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단층마찰면

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목차

1. 개요

단층마찰면은 단층을 따라 나타나는 매끄러운 표면으로, 두 암석 표면 사이의 상대적인 움직임의 증거를 보여준다. 이 표면은 단일 표면 또는 단층 점토 내의 여러 슬립 표면으로 나타날 수 있으며, 표면의 거칠기는 관찰 규모에 따라 달라진다. 단층마찰면은 선형 또는 곡선 형태의 단층선을 가지며, 지진 파열 전파 방향을 연구하는 데 활용된다. 단층마찰면은 돌기 쟁기질, 부스러기 줄무늬, 침식 보호, 섬유 성장 등 다양한 메커니즘을 통해 생성되며, 지진 과정, 단층 미끄러짐의 시기, 토양학, 달 탐사 등 다양한 분야에서 중요한 정보를 제공한다.

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단층마찰면

2. 단층마찰면의 기하학적 구조

단층마찰면은 두 개의 단단한 표면 사이에서 나타나는 단층의 한 형태이거나, 단층 점토 내부에 여러 개의 망상 슬립 표면 형태로 존재할 수 있다.[2] 슬립 표면의 두께는 약 100마이크로미터이며,[3] 구성 입자는 직경 0.01~1마이크로미터로 매우 작다.[4] 이 입자들은 불규칙한 입자 경계와 적은 결정 격자 결함(전위)을 갖는다는 특징이 있다.[4]

단층마찰면은 단층 운동 방향을 파악할 수 있는 뚜렷한 모양을 보인다.[5]

2. 1. 표면 거칠기

단층마찰면은 단층면에서 독특한 '''거칠기'''를 보인다. 단층면 거칠기(또는 지형)는 관찰 규모에 대한 돌기 높이의 종횡비로 특징지어지며, 이는 단층 미끄러짐 연구의 핵심 매개변수이다.[8] 일반적으로 단층면은 작은 규모(약 밀리미터 규모 이하)에서는 거칠고 울퉁불퉁하지만, 시야가 넓어질수록 점차 매끄러워진다.[9] 이러한 현상은 미끄러짐 수직 방향보다 미끄러짐 평행 방향에서 더 두드러지는데, 이는 활면 형성의 결과이다.

2. 2. 선형 및 곡선형 단층선

단층마찰면은 단층을 따라 움직임의 방향을 결정하는 데 사용할 수 있는 눈에 띄는 모양을 가지고 있다.[5] 직선상의 단층선은 선형-병진 단층 운동을 나타내며, 이는 단층 운동 방향과 평행하고 운동학적 지표로 작용한다.[6] 최근에는 곡선상의 단층선이 지진 파열 전파 방향을 보존할 수 있는지에 대한 연구가 진행되고 있다.[7]

3. 단층마찰면의 생성 메커니즘

단층마찰면은 다양한 메커니즘을 통해 생성될 수 있지만, 그 정확한 메커니즘은 아직 완전히 밝혀지지 않았다.[12] 암석 사이의 마찰로 인해 입상 물질이 생성되고, 이 입자 크기가 나노미터 수준으로 감소하면 마모 물질의 거동에 변화가 생긴다.[10] 이렇게 입자 크기가 매우 작아져 표면이 광택을 띠게 되는 것을 '''단층 거울'''이라고 한다.[10]

단층 거울은 단층면이 미끄러질 때 표면에 유체가 존재했기 때문에 생성될 수도 있다.[11] 미끄러짐이 멈추면 이 유체는 실리카겔로 굳어져 광택이 나는 연마선을 형성한다.

3. 1. 돌기 쟁기질 (Asperity plowing)

미국 네바다주 딕시 밸리 페어뷰 단층 절벽의 반사형 연마면


단층 표면의 돌기는 주변 지역보다 융기된 부분이다. 돌기는 반대쪽 암석 표면에 눌린 후 이동하면서 암석을 파고들어 홈, 골, 긁힘 등을 생성한다.[12] 이러한 돌기 쟁기질은 작은 규모에서 취성 영역의 영구 변형 결과이다.[13]

3. 2. 부스러기 줄무늬 (Debris streaking)

마찰면의 돌기가 반대편 암석을 파고들 때, 돌기 자신과 반대편 암석을 깎아내 미세한 부스러기를 생성한다. 이러한 부스러기(마모 생성물)는 돌기의 앞과 뒤에 길고 늘어진 형태로 축적된다. 돌기가 상대적으로 단단하면 부스러기는 돌기 앞에 축적되고, 상대적으로 부드러우면 뒤에 끌려간다. 이 부스러기는 시간이 지남에 따라 굳어져 미끄럼선 형태를 보존한다.[12]

3. 3. 침식 보호 (Erosional sheltering)

일부 암석은 다른 부분보다 더 단단한 입자를 포함할 수 있다. 이러한 암석이 침식될 때, 더 단단한 입자는 더 무른 암석보다 침식에 더 강하게 저항하며, 단단한 입자 이 뒷면의 암석은 침식으로부터 보호된다. 이는 단단한 입자가 위치했던 곳에서 '절벽' 형태로 갑자기 시작하여 입자에서 미끄러지는 방향과 평행하게 길어지는 '꼬리'를 생성한다.[12]

3. 4. 섬유 성장 (Fibre growth)

활택 섬유는 암석 자체가 아닌 활택면을 구성하는 이차 광물이다. 활택 섬유는 비지진성 크리프와 같이 지진이 일어나 갑자기 미끄러지는 것이 아니라 암석이 서로 천천히 움직이는 영역에서 형성된다.[14] 활택선은 미끄러짐 방향에 대해 두 가지 가능성을 제공하지만, 활택 섬유는 실제 미끄러짐 방향을 보존한다.[14]

캘리포니아주 시에라 네바다의 새들백 호수 루프 펜던트의 녹색 편암-상 변성 화산암을 절단하는 작은 단층에 있는 방해석-염록석 활택 섬유

4. 단층마찰면의 중요성

단층마찰면은 지진 과정에 대한 유용한 정보를 제공하며, 단층 미끄러짐의 시기와 지진 파열의 기하학적 복잡성을 보존한다.[16][17]

4. 1. 지진 연구

활섬유는 최근 자그로스 산맥에서 무진원 크리프의 깊이와 단층에 작용하는 응력 방향을 제한하는 데 사용되었다.[15] 여러 개의 활섬유 또는 활단계 방향이 존재할 경우, 지속적인 전단이 변형 연화가 아니어서 미끄러짐이 일정한 방향을 갖지 않는다는 것을 나타낼 수 있다.[10]

활선은 단층 미끄러짐의 시기를 제한하고,[16] 지진 파열의 기하학적 복잡성을 보존하는 데에도 사용된다.[17]

4. 2. 기타 분야

토양학에서 단층마찰면은 팽창성이 높은 점토가 많이 포함된 토양에서 발생하는 균열 표면을 말하며, 일종의 큐탄이다. 호주 토양 분류에서 단층마찰면은 렌즈 모양의 구조적 집합체와 함께 버티솔의 지표이다.[18]

달에서는 아폴로 15호 승무원이 Rima Hadley 근처 스테이션 9의 파편이 흩어진 작은 분화구에서 발견된 단층면을 가진 바위를 달 착륙 중에 촬영했다.[19][20][21]

5. 갤러리

거대한 마찰선이 있는 노출된 역단층면. 고비 사막, 몽골.


우수향 황철석의 마찰면


알푸하라스의 석영암 내 작은 단층 표면에 발달한 마찰면

참조

[1] 논문 Slickensides and Fault Movements 1964
[2] 서적 The Mechanics of Earthquakes and Faulting https://books.google[...] Cambridge University Press 2019
[3] 논문 Geometric and rheological asperities in an exposed fault zone 2009-02
[4] 논문 The relationship between slickenside surfaces in fine-grained quartz and the seismic cycle 1989-01
[5] 논문 Slickenside kinematic indicators 1998-09
[6] 논문 Fault motion and curved slickenlines: A theoretical analysis 1989-01
[7] 논문 Curved slickenlines preserve direction of rupture propagation 2019-09
[8] 논문 Constraints from fault roughness on the scale-dependent strength of rocks 2016-01
[9] 논문 Roughness of fault surfaces over nine decades of length scales 2012-08
[10] 논문 Striation and slickenline development on quartz fault surfaces at crustal conditions: Origin and effect on friction 2017-05
[11] 논문 Silica gel formation during fault slip: Evidence from the rock record 2013-09
[12] 논문 A newly recognized type of slickenside striation 1987
[13] 논문 Slickenline orientations as a record of fault rock rheology 2014-12
[14] 논문 Estimation of the highest potential transmissivity of discrete shear fractures using the ductility index 2017-12
[15] 논문 Aseismic slip on the active Sabz-Pushan and Sepidar thrusts, Iran: microstructural and kinematics evidence of the slickenline fibre creep 2021-11
[16] 논문 Slickenlines and the kinematics of the Crowsnest Deflection in the southern Rocky Mountains of Canada 2001-06
[17] 논문 Coseismic slickenlines record the emergence of multiple rupture fronts during a surface-breaking earthquake 2021-06
[18] 서적 The Australian Soil Classification CSIRO Australia 1996
[19] 웹사이트 Apollo Image Atlas (Lunar and Planetary Institute), 70 mm Hasselblad Image Catalog, Apollo 15 photographs AS15-82-11101, AS15-82-11102, AS15-82-11103 and AS15-82-11104 https://www.lpi.usra[...]
[20] 웹사이트 Apollo 15 Lunar Surface Journal – Instant Rock at Station 9 https://www.hq.nasa.[...]
[21] 웹사이트 Catalog of Apollo 15 Rocks – Part 1. 15015-15299 https://history.nasa[...]
[22] 문서 Isbell, Raymond F. (1996).


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