미고결 퇴적물

본 퇴적물은 지질시대로 보아 제4기 이전에 이루어진 암석이 풍화, 침식, 운반 과정에 의하여 퇴적된 충적 퇴적물로서 현재도 계속 퇴적되고 있는 미고결 상태의 현생 퇴적물이다. 운반, 퇴적작용은 지형조건과 강수량의 지배를 받지만 본 퇴적물을 구성하고 있는 물질은 주위 분포암석인 모암에 근원을 두고 있어 그 공급원의 암상에 따라 지배를 받는다. 본 퇴적물은 주로 큰 강이나 하천변, 또는 골짜기 및 평야지대를 따라 넓게 분포되는데 지형의 특징에 따라 곡간평야, 충적평야, 해안평야, 범람원, 선상지, 삼각주, 분지등으로 분류된다. 이 중 그 깊이는 해안평야가 가장 깊고 곡간평야와 분지의 순으로 얕다. 본 퇴적물을 구성하고 있는 주 구성물질은 점토, 미사, 모래, 자갈 또는 혼전석 등이다. 본 퇴적물의 지하수 부존을 지배하는 주 요인은 1차 공극이며 따라서 대수층 구성물질의 입도와 대수층의 두께가 주요한 요인이 된다. 두께가 깊은 것은 보통 충적평야로서 주로 자갈, 모래, 혼전석층으로 구성되어 지하수 부존이 양호하며 점토층이나 실트층은 일반적으로 공극율은 높지만 비산출율이 낮은 불량한 대수층이다. 본 퇴적물의 전 국토에 대한 분포율은 약 28%로서 곡간평야나 충적평야에서 대개 그 심도는 4-10m로서 비교적 다른 곳보다 지하수 부존량이 높다. 범람원이나 선상지 그리고 삼각주 지역에서는 불투수층인 점토층이 함유되어 산출량도 적고 투수량계수도 낮은 편이다. 그리고 낙동강 하류부나 대하천 하류부에 발달한 충적층은 10-30m 의 두께를 갖는 곳도 있으며 지역에 따라서는 다량의 지하수가 부존되어 있는 곳도 있다. 본 퇴적물에 대한 주 대수층의 수문학적 특성을 열거하면 다음과 같다.

 ◇ 투수계수 : 5-200m/d
 ◇ 투수량계수 : 50-2,000m2/d
 ◇ 저류계수 : 10-1-10-2
 ◇ 산출량 : 100-3,000m3/d

일반적으로 미고결 퇴적물에서의 지하수 수위는 지표면에 가깝게 상승되어 있어 지표수가 지하로 침투되는 자체정화 시간이 짧아 지하수의 수질은 곧바로 오염원의 영향을 받는다. 따라서 보통 하천변이나 평지에 발달되어 있는 충적층은 인근에 발달된 오염된 하천이나 취락지로부터 발생된 각종 형태의 오폐수의 영향으로 생활용수로 부적합한 지역이 많다.

다공질 화산암

다공질 화산암은 제4기에 분출한 화산암류로서 제주도, 울릉도, 독도와 내륙의 경기도 전곡리 일대에 분포하는 현무암, 안산암 그리고 조면암류를 포함하는 단위이다. 본암은 대부분 용암대지와 구릉을 형성하고 있으나 조면암 분포지는 비교적 암석이 치밀하여 풍화 침식에 강해 절벽이나 산 정상부를 형성한다. 본 화산암의 지하수 부존을 지배하는 주요인은 주로 기공과 2차 단열대에 의한 것으로 일반적으로 막대한 양의 지하수가 부존된다. 본 단위의 분포지역 중 제주도에 대한 조사는 지속적으로 시행되어 왔으며, 본 단위의 수문지질특성을 분석하기 위하여 제주도 지하수조사 결과 도출된 특성을 서술하면 다음과 같다. 제주도는 제3기말에서 제4기초에 걸쳐 약 20회 이상의 화산활동에 의해 형성된 휴화산으로 본도의 지질은 감람석 현무암류가 주를 이루고 조면암, 조면암질 안산암, 응회암 및 화성쇄설층등으로 형성된다. 본 도 화산암에 분포하는 지하수는 화산도가 지닌 지질 및 지형조건으로 인하여 특이한 부존양상을 갖는데, 지하수부존을 결정하는 수문지질학적인 주 요인은 투수성 요소(Permeable elements)와 불투수성 요소(Non-permeable elements)로 구분된다. 전자는 절리와 화성쇄설물, 크링커 또는 용암터널 등이며 후자는 치밀질의 조면암, 안산암 그리고 점토층이다. 다공질 매체로서의 대수층은 연속적으로 발달되지는 않지만 화산암 자체는 서로 연결되는 1, 2차 공극을 갖는다. 이들 구조는 지하수가 자유로이 통과할 수 있는 통로의 역할을 하면서 두가지 형태로 지하수가 부존한다. 첫째는 강수가 중력에 의해 투수층의 이차균열을 통해 지하로 침투되어 연속성의 이차균열을 따라 유하하다가 불투수층에 이르러 더 이상의 수직강하를 방해받게 되어 부존하는 소위 주수(Perched water : 일명 상위 지하수)를 말하며, 둘째는 강수가 지하로 침투하는 과정에서 불투수층에 차단되지 않고 그대로 기저로 유입되어 해수와 접하여 해안변에서는 해안용출수로, 섬 하부에서는 렌즈상태로 부존되는 소위 기저지하수(Basal groundwater)가 그것이다. 상위 지하수는 직접 바다와 접할 수 있는 수문지질학적인 조건을 갖고 있지 않으므로 해수의 직접적인 영향을 받고 있지 않으나 기저 지하수 분포지역의 일부 지역에서는 해수의 침입으로 지하수 수질이 영향을 받고 있다. 즉, 제주도의 지하수는 석회암지대에 발달된 동혈수와 같이 지하의 용암터널(Lava tunnel)이나 이차적인 단열대로부터 막대한 양의 지하수가 부존 유동하고 있음을 알 수 있다. 제주도의 수질을 지화학적인 측면에서 분석한 결과 두개의 군으로 특징지어지는데, 하나는 총고용물(TDS)이 140ppm보다 적으며 양이온과 음이온의 양이 결정질암에 비해 매우 적은 용출수 및 기저지하수에 해당되며, 다른 하나는 동부지역의 해수침입현상이 나타나는 지하수에 해당되어 Cl-, HCO3- 및 전기비전도도(EC)의 값이 비교적 높다. 또한 Ion balance에 따라 분석하면 지표수나 자유면 지하수의 수질조성에 해당하는 Bicarbonate type에 속하여 물의 순환역사(History of groundwater cycle)가 매우 짧음을 보여준다. 이는 지하수의 통로가 되는 용암 Tube, 용암터널 등을 통하여 지하수의 이동, 침투가 매우 빠르게 진행됨을 보여준다(자료 : UNDP 지하수원 조사(1984-1986), 동력자원연구소). 이상과 같은 다공질 화산암에 대한 지하수 수문학적 특성은 다음과 같다.

 ◇ 투수계수 : 0.1-500m/d
 ◇ 투수량계수 : 10-10,000m2/d
 ◇ 저류계수 : 10-1-10-3
 ◇ 산출량 : 1,000-5,000m3/d

신기퇴적암

신기퇴적암 단위는 제4기 해성퇴적암과 제3기층군을 포함한다. 이들은 주로 해안변에 퇴적된 반고결의 천해성-비해성 쇄설퇴적암인 화성쇄설암 및 응회암과 제3기층군인 셰일, 사암, 역암, 이암과 화산암류로서 응회암, 안산암, 현무암 및 석영조면암등이 포함된다. 제4기 화산쇄설층은 제주도의 서귀포층과 성산층 및 신양리층이 국부적으로 분포하고 제3기층은 경남 울산남부와 경북 포항부근에 분포하는데, 한반도 전체 암석의 약 1.5%에 불과하다. 이들 지하수 부존을 지배하는 공극형태는 1차공극과 단열대로서 자유면지하수와 피압면지하수 형태로 부존한다. 제주도에 발달된 제4기 화산쇄설층 중 성산층을 제외하고 서귀포층과 신양리층은 해성층에 속하며, 중.조립질의 화산사와 화산력들로 구성되어 있어 완전한 불투수층이라기보다는 반투수층으로 분류함이 타당할 것이며, 특히 서귀포층은 서귀포 해안변 노두를 제외하고 제주도 남서부 일대의 현무암하부에서 위치에 따라 그 두께를 달리하며 분포한다. 또한 해수준면 하부에 분포한 본 층중 바다와 접촉된 지역은 해수침입을 방지해 주는 역할도 한다. 제3기층이 분포되어 있는 지역중 경북 포항시 해도동, 대도동, 죽도동 일대는 피압대수층이 발달되어 있는 지역으로 약 300m3/d의 지하수가 자분한 바 있다(토련, 지하수조사 시험 보고서, 1967). 본 단위의 지하수 수질은 반고결암 지하수의 전형적인 수질특성을 보이며, 부유성 물질이 포함되어 있어 주로 공업용 및 농업용으로 이용되고 있다. 본 단위에 대한 주 대수층의 수리특성에 대하여 기술하면 다음과 같다.

 ◇ 투수계수 : 0.01-200m/d
 ◇ 투수량계수 : 0.5-1,500m2/d
 ◇ 저류계수 : 10-1-10-5
 ◇ 산출량 : 10-2,000m3/d

비다공질 화산암

본 화산암 단위는 백악기 때부터 분출한 비다공질의 화산암류를 포함한 것으로 우리나라 지층으로는 경상계의 화산암류가 이에 해당한다. 주 분포암석은 안산암, 유문암, 안산암질 각력암 및 응회암과 현무암으로 구성된다. 백악기 분출화산암류는 제4기 화산암류와는 그 분출 산상이 판이하여 제4기의 화산암이 다공성인데 비하여 본 암은 비다공성이며 그 분포지역도 백악기 화산암류는 주로 경상분지와 옥천대내 그리고 주변의 백악기 퇴적분지와 남해안을 따라 산지를 이루며 분포한다. 본 화산암류는 비다공성으로 인하여 1차 공극구조가 빈약하여 제4기 화산암에 비하면 지하수를 포함할 수 있는 공극이 발달되지 않아 지하수의 함수와 유동은 주로 2차 공극의 지배를 받는다. 따라서 제4기의 다공질 화산암류에 비하여 지하수 부존성이 낮은 편이다. 본 단위의 암석내에 발달된 주대수층의 일반적인 수리 특성을 약술하면 다음과 같다.

 ◇ 투수계수 : 1-100m/d
 ◇ 투수량계수 : 5-50m2/d
 ◇ 저류계수 : 10-4-10-6
 ◇ 산출량 : 10-1,000m3/d

관입 화성암

본 단위는 백악기 불국사 화강암과 쥬라기 대보화강암 그리고 시대미상의 중성, 염기성 관입화성암을 포함하며 전 국토의 약 19%를 점유한다. 대보화강암은 대체로 북동방향으로 한반도를 가로질러 중부전역에 저반상태로 분포하며 불국사 화강암은 경상분지에 주로 분포하나 한반도 남단부 대보화강암의 말단부와 남해안 지역의 섬 주변부에 산지와 구릉을 형성하며 소규모로 분포한다. 중성, 염기성 화강암은 주로 영남 육괴중 지리산 지역에 산지를 형성하며 불규칙하게 분포한다. 본 단위의 주구성 암석은 화강암, 섬록암, 편상화강암, 중성 반심성암 그리고 염기성 심성암으로 형성된다. 본 관입화성암은 지하심부에서 결정화된 심성암으로서 1차 공극구조는 거의 발달되지 않아 암석 자체의 입자내에서의 지하수 함수는 이루어지지 않고, 2차적인 공극구조인 수평 및 수직 절리나 단층등의 단열 구조선을 따라 지하수가 유동한다. 본 암석류에 발달된 2차 공극구조에 의한 단열대는 한반도내에서 발생한 신생대 에오세의 국부적인 지각변동과 제3기의 단층작용 및 백악기말부터 제3기초에 걸쳐 매우 서서히 발생한 융기작용으로 화강암의 저반이 지표로 노출되면서 일어난 장기간의 지질학적인 변동에 기인된 것으로 삭박작용에 의하여 일어나는 수평 및 수직 절리와 습곡작용 및 광역 변형작용에 의한 지체구조적인 절리를 들 수 있다. 본 관입 화성암의 조암광물은 주로 석영, 장석, 운모 등으로 구성되어 있으며, 이 중 석영은 풍화에 강해 모래를 형성하나 장석과 운모는 화학적 풍화에 대단히 약해 점토를 형성한다. 본 암석은 풍화과정을 거쳐 운반 퇴적되어 충적층을 형성, 보통 양호한 대수층을 형성해준다. 또한 본 암석은 비교적 타 암석보다 두터운 풍화대를 형성하고 있어 지역에 따라서는 풍화대 자체에서나 또는 기반암과의 접촉부에서 50-200m3/d 정도의 지하수 산출량을 기대할 수 있다. 일반적으로 화강암은 투수성과 대수성이 불량한 암석으로 알려져 왔으나 굴착장비의 현대화에 의한 기술발달로 지하심부(500- 800m)로 부터의 지하수 부존 특성을 규명할 수 있게 되어 오히려 하부에도 많은 단열대 및 2차 공극이 존재하고 있으며 특히 타 암석과의 접촉부에서는 상당량의 지하수가 부존되어 있음이 밝혀지고 있다. 본 수문지질단위의 주대수층의 일반적인 수리특성은 다음과 같다.

 ◇ 투수계수 : 0.01-1.0m/d
 ◇ 투수량계수 : 5-50m2/d
 ◇ 저류계수 : 10-4-10-6
 ◇ 산출량 : 50-1,500m3/d

고기 퇴적암

본 암은 제3, 4기의 반고결 신기퇴적암에 대비되는 백악기 이전에 퇴적된 천해성-비해성 쇄설 고결 퇴적암으로서 백악기 경상누층군, 쥬라기의 대동누층군 그리고 석탄기-트라이아스기 평안누층군에 속하는 암석들이 포함되며, 주 구성암석은 규질사암, 알코스사암, 석회암, 역암, 실트 그리고 셰일 등이다. 경상누층군은 주로 경상남북도 및 전남북 일부지역에 분포하고, 대동누층군은 충남 대천지역, 평안누층군은 강원도 동남부, 충북 동북부 및 전남 일부지역에 산지를 형성하며 불규칙하게 분포한다. 본 단위의 암석들은 1차 공극구조는 발달이 미흡하여 단열구조나 성층면에 따른 지하수의 유동과 부존을 기대할 수 있다. 본 수문지질단위의 대표적인 분포지역이라고 할 수 있는 대구 분지에 대한 한국자원연구소의 보고서(성익환 외, 1986)에 의하면 지하수의 유동은 퇴적암의 층리를 따라 유동하며 퇴적암내의 석회질을 함유한 셰일과 사암 그리고 역암등에 발달된 파쇄대와 단열대를 따라 지하수가 부존 유동된다. 또한 본역의 주 대수층은 수직누수(Leakage)현상이 특징적으로 투수량계수는 30m2/d 내외이며 피압대수층에서의 저류계수는 10-5 에 해당된다. 특히 본 지역에 발달된 퇴적암내에는 석회질의 용해에 의해 형성된 충식구조의 Marl층이 협재되어 지하수의 양호한 대수층 역할을 해준다. 또한 단열대와 Marl층 또는 층리면에 부존된 지하수는 셰일과 같은 두꺼운 불투수층 암석으로 인하여 피압 대수층 또는 반피압 대수층을 갖는 지하수 산상을 갖고 있어 자연수위가 비교적 상승되어 있거나 자분하고 있는 지역도 있다. 또한 지하수위는 계절적인 변화에 상당히 민감하여 15-65m의 지하수위 변동폭을 보여준다. 본 대구지역의 지하수는 Carbonate Hardness, Ca(HCO3)형과 Non-Carbonate Hardness의 CaCl2 형의 수질 조성을 보여주는데, HCO3가 300-447 ppm에 달해 경상계 퇴적암의 특성인 석회질 성분의 함량이 높음을 나타내고 있다. 또한 Cl 함량도 70-196ppm으로 보통의 지하수에서 보다 상당히 높은 값을 보여주는데, 이는 본 지하수가 고기 지하수체(Cognate water body)임을 뜻하는 것으로 지하수 형성이 매우 오래되었음을 의미한다. 본 단위내 주대수층의 일반적인 수리특성은 다음과 같다.

 ◇ 투수계수 : 0.1-10m/d
 ◇ 투수량계수 : 5-200m2/d
 ◇ 저류계수 : 10-4-10-5
 ◇ 산출량 : 50-2,000m3/d

이와 같이 본 퇴적암 단위의 내부에 발달된 성층면과 하부단열대 내에서의 지하수유동이 화성암체보다는 양호하며, 특히 Marl 구조를 갖는 지층에서는 투수량계수 및 산출량이 높은 편이다.

석회암

본 암석은 조선누층군중 오오도비스기의 대석회암층군에 해당하는 암석군으로서 해성탄산염 퇴적암과 쇄설성 퇴적암으로 구성되어 있으며, 주 구성암석은 괴상석회암, 백운암질 석회암, 백운암 및 이질석회암이며 석회질 셰일, 셰일 및 규암층이 협재되기도 한다. 본 석회암은 다짐작용(Compaction)과 재결정작용에 의하여 암석 자체는 투수성이 극히 낮을 뿐만 아니라 일차적인 공극구조가 발달되지 않아 지하수 부존을 기대하기 어려우나 단지 지구조의 이차적인 힘에 의해 형성된 단열대와 지하수와의 용해작용에 의해 형성된 카르스트지대에는 막대한 양의 지하수가 부존되기도 한다. 본 지역에서의 지하수는 중력에 의해 서서히 지하로 침투되면서 석회암을 용해하여 여러 곳에서 수직 또는 수평 상태의 동굴을 형성하여 소위 동혈수를 부존시키고 있는데, 수직동굴은 지하수유동이 빨라 기존 동굴의 용식작용을 촉진하여 오랜 지질시대동안 동굴의 형태와 지하수 유동로를 변화시키기도 하였으며 현재도 이러한 변화는 진행중에 있다. 우리나라에서 석회암은 주로 강원도, 충북 그리고 경북 일부 지역에 높은 산지를 형성하여 분포하며, 본 층의 총두께는 약 1,900m에 이른다. 울진의 석류굴, 영월 고씨동굴 및 고수동굴등은 그 내부에 막대한 양의 지하수가 소하천을 형성하고 흐르고 있으며 강원도 평창 지역에서는 용해 공동구조를 따라 형성된 석회암의 용출수가 수만톤에 이르는 곳도 있다. 본 석회암 지대에서의 지하수 개발자료(지오테크닉스 3호, 1985, 한정상)에 의하면 33개 공의 우물 평균심도 82m에서 공당 490m3/d의 산출량을 보이고 있으며 산출량의 범위는 10-2,000m3/d로 다양하며 최대치인 2,000m3/d의 산출량은 제4기 화산암으로 형성된 제주도 현무암에서 산출되는 지하수량과 대비할만 하다. 이는 현무암내에 발달된 용암터널이나 석회암내에 발달된 동굴등이 마치 파이프와 같은 지하수 유동로의 역할을 하고 있음을 의미한다. 본 수문지질단위의 주대수층의 수리특성을 기술하면 다음과 같다.

 ◇ 투수계수 : 10-500m/d
 ◇ 투수량계수 : 10-10,000m2/d
 ◇ 저류계수 : 10-1-10-5
 ◇ 산출량 : 100-5,000m3/d

변성암

본 단위의 암석은 선캠브리아기 육괴와 고생대의 변성퇴적암류로 구성된다. 선캠브리아기 육괴는 경기와 영남지역에 넓게 노출되어 있는데 크게 편마암복합체와 변성퇴적암류로 구성된다. 또한 고생대의 변성퇴적암류는 시대미상의 옥천누층군과 조선누층군중 캠브리아기의 양덕층군 및 이와 대비되는 것으로 보이는 변성퇴적암류와 호남탄전의 평안누층군이 포함된다. 본 암류는 주로 편마암, 화강편마암, 편암, 각섬암, 규암, 천매암, 점판암 및 사질 천매암 등으로 구성되어 있으며 간혹 석회암이 협재되기도 한다. 변성암은 기존의 화성암이나 퇴적암에 압력과 온도 그리고 외부로부터의 화학성분이 가해지는 변성작용에 의하여 생성되는 암석이므로 이러한 암석이 변성작용을 받게 되면 일차적으로 압력의 방향에 따른 평행구조가 생겨난다. 즉 쪼개짐(Cleavage), 편리구조(Schistosity), 편마구조(Gneissosity) 등의 엽리구조(Foliation) 및 선구조(Lineation)와 같은 구조가 형성된다. 상기 변성암류중 편마암이나 화강편마암은 암석자체의 투수성이 불량하고 투수량계수도 낮은 편이다. 그러나 이들 암석은 지질시대로 보아 가장 고기의 암석으로 지질시대를 거치는 동안 조산운동과 같은 큰 지각변동으로 인해 생긴 암석내의 파쇄대, 단열대 등은 좋은 지하수의 유동로가 되기도 하여 심부에 발달된 이들 지질구조선으로부터 500m3/d 내외의 지하수 산출량을 확보할 수 있으며 비교적 신선한 지하수를 개발할 수 있는 것으로 알려졌다. 그러나 편암, 각섬암, 그리고 천매암 등은 주구성 광물입자인 운모나 장석의 영향으로 파쇄대나 엽리 또는 편리면에 불투수성인 점토층이 협재되어 지하수의 부존이나 유동을 방해하는 역할을 하므로써 화강편마암류에 비교하면 투수성이나 산출량이 현저히 낮다. 특히 셰일이 접촉변성작용을 받아 형성된 호온펠스(Hornfels)와 같은 변성암류는 재결정질의 치밀견고한 암석으로서 편리의 발달이 불량하고 공극률도 낮아 암석자체는 투수성이 극히 빈약하여 지하수 부존성이 아주 불량한 편이다. 본 단위의 주대수층내에서의 일반적인 수리특성은 다음과 같다.

 ◇ 투수계수 : 0.1-10m/d
 ◇ 투수량계수 : 1.0-50m2/d
 ◇ 저류계수 : 10-4-10-6
 ◇ 산출량 : 50-500m3/d