and Wyoming. Rock mountain geology, 40, 193-209 https://doi.org/10.2113/40.2.193