Structural Geology
Chapter 1 Overview
Structural geology : 구조 지질학
Tectonics : 지구조론
⇒ 지구 외층(암석권)의 진화를 이룩한 운동을 복원하는 분야
structure → Latin word ‘struere’ (to build)
tectonics → Greek word ‘tektos’ (builder)
rigid body motion, deformation
• Structural geology
submicroscopic to regional scale(현미경~광역적인 규모)
• Tectonics
regional to global scale(광역적~지구조적 규모)
→ 1960년대 판구조론의 등장으로 Tectonics의 개념이 확대됨
• model : Kinematic model, Mechanical model
● 지구내부
• 성분층(지진파 이용)
지각 : 30~40km 두께, 퇴적암, 화성암, 변성암
맨틀 : 고철질, 고밀도 물질, Mg, Fe silicate가 多
외핵 : liquid
내핵 : iron-nickel alloy
• 물리적 성질 → 판구조론에 이용
암석권(lithosphere) : 지각 + 상부맨틀 (=plate)
연약권
중간권
핵
● 지구 지각과 판구조운동
• plate
– 크게 7개로 구분
아프리카, 유라시아, 태평양, 북아메리카, 남아메리카, 남극, 인도–오스트레일리아 판
– 지역적으로 더 작은 판으로 세분
• plate tectonics(판구조운동)
판이 연약권 위에 떠서 수평운동하며 이동하면서 충돌, 섭입 등 수직운동이 일어남
새로운 판의 생성과 소멸이 나타난다.
→ 지구외층은 지질 구조를 생성(deformation)
• deformation(변형)
환경조건에 따라 종류가 달라짐(상대적)
– 취성변형작용(brittle deformation) – 천처
낮은 온도, 낮은 압력, 빠른 변형 속도 → 단층 절리와 같은 fracture(단열)형성
– 연성변형작용(ductile deformation) – 심처
높은 온도, 높은 압력, 느린 변형 속도 → 습곡, 엽리, 선구조 형성
Chapter 2. Techniques of Structural Geology and Tectonics
• Observation이 학문의 기초가 됨 → 지구과학 = 관찰학문
기재, 측정
• display 결과를 보여주고 유용하게 사용하도록 함
지질도 작성 – 지층, unit 구분, 암석 인식
scale – 1/1,000,000, 1/250,000, 1/50,000(기준), 1/25,000
주향 – horizontal angular(planner structure)
경사 – angle(horizontal plane and structure plane)
● 지질도(geologic map)
2D, cross section(단면도) 작성 필요, black diagram(3D)
지표에서 얻은 자료를 토대로 생성순서를 추측한다.
층서, 지구조, 관입을 확인
⋌55 strike and dip symbol
↘55 dip line symbol
● cross section(단면도)
• true-scale – 실축을 그대로 표현
• vertical exaggeration – 수직방향의 scale를 과장해서 표현
• schematic – 특정한 주제를 부각해서 표현
● Stratigraphic Sequence Indicators(층서적 순서 지시자)
• 퇴적암에서 1차구조
– Bottom marking(바닥구조)
flute cast : 숟가락 모양의 홈에 모래가 채워짐
load cast : 모래 입자가 mud 층을 눌러 움푹 들어감
flame structure
– Graded bedding(점이층리)
단일 지층 내에서 입자의 크기가 수직적으로 점이적인 변화를 보이는 것
(보통 상향세립이나 경우에 따라 상향조립을 보일 수 있으므로 적용의 제한이 있다.)
– Cross bedding(사층리)
concave upward
– ripple mark(연흔)
Current ripple mark는 사용할 수 없다.
Oscillation ripple mark(대칭연흔)을 이용
– channel structure or scour-and-fill structure(채널구조 및 깎고 매우기 구조)
• 화성암에서 1차구조
– flow-top breccia
현무암 lava flow의 상부면에서 잘 발달
lava flow 이동시 식는 속도 차이에 의해 부서진 파편이 생성. vesicle, amygdale이 나타남
→ 상부에 많으나 하부에도 vesicle이 존재
– pillow lava
상부는 둥글고 하부는 뾰족함
tube-like finger
• 부정합(Unconformities)
– disconformity(평행부정합) : parallel layer
– angular unconformity(경사부정합) : 지층이 기울어짐(tilting) → 사교, 지층단절
– nonconformity(난정합) : 변성암이나 화성암 위에 부정합면이 있고 그 위에 퇴적암이 퇴적된 경우
• 기타
– 화석 : biostratigraphic analysis of the sediments
– 절대연령측정 : unfossiliferous rock
● Orientation data 의 그래프
• 막대 그림 (주향만 표현)
• 장미그림 – 자료의 방향과 빈도로 나타냄 (주향만 표현)
• 입체 투영망 : Stereograph 경사와 주향을 함께 나타냄
Chapter 3 Fractures and Joints
• fracture는 라틴어 fractus로부터 유래 (broken)
• fracture : 암석이나 광물의 깨진 면, 점착력, 응집력을 잃은 면
상대적인 이동으로 구분
신장단열(joint) : 단열 면에 수직으로 이동 – 1 mode fracture
전단단열(fault) : 단열 면에 평행으로 이동 – 2 mode fracture, 3 mode fracture
혼성단열 : 신장단열 + 전단단열. 미끄러짐과 벌어짐이 함께 일어남
● 절리(joint) (가장 풍부한 지질구조)
신장단열(extension fracture)
• 절리조(set)
인접한 절리들이 비슷한 주향으로 여러 개가 놓임
– 규칙절리(systematic joint)
절리면이 비교적 평탄함. 인접한 절리간 평행한 방향성을 가짐.
joint spacing(절리간 간격)이 인접한 절리간 유사
– 불규칙절리(nonsystematic joint)
– joint zone
• 절리계(joint system)
두개이상의 set의 절리들이 묶어 이야기하는 것
– cross joint(Oblique joint or diagonal joint)
교차되어진 둘 이상의 규칙절리
고각의 습곡이나 선구조를 자른 joint
• 판상절리(sheet joint)
지형에 아평행하게 발달하는 절리
ex) 팔공산 화강암 – 상부의 지층이 침식되어 화강암체가 지면에 드러나면서 압력의 감소로 joint 생성
• 주상절리(columnar joint)
dike, lava 등이 냉각될 때 gas가 빠져나가면서 수축되어 생성. → 육각, 오각형 형태가 많다.
ex) 구룡포, 제주도
• vein(맥)
광물로 충전된 신장단열
괴상 or 석영, 방해석 등의 섬유결정 입자로 구성
cf) 암맥(dike) – 암석으로 충전
• pinnate fracture
큰 단층을 따라 생성된 2차적 신장단열
(이를 통해 단층의 이동방향 추정가능)
• feather fracture
전단대에 발달한 절리
• gash fracture
일반적인 joint 보다 더 통통한 형태. 길이에 비해 폭이 두껍다.
● 절리의 기하(geometry)
orientation of fracture(단열의 배향)
절리를 야외에서 관찰했을 때 가장 먼저 측정함
– 절리조(joint set)를 식별함
– orientation 측정(절리의 주향, 경사)
→ 지구조력의 방향과 범위 해석에 유용
• 절리 배향(동일지역에서)
암질에 따라 달라짐
발달시키는 사건에 따라 달라짐(지구조력의 방향 변화 등)
습곡 작용
• 절리의 scale과 모양
– termination(종지) : 절리의 끝부분
직선(straight)형, 곡선(curving)형, 가지(branching)형,
분절(segmenting)형, 기존절리 curving형, en echelon fracture
– 절리의 변이 양(벌어진 정도)
끝부분으로 갈수록 변이량이 적어진다.
– 절리의 길이
보통 수cm~수십 m 길이
수 km로 발달할 경우 → master joint
현미경 관찰시에만 보일정도로 작은 규모의 절리 → 미시절리(microjoint)
– 모양
암석의 종류에 따라 다를 수 있으나
암석의 조직이 균질하면 → 원형(circular), 타원형(elliptical) ex)화성암
암석의 조직이 불균질하면 → 직사각형 ex)퇴적암
– 간격
규칙적인 절리에서의 간격
한정된 거리에서 절리간의 평균수직거리로 표시
제한된 거리 속에서 절리의 평균수로 표시
ex) 20m 누두에서 10개 등
일반적으로 규칙절리의 경우 평균간격이 일관성을 보임
ex) 경상계 퇴적암의 사암층
절리간격은 암석의 종류와 bed의 두께에 따라 다리진다.
ex) 동일한 사암층이나 두께가 두꺼운 bed에서 절리의 수가 적게 나타남
● 절리면의 양상
• plumose(깃털) structure (hackle plume)
세립사암, mudstone이 massive하게 퇴적된 층에서 잘 나타나는 형태
축(central axis)에 대칭
• rid mark
절리가 생성되다가 중지선이 생긴 것
– 종류
cuspate : 단면에서 뾰족한 모양
ramp-shaped(비탈모양)
• ripple mark
rounded 단면, oblique(hackle line(깃털 날개부)에 수직이지 않음)
※ δ1 : 가장 크게 작용한 응력의 방향. 절리면과 평행
δ2 : 절리면상에서 δ1에 수직인 방향
δ3 : 절리면에서 수직인 방향
● 절리생성의 timing(순서)
• 한쪽이 단절
• 서로 횡단
한쪽 절리가 2차적 물질로 채워져 있고 빈 절리가 이를 절단함
• hackle pattern
hackle line이 굽어진 형태를 통해 Old, Young 구분가능
이미 있는 절리를 절단하며 생성된 Young 절리는 hackle line이 굽어진다.
• longer, dominant joint
여러 set의 절리가 나타날 때 길이가 길고 큰 size의 절리가 작은 절리들에 의해 절단될 때 긴 것이 오래된 절리이다.