환경지질연구정보센터

무안 석회암 지역의 지반 함몰(Sink Hole) - 근본적인 대책이 필요하다

조선대학교 자원공학과 교수 박영석(yspark@chosun.ac.kr)

국내의 옥천습곡대에는 최소한 4억년 이전에 형성된 석회암층이 발달된 곳이 많이 있으며, 이들은 강원도와 경상북도 일원의 산지 지형을 이루는 곳에서는 수평방향으로 발달된 caven인 석회동굴들이 많이 형성되어서 이들 중에는 성류굴, 환선굴 등의 상당수가 관광지로 개발되어 있기도 한다.

1. 지하수의 영향으로 인한 지반 함몰

화학적 풍화에 취약한 석회암은 지하수의 용해 작용으로 단층면, 파쇄면, 층리면 등의 지질구조선을 따라 용식작용을 일으켜 작은 틈을 만들고, 점점 확대되어 지하에 불규칙한 용식 동굴을 생성하며 용식작용이 일어나면 지하수의 유동이 커지면서 지하 공동대가 확대되고, 지질 구조선과 지하수의 유동방향을 따라 점점 확장되어진다.

① 지하 공동대가 점차 확대되어 상부지층의 중력지지 기반이 감소하면 지반 함몰이 일어난다.
② 지하 공동이 지하수로 충진된 상태에서는 지하수의 부력으로 인하여 어느 정도 지탱되어 지나, 지하 공동대를 충진하고 있는 지하수를 과잉 양수할 경우에는 중력에 의한 지반 붕괴가 일어나 엄청난 피해를 주게된다.

Fig. 지하의 carbonate rock에 이전부터 있었던 동굴속으로 지표의 물질들이 붕괴되는 과정

2. 무안 석회암 발달 지역의 지질 구조적 특징에 따른 지반 함몰

무안지역처럼 평야지를 이루며, 지방고 하부에 발달한 석회암의 경우에는 수직 동굴의 형태인 aven이 발달하여있다. 이들은 갈수기와 호우기에 주 지하수면의 상하 변동에 따라 강수와의 탄산반응에 따른 침식과 정수압으로 작용하던 지하수위가 낮아짐에 따른 상부지표의 붕락으로 sink hole 이 형성되면서 안전사고의 위험을 수반하고 있다.
특히 무안지역의 석회암은 함평 엄다면에서 무안 복길리에 이르는 18Km가 넘는 구간에 걸쳐서 800-1500m의 폭으로 발달된 규질 석회암과 석회암이 발달되어 있다. 이들 무안 석회암층은 최소한 8억년이 넘는 오래된 지층들로 호남전단대라는 대규모 단층과 파쇄대에 위치하고 있어서 이들 단층이나 파쇄면을 따라 지하수의 흐름이 용이하여 쉽게 침식될 수 있는 지질 구조적 특징을 갖고 있으므로 양질의 석회암이 부존된 저지대(평야지)에는 어디든 수직동굴인 aven이 발달되어있을 여지가 많다.

3. 무안지역의 지반 함몰

① 무안지역에서는 지질적인 특징으로 인하여 그 정도는 미미하였지만, 수년째 지반 함몰 현상이 발생
② 2000년 1월 28일 무안군 무안읍 주택가에서 직경 10m, 깊이 19m 크기의 대형 지반 함몰 사고 발생
③ 2000년 7월 20일 동일지역에서 직경 1m, 깊이 3.5m 크기의 지반 함몰 발생
④ 정밀조사 결과 5곳의 지하 공동 발견 추가적인 붕괴 위험
⑤ 원인 - 지질 구조선과 지하수의 작용으로 인한 석회암의 용식 지하 공동 생성
- 지하수의 과잉 채수로 인한 지하 공동의 지하수위 감소로 지반 함몰

4. 국내의 지반 함몰 사례

① 1988년 문경시 농가 공터 지반함몰
② 1993년 강원도 평창군, 삼척군의 농경지 침하
③ 1994년 경기도 파주군 농경지의 불규칙한 요철발생

5. 지반 함몰에 대한 근본적인 대책 수립

우리나라는 건기와 우기가 비교적 뚜렷하여 건기 시에는 지하수의 다량 채수로 인하여 지하에 공동이 생성됨으로서 지반 함몰 사고가 우려되며, 연 강수량의 60-70%가 집중하는 우기 시에는 많은 양의 지하수가 유입됨으로서 석회암과 같은 화학적 풍화에 대하여 취약한 암석분포 지역에서는 지하수에 의한 활발한 용식 작용이 일어나면서 지반 함몰 사고가 발생할 가능성이 높다.
그러나, 무안지역의 지반 함몰 사고에서 알 수 있듯이 지질 구조적인 특징으로 인하여 이미 오래 전부터 지반 함몰이 이루어지고 있었으나, 아직 이러한 지질 구조적인 문제와 연관하여 지반 함몰에 대한 구체적인 원인 규명이나 지반 함몰 방지 대책에 관한 연구가 매우 부족한 상황이다.
또한 이러한 지반 함몰 사고는 순식간에 발생하는 경우가 많으며, 때와 장소를 가리지 않는다는 점에서 그 피해가 매우 심각하다고 할 수 있다.
따라서, 지반 함몰에 대하여 꾸준한 연구가 진행되어야 함은 물론이고, 무안 지역의 석회암지대와 같이 화학적 풍화에 따른 취약한 암석분포지역에서는 지하 공동대, 지하수 유로, 지하 저류지 등의 관찰 및 지질구조 조사에 따른 공동 충진, 지하수개발 및 양수제한, 물수지(water balance)유지, 매년 정기적인 지하 지질 변동상태 파악을 위한 꾸준한 monitering이 실시되어야 한다.
끝으로 이러한 지반 함몰 사고에 대한 피해를 최소화하기 위해서는 무엇 보다 중요한 것이 도시 및 공장지대를 개발하기 앞서 지하수 및 구조 지질학적 전문가에 의하여 지질구조는 물론 이와 연관하여 지하수의 유동 특성을 파악하는 작업이 선행될 수 있는 근본적인 대책의 수립이 필요하다.