암맥과 열수맥의 분석을 통한 구조적 제어요소 해석과 유체유동 특성 연구 = Characteristics of fluid-flow and structural controlling factors in geological media based on the analysis of dykes and veins

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Fractures (including faults and joints), representing deformation in a brittle environment, prevail in the subsurface. These structural factors are mainly controlled by the stress-state, which occurs due to the tectonic environment. Particularly, characteristics of fluid flow in the shallow crust are mainly controlled by fractures, because of their role as conduits. Dykes and veins provide important clues to deduce the role of fractures. The main aim of this study was to understand the role of fractures in the fluid flow within the subsurface based on an analysis (geometric and kinematic) of dykes and veins. The results indicate that (1) dyke geometric patterns are generally controlled by both fractures and the stress conditions (extension direction) during intrusion, and (2) the characteristics of vein distribution can be controlled by the fault geometry and the damage structure of the host rock. This study will improve our understanding of the role of fractures in fluid flow by the specific (1) study of dykes to advance our understanding of shallow-level intrusions and the role of fractures in guiding their emplacement, and the (2) study of veins to improve exploration strategies.

국문 초록 (Abstract)

단층과 단열은 천부 지각의 대부분에서 발달하고 있으며, 지진이나 유체유동을 유발 또는 제어하는 기본적인 지질학적 요소들 중의 하나이다. 그러므로 이러한 취성구조들의 역할을 이해하는 것은 지구에서 발생하는 지질학적 현상을 이해하고 예측하는데 필수적이다. 또한, 이들은 지각내부의 물질이 지표로 상승할 수 있는 통로 역할을 하기 때문에, 최근에 마그마와 열수의 통로로써의 역할이 중요시되고 있다. 지표면에서 이들의 역할을 연구하기 위해서는 암맥 또는 열수맥을 이용하는 방법이 있다. 본 논문에서는 암맥과 열수맥에 대한 정량적, 정성적 분석을 실시하여, 유체유동에 있어 구조적 요인들의 역할에 대한 연구를 수행하였다.
최근 암맥의 관입기작을 이해하기 위해 많은 연구들이 수행되고 있다. 하지만, 가장 일반적으로 통용되는 두 가지 이론, 즉, 암맥이 관입 할 때 기존의 단열을 이용하는지, 새로운 단열들을 형성하는지에 대해서는 최근까지도 많은 논쟁이 이루어지고 있다. 이번 연구에서는 암맥들이 기존에 존재하던 단열들에 강하게 제어 되는 것을 확인 하였다. 특히, 이들 관입형태들은 단열의 발달형태와 상당부분 유사한 점을 보여주었다. 그래서 이번 연구에서는 단열 분류 체계를 이용하여 관입형태에 대한 기재적 분류를 실시하였다. 또한, 이렇게 특징적인 관입형태를 보이는 암맥에 대해서는 관입 이전의 단열 상태를 복원하여 좀 더 정확한 인장 방향을 유추하는 연구도 함께 수행하였다.
또한, 최근 세계적으로 광물자원의 배태와 재동에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며, 구조지질학적 관점에서의 연구는 유체유동의 특성을 이해하기 위해 광화유체의 통로인 단층이나 연결성 좋은 단열에 집중되고 있다. 그러나 이러한 통로들은 재활성 또는 열수맥에 의해 충진 되어 있기 때문에 쉽게 규명할 수 없다. 그러므로 최근에는 광화작용과 동시기에 형성된 열수맥들에 대한 여러 가지 분석들을 통해 광화작용과 관련된 구조들을 연구하는 추세이다. 따라서, 본 연구에서는 전라남도 진도군 가사도 금-은 광산 주변 해안에 발달하는 열수맥들에 대하여 기하학적 분석, 조사선 조사, 프랙탈 분석 등을 이용하여 지표 유체유동에서 구조들의 역할에 대한 연구를 수행하였다. 그 결과 열수맥의 발달 특징은 모암에 발달하는 구조, 즉 단층대에 강하게 제어 받는 것을 확인 할 수 있었다.
이러한 연구는 열수광상의 발달에 있어 유체가 집중되는 현상, 마그마가 지표에 관입 할 때의 일반적 원리와 이와 관련된 구조의 역할에 대한 많은 정보를 제공할 것이다.

목차 (Table of Contents)

• List of Figures iv
• List of Tables xvi
• Abstract xvii
• CHAPTER 1: INTRODUCTION 1
• 1.1. Background to the study 1
• 1.1.1. Dyke 1
• 1.1.2. Vein 3
• 1.2. Objectives and research methods 5
• 1.2.1. Dyke 5
• 1.2.2. Vein 7
• 1.3. Geological background 7
• 1.3.1. Dyke 7
• 1.3.1.1. Gyeongsang Basin 7
• 1.3.1.2. Hwasun area (Suncheon) 11
• 1.3.1.3. Motzfeldt (Greenland) 12
• 1.3.2. Vein 13
• References 15
• CHAPTER 2: RESEARCH ON THE DILATION CHARACTERS AND THE DEFORMATION HISTORY BASED ON THE DYKE INTRUSION GEOMETRY 20
• Abstract 20
• 2.1. Introduction 21
• 2.2. Research methods 23
• 2.3. Geological settings 25
• 2.4. Characteristics of dilation 26
• 2.5. Determination of the deformation history based on cross-cutting relationship 38
• 2.6. Discussion 42
• 2.7. Conclusions 43
• References 44
• CHAPTER 3: DESCRIPTIVE CLASSIFICATION OF DYKE MORPHOLOGIES BASED ON A SIMILARITY IN FRACTURE GEOMETRY 51
• Abstract 51
• 3.1. Introduction 52
• 3.2. General geology 55
• 3.3. Specific intrusion examples and roles of fracture in each observed part 57
• 3.3.1. Array part 57
• 3.3.2. Linking part 59
• 3.3.3. Wall part 64
• 3.3.4. Tip part 66
• 3.3.5. Classification system and chart of intrusion patterns 70
• 3.4. Controlling factors of dyke intrusion pattern related to fractures 72
• 3.4.1. Stress-field (oblique dilation) 72
• 3.4.2. Sets of pre-existing fracture 74
• 3.5. Discussion 76
• 3.6. Conclusions 80
• References 81
• CHAPTER 4: DISTRIBUTION CHARACTERISTICS OF A GOLD-SILVER BEARING VEIN SYSTEM ASSOCIATED WITH AN OBLIQUE-SLIP FAULT ZONE IN GASADO ISLAND, KOREA 91
• Abstract 91
• 4.1. Introduction 92
• 4.2. Geologic setting 94
• 4.3. Research methods 99
• 4.3.1. Geometrical analysis 99
• 4.3.2. Fractal analysis (box counting and line traverses) 99
• 4.4. Results of the traverses: vein distribution and geometries 101
• 4.4.1. Geometric analysis 101
• 4.4.2. Box counting analysis 108
• 4.4.3. Analysis of Traverse 2 vein and fault system 112
• 4.4.4. Characteristics of vein distribution 116
• 4.4.4.1. Results for Traverse 3 to 8 116
• 4.4.4.2. Results from Traverse 2 (Cross-sectional analsyis) 120
• 4.4.4.3. Results from Traverse 1 (Lighthouse vein) 123
• 4.5. Discussion 128
• 4.5.1. Characteristics of vein distributions in fault systems 128
• 4.5.2. Multiple distribution slopes within one fault system 132
• 4.6. Conclusions 136
• References 138
• CHAPTER 5: CLOSING REMARK 150
• 5.1. Conclusions 150
• 5.1.1. Dyke 150
• 5.1.2. Vein 151
• 5.2. Further work 153
• 5.2.1. Dyke 153
• 5.2.2. Vein 155
• 5.2.2.1. Fractal analysis 155
• 5.2.2.2. Structural model and implication for epithermal gold mineralization at Gasado Island 156
• 5.2.2.3. Interpretation and discussion 168
• References 175
• Summary (in Korean) 178
• Acknowledgements (in Korean) 180