절리

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

• 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]

3. 2. 형성 과정에 따른 분류

• 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.

• 방사상 절리: 갈라진 암체가 방사상으로 되어 있는 절리이다. 현무암질 암석에서 자주 관찰된다.

• 판상 절리: 암체가 판상으로 된 절리이다. 안산암질 암석에서 자주 관찰되며, 마그마의 냉각면과 평행하게 발달한다.

• 방상 절리: 암체가 직육면체 모양으로 갈라진 절리이다. 화강암과 같은 심성암에서 자주 관찰된다.

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.

5. 파열면 해석

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|물^영어, carbon dioxide|이산화탄소^영어, 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