한반도 서부인 당진 지역에서 새로이 발견된 제4기 진관단층의 운동 특성과 단층활동 이력에 대한 윤곽을 잡기 위해 몇 개의 단층비지대로 구성된 진관단층의 기하 분석과 단층비지 물질에 대한 ESR 연령측정을 하였다. 진관단층은 정단층으로, N55˚E 주향의 이 단층은 낮은 곳에서는 경사가 57˚NW, 상부로 갈수록 경사가 수직에 가깝게 변화를 보여 주며 리스트릭 단층임을 보여준다. 단층비지대의 두께는 노두 하부의 기반암과 기반암 사이에서 2~3 cm, 중상부의 기반암과 제4기층 사이 경계에서는 20~30 cm 폭으로 보다 두껍다. 후자의 경우에 있어서 3개 이상의 단층비지대가 분리되거나 합쳐지기도 하며, 부분적으로는 서로 중첩되기도 하는데 이는 서로 다른 단층운동 사건들이 있었음을 지시한다. 지질단면도로부터 산출된 단층의 누적 총변위는 약 10 m이며 누적 총변위와 단층의 길이 사이 경험식에 따르면 약 2.5 km의 단층 길이에 해당된다고 할 수 있다. 그러므로 단층의 길이를 제대로 알기 위해 보다 연구가 요구된다. 단층대를 따라 채취한 세 단층암 샘플에 대한 ESR 연령측정 결과, 651±47, 649±96, 436±66ka 등으로 나타났으며 최소 두번의 단층운동이 있었음을 지시한다. 단층면에서 관찰되는 단층조선은 순전한 경사이동만을 지시하며(정단층 운동), 동북동-서남서 주향의 진관단층은 북북서-동남동 방향의 수평 최소 압축응력 환경에서 단층운동이 있었음을 제시한다.

단층비지는 단층의 중심부에 분포하면서 연약대를 형성하므로 단층비지의 광물학적 특성과 물성은 암반의 안정성에 크게 영향을 미친다. 본 연구에서는 단열구조도를 참고하여 중, 대규모의 주요 단층을 선정하였으며, 총 16지역의 단층 코어부분에서 51종류의 시료를 채취하였다. XRD, SEM을 이용한 광물학적 분석과 단위중량, 마찰각, 점착력을 측정하였다. 점토광물은 대표적으로 카올리나이트, 일라이트, 스멕타이트로 나눠질 수 있으며, 화산암에는 일라이트 > 스멕타이트 > 카올리나이트와 녹니석의 순으로 함유된다. 퇴적암에는 카올리나이트와 녹니석 > 일라이트 > 스멕타이트의 순으로 풍부하다. 화강암에는 일라이트 > 스멕타이트 > 카올리나이트와 녹니석 순으로 함유된다. 마찰각은 점토 함량이 높을수록 감소하며, 점착력은 분산이 심하게 나타났다. 점토광물의 함량이 45% 이하에서는 점토광물의 함량이 증가할수록 점착력이 높아지나 45% 이상에서는 점착력이 낮아지는 추세를 보인다. 이는 단층비지가 불균질하며, 점토광물의 종류와 함량에서도 넓은 범위를 가지기 때문인 것으로 보인다.

황철석이 다량 존재하는 지역에서 산성암석배수에 의한 중금속 거동과 관련된 단층비지의 역할을 알아보기 위해, 양산지역에 분포하는 함황철석 안산암의 모암과 단층비지에 대하여 XRD, pH, XRF, SEM-EDS, ICP 분석을 실시하였다. 연구결과 모암의 주 구성광물로 석영(quartz), 엽랍석(pyrophyllite), 황철석(pyrite), 일라이트(illite), 황옥(topaz)이 관찰되었고 짙은 갈색의 단층비지 시료의 경우 석영(quartz), 일라이트(illite), 녹니석(chlorite), 스멕타이트(smectite), 침철석(goethite), 카콕세나이트(cacoxenite)가 동정되었으며 침철석이 주 구성광물이었다. 모암에서 동정된 광물 종으로 보아 모암은 열수 변질 작용을 많이 받은 것으로 보인다. ICP분석 결과 각 시료의 중금속 농도는 모암의 경우 Zn > As > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd 순을 보였으며, 단층비지의 경우 As > Zn > Pb > Cr > Cu > Ni > Cd 순으로 나타났다. 두 시료를 비교해 보면 중금속의 총량은 전체적으로 단층비지에서 상대적으로 더 높은 값을 나타내며 특히 Pb, As, Cr은 2배 이상의 큰 차이를 보인다. 이러한 차이는 단층비지의 주 구성광물인 침철석의 높은 반응성과 넓은 표면적에 의해 Pb, As, Cr과 같은 중금속들이 공침 혹은 흡착되어 특히 높은 농도를 나타내며 또한 황철석의 산화에 의한 낮은 pH에 의하여 이러한 효과가 더욱 증가되었다고 사료된다. 그리고 자연환경에 쉽게 영향을 줄 수 있는 labile (step 1)과 acid-soluble (step 2)을 합한 농도의 비율은 대부분의 중금속이 모암에서 더 높게 나타나는 것을 확인하였다. 결과적으로 연구지역에서 단층비지는 모암에 비하여 많은 양의 중금속을 함유하고 연속추출법 단계 중 상대적으로 자연에 쉽게 유출될 수 있는 단계의 비율이 낮은 것으로 나타나 산성암석배수에 의한 피해가 예상되는 지역에서 단층비지는 중금속이 쉽게 용출되지 않게 하는 저장소로 큰 역할을 하는 것으로 판단된다.

울산단층 동쪽 지괴에 발달한 제4기 단층인 개곡1, 개곡2, 신계, 마동, 원원사, 진현단층을 대상으로 X선회절분석(XRD), 전자현미분석(EPMA), 후방산란전자영상분석(BSE), K-Ar연대측정법을 이용하여 단층비지의 광물조성과 미세조직의 특징을 연구하였다. 단층비지내 변질광물들은 단층운동에 수반된 열수변질작용으로 형성되었다. 28.9Ma~44.3Ma 범위의 연대를 나타내는 단층비지는 주로 점토광물, 석영, 장석으로 구성된다. 점토광물은 스멕타이트가 주구성 광물이고 소량으로 녹니석, 일라이트 및 카올리나이트가 산출된다. 접촉부 모암과 단층 비지대에서는 단층작용과 관련된 열수작용에 의해 광물의 변질작용의 흔적이 쉽게 인지되고, 주입비지와 절단된 방해석맥 등과 같이 단층작용이 반복된 증거를 볼 때 단층비지대는 다중변형작용의 산물임을 알 수 있다. 녹색 내지 녹회색 계통인 진현단층의 비지의 경우 적색계통의 다른 단층비지에 비해 Al2O3의 함량이 높고, MgO와 CaO의 함량은 낮다. 스멕타이트의 화학분석 결과, 단층비지의 색은 기질을 구성하는 점토광물의 종류와 화학적 조성과도 밀접한 관계를 가진다.

한반도 동남부 일대에 발견된 제4기 단층인 상천, 입실, 왕산단층 비 지대에서 단층운동과 이에 수반된 유체의 영향으로 생긴 미구조 및 광물학적인 변화 양상을 알아보기 위해 단층 비지와 주위 모암의 전암분석과 전자현미분석이 수행되었다. 단층 비지와 주위 모암의 X-선형광분석 결과 유동성이 낮은 원소 즉 TiO2, MgO, P2O5 , Fe2O3가 신선한 모암에 비해 비지대에 집적되는데 이는 단층운동과 이에 수반된 유체들의 활동이 활발했음을 이야기 해준다. 단층 비지 물질의 X-선회절분석 결과 관찰되는 광물은 석영, 장석, 방해석과 점토광물이고, 점토광물은 대부분 스멕타이트이며 (060) 회절선의 값은 평균 1.50 a으로써 이팔면체 구조를 가진다. 전자현미분석 결과 비지대 및 모암내 다양한 종류의 황화, 탄산염 및 인산염광물들이 관찰된다. 상천단층 회색 비지대의 제노타임, 입실단층 접촉부 안산암과 왕산단층 접촉부 회색 안산암의 황화광물은 제4기 이전의 단층운동과 관련된 열수의 유입으로 인해 생성된 것으로 추측 된다. 입실 접촉부 안산암과 비지대의 맥상의 탄산염광물은 제4기 이전의 단층운동과 관련된 유체에 의해 생성되었고, 이들 탄산염광물이 물리적으로 심하게 파쇄되어 있으며 탄산염광물 가장자리에 반응연이 있는 것으로 보아 탄산염광물이 생성되고 난 후에도 단층운동과 유체의 활동이 활발했음을 알 수 있다. 왕산단층의 맥상의 방해석은 제4기 단층운동과 동시기 또는 후기에 생성된 것으로 볼 수 있다.