지하수 조사 항목 : 선구조선과 불연속면 조사

지하수조사를 위하여 원격탐사에 의한 선구조 분석, 단열 및 전단면의 기재·분류와 해석에 따른 지하수 유동과 부존과의 관계 분석, 지표지질조사 자료 및 원격탐사 선구조도를 기초로 하여 중․천부의 파쇄대 탐지 및 지하지질구조의 규명을 목적으로 전기비저항 탐사가 이용되고 있다.

 

원격탐사란 직접적인 접촉없이 대상물의 전자파 반사 특성을 파장별로 측정하여 이를 처리, 해석함으로써 대상물에 대한 속성, 상태, 위치 및 형태에 대한 정보를 얻고자 하는 기술이다. 획득된 자료가 영상(image)으로서 표현될수 있으며 영상을 매체로 하여 처리되고 해석된다는 점이 원격탐사 기술의 특징이며, 측정하여 기재된 선구조선은 지하수조사에 이용되고 있다.

 

지하수 조사분야에서의 선구조분석은 부지조사나 유역조사 분야에서, 고해상도의 영상자료를 활용함으로서 세부적인 토지이용현황이나 피복 특성에 대한 정보를 추출할 수가 있으며 최근에는 수치고도모형(DEM; Digital Elevation Model)과 함께 3차원 지형 모의 및 지형분석, 수계 분석, 경관 평가 등의 목적으로 활용되고 있다.

 

그리고 전단면(단층면)의 불연속면의 조사는 목적에 따라 중요도에 차이는 있겠으나, 지하수부존과 관련된 전단면(단층면)과 불연속면은 생성당시 지체구조적인 환경 및 암상 등의 변화에 의하여 체계적으로 발달하지만 자연상태의 노두에서는 불규칙하게 분포되어 있기 때문에 자료의 선택과 분석, 해석 과정에 많은 어려움이 있다.

 

다음으로 불연속면(절리)의 조사는 지하수 부존 및 유동과 밀접한 관계를 유지하는데 불연속면을 조사하고 또한 조사방법에 관하여 알아보자.

1 선구조선과 불연속면 조사

1972년 미국 항공우주국(NASA)이 지구자원 기술위성(Earth Resources Technology Satellite)을 성공적으로 발사함으로서 세계 최초의 위성 관측에 의한 원격탐사가 시작된 이래, 원격탐사 기술은 지도제작, 자원탐사, 지질조사, 지하수탐사, 해양 및 기상 등 다양한 분야에서 활발하게 활용되고 있다.

현재 우리나라를 비롯하여 미국, 캐나다, 프랑스, 일본, 인도 등 세계 각국이 각자 지구 관측용 원격탐사 위성을 보유하고 있다.

위색영상기법(false color)은 화상간의 상대관계를 색의 변화로 변환하여 표현하는 것으로, 영상의 종류에 대하여 특정한 색을 조합한다.

색의 선택에는 어떤 일정한 법칙은 없으며 필히 Red, Green, Blue의 삼원색을 사용할 필요도 없으나, 단지 색의 선택에 있어서 특히 강조하고자 하는 대상물의 색이 변화하게끔 색을 선택할 필요가 있다. Landsat 자료의 7개 밴드를 상대로 만들수 있는 조합은 모두 210종에 달하게 된다.

불연속면 또는 단열은 암반 내의 역학적인 분리면을 통칭하는 것으로서 암반 내의 작은 흠집이나 물리적으로 불균질한 곳이나 불연속면 주위에 응력이 집중되어 초래되는 변형의 결과이다.

불연속면은 연속체로서 암반을 물리적으로 분리시키기 때문에 그 자체로서 역학적인 약대에 해당되고 지하수 유동 통로의 기능을 하기 때문에 수리지질학에서 매우 중요한 요소로 작용한다.

인지되는 불연속면은 지형적인 특징을 나타내기도 하고 암상의 변화, 식생의 조밀도 등을 반영하기도 한다.

 

우리가 지질현장에서 불연속면을 기재한다는 것은 그리 간단한 일이 아니다. 우선, 불연속면은 공간적으로 특정한 방향성과 함께 유한의 크기를 가지며, 현장 여건에 따라 조사에 제한을 받는 경우가 허다하다. 또한 현장에서 측정된 불연속면 자료는 지표노두면과 교차되는 불연속면에 지나지 않는 것으로서 이들은 암반의 공간 내에 임의 방향성을 갖는 불연속면의 일부가 보여지는 것에 불과한 것이다.

따라서 지질현장에서 불규칙하게 발달되어 있는 불연속면 자료를 어떻게 통계적으로 분석할 것인가, 그리고 분석된 자료들을 지하수 유동이나 부존과 어떻게 연관지어 이용할것인가, 하는 문제가 관심대상이 될것으로 본다.

예로 지하수 유동 측면에서 보면 불연속면의 크기, 틈새, 상호연결성 등이 중요 파라메터로 작용을 할것으로 생각된다.

1-1. 선구조선의 해석

원격 영상에서 인지되는 선상 구조 중 지질구조와 관련될 것으로 판단되는 직선 또는 완만한 곡선 구조를 선구조선이라 한다. 선구조선의 조사는 최근 급속한 산업화 및 환경의 변화에 따라 자원의 적절한 관리 및 보존의 방법으로 이용되고 있는 원격탐사 분야에 속하는 것으로서, 조사자료는 원격영상이 대상이 되고, 컴퓨터를 이용한 화상처리 방법을 도입하여 추출하게 된다.

선구조선의 해석은 국립지리원에서 제작하는 전통적인 흑백 항공사진과 현대적인 위성영상 및 음영기복도를 대상으로 이루어진다. 해석결과의 신뢰성을 높이기 위해서는 이들 중 두 가지 이상의 방법을 통하여 분석되어야 하며, 각각의 선상구조는 상호 비교 검토되어야 할 필요성이 있다.

대상지역에서 인지되는 선상구조선들은 지형적으로 연장성을 보이는 선상구조에 불과하기 때문에, 각각에 대한 지질학적, 지질구조적 의미는 별도의 해석방법을 통하여 규명되어야 한다.

 

가. 선구조의 추출

해석도면의 대상이 되는 각종 위성영상, 음영기복도 및 항공사진을 기초로 각각의 도면에서 선구조선을 추출한다.

다양한 해석도면으로부터 추출된 선구조선은 최종적으로 사업의 목적에 알맞게 종합 도시되어야 한다.

 

나. 선구조선 방향성 분석

선구조선의 방향성 분석은 일반적으로 그 발달 빈도와 연장길이 각각에 대하여 가중치를 두어 장미분포도(rose diagram)로 제시할 수도 있다.

암체의 지형적 경계조건을 이루는 1 등급 규모의 선상구조는 그 연장 길이는 양호한 반면, 1 등급의 선구조선 내의 암체에 발달하는 나머지 군들은 연장 길이가 작은면서도 그 빈도는 큰것이 일반적인 특징이다.

 

다. 선구조선 밀도 분포

해석영역에서 추출된 선구조선은 크리킹 기법을 이용하여 일정 격자 내에서의 빈도·연장 길이 및 교차점에 대한 밀도분포도로서 표현될 수도 있다.

1-2. 선구조의 특성

원격 영상에서 인지되는 선구조선은 지형적인 특징으로 나타나기도 하고 암상의 변화, 식생의 조밀도 등을 반영하기도 한다. 지형적인 선구조선의 특징은 다음과 같다.

 

1) 직선적으로 형성된 골짜기나 유로 혹은 지형의 기복에 크게 지배되지 않고 직선적으로 나타나는 오목지형

2) 선상지면, 단구면, 화산의 사면 혹은 작은 규모의 기복면 등과 같이 지형이 깎인 차이가 직선적으로 연장되는 경우

3) 수계나 능선 혹은 암종 차이에 의해 지형이 어긋나는 경우

4) 산 사면의 경사 변환점이 직선적으로 연속되거나 산릉이나 산복부를 따라서 직선적인 함몰 구조가 연속되는 경우

5) 호소, 저수지, 붕괴사면, 산사태, 화구, 분기공 등이 직선적으로 배열하는 경우

식생의 차이에 의한 선구조선으로서는 식생의 밀집지가 직선적으로 연속하는 경우, 나무 크기가 국부적으로 높아지는 특성이 직선적인 경우, 직선적인 경계를 기준으로 식생의 밀도나 나무의 크기, 수종등이 달라지는 경우 등이 있다. 이와 같은 식생의 차이에 의한 선구조선은 건조지대나 아건조지대에서 잘 인지된다.

 

해석 영상상의 계조의 차이로서 인지되는 것은 식생이 없는 평야부로서 지표 함수상황의 차이에서 오는 암회색의 직선적인 선이나 저지부의 논, 밭의 평면에서 인지되는 직선적인 작물의 성장차이나 색조의 차이 등이다.

어느 직선을 경계로 하여 사진상의 계조가 현저하게 다른 경우도 그 변화부를 선구조선으로 추출한다. 이들 원격 영상에서 인지되는 선구조선의 지질학적 의미에 대해서는 현장조사를 통하여 확인되어야 한다.

1-3. 선구조선의 활용

선구조선의 해석은 정밀 지질조사에 앞서 기존 자료를 검증하거나 재검토하고 각종 전기탐사의 측선 배열방향이나 시추·착정조사의 계획을 수립하기 위하여 선행되어야 할 필수적인 과업 중의 하나이다.

 

가. 예비조사

현장조사에 앞서 원격 영상을 분석함으로써 대상 지역의 지질에 대한 전반적인 개념을 파악할 수 있으며, 나아가 정밀조사 구역을 토출해 내는 데에도 중요한 정보를 제공한다. 이 행위는 현장조사 기간이 제한된 경우, 특히 조사 대상 구역이 광역인 경우 상당히 효과적이다.

 

나. 현장 확인 조사

현장조사가 뒷받침되지 않은 조건. 즉, 시간, 비용, 현장 접근성 또는 기상조건 등의 요인이 현장조사에 영향을 미치는 경우에는 원격 영상이 유용할 수 있다.

이 때 해석되는 선구조 도면은 노두의 밀도, 식생의 정도, 지형적 특성 및 판독자의 능력 등에 좌우된다. 이렇게 해석된 도면은 현장 확인 조사용으로만 유용할 뿐 설계 단계에 이용될 수는 없다.

 

다. 현장조사 중의 원격 영상 분석

현장에서의 지질구조의 확인은 선구조 해석도면이 유용할 수 있다. 현장 조사 중에 접근성이 불가한 지역에 대한 정보는 원격 영상을 통해 접할 수 있으며, 또한, 선상구조의 영상적인 특성과 지질학적 특성간의 대비가 축적됨으로써 판독능력의 향상이 이루어 질 수 있다.

이렇게 전기탐사시에는 원격탐사 선구조도를 기초로 하여 중․천부의 파쇄대 탐지 및 지하지질구조의 규명을 목적으로 전기비저항 탐사가 이용되고 있다.

 

2. 불연속면의 조사

 

불연속면의 물리적 물성치는 일반적으로 암반의 공학적 특성에 의해 좌우되고 적절하게 수행된 조사는 불연속면에 대한 결정론적 정보를 제공한다.

여기에서 서술하는 조사 방법은 노두, 시추공, 굴착공사, 지하수유동, 지하수 부존, 그리고 지하공간 굴착공사에 응용된다. 불연속면 자료는 현장조사하고 실내에서 작업 후에 보고서의 형태로 이루어진다.

또한 불완전하고 과도한 자료를 취득함으로 해서 후속적인 분석 단계에서 자료의 유용성이 제한될 수 있으며, 결과적으로 반복적인 조사나 필요 이상의 자료를 획득하는데 과도한 비용이 초래될 수도 있다.

 

불연속면의 조사는 지하수부존과 유동에 밀접한 관계를 유지하여 불연속면의 단위를 기재하고 분류하고, 조사자의 필요에 따라 표기기호를 달리할 수도 있다.

지하수부존과 관련된 전단면(단층면)과 불연속면은 생성당시 지체구조적인 환경 및 암상 등의 변화에 의하여 체계적으로 발달하지만 자연상태의 노두에서는 불규칙하게 분포되어 있기 때문에 자료의 선택과 분석, 해석 과정에 많은 어려움이 있다.

2-1. 불연속면과 지하수

개구상(open)의 불연속면은 연속체로서 암반을 물리적으로 분리시키기 때문에 그 자체로서 역학적인 약대에 해당되고 지하수 유동 통로의 기능을 하기 때문에 수리지질학에서 매우 중요한 요소로 작용한다.

자료 수집은 실제적으로 시스템되어야 하고, 동등한 조건에서 계측되어야 한다. 기재의 일관성과 완전성 또한 중요하다. 만약 모든 조사가 동일한 사람에 의해 수행되고 기재 기준 역시 동일하게 유지되었다면 자료의 일관성과 완전성 측면에서 바람직한 경우가 될 것이다.

불연속면 중에서 연장성이 양호하고 개구상의 상의 불연속면은 지하수 부존과 밀접한 관계를 띄고 있으나, 노두나 지표에서 불확실성 때문에 조사방법과 조사자 주관이 너무 크게 작용하고 어느것이 개구상인지 인지가 되지 않을 경우가 있다는 것이다.

즉, 측정하는 길이와 크기 간의 분포관계에 중요하게 작용하는 편의 및 오차로서는 단열의 크기에 따른 발생확률의 오차, 측정대상 기준길이에 의한 편의, 조사면의 면적에 의한 편의를 들 수 있다는 것이다.

따라서 정확한 현장조사와 실내작업이 지하수부존과 유동에 관하여 조사하는데 보다 중요한 요소라 할 것이다.

 

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