A fault gouge zone which is about 25cm thick crops out along a small valley in Yangbuk-myeon, Gyeongju city. It is divided into greenish brown gouge and bluish gray gouge by color. Under the microscope, the gouges have a lot of porphyroclasts composed of old gouge fragments, quartz, feldspar and iron minerals. Clay minerals are abundant in matrix, defining strikingly P foliation by preferred orientation. Microstructural differences between bluish pay gouge and greenish brown gouge are as follows: greenish brown gouge compared to bluish gray gouge is (1) rich in clay minerals, (2) small in size and number of porphyroclasts, and (3) plentiful in iron minerals which are mostly hematites, while chiefly pyrites in bluish gray gouge. Hematites are considered to be altered from pyrites in the early-formed greenish brown gouge under the influence of hydrothermal fluids accompanied during the formation of bluish gray gouge that also precipitated pyrites. It is believed that the fault core including bluish gray gouge zone and greenish brown gouge zone was formed by progressive cataclastic flow. In the first stage the fault core initiates from damage zone of early faulting. In the second stage damage zone actively transforms into breccia zone by repeated fracturing. The third stage includes greenish brown (old) gouge formation in the center of the fault core mainly by particle grinding. In the third stage further deformation leads to the formation of new (bluish gray) gouge zone while old gouge zone undergoes strain hardening. Consequently, the whole gouge zone in the core widens.
We investigated space-time patterns of Quaternary fault activity of the Yangsan fault zone using ESR ages in the Samnam-myeon region, Ulsan, Korea. Some of fault gouge zones consist of well-defined bands which added to the older gouge band, indicative of reactivation. During addition of new bands, the older gouge band was inactive, which represents the type I faulting mode. ESR analyses of each band of the gouge zone allow us to construct history of fault movement. The entire fault gouge zones were reactivated by type III faulting mode giving us ESR ages of the lastest reactivation. ESR dates show temporal clustering into active and inactive periods analogous to historic and paleoseismic fault activities. ESR ages and dates of fault movements indicate migration of fault activities along the Yangsan Fault Zone. Segments of the Quaternary faults in the study area are branched in the south of Sangcheon site. The earliest record of activity in segmented faults is recorded from the western segment to the northern segment. Before 750~850 ka ago, the fault gouge zone from the western segment to the northern segment were active. At 750~850 ka ago, the fault gouge zone from the eastern segment to the northern segment were active. During 630~660 ka and 480~540 ka only the northern segment was active. After 340 ka ago, the fault gouge zone from the western segment to the northern segment were active again.
This paper describes the internal structures and K-Ar ages of fault gouges collected from the Dongnae fault zone. This fault zone is internally zoned and occurs in the multiple fault cores. A fault core consists of thin gouge and narrow cataclastic zones that are bounded by a much thicker damage zone. Intensity of deformation and alteration increases from damage zone through cataclastic zone to gouge zone. It is thought that cataclasis of brittle deformation was the dominant strain-accomodation mechanism in the early stage of deformation to form the gouge zone and that crushed materials in the regions of maximum localization of fault slip subsequently moved by cataclastic flow. Deformation mechanism drastically changed from brittle processes to fluid-assisted flow along the gouge zone as the high porosity and permeability of pulverzied materials during faulting facilitated the influx of the hydrothermal fluids. Subsequently, the fluids reacted with gouge materials to form clay minerals. Fracturing and alteration could have repeatedly taken place in the gouge zone by elevated fluid pressures generated from the reduction of pore volume due to the formation of clay minerals and precipitation of other materials. XRD analysis revealed that the most common clay minerals of the gouge zones are illite and smectite with minor zeolite and kaolinite. Most of illites are composed of 1Md polytype, indicating the products of hydrothermal alteration. The major activities of the Dongnae fault can be divided into two periods based upon K-Ar age data of the fault gouges : 51.4∼57.5Ma and 40.3∼43.6Ma. Judging from the enviromental condition of clay mineral formation, it is inferred that the hydrothermal alteration of older period occured at higher temperature than that of younger period.
Song, Su Jeong;Choo, Chang Oh;Chang, Chun-Joong;Chang, Tae Woo;Jang, Yun Deuk
Economic and Environmental Geology
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v.45
no.5
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pp.487-502
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2012
This paper is focused on mineral compositions, microstructures and distributional characters of remained grains in the fault rocks collected from a fault developed in Yongdang-ri, Yangbuk-myeon, Gyeongju City, Korea, using X-ray diffraction (XRD), optical microscope, laser grain size analysis and fractal dimension analysis methods. The exposed fault core zone is about 1.5 meter thick. On the average, the breccia zone is 1.2 meter and the gouge zone is 20cm thick, respectively. XRD results show that the breccia zone consists predominantly of rock-forming minerals including quartz and feldspar, but the gouge zone consists of abundant clay minerals such as chlorite, illite and kaolinite. Mineral vein, pyrite and altered minerals commonly observed in the fault rock support evidence of fault activity associated with hydrothermal alteration. Fractal dimensions based on box counting, image analysis and laser particle analysis suggest that mineral grains in the fault rock underwent fracturing process as well as abrasion that gave rise to diminution of grains during the fault activity. Fractal dimensions(D-values) calculated by three methods gradually increase from the breccia zone to the gouge zone which has commonly high D-values. There are no noticeable changes in D-values in the gouge zone with trend being constant. It means that the bulk-crushing process of mineral grains in the breccia zone was predominant, whereas abrasion of mineral grains in the gouge zone took place by continuous fault activity. It means that the bulk-crushing process of mineral grains in the breccia zone was predominant, whereas abrasion of mineral grains in the gouge zone took place by continuous fault activity. Mineral compositions in the fault zone and peculiar trends in grain distribution indicate that multiple fault activity had a considerable influence on the evolution of fault zones, together with hydrothermal alteration. Meanwhile, fractal dimension values(D) in the fault rock should be used with caution because there is possibility that different values are unexpectedly obtained depending on the measurement methods available even in the same sample.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.22
no.3
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pp.261-275
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2020
When excavating a small cross-section tunnel in a fault fracture zone using the shield TBM method, there is a high possibility of excessive convergence and collapse. Appropriate ground reinforcement is required to minimize construction cost loss and trouble due to a fault fracture zone. In this study, the optimal reinforcement area was suggested and the surrounding ground behavior was investigated through numerical analysis using MIDAS GTS NX (Ver. 280). For the parameters, the width of the fault fracture zone, the existence of fault gouge, and the groundwater level and depth of cover were applied. As a result, when there is not fault gouge, the convergence and ground settlement are satisfied the standard when applying ground reinforcement by up to 0.5D. And, due to the high permeability coefficient, it is judged that it is necessary to apply 0.5D reinforcement. There is a fault gouge, it was possible to secure stability when applying ground reinforcement between the entire fault fracture zone from the top of the tunnel to 0.5D. And, because the groundwater discharge occurred within the standard value due to the fault gouge, reinforcement was unnecessary.
Song, Su Jeong;Choo, Chang Oh;Chang, Chun-Joong;Jang, Yun Deuk
The Journal of the Petrological Society of Korea
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v.22
no.2
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pp.137-151
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2013
This study is focused on element behaviors and mineral compositions of the fault rock developed in Yongdang-ri, Yangbuk-myeon, Gyeongju City, Korea, using XRF, ICP, XRD, and EPMA/BSE in order to better understand the chemical variations in fault rocks during the fault activity, with emphasis on dependence of chemical mobility on mineralogy across the fault zone. As one of the main components of the fault rocks, $SiO_2$ shows the highest content which ranges from 61.6 to 71.0%, and $Al_2O_3$ is also high as having the 10.8~15.8% range. Alkali elements such as $Na_2O$ and $K_2O$ are in the range of 0.22~4.63% and 2.02~4.89%, respectively, and $Fe_2O_3$ is 3.80~12.5%, indicating that there are significant variations within the fault rock. Based on the chemical characteristics in the fault rocks, it is evident that the fault gouge zone is depleted in $Na_2O$, $Al_2O_3$, $K_2O$, $SiO_2$, CaO, Ba and Sr, whereas enriched in $Fe_2O_3$, MgO, MnO, Zr, Hf and Rb relative to the fault breccia zone. Such chemical behaviors are closely related to the difference in the mineral compositions between breccia and gouge zones because the breccia zone consists of the rock-forming minerals including quartz and feldspar, whereas the gouge zone consists of abundant clay minerals such as illite and chlorite. The alteration of the primary minerals leading to the formation of the clay minerals in the fault zone was affected by the hydrothermal fluids involved in fault activity. Taking into account the fact that major, trace and rare earth elements were leached out from the precursor minerals, it is assumed that the element mobility was high during the first stage of the fault activity because the fracture zone is interpreted to have acted as a path of hydrothermal fluids. Moving toward the later stage of fault activity, the center of the fracture zone was transformed into the gouge zone during which the permeability in the fault zone gradually decreased with the formation of clay minerals. Consequently, elements were effectively constrained in the gouge zone mostly filled with authigenic minerals including clay minerals, characterized by the low element mobility.
The black fault gouge having 5-10 cm width occurs at the center of the fault fracture zone developed at the early Miocene basaltic rocks that is located at the Geumkwang-ri area in Donghae-myeon, Pohang city. The fault gouge was analyzed with XRD, FTIR, DTA/TGA, SEM, TEM, XRF, EPMA. Analyses reveal that the fault gouge is Fe-rich sepiolite having high iron content. Alteration minerals observed in the fault fracture zone are mainly smectite. The significant amount of smectite also observed in the basaltic parent rocks. The occurrence of constituent minerals indicates that the Fe-rich sepiolite was crystallized by faulting and hydrothermal alteration after the consolidation of basaltic rock at the deep place.
The main fault zone of the Yangsan Fault, located in the southeastern part of the Korean peninsula, is newly found at the Cheonjin-ri, Dudong-myeon, Ulju-gun, Ulsan, Korea. About 100 wide fault zone exposed along the Guryangcheon stream strikes N-S and dips over 70° toward east. The main fault zone is composed of N-S-striking gouge and breccia layers and enclosed lenses. Striations on the subvertical fault surfaces mainly indicate dextral slip, but moderate-angle minor reverse faults showing top-tothe-west shearing transect the foliated high-angle gouge and breccia layers. These indicate that the dextral slip along the fault, which is interpreted as the main movement of the fault, was followed by reverse slip. The fault zone is composed of N-S-striking gouge layers and enclosed, fractured lenses. Locally distributed NE-SW- to E-W-striking fault gouge layers with fractured lenses show asymmetric folds, indicating progressive dextral movement. Therefore, the exposed fault zone has a high internal complexity due to the combined effects of NNE-SSW-trending dextral shearing and E-W-trending shortening by compression. In addition, around main boundary fault between the western volcanic rocks and eastern sedimentary rocks offsets the overlying Quaternary fluvial conglomerate. This is a good example that understanding of internal structures of main fault zone (or fault core), such as the Yangsan Fault, plays an important role to study the Quaternary activity and to find the active fault.
Park, Jinho;Lee, Kang-Hyun;Lee, Seong-Won;Ryu, Young-Moo;Lee, In-Mo
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.17
no.3
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pp.383-392
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2015
In subsea tunnelling, prediction of the fractured zone (or water bearing zone) ahead of tunnel face saturated by seawater with high water pressure has been a key factor for safe construction. This study verified the feasibility of utilizing induced polarization (IP) survey at tunnel face for predicting the ground condition ahead of the subsea tunnel face. A pore model was proposed to compute chargeability in granular material, and the relationship correlating chargeability with the variables affecting the chargeability was derived from the model. Parametric study has been performed on the variables to figure out the most influential factors affecting the chargeability. The results of the parametric study show that the size of narrow pores ($r_1$) and the salinity of pore water are the most influential factors on chargeability. Laboratory tests were conducted on various types of ground condition by changing the salinity of pore water, the thickness of the fracture zone and the existence of gouge (weathered granite) within the joints of the fractured zone to figure out the effect of the ground characteristics on the IP phenomenon. Test results show that the chargeability of the fractured zone saturated by seawater increases if the joints in the fractured zone are filled with gouge since the infilled gouge will decrease the size of narrow pores ($r_1$).
The study area is a tunnelling section passing through the Yangsan Fault zone. Kyungbu express highway and national road 35 are located above the tunnel. Previous study showed that fault gouge and fault breccia were widely distributed in the tunnelling section with a maximum width of 100 m. From the present study, it is found that sedimentary rocks consisting mainly of shale are distributed at the eastern block of the Yangsan Fault and these rocks are not subject to mechanical fracturing and hydrothermal alteration. On the other hand, dacitic tuff distributed at the western block of the Yangsan Fault is largely affected by mechanical fracturing and hydrothermal alteration. The large fault zone of $50{\sim}130m$ width was formed by complex processes of mechanical fracturing and hydrothermal alterations such as chloritization, sericitization, and kaolinization. Based on the characteristics of mechanical fracturing and hydrothermal alterations, the Yangsan fault zone in the study area is geotechnically classified as four zones: unaltered zone, altered zone, altered fractured zone, and fault gouge zone. These zones show different degrees and aspects in mechanical fracturing and hydrothermal alterations, resulting in different engineering properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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