Morphological Characteristics and Depth Distribution of Fractures in Crystalline Rock: A Case Study in Central Korea

Junghae Choi

doi:10.9720/kseg.2025.3.311

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2025 Vol.35, Issue 3 Next Page

Research Article

Morphological Characteristics and Depth Distribution of Fractures in Crystalline Rock: A Case Study in Central Korea 결정질 암반 내 단열의 형태학적 특성 및 심도별 분포 연구: 한국 중부지역 사례

30 September 2025. pp. 311-323

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Abstract

Ensuring the long-term isolation of radioactive nuclides is essential when constructing deep geological repositories for high-level radioactive waste disposal. This study analyzed the morphological characteristics and depth distributions of fractures within biotite granite in central Korea based on drill-core samples obtained to a depth of 1,000 m. The fractures were categorized into single open fractures, single closed fractures, fractured zones, and fault zone fractures. Open fractures are characterized by euhedral minerals (calcite, pyrite) and pore spaces, suggesting recent tectonic activity and providing potential pathways for groundwater. Closed fractures, filled completely by minerals, restrict fluid flow but could potentially be reactivated as a result of long-term geological change or anthropogenic disturbance. Fractured zones and fault zones affect the hydrogeological flow and mechanical stability as a result of extensive rock fragmentation and alteration. In the core, fracture density increased down to ~400 m depth, after which it decreased rapidly. Rock quality designation (RQD) and average core length analyses indicated localized fractured zones at certain depths, highlighting the necessity of additional engineered barriers for repository safety. Fracture dip angle analysis revealed the dominance of low-angle (0–30°) fractures, with local increases in the proportion of high-angle (60–90°) fractures, suggesting localized tectonic influences. The results enhance our understanding of fracture evolution and hydrogeological behavior in crystalline rock, providing essential baseline data for site selection and safety assessments of high-level radioactive waste disposal repositories.

Keywords

high-level radioactive waste disposal

crystalline rock

fracture morphological classification

fracture depth distribution

지하 심부에 고준위 방사성폐기물 처분장과 같은 시설물을 건설할 때, 방사성 핵종의 장기간 안정적인 격리가 핵심적인 과제로 부각된다. 이 연구에서는 한국 중부지역 복운모 화강암에서 확보한 심도 1,000 m 시추코어를 대상으로, 단열(fracture)의 형태학적 특성과 심도별 분포를 분석하여 수리지질학적 특성과 처분장의 장기적 안정성에 미치는 영향을 평가하였다. 분석 대상 단열은 형태학적으로 단일 열린 단열(single open fracture), 단일 닫힌 단열(single closed fracture), 파쇄대(fractured zone), 단층대(fault zone)로 구분하였으며, 각 유형의 특성과 물리적 분포를 명확히 하였다. 연구 결과, 열린 단열은 방해석과 황철석 등 자형 광물(euhedral minerals)의 존재와 공극 형성을 특징으로 하며, 이는 최근의 지구조 운동과 관련된 유체 이동 경로로 작용할 가능성이 높았다. 닫힌 단열은 광물 충전으로 현재 유체 이동을 차단하고 있지만 장기적 재활성화 가능성을 배제할 수 없었다. 파쇄대와 단층대 단열은 모암의 파쇄 및 변질 흔적이 뚜렷하고, 유체 이동 및 지질공학적 안정성에 중요한 영향을 미칠 수 있음이 나타났다. 단열의 밀도는 심도 400 m까지 증가한 뒤 급격히 감소하였으며, 암반 품질 지수(rock quality designation, RQD)와 평균 코어 길이 분석 결과, 특정 심도에서 파쇄대가 집중적으로 발달하는 것으로 나타나 추가적인 공학적 방벽 설계의 필요성이 제시되었다. 단열 경사 분석에서는 저각(0–30°)의 단열이 우세하였으나 일부 심도에서는 고각(60–90°)의 단열이 증가하는 특징을 보여 국부적 지구조 운동의 영향이 암시되었다. 본 연구는 형태학적 분류 및 심도별 단열 특성 분석을 통해 암반 내 단열의 장기적 진화과정과 수리지질학적 거동에 대한 이해를 높이고, 고준위 방사성폐기물 처분시설의 부지 선정 및 안전성 평가에 실질적으로 활용 가능한 기초자료를 제공하였다.

키워드

고준위방사성폐기물 처분장

결정질 암반

단열 형태학적 분류

단열 심도 분포

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10.1111/iar.12219

Information

Publisher :Korean Society of Engineering Geology
Publisher(Ko) :대한지질공학회
Journal Title :The Journal of Engineering Geology
Journal Title(Ko) :지질공학
Volume : 35
No :3
Pages :311-323
Received Date : 2025-07-02
Revised Date : 2025-07-22
Accepted Date : 2025-07-23
DOI :https://doi.org/10.9720/kseg.2025.3.311

The Journal of Engineering Geology ISSN:1226-5268(Print) 2287-7169(Online) 지질공학

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