서 론

초기응력은 상재 하중과 지구조적 힘에 의해 지하에서 작용하는 원위치 응력이다. 흙으로 이루어진 지반에서는 이론적인 해법과 경험적인 방법으로 예측할 수 있지만, 지하 암반에서는 지질학적인 시간 및 공간 규모에서 다양한 지구조적인 힘이 영향을 주기 때문에 초기응력을 예측하기란 어렵다. 따라서, 지하 암반에 작용하는 초기응력은 수압파쇄법, 오버코어링법, 플랫잭 등과 같은 현장원위치 실험을 통하여 일반적으로 측정한다(Amadei and Stephansson, 1997; Haimson and Cornet, 2003). 이외에도 지진 관측소에서 관측한 지진파 자료와 지진을 발생시킨 단층의 운동 메커니즘을 이용한 단층면해(focal mechanism)를 이용하여 지중 응력을 산정할 수 있다(Zang and Stephansson, 2009). 원위치 측정법 중 수압파쇄법(hydraulic fracturing method)은 지하공간 굴착 이전에 지표로부터 굴착 심도 주변의 초기응력을 측정할 수 있는 유일한 방법이며, 본 연구에서도 초기응력 측정을 위해 수압파쇄법을 사용하였다. 수압파쇄법은 유정의 생산량을 증가시킬 목적으로 석유 산업에서 시작되었고, 수압파쇄에 의해 최대주응력 방향과 동일한 방향으로 균열이 생성된다는 Kirsch(1898)의 이론을 바탕으로 Hubbert and Willis(1957)는 수압파쇄법을 처음으로 초기응력 측정에 실제 적용하였다. 이후 여러 연구자들(Haimson, 1974; Lee and Haimson, 1989; Haimson and Cornet, 2003)이 이론 연구 및 실험 연구를 통해 수압파쇄법을 이용한 초기응력 해석법을 발전시켜왔다.

국내에서도 지하 암반 구조물 굴착 이전에 수행하는 지반조사로 수압파쇄법이 널리 사용되고 있다. 특히, 대부분의 지하 암반 구조물은 천부에 설치되므로, 국내에서 수행되는 지반조사에서는 천부에 분포하는 초기응력을 측정하고 있다. 국내에서 수압파쇄로 측정된 천부 초기응력 자료를 여러 연구자들(Bae et al., 2002, 2003, 2005, 2008, 2016; Haimson et al., 2003; Choi, 2008)이 발표하였고, 특히, Bae et al.(2005)과 Haimson et al.(2003)은 국내에서 과잉 수평응력이 측정되는 지역에 대하여 논하기도 하였다. 또한, Kim et al.(2021)은 수압파쇄법과 오버코어링으로 측정한 국내의 초기응력 자료를 취합하여 세계응력지도(Heidbach et al., 2016)에서 제안한 지침에 따라 측정 방법과 측정 결과를 A~E 등급으로 분류하여 지중 응력의 크기와 방향을 나타낸 한국응력지도를 발표하였다. Kim et al.(2021)에 따르면, 국내에서 측정한 최대수평주응력의 크기는 심도가 깊어질수록 감소하는 경향을 보이지만, 0~200 m 구간의 수직응력에 대한 최대수평주응력의 비인 측압계수는 변동의 폭이 큰 1~6의 범위를 나타낸다고 보고하고 있다. 또한, 한반도 전역에서 측정한 최대수평응력의 방향은 진북으로부터 시계방향으로 80 ± 41°로 북동~남동 방향을 보인다고 보고하고 있다. 그러나 지체구조의 영향을 주로 받는 심부 초기응력과는 달리, 천부 초기응력의 크기 및 방향은 국부적인 지형과 지질 조건의 영향을 받기 때문에 다소 분산이 크게 나타난다고 분석하고 있다(Kim et al., 2021).

터널과 기초 등과 같은 지하 암반 구조물의 안정적인 설치와 운영을 위하여 굴착 이전에 천부에 분포하는 초기응력의 크기와 방향을 직접 측정하여야 하며, 과잉 수평응력이 나타나는 지역에 설치되는 지하 암반 구조물의 안정성 확보를 위해서는 더욱 세밀한 측정이 필요할 것이다. 특히, 서울 및 경기 지역과 같이 인구증가에 따른 사회 인프라시설 구축을 위해 지하공간 개발이 반드시 필요한 지역에서는 과잉응력 분포 지역에 대한 연구가 더욱 필요하다. 따라서 본 연구에서는 서울 지역과 서울 북부 지역에서 측정한 자료와 Haimson et al.(2003)의 자료를 취합하여 서울 북부 서울화강암 분포 지대에 나타나는 천부 과잉응력 분포 양상을 파악하고 이에 대한 영향 요인을 고려하여 분석하였다.

연구 지역

본 연구가 수행된 지역은 서울 일대와 서울화강암이 분포하는 지역으로, 수압파쇄법으로 측정한 서울화강암 분포 지역의 초기응력과 이를 둘러싼 선캠브리아기 편마암 지역의 초기응력을 비교하였다.

서울화강암은 북한산과 불암산을 구성하는 서울 동북부부터 의정부-동두천-포천에 이르는 지역과 서울 남부에 분포하는 중생대 쥐라기말 대보화강암으로 서울 동북부의 산지 지형을 형성하고 있다(Fig. 1). 조립질 내지 중립질의 등립상 조직을 가지며 알칼리장석을 다수 함유하고 담홍색을 띠며, 석영, 정장석, 사장석, 미사장석, 흑운모, 백운모 등이 주요 구성광물이다(Won et al., 1981; Koh and Song, 2005).

서울화강암은 선캠브리아기의 경기편마암복합체 중 흑운모편마암을 관입하여 경계를 이루고 있다. 서울화강암이 분포하는 북한산과 불암산 일대에는 기계적 풍화작용이 활발히 일어나 박리돔(exfoliation dome)의 화강암지대 특유의 지형을 형성하고 있다(Won et al., 1981). 서울동북부부터 한강까지 남북방향으로 형성된 우수향 단층인 동두천단층이 서울 동북부에 분포하는 서울화강암을 절단하며 관통하고 있다(Fig. 1)(Koh and Song, 2005).

Fig. 1.

Geological map of the study area. Red circles and yellow triangles denote the locations of the hydraulic fracturing tests and data published by Haimson and Cornet (2003), respectively.

Fig. 2에 나타난 것과 같이, 본 연구에서는 서울과 서울 북부-경기도 경계 일대에서 12개의 측점에서 수직 시추공에 대한 수압파쇄법으로 측정한 초기응력 측정 결과와 Haimson et al.(2003)이 서울화강암 및 인근 지역에서 수압파쇄법으로 측정한 5개 측점에 대한 초기응력 측정 결과를 이용하였다. 이중 서울화강암과 인근 지역에 8개의 측점이 위치하고 있으며, 선캠브리아기 흑운모편마암 지역에 나머지 9개 측점이 위치하고 있다.

Fig. 2.

Relief map of the study area. Red circles and yellow triangles denote the locations of hydraulic fracturing tests and data published by Haimson and Cornet (2003), respectively.

Fig. 1의 서울화강암에는 N40°~50°W와 N70°~80°E 주향의 급한 경사를 가진 절리들이 분포하고 있다(Fig. 3). 서울화강암을 둘러싸고 있는 선캠브리아기의 흑운모 편마암의 엽리는 대체로 N30°~40°E 방향의 주향을 보이고 다양한 경사각을 나타내고 있다(Fig. 4).

Fig. 3.

Orientation of joints in the Seoul Granite presented as (a) contours of poles to joints projected on a Wulff net and (b) a rose diagram.

Fig. 4.

Orientation of foliation in Precambrian biotite gneiss around the Seoul Granite presented as (a) contours of poles to the foliation projected on a Wulff net and (b) a rose diagram.

수압파쇄법에 의한 주응력 산정

수압파쇄법을 사용하여 원위치 초기응력을 측정하기 위한 수압파쇄시스템은 Fig. 5에 나타난 것과 같이 고압 이중패커, 고압펌프, 데이터로거, 유압센서, 와이어 윈치로 구성된다.

Fig. 5.

Hydraulic fracturing test system.

초음파 주사검층기(acoustic televiewer)는 수압파쇄시험 전후의 시추공벽의 영상을 비교하여 수압파쇄시험으로 생성된 균열의 방향을 확인하여 최대수평주응력 방향을 규명하는 데 사용되었다(Fig. 6).

Fig. 6.

(a) Borehole image recorded using an acoustic televiewer after hydraulic fracturing at #2 and (b) trace of fractures generated by hydraulic fracturing.

수압파쇄시험은 수직으로 시추된 시추공에 대하여 절리가 없는 구간 중 0.6 m 이상의 구간을 시험 구간으로 선정한 후, 시추공에 이중패커를 삽입하여 시험 구간의 수밀성을 확보하고, 시험 구간에 3.8 l/min 정도의 유량으로 주입하면서 실험을 수행하였다. 수압파쇄시험동안 기록한 시간 에 따른 주입압 그래프 및 유량 그래프는 수압파쇄 매개변수—균열파쇄압력(Pb), 균열개구압력(Pr), 균열폐쇄압력(Ps)—를 구하는 데 사용하였다(Fig. 7).

Fig. 7.

Changes in (a) pressure and (b) flow rate with time recorded during a hydraulic fracturing test, where Pb, Pr, Ps are the breakdown, reopening, and shut-in pressures, respectively.

Fig. 7에 나타난 것과 같이, 수압파쇄시험은 일반적으로 주입-감압 과정을 3~4회 반복하면서 수행한다. 균열파쇄압력(Pb)은 주입압에 의해 최대수평주응력 방향과 평행한 수압파쇄균열이 생성되는 압력이며, 균열개구압력(Pr)은 주입압에 의해 이미 생성된 수압파쇄균열이 다시 열리는 압력이고, 균열폐쇄압력(Ps)은 주입 중단 후 감압 과정동안 시추공 주위에 작용하는 응력장에 의해 수압파쇄균열이 다시 닫히는 압력으로 최소수평주응력과 동등하다고 평가한다.

수압파쇄 매개변수 중 Pb는 시간-주입압 그래프에서 주입 초기의 압력상승구간의 최고점 값으로부터 직접 결정할 수 있고, Pr과 Ps는 Lee and Haimson(1989)와 Ryu et al.(1996)이 제안한 통계적 해석법을 사용하여 결정하였다.

균열폐쇄압력(Ps)는 비선형회귀분석법인 지수압력감쇠법과 이중선형 압력감쇠속도법을 이용하여 결정하였다(Fig. 8). 지수압력감쇠법은 주입중단 후 나타나는 압력감쇠구간을 지수함수 모델로 근사시켜 균열폐쇄압력의 상한 값과 하한 값을 결정하는 방법이고(Fig. 8a), 이중선형 압력감쇠속도법은 시간에 따른 압력 변화의 미분 값과 압력 변화를 이중 선형법으로 근사하여 두 직선의 교차점을 균열폐쇄압력으로 결정하는 방법이다(Fig. 8b).

Fig. 8.

Shut-in pressure (Ps) determined by using the (a) exponential pressure decay and (b) bilinear pressure decay rate methods.

균열개구압력(Pr)은 Fig. 9에 나타난 이중선형법과 그래프 중첩법을 사용하여 결정하였다. 이중선형법(Fig. 9a)에서는 주입 압력이 상승하는 구간에 대한 주입수 누적부피에 따른 주입 압력 그래프에서 압력상승율이 다른 두 구간에 대해서 각각 선형회귀법으로 구한 두 직선이 서로 교차하는 압력을 균열개구압력으로 결정한다. 그래프 중첩법(Fig. 9b)에서는 균열파쇄압력이 기록되는 곡선의 압력상승부분과 반복주입에 의한 곡선의 압력상승부분에 해당하는 곡선을 서로 중첩하였을 때 곡선이 서로 이탈하는 지점의 압력을 균열개구압력으로 결정한다.

Fig. 9.

Fracture reopening pressure (Pr) determined by using the (a) bilinear pressure accumulated volume and (b) graphical superposition methods.

상기와 같이 결정한 세 개의 수압파쇄 매개변수는 균질 등방, 불투성 탄성체로 가정한 암반에서의 주응력을 구하는 데 활용된다. 수직 시추공에 대해 수행한 수압파쇄법에서는 주응력 중의 하나를 수직응력으로 가정하므로, 나머지 두 개의 주응력은 수직응력에 직교하는 수평면에 놓이는 최대수평주응력과 최소수평주응력이 된다. 무한 2차원 평면에서 최대수평주응력과 최소수평주응력의 관계는 Kirsch(1898)의 방정식을 바탕으로 식 (1)과 같이 표현할 수 있다(Hubbert and Willis, 1957).

여기서, σH는 최대수평주응력의 크기, σh는 최소수평주응력의 크기, P0는 시험 구간의 공극 수압, T는 시험 구간 암반의 인장강도, Pb는 수압파쇄시험에서 수압파쇄균열이 생성되는 수압을 나타낸다.

시험구간의 인장강도 T는 균열파쇄압력(Pb)와 균열개구압력(Pr)을 이용하여 식 (2)와 같이 계산된다.

최소수평주응력의 크기는 수압파쇄로 생성된 균열에 수직으로 작용하는 균열폐쇄압력과 동등하므로, 최대수평주응력의 크기는 식 (1)과 식 (2)로부터 식 (3)과 같이 산정된다.

수직응력은 암반의 단위중량과 시험구간의 심도를 이용하여 식 (4)로 구할 수 있다.

여기서, z는 지표면으로부터 시험구간까지의 심도를 나타내고, γ는 이 구간 암반의 평균 단위중량이다. 국내에서 측정한 수직응력은 z와 매우 높은 상관관계(r2 = 0.975)를 보이는 선형적 관계를 나타내며, 국내 암반의 평균 단위중량은 26.6 kN/m³으로 산정할 수 있다(Kim et al., 2021).

한편, 본 연구에서 활용한 Haimson et al.(2003)의 자료에서는 조사지역에 분포하는 화강암 및 편마암이 불투성인 이유로 공극수압의 영향을 고려하지 않고 최대수평주응력을 산정하였지만, 대부분의 수압파쇄시험 심도가 50 m보다 천부에서 수행되었기 때문에 전반적인 측압계수의 크기에는 큰 차이가 발생하지 않아 본 연구에서 Haimson et al.(2003)의 자료를 활용하였다.

측정 결과 분석

수평주응력

Fig. 10은 본 연구에서 사용한 총 17개의 시추공에서 측정한 최대수평주응력 및 최소수평주응력과 수직응력의 비를 깊이에 따라 나타내고 있다. Synn et al.(2013)은 국내에서 측정한 최대수평주응력에 대한 수직응력비(σH/σv)와 최소수평주응력에 대한 수직응력의 비(σh/σv)의 하한 및 상한 경계를 규명하였으며, 본 연구의 측정 결과도 이 범위에 대부분 포함된다(Fig. 10). σH/σv는 1~14 범위로 큰 변화 폭을 나타내며, σh/σv는 1~7의 범위를 보여준다. 일반적으로 σH/σv와 σh/σv는 심부로 갈수록 1에 가까워지는 경향을 나타내고 변화의 폭이 감소하지만, 본 연구에서와 같이, 천부의 주응력은 지역적인 지형과 지질 요소 등의 영향에 의하여 심부에 비하여 상대적으로 큰 변화 폭을 나타낸다.

Fig. 10.

Variation of the stress ratio with depth estimated using the results of the hydraulic fracturing tests in the study area. (a) Ratio of the maximum horizontal principal stress to vertical stress and (b) ratio of the minimum principal stress to vertical stress. Dashed lines are the minimum and maximum stress ratios measured in Korea (Synn et al., 2013).

Fig. 11과 Fig. 12에서는 지질분포에 따라 나타나는 수평주응력의 차이를 확인하기 위하여 연구지역에 분포하는 대표적인 암석인 서울화강암과 선캠브리아기 편마암으로 구분하여 σH/σv와 σh/σv를 깊이에 따라 나타내고 있다. 서울화강암 지대에서 측정된 σH/σv는 40 m까지 변화의 폭이 매우 크며, 40~80 m 구간에서는 2~6의 범위에 있다(Fig. 11a). 선캠브리아기 편마암 지대에서 측정된 σH/σv는 대부분 1~5의 범위에 있지만 #16 측점은 상대적으로 큰 값을 보여주고 있다(Fig. 11b). σh/σv는 서울화강암 지대에서는 1.4~7.5의 범위에 있으며(Fig. 12a), 선캠브리아기 편마암 지대에서는 대부분 0.8~2.7의 범위에 있지만, #16 측점에서는, σH/σv에서와 같이, 상대적으로 큰 값을 보여주고 있다(Fig. 12b).

전반적으로 서울화강암 지대에서 측정된 주응력의 크기가 선캠브리아기 편마암 지대에서 측정된 값보다 큰 값을 나타내지만, 편마암 지대에 있는 #16 측점의 큰 주응력 값은 암석 종류와 주응력 크기 사이의 상관관계가 높지 않다는 것을 반증해준다.

Fig. 11.

Variation in the ratio of the maximum horizontal principal stress to vertical stress with depth in (a) the Seoul Granite and (b) Precambrian gneiss.

Fig. 12.

Variation in the ratio of minimum horizontal principal stress to vertical stress with depth in (a) the Seoul Granite and (b) Precambrian gneiss.

Fig. 13은 측점별 가장 큰 σH/σv를 활용하여 단순 크리깅 분석으로 구한 공간 보간 결과를 나타내고 있으며, 붉은 색 점선은 서울화강암의 경계를 표시하고 있다. Fig. 13에서는 연구지역의 북부에 고응력장이 분포하고, 남쪽으로 갈수록 응력의 크기가 점차 작아지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 서울 중부와 남쪽에 서울화강암이 분포하고 있음에도 응력 크기는 이와는 상관없이 작아지고 있다. 따라서 연구지역에서의 지질분포와 응력 크기 사이의 상관관계는 매우 미약하다는 것을 나타낸다.

Fig. 13.

Map of the stress ratio (σH/σv) interpolated using kriging. The red dashed line delineates the extent of the Seoul Granite.

주응력 분포에 지형적 요인의 영향을 분석하기 위하여, Fig. 14와 같이 QGIS를 사용하여 측점 주위 1 km 반경의 버퍼를 설정하고 버퍼 내의 지형을 분석하여 경사도와 상응하는 면적을 추출한 후, 식 (5)와 같이 평균 경사도(Savg)를 구하였다.

여기서, Si는 버퍼 내에서 경사도이며, Ai는 버퍼 내의 각 경사도에 상응하는 면적이다.

Fig. 14.

Slope map showing buffer zones of 1 km in radius around the measurement locations.

Fig. 15의 평균 경사도(Savg)에 따른 σH/σv의 분포에서 보여주듯이, 서울화강암의 σH/σv는 선캠브리아기 편마암보다 전반적으로 고응력을 나타내지만, σH/σv가 6 이상의 고응력을 보이는 측점은 암종과 상관없이 대부분 평균 경사도가 큰 지역인 서울북부 사패산~불암산에 이르는 산악 지형에 위치한다. Fig. 13과 Fig. 15에 나타난 결과를 고려하면, 서울화강암 동북부 경계 지역에 나타난 고응력은 암종에 의한 영향보다는 지형적인 요인에 의한 영향이 더 크게 작용한다고 평가할 수 있다.

Fig. 15.

Variation in the stress ratio (σH/σv) with average slope angle.

인장강도

Fig. 16은 서울화강암과 선캠브리아기 편마암 지대에서 수행한 수압파쇄시험 측정 결과로부터 구한 시험 구간의 인장강도를 깊이에 따라 나타낸 것이다. 서울화강암 지대의 측점에서 구한 인장강도의 범위는 2~15 MPa로 변화의 폭이 크고, 선캠브리아기 편마암 지대에서는 0.5~5 MPa로 서울화강암보다 대체적으로 작은 인장강도를 보이고 변화의 폭도 작다. 원위치에서 측정한 결과로 산정한 인장강도는 시험공 주위의 절리 및 단층의 발달, 풍화 등 암반 상태에 좌우되므로, 동일한 시험공의 측점들 사이에서도 인장강도의 변화가 크게 나타날 수 있다. 그러나 무결암의 인장강도 또한 원위치 인장강도에 영향을 크게 미치므로, 전반적으로 서울화강암이 선캠브리아기 편마암보다 무결암의 인장강도뿐만 아니라 원위치 인장강도도 높게 나타난다고 평가할 수 있다.

Fig. 16.

Tensile strength estimated using the hydraulic fracturing tests carried out in (a) the Seoul Granite and (b) Precambrian gneiss.

최대수평주응력 방향

수압파쇄시험에서 수직 또는 수직에 가까운 수압파쇄균열이 생성될 때, 수압파쇄균열의 주향 방향은 최대수평주응력 방향과 평행하다고 판단한다. 본 연구에서는 기존의 미세 균열이 분포하는 곳 또는 절리성 암반에서 수압파쇄시험을 수행하였을 때 수직 균열이 생성되지 않고 기존의 절리를 따라 형성되는 경우는 분석에서 제외하였다.

Fig. 17에 도시된 것과 같이, 서울화강암 지대에서 측정된 최대수평주응력의 방향은 ENE 방향이 우세하고, 선캠브리아기 편마암 지대에서는 NE와 NW 방향이 우세하게 나타났다. Jun and Jeon(2010)의 지진 메커니즘을 이용한 단층면해에 의하면 현재 한반도의 응력장은 ENE-WSW 방향의 횡압력이 우세하다. 본 연구에서 결정한 서울화강암 지대와 선캠브리아기 편마암 지대의 최대수평주응력 방향은 현재 한반도의 응력장 방향과 유사한 방향을 보여주고 있다.

Fig. 17.

Orientation of the measured maximum horizontal principal stress in (a) the Seoul Granite and (b) Precambrian Gneiss.

반면 Fig. 17과 Fig. 18에 나타난 것과 같이, 서울화강암과 캠브리아기 편마암에서 ENE-WSW 이외의 방향도 다수 측정되었다. Fig. 3에 나타난 것과 같이, 서울화강암에 분포하는 절리의 방향은 EW 방향과 NW-SW 방향이 우세하며, Fig. 4에 나타난 선캠브리아기 편마암에 분포하는 엽리의 방향은 주로 NEN-SWS 방향이 나타난다. 따라서, 절리와 엽리의 방향과 최대수평주응력 방향 사이의 연관성이 높지 않으므로, 절리 또는 엽리가 주응력 방향에 미치는 영향은 제한적일 것으로 평가할 수 있다. 반면, 서울화강암 지대의 #1 측점과 #14 측점에서 측정된 최대수평주응력 방향은 NS 방향의 동두천단층의 방향과 매우 유사하므로, 대규모 단층과 같은 지질 요인이 주응력방향에 국부적인 영향을 미쳤을 것으로 판단할 수 있다.

Fig. 18.

Geological map showing the orientation of the measured maximum horizontal principal stress. The lengths of the arrows are proportional to the magnitude of the maximum horizontal principal stress.

결 론

본 연구에서는 서울과 서울북부에 분포하는 서울화강암 지역과 인근 지역에 분포하는 선캠브리아기 편마암 지역의 17개 측점에 대하여 수압파쇄법으로 측정한 초기응력 특성을 분석하였다.

수압파쇄시험으로 측정한 균열파쇄압력과 균열개구압력을 통해 시험구간의 원위치 인장강도를 산정하였다. 서울화강암 지역에서 산정한 인장강도의 변화 폭이 크게 나타난 것은 시험구간의 무결암의 강도뿐만 아니라 주위 암반 상태와도 밀접한 관계가 있기 때문으로 판단된다. 무결암의 강도가 약한 선캠브리아기 편마암에서 산정한 인장강도는 상대적으로 무결암의 강도가 큰 서울화강암보다 작게 나타났다.

연구지역에서 측정한 초기응력의 크기는 국내에서 측정한 초기응력의 범위 내에 포함되었다. 서울화강암 지역에서 측정한 천부 초기응력은 큰 변화 폭을 보였으며, 선캠브리아기 편마암 지역에서 측정한 초기응력보다 대체로 큰 값을 나타냈다. 본 연구에서는 서울화강암 지역에 나타나는 고응력장의 특성이 나타나는 원인을 분석하기 위하여 암종과 지형적인 요인을 고려하였다.

연구지역에는 서울화강암과 선캠브리아기 편마암이 대표 구성 암석으로 분포하고 있으므로, 각 암석이 분포하는 지역에서 측정한 초기응력을 구분하여 분석하였다. 서울 중부와 남부에 분포하는 서울화강암 지역에서 측정한 초기응력은 서울 북부 지역만큼 고응력을 나타내지 않았으며, 주위 편마암 지역과의 큰 차이를 보이지 않았다. 따라서 서울 북부에 분포하는 고응력장은 암종에 의한 영향이 아닌 것으로 판단되었다.

고응력이 측정된 지역은 서울북부 사패산~불암산에 이르는 산지가 발달한 지형이므로 지형적인 요인을 고려하기 위하여 각 측점 주위 1 km 구간의 버퍼 안의 평균 사면경사도를 구하여 최대수평주응력과 비교하였다. 이를 통해 연구지역에서 암종에 상관없이 높은 평균 사면경사도를 보이는 측점에서 고응력이 나타나는 것으로 분석되었다. 따라서, 서울 북부에 나타나는 천부 고응력장은 암종 분포 요인보다는 지형적 요인에 영향이 더 크게 작용한 것으로 평가할 수 있다.

연구지역의 최대수평주응력의 방향은 전반적으로 현재 한반도의 전체 응력장 방향과 유사한 방향을 보이지만, 단층 인근 지역에 위치한 일부 측점에서는 단층 영향에 의해 응력 방향이 교란되어 단층 방향과 유사한 방향을 향하고 있는 것으로 판단되었다.