절리
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
절리는 암석의 취성 파괴로 인해 발생하는 균열로, 지각 상부의 응력 환경에서 발생하며, 다양한 기하학적 형태와 형성 과정을 갖는다. 확장 절리만을 절리로 인정하며, 습곡 작용, 냉각, 암석의 침식과 같은 요인에 의해 발생한다. 절리의 유형은 기하학적 형태에 따라 비체계적, 체계적, 주상절리로, 형성 과정에 따라 구조 절리, 수압 절리, 박리 절리, 하중 해제 절리, 냉각 절리 등으로 분류된다. 절리는 암석의 응력 특성을 나타내며, 지질학적 및 지질공학적으로 중요한 역할을 한다. 절리의 분포, 파열면 해석을 통해 과거 응력 방향과 암상 변화를 파악할 수 있으며, 지형 발달, 천연자원 개발, 구조물 안전 설계 등 다양한 분야에 영향을 미친다.
더 읽어볼만한 페이지
- 암반역학 - 기반암
기반암은 느슨한 표면 물질 아래에 위치하며, 대륙 지각의 주요 구성 요소로서 다양한 암석으로 구성되고, 대륙의 성장과 지각 변동에 중요한 역할을 한다. - 암반역학 - 암반등급
암반등급은 암석 강도, 암질 지수, 불연속면 간격 및 상태, 지하수 상태, 불연속면 방향의 6가지 변수를 평가하여 암반 품질을 0에서 100 사이 점수로 나타내고, 토목 공학 프로젝트에서 암반 분류, 변형 계수 추정, 터널 지지 가이드라인 제공 등에 활용되는 지표이다. - 지질학 용어 - 단층
단층은 지각 변동으로 암석이 끊어져 어긋난 구조로, 전단력에 의해 형성되며, 지진 발생의 주요 원인이 되고 다양한 자연재해와 사회적 문제를 유발하며, ESR, OSL 연대측정법 등으로 연구된다. - 지질학 용어 - 조산 운동
조산 운동은 지각 변동으로 산맥이 형성되는 과정을 의미하며, 판 구조론에 기반하여 섭입, 대륙 충돌 등의 요인으로 발생하고, 윌슨 순환을 통해 해양 분지의 열림과 닫힘, 산맥 형성, 침식 과정을 거쳐 전 세계 지질 구조 형성에 영향을 미친다. - 구조지질학 - 단층
단층은 지각 변동으로 암석이 끊어져 어긋난 구조로, 전단력에 의해 형성되며, 지진 발생의 주요 원인이 되고 다양한 자연재해와 사회적 문제를 유발하며, ESR, OSL 연대측정법 등으로 연구된다. - 구조지질학 - 부가체
부가체는 해양판 섭입 시 해양판 일부와 퇴적물이 대륙판에 부착되어 형성되는 쐐기 모양 지질 구조로, 다양한 물질을 포함하며 역단층으로 특징지어지고, 임계 테이퍼에 따라 삼각형으로 성장하며, 판구조론, 자원 탐사, 지진 연구 등 다양한 분야에 활용된다.
절리 | |
---|---|
지도 | |
기본 정보 | |
유형 | 암석 내의 균열 |
특징 | 암석의 인장력에 의해 형성되는 균열 |
구조적 특징 | |
방향 | 암석 내의 층리 면에 수직인 방향으로 발달 평행한 구조로 나타남 |
간격 | 규칙적인 간격으로 발달 드물게 불규칙하게 나타남 |
크기 | 다양한 크기로 나타남 미세한 균열부터 수 미터에 이르는 것까지 존재 |
형성 과정 | |
주요 원인 | 지각 변동으로 인한 응력 암석의 수축 및 팽창 풍화 작용 |
응력 유형 | 인장 응력 (암석을 잡아당기는 힘) |
형성 환경 | 지표면 가까운 곳 지하 심부 모두에서 나타날 수 있음 |
지질학적 중요성 | |
영향 | 암석의 강도와 투수성에 영향 지질 구조를 해석하는 데 중요 광상 형성 및 지하수 이동에 영향 |
관련 현상 | 단층, 습곡 등의 지질 구조와 밀접한 관련 |
기타 | |
연구 분야 | 구조지질학 |
영어 명칭 | joint |
일본어 명칭 | 節理 (せつり) |
참고 문헌 | |
참고 도서 | 학술 용어집 지학편 Structural geology The structure of the earth |
2. 형성 이론
과거에는 절리면에 평행한 방향으로 변위가 없는 확장절리, 절리면에 평행한 방향으로 변위가 있는 전단절리, 이 둘의 혼합형인 혼합형 절리 등으로 절리의 종류를 구분했다. 그러나 현대 구조지질학에서는 확장절리만을 절리로 인정하며, 전단절리와 혼합형 절리는 단층으로 분류한다.
확장절리는 주응력 σ1과 σ2에 평행한 방향으로 발생한다. 이는 지각 상부의 취성변형 환경에서 그리피스 파괴기준을 만족하는 확장응력 하에서 발생하며, 봉압이 없거나 낮은 곳, 낮은 차응력인 환경, 즉 지표 근처에서 자주 발견된다.
절리는 다양한 지질학적 과정과 연관되어 발생한다.
- 습곡작용과 함께 a-c 절리와 방사상의 {h0l} 절리가 발생할 수 있다.
- 화성암에서는 냉각에 의해 주상절리가 발생할 수 있다.
- 균열이 없는 화강암과 같은 등방적인 암체에서는 판상절리가 나타나기도 하는데, 이는 깊이 묻혀 있던 암체의 상부가 침식삭박되어 암체가 드러나 지표에 평행하게 절리가 발생하는 것이다.
- 깃털절리(feather joint)는 이전의 절리면에 대해 사교하게 응력이 가해져 절리가 단층면으로서 재활성화되는 경우 발생한다.
- 공극 내의 유체 압력이 암석의 응집력을 이겨낼 수 있을 정도일 때에도 절리가 발달할 수 있다. 이때 절리는 광맥(vein)이 되어, 유용 광물이 나기에 좋은 형성 조건을 제공한다.
절리는 암석이나 층의 취성 파괴로 인해 발생하는데, 이는 장력에 의한 것이다. 이러한 장력은 외부에서 가해질 수 있는데, 예를 들어 층의 신장, 간극 유체압의 상승 또는 외부 경계가 고정된 암체나 층의 냉각 또는 건조에 의한 수축 등이 있다.[1][2] 장력이 암체나 암층을 신장시켜 인장강도를 초과하면 파괴된다. 이때 암석은 최대 주응력과 평행하고 최소 주응력(암석이 신장되는 방향)에 수직인 평면에서 파쇄된다. 이는 단일 아평행 절리 세트의 발달로 이어진다. 변형이 계속되면 하나 이상의 추가적인 절리 세트가 발달할 수 있다. 첫 번째 세트의 존재는 암층 내의 응력 방향에 큰 영향을 미쳐, 후속 세트가 첫 번째 세트에 대해 종종 90°의 고각으로 형성되게 한다.[1][2]
3. 절리의 유형
절리는 기하학적 형태 또는 형성 과정에 따라 분류된다.[1][2][4]
- '''주상절리''': 암체가 기둥 모양으로 갈라진 절리이다. 육각기둥 모양이 많으나, 오각기둥이나 사각기둥 모양도 있다. 현무암질 암석에서 자주 볼 수 있으며, 마그마가 식는 면에 수직으로 발달한다.
- '''방사상 절리''': 갈라진 암체가 방사상으로 되어 있는 절리이다. 현무암질 암석에서 자주 관찰된다.
- '''판상 절리''': 암체가 판 모양으로 된 절리이다. 안산암질 암석에서 자주 관찰되며, 마그마가 식는 면과 평행하게 발달한다.
- '''방상 절리''': 암체가 직육면체 모양으로 갈라진 절리이다. 화강암과 같은 심성암에서 자주 관찰된다.
3. 1. 기하학적 분류
절리의 기하학은 입체망(stereonet)과 장미도(rose-diagram)를 통해 도시하거나 암석 노두에서 관찰되는 절리의 방향을 의미한다. 기하학적 관점에서, 비체계적 절리, 체계적 절리, 주상절리의 세 가지 주요 유형이 있다.[2][4]비체계적 절리 (Nonsystematic joints)는 형태, 간격, 방향이 불규칙하여 뚜렷하고 지속적인 절리 세트로 쉽게 분류할 수 없는 절리이다.[2][4]
체계적 절리 (Systematic joints)는 평면적이고 평행하며, 어느 정도 거리까지 추적할 수 있는 절리로, 수 센티미터에서 수백 미터에 이르는 규칙적인 간격을 두고 나타난다. 이들은 절리 세트(joint sets)를 형성하며, 특정 지역에는 고유한 특성을 가진 두 개 이상의 체계적인 절리 세트가 포함되어 잘 정의된 절리 시스템(joint systems)을 형성하기도 한다.[2][4]
체계적인 절리 시스템은 교차하는 각도에 따라 공액 절리 세트 (conjugate joint sets)와 직교 절리 세트 (orthogonal joint sets)로 나뉜다. 구조 지질학자들은 절리 시스템 내에서 절리 세트가 교차하는 각도를 이면각(dihedral angles)이라고 부른다. 이면각이 90°에 가까우면 직교 절리 세트, 30°에서 60° 사이면 공액 절리 세트라고 한다.[2][4]
지각 변형을 경험한 지역에서 체계적인 절리는 층상 암층과 관련되어 나타나며, 습곡된
- 종장 절리 (Longitudinal joints): 습곡 축과 거의 평행하며 종종 습곡 주변으로 부채꼴 모양을 이룬다.
- 횡절리 (Cross-joints): 습곡 축에 대해 거의 수직이다.
- 대각 절리 (Diagonal joints): 습곡 축에 대해 사선 방향으로 나타나는 공액 절리 세트이다.
- 주향 절리 (Strike joints): 습곡의 축면 주향(strike)과 평행하게 나타난다.
- 주향 직교 절리 (Cross-strike joints): 습곡의 축면을 가로지른다.[2][4]
주상절리는 세 방향의 절리가 120° 각도로 만나는 독특한 형태이다. 암체를 길고 기둥 모양으로 쪼개며, 육각형이 많지만 3각형, 4각형, 5각형, 7각형 기둥도 흔하다. 기둥 지름은 수 센티미터에서 수 미터에 이른다. 용암류의 상부 표면과 기저, 또는 판상의 화성암체와 주변 암석의 접촉면에 수직으로 배열되는 경향이 있으며, 두꺼운 용암류와 얕은 암맥, 암상에서 전형적으로 나타난다.[5] 주상절리는 주상 구조, 각주상 절리 등으로도 불린다.[6] 퇴적층에서 발견된 드문 사례도 보고되었다.[7]
'''주상절리'''는 암체가 기둥 모양으로 갈라진 절리이다. 육각기둥 모양이 많은데, 오각기둥 모양이나 사각기둥 모양인 것도 있다. 현무암질 암석에서 자주 볼 수 있으며, 마그마의 냉각면에 수직으로 발달한다.
'''방사상 절리'''는 갈라진 암체가 방사상으로 되어 있는 절리이다. 현무암질 암석에서 자주 관찰된다.
'''판상절리'''는 암체가 판상으로 된 절리이다. 안산암질 암석에서 자주 관찰되며, 마그마의 냉각면과 평행하게 발달한다.
'''방상절리'''는 암체가 직육면체 모양으로 갈라진 절리이다. 화강암과 같은 심성암에서 자주 관찰된다.
3. 2. 형성 과정에 따른 분류
절리는 그 기원에 따라 구조 절리, 수압 절리, 박리 절리, 하중 해방 절리, 냉각 절리 등으로 분류할 수 있다. 경우에 따라 동일한 절리에 대해 서로 다른 해석이 존재하기도 하며, 동일한 위치에서도 다양한 시기에 걸쳐 여러 종류의 절리가 형성될 수 있다.[2][4][8]- 구조 절리 (Tectonic joints): 지각 변동과 관련된 구조적 응력에 의해 암석에 변형이 발생하고, 이로 인해 암석의 인장 강도를 초과하면 발생한다. 주로 지역적인 습곡이나 단층과 관련된 응력을 반영하며, 비체계적 또는 체계적인 형태로 나타난다. 직교 절리대나 공액 절리대를 포함한다.[2][4][8]
- 수압 절리 (Hydraulic joints): 지하수 등의 유체 압력이 증가하여 암석의 인장 강도를 초과할 때 발생한다. 퇴적물이나 화산 물질의 축적 등으로 인해 유체가 빠져나가지 못하고 압력이 높아지면, 최소 주응력 방향에 수직으로 인장 응력이 발생하여 암석이 파괴된다. 비체계적 또는 체계적 절리로 나타나며, 직교 및 공액 절리 세트를 포함한다. 경우에 따라 지구조-수압 혼합형 절리 세트가 나타나기도 한다.[2][4][8]
- 박리 절리 (Exfoliation joints): 깊은 곳에 있던 암석이 침식 등으로 인해 지표면에 노출되면서 압력 감소로 인해 발생한다. 지표면과 평행한 판상 형태를 띠며, 주로 화강암과 같이 균질한 암석에서 잘 나타난다.[2][9]
- 하중 해방 절리 (Unloading joints): 융기 및 침식 작용으로 인해 상부 지층의 하중이 제거되면서 발생한다. 기존의 구조적 요소(예: 엽리)를 따라 발생하거나, 이전의 지각 압축 방향에 수직으로 발생하기도 한다.[2][4][8]
- 냉각 절리 (Cooling joints): 용암이나 마그마가 냉각되면서 수축하여 발생하는 절리이다. 주상절리가 대표적인 예시이다.[10][11] 주상절리는 암체가 기둥 모양으로 갈라진 절리이다. 육각기둥 모양이 많은데, 오각기둥 모양이나 사각기둥 모양인 것도 있다. 현무암질 암석에서 자주 볼 수 있으며, 마그마의 냉각면에 수직으로 발달한다.
- 판상 절리: 암체가 판상으로 된 절리이다. 안산암질 암석에서 자주 관찰되며, 마그마의 냉각면과 평행하게 발달한다.
4. 절리의 분포
절리가 발생한 면은 불연속면이 되므로 몇몇 경우를 제외하고는 새로운 절리가 이 불연속면을 뚫고 성장할 수는 없다. 그러나 실제 현장에서는 절리들이 복잡하게 서로 여러 불연속면들을 자르며 복잡하게 얽혀있는 모습을 보이는데, 이러한 절리들의 분포와 선후관계를 밝히는 것은 지질학에서 중요한 문제 중 하나이다.[2][4]
절리들이 끊어져 있는 모습에 대해서 설명할 수 있는 여러 이론들이 있는데, 현장에서는 가장 잘 설명할 수 있는 것을 채택하여 도입해야 한다.
- 암맥이나 광맥의 관입. 관입으로 인해 불연속면의 특성을 잃어버림.
- 우연히 같은 위치에 서로 독립적인 두 절리가 성장하여 마치 이전의 절리를 뚫고 성장한 것처럼 보임.
- 주응력 σ2와 σ3이 서로 비슷한 크기를 가지고 있어 서로 복잡하게 얽히며 성장.
- 과거의 절리 끝에서 새로운 절리가 그 점을 기점으로 성장.
한편 기존에 존재하는 절리면 근처에는 응력장이 바뀌기 때문에 새롭게 성장하는 절리들이 S자(sigmoidal)나 J자(J-type) 형태로 성장하기도 한다.
절리의 특성 중 하나는 여러 절리들이 어느 정도 간격을 두고 성장한다는 것인데, 이는 절리가 생성된 직후에는 절리 주변에 응력그늘(stress shadow)가 생성되기 때문이다. 이로 인하여 절리들이 서로 떨어져 발달하게 된다.[2][4]
5. 파열면 해석
절리가 어느 방향으로 어떻게 성장하는가에 대한 연구는 파열면 해석의 여러 기법들을 사용하는데, 이 중에는 '''말꼬리 구조'''(plumose structrue)와 '''해클'''(hackle)과 같은 구조들을 활용한다. 이러한 구조들을 활용하여 어느 방향으로 절리가 성장하였는지뿐 아니라 특정 경우에는 주응력 방향들을 결정할 수도 있다.[17][18]
절리의 전파는 파괴 분석 기법을 통해 연구할 수 있으며, 이 기법에서는 해클과 우상 구조와 같은 특징적인 흔적을 사용하여 전파 방향과 경우에 따라 주응력 방향을 결정한다.[12][13]
6. 절리의 지질학적·지질공학적 중요성
절리는 여러 지질학적 중요성을 갖는다. 첫째, 절리는 암석이 과거에 겪었던 응력 특성을 보여준다. 절리와 단층, 스타일롤라이트와 같은 여러 암체 내의 불연속면들과 이들을 보조하는 전단응력 지시자들은 과거 이 지역에 어느 방향으로, 어느 순서대로 응력이 가해졌는가를 나타낸다. 둘째, 같은 절리군에 속하는 절리들이라도 서로 다른 암석에서는 절리가 진행되다가 굴절되어 발달할 수 있다. 이러한 특성은 특히 노두가 넓은 면적에 걸쳐 노출된 지역에서 유용하게 작용하는데, 이러한 절리군의 굴절 특성을 통해 지역 암석의 변화 경계를 추정할 수 있다.
한편 지질공학의 입장에서 절리는 단층이나 엽리와 같은 암체 내의 비등방적 요소 중 하나이다. 절리에 의한 암체의 비등방성은 구조물의 안정성에 큰 영향을 끼친다. 따라서 구조물 건설 전 지역의 절리계를 조사 파악하는 것은 지질공학에서 중요하게 작용한다.
절리는 지역 및 광역 지질학과 지형학을 이해하는 데 중요할 뿐만 아니라, 천연자원 개발, 구조물의 안전 설계, 환경 보호에도 중요한 역할을 한다. 절리는 기반암의 풍화와 침식에 큰 영향을 미친다. 결과적으로 절리는 지형과 지형 형태의 발달에 큰 영향을 미친다. 절리의 지역적 및 광역적 분포, 물리적 특성, 기원을 이해하는 것은 해당 지역의 지질 및 지형을 이해하는 데 중요한 부분이다. 절리는 종종 기반암에 잘 발달된 균열에 의한 투수성을 부여한다. 결과적으로 절리는 지하수와 오염 물질이 대수층 내에서, 석유가 유전 내에서, 그리고 심부의 기반암 내에서 열수 순환과 같이 유체의 자연 순환(수문지질학)에 강하게 영향을 미치거나 심지어 제어한다.[14] 따라서 절리는 석유, 열수 및 지하수 자원의 경제적이고 안전한 개발에 중요하며, 이러한 자원과 관련하여 집중적인 연구 대상이다. 지역적 및 국지적 절리계는 지구 지각 내에서 순환하는 광석 형성 열수(주로 water|물영어, carbon dioxide|이산화탄소영어, 그리고 NaCl – 지구의 대부분의 광상을 형성함)의 순환 방식을 강하게 제어한다. 결과적으로 절리의 생성, 구조, 연대 및 분포를 이해하는 것은 광상을 발견하고 수익성 있게 개발하는 데 중요한 부분이다. 마지막으로, 절리는 종종 불연속면을 형성하며, 이는 예를 들어 터널, 기초 또는 사면 건설에서 토양 및 암석 덩어리의 기계적 거동(강도, 변형 등)에 큰 영향을 미칠 수 있다. 결과적으로 절리는 실제 및 연구에서 토목 공학의 중요한 부분이다.[2][4][13]
참조
[1]
서적
Rock Joints: The Mechanical Genesis
Springer-Verlag
[2]
서적
Structural Geology of Rocks and Regions (3rd ed.)
John Wiley and Sons, Inc.
[3]
서적
Encyclopedia of Geomorphology volume 2 J–Z
Routledge
[4]
서적
Earth structure : an introduction to structural geology and tectonics, 2nd ed.
W. W. Norton & Company, Inc.
[5]
서적
Volcanic Textures: A guide to the interpretation of textures in volcanic rocks
Centre for Ore Deposit and Exploration Studies, University of Tasmania
[6]
서적
Glossary of Geology (5th ed.)
American Geological Institute
[7]
논문
Origin of Enigmatic Structures: Field and Geochemical Investigation of Columnar Joints in Sandstones, Island of Bute, Scotland
[8]
서적
Structural Geology of Rocks and Regions (2nd ed.)
John Wiley and Sons, Inc.
[9]
서적
Australian Landforms: Understanding a Low, Flat, Arid and Old Landscape
Rosenberg Publishing Pty. Ltd.
[10]
논문
Scaling of columnar joints in basalt
[11]
논문
Evolving fracture patterns: columnar joints, mud cracks and polygonal terrain
[12]
논문
Fracture surface markings in Liassic limestone at Lavernock Point, South Wales
http://sp.lyellcolle[...]
[13]
서적
Tensile Fracturing in Rocks: Tectonofractographic and Electromagnetic Radiation Methods
Springer-Verlag
[14]
논문
A permeability model for naturally fractured carbonate reservoirs
[15]
서적
学術用語集 地学編
日本学術振興会
[16]
웹사이트
塩俵の断崖
https://www.city.hir[...]
2024-10-27
[17]
논문
Fracture surface markings in Liassic limestone at Lavernock Point, South Wales
http://sp.lyellcolle[...]
[18]
서적
Tensile Fracturing in Rocks: Tectonofractographic and Electromagnetic Radiation Methods
Springer-Verlag
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com