지질조사는 조사단계 또는 과정에 따라 시공전의 조사, 시공중의 조사, 시공후의 조사로 분류할 수 있다. 시공전의 조사는 시공하기 전의 계획, 설계단계의 조사과정으로 예비조사(preliminary reconnaissance survey), 타당성조사(feasibility survey), 정밀조사(detailed survey)의 세 과정으로 나눌 수 있다.
시공중의 조사는 시공전의 조사과정에서 유도된 각종 가정이나 결론을 실제 상태와 비교 확인하고 추정된 지질상황에 대한 오류를 수정하여 시공 관리나 시공상의 대책 수립에 조언하므로써 안전하고 경제적이며 합리적인 시공을 도모하기 위하여 실시된다.
시공 후의 조사는 시공 때마다 언제나 필요한 조사단계는 아니지만 상황에 따라 시공 후의 보수나 합리적인 관리를 목적으로 실시되며, 수위나 수질, 지반변형 등에 대한 장기관측업무 등이 이에 해당된다. 댐과 같이 준공 후 담수로 댐 기초 암반이나 저수지 주변 지반에 수압의 발생으로 나타나는 상황 변화에 대처하여야 할 필요성이 큰 경우에는 필수적이다.
한편 조사방법에 따라서는 <그림 3.3-1>에서 보는 바와 같이 자료 문헌조사, 항공사진 및 위성 영상 판독, 지표 지질조사, 시추조사, 지구물리탐사, 현장 원위치시험, 물리검층 등으로 분류할 수 있다.
3.3.1 예비조사
조사지역의 지형이나 개략적인 지질 특성 등의 파악을 목적으로 기존의 자료를 수집하고 분석, 검토한다. 주로 공사 위치의 선정에 관한 조사단계에서 이루어지며, 설계 시공에 관한 조사의 예비조사 성격에서도 행하여진다. 지형도, 지질도, 항공사진, 위성영상, 토양도, 토지이용도, 학술논문, 보고서 등 유․무형의 모든 자료가 조사 대상이 될 수 있으며, 문헌정보, 도면정보, 탐문정보로 분류할 수 있다.
예비조사에서 검토해야 할 지질에 관한 주된 내용 및 요점은 다음과 같다.
① 대규모의 단층․파쇄대 및 활성단층 등의 유무 및 존재 예측.
② 광범위한 피복물(하성 단구 퇴적물, talus, 하상 사력층)의 분포 유무 및 예측.
③ 대규모의 산사태, 붕괴의 유무 및 예측.
④ 기초 암반으로서 기본적으로 문제되는 암석(연암, 사문암, 석회암, 제 4기 용암)의 존
3.3.2 지질답사
지질답사는 야외에서 직접 노두를 관찰함으로써 자료를 얻는 방법으로 적은 인원으로 특별한 장비없이 햄머와 클리노메타만을 사용하여 조사가 가능하다는 장점을 가지며, 가장 기본적이고도 필수적인 조사방법의 하나이다. 언제나 지질답사의 결과를 토대로 다른 모든 조사 방법들이 수행되고 그 성과가 해석되어야 하고, 특히 지질상태가 복잡한 곳에서 지질조사의 중요성이 강조될 수 있으며 좋은 결과가 된다. 아울러 지질조사는 앞에서 기술한 자료조사, 항공사진 판독 등의 결과를 비교 검토할 때 그 결과는 향상될 것이다.
단, 지질답사에 의한 조사는 노두(露頭 : outcrop)의 존재가 필수적이며 노두의 위치나 개수가 만족스럽지 못할 경우에는 지질답사가 한계에 부딪히는 경우가 있다. 물론 이런 경우에는 인공적으로 노두를 만들어 관찰할 수 있으며 피트(pit) 또는 트렌치(trench) 등과 같이 현장조건에 알맞은 각종 굴착방법이 동원될 수 있다. 굴착의 규모는 조사의 정밀도, 확인 지질의 중요성, 노두의 발달 상태, 표토의 두께 등에 의해서 결정된다.
일반적으로 지질답사는 기존의 지질도와 야장 및 필기구, 클리노메타, 햄머, 루페 등을 휴대하며, 이외에도 사진기, 기존자료, 테이프, 스케일 등이 포함되는 것이 좋다. 지질조사에서 얻은 각종 정보들은 지질조사 보고서에 나타나며 필요에 따라 루트맵(route map)과 암석표본 등을 제출한다. 특히 지형이 복잡한 경우에는 아주 단순한 지질 상태라 하더라도 지표에서의 지질 분포가 매우 복잡하게 나타나므로 이에 대한 이해가 필요하며 일반적으로 지질조사 보고서에서의 현장지질상태는 지질평면도와 단면도로 함께 표현하는 것이 좋다.
수집해야 할 자료로서는 다음과 같다.
① 지질도
② 항공사진
③ 지형문헌
④ 지질도 및 지질 문헌
조사 범위에 속하는 지역의 1/5만 및 1/2.5만 지형도는 조사 정밀도와 관계없이 중요하다. 지질도는 그것이 작성된 목적 등에 의하여 축척이나 정밀도에 상당한 차이가 있지만, 암석 분포나 그들 상호관계 및 지질구조 등을 이해하는데 도움이 된다. 지반지질조사를 실시하기 위하여 제일 먼저 찾아보는 자료가 한국자원연구원에 의해 조사 발간되는 지질도이다. 지질도는 축척별로 1대 100만 지질도, 1대 25만 지질도, 1대 5만 지질도 및 1대 2만 5천 지질도가 발간되고 있다. 지형도는 현지용으로 최소 3부는 필요로 한다. 실제로 야외에서 기입하기 위하여 1부를 필요로 한다.
가. 답사
지질과의 관계를 고려해서 다음과 같은 순서로 답사한다.
① 지질구조에 직교하여 될수록 전체 지질을 볼 수 있는 루트로부터 답사한다. 지질에 직교한 루트는 적당한 간격을 두고 선정하여 필요에 따라 차차 간격을 좁힌다.
②상기 방향의 루트 답사가 어느 정도 진행되고 루트 사이의 대비가 된 다음, 그 대비가 맞고 있는가 어떤가를 알기 위하여 특징있는 지층 등을 그 연속 방향에 추적할 수 있는 루트를 선정한다.
③ 그때까지의 결과로 지질에 불연속 부분이 발견된 경우에는 그 불연속을 추적할 수 있도록 루트를 선정한다. 또는 불연속을 나타내는 루트와 루트 사이에 루트를 추가한다.
지형 등과의 관계에서는 다음 점을 고려한다.
① 절취 사면이 많은 도로를 최초에 답사한다.
② 초기 단계에서는 될수록 해안, 하천 또는 산골짜기를 따라 루트를 선정한다.
③ 다음으로 능선을 답사한다. 능선에서는 골짜기 밑바닥과 지질이 다르게 될 경우가 있고, 또한 일련의 지질 중 단단한 층이나 암석이 나타난다든지, 단단한 층 두께가 현저히 두껍게 된다든지 하기 때문이다. 산골짜기에 따른 조사만으로는 그와 같은 점을 빠뜨리게 된다.
④ 지질상의 필요를 고려하면서 사면상을 가능한 자세히 답사한다.
나. 야외에서의 관찰
(1) 암상(岩相)
관찰의 기본을 이루는 것이며 입도, 입경, 입자를 만든 광물 등의 종류, 입자배열, 입자형상(편평도나 원마도 또는 자형과 타형의 구별 등), 색조, 굳기 및 무게 등 외에, 퇴적암에서는 분급 정도나 층리, 엽리, 위층 기타 퇴적구조나 생흔(生欣) 등에 대해서도 자세히 관찰한다. 퇴적암이나 결정편암에서는 박리성 정도에 대해서도 관찰한다. 또한 화성암 경우에는 조직, 조암광물의 비율이나 유색광물의 종류, 또한 용암류에서는 기공이나 기공을 충전한 이차광물, 다공질부나 자파쇄부(自破砕部)의 유무와 그 위치 등을 포함한다.
암상을 관찰할 때는 꼭 햄머를 사용해서 새로운 파단면을 만들어 관찰한다.
(2) 산출상태
노두를 구성한 암석이 층상을 나타내는가 괴상인가 또한 2종류 이상의 암석으로 구성된 경우에는 그들의 경계 형상(평활한가 요철을 가지는가, 층리와 평행인가 아닌가 등)이나 상태(밀착되고 있는가 분리면을 동반하는가, 한쪽 암석에 곳산이나 냉각주변 상이 존재하는가, 파쇄나 주향경사의 급변을 동반하는가 등) 등을 관찰하고 그들의 암상 특징이나 암상 변화 상황 등으로부터 상호 관계(정합, 부정합, 단층, 관입 등)를 판정한다.
노두가 퇴적암이나 변성암(결정편암 등) 경우에는 층리면이나 편리면의 주향경사를 측정한다. 변성암에서는 다만 편리면(S1면)뿐만 아니라 S2면의 주향경사나, 면상에 보이는 선구조의 경사 방향과 각도로 측정한다. 노두에서 단층이나 부정합 또는 관입 관계가 보이는 경우에는 그들 경계면의 주향경사 등을 측정함과 동시에 다음과 같은 점에 대해서 관찰한다. 단층에 관해서는 전체의 두께, 단층점토나 단층각력암의 파쇄 정도 및 각각의 두께 또는 그것을 구성하고 있는 물질(대부분 양측 암석에 유래된 암편이지만 때로는 직접 그 노두에서는 볼 수 없는 암석에 유래하는 경우도 있다) 조율나 재고결의 정도, 단층면의 휘어짐이나 파동, 면상에 보이는 조선(条線)의 경사방향과 각도 및 변위 방향 등, 단층 그 자체 성질 외에 영향범위, 파생한 단층이나 평행한 단층의 존재 및 그들의 성질에 대해서도 관찰한다. 부정합의 경우에는 면의 형상 외에 면의 상하 암석의 종류나 암상 및 주향경사 등의 차이, 기저역암의 유무나 자갈 종류, 크기, 형상, 부정합면 직하 암석의 과거의 풍화 정도와 범위 등에 대하여 관찰한다.
(3) 절리, 기타의 틈
미고결 퇴적물이나 그에 가까운 연암을 제외하면 거의 대부분의 경우 절리 등의 틈이 존재한다. 절리는 그 종류를 확인함과 동시에 절리면의 평활도, 연속성(기러기 떼의 행렬과 같은 모양을 하여 연속하는 경우도 포함), 간격, 밀착하고 있는가 개구하고 있는가, 면에 따른 변색 유무나 협재물(산화철이나 점토 등)의 유무 등을 관찰하고 주향경사를 측정한다. 주향경사에 다른 수 종류의 면이 존재할 경우에는 각각의 방향마다 면 간격을 측정하여 발달 빈도 차이를 명확히 한다. 빈도 차이를 정확히 알기 위해서는 노두 표면에 중심을 가진 지름 1m의 구를 설정하고 이 구를 자르는 모든 절리면의 주향 경사를 측정하는 방법이 있다. 측정 결과는 schmidts net에 투용하고 빈도 곡선도를 작성하는 것이 좋다. 이것에 의하여 암반의 이방성과 구조물들과의 관계 파악을 쉽게 할 수 있다.
(4) 변질과 광물맥
암석이 그 본래 색이 아니고 탈색되어 엷은 색내지 백색화된다든지 또는 현저히 녹색 빛을 띠고 있는 곳은 없는지 관찰한다. 또한 색 변화 뿐만 아니라 연약화를 동반하고 있지 않은지에 대해서도 주의한다. 이와 같은 변화가 암석 전체에 미치고 있는가, 틈에 따라 진행하고 있는가, 또는 특정 광물만이 변화하고 있는지(예컨대, 장석(phenocryst) 반정이 점토광물(clay mineral) 또는 불석(zeolite) 등으로) 또는 파쇄를 동반하고 있는지에 대해서도 관찰한다. 암석 자체 변화와는 별도로 암석중에 광물맥(주로 백색)이 존재하는지에 대해서 관찰한다. 존재할 경우에는 구성하고 있는 광물 종류[석영(quartz), 장석(feldspar), 방해석(calcite), 불석류(zeolite), 점토광물(clay mineral) 등], 두께, 간격 등을 조사하고, 맥이 규칙적인 경우에는 주향경사를 측정한다.
(5) 풍화
지표 부근의 암석은 풍화하여 탈색 내지 갈색화하고, 연질화되어 있든지, 틈이 현재화(現在化)하여 상당히 증가하고 있든지 개구하고 있을 때는 자갈 모양으로 되는 것이 보통이기 때문에 그들 상황이나 정도 및 풍화가 미치고 있는 범위(암석에 의한 차이는 없는가 또는 절리 등에 따라 내부에 미치고 있는가 등을 포함하여)에 대해서도 관찰한다.
(6) 기타
단구 퇴적물이나 테일러스(talus) 퇴적물 등의 미고결 퇴적물에 대해서는 입도, 자갈 종류나 기질의 성질 등을 관찰하고 두께를 측정한다. 또한 기반암중에 단층이 있는 경우에는 그들이 미고결 퇴적물중에 연속되고 있는가 부정합면 모양 등도 고려해서 검토한다.
노두에 용수가 있는 경우에는 용수 개소(지질과의 관계도 포함시켜), 용수량 및 수온 등을 관찰․측정한다.
3.3.3 결과의 정리
야외에서 관찰․기록한 답사도(route map)나 야장 등은 원칙적으로 당일 정리하여 보필(補筆)․정서하고 될 수 있으면 답사도는 다른 지형도에 베껴 쓴다. 주향 경사는 클리노미터(clinometer) 또는 scale protractor를 사용해서 정확히 방위를 맞추어 기입한다. 이 때, 측정한 주향이 자방위(磁方位)인 것에 주의한다.
<답사 루트와 관찰 항목의 재검토>
정리된 답사도를 사용해서 다음과 같은 작업을 실시하고 지질을 검토하다.
① 각 루트마다 이상을 검토하여 개략적인 구분을 한다. 노두가 빠진 부분은 인접 루트 등을 참고한다.
② 층리면이나 지질 경계 또는 단층 등의 주향 경사를 고려하면서 인접 루트와 비교해서 연속성을 검토한다.
③ 인접 루트 사이에서 지질 차이가 확인된 경우에는 중간 루트를 설정한다.
④ 노두가 빠진 부분이 각 루트의 유사 위치에 발생한 경우에는, 지형과의 관계로 문제 부분이 노두가 되는 루트를 찾는다. 이 경우에는 그것이 다소 조사 범위를 벗어나 있어도 어쩔 수 없다.
⑤ 조사가 어느 정도 진행되고 루트가 상당히 기입된 단계에서는 각 지층․암체의 상호 관계와 지질구조를 추정하고 관계를 나타내는 노두의 유무를 확인한다. 상호관계를 제시한 노두가 없을 경우에는 지질구조 등에 대한 가설로 노두가 있어야 할 장소와 관계를 추정한다. 노두가 없어도 상호관계가 불명한 장소에는 중요한 문제가 숨겨 있는 경우가 있기 때문에 적절한 작업 가설을 세우는 것과 그에 의거해 가능한 관계를 명확히 시키는 노력을 필요로 한다.