Burial Age and Flooding-origin Characteristics of Coastal Deposits at Gwangseungri, Gochanggun, Korea

Coastal Deposits at Gwangseungri, Gochanggun, Korea

Jong Yeon Kim^1,*, Dong Yoon Yang², and Won Jeong Shin³

1Department of Geography Education, Chungbuk National University, 1, Chungdae ro, Seowon gu, Cheongju 362-763, Korea

2Korea Institute of Geosciences and Mineral Resources, 142 Gwahak ro, Yuseong gu, Daejeon 305-350, Korea

3Department of Geography Education, Seoul National University, 1, Kwanak ro, Kwanak gu, Seoul 151-748, Korea

Abstracts: Samples were collected from both places including the coastal area within the height of 5 m above the mean sea level (msl) (DH) and the top of the coastal terrace of 10-15 m msl (KS) high in Gwangseungri, Gochanggun, Korea.

To find the origin of the deposit in the coastal area, granulometric analysis and geochemical analysis were performed. The result showed that the DH samples were originated from the reddish soils overlaying weathered bedrock which presented gradual change of chemical composition from the bottom toward the top. Clay minerals were found from the DH samples. These results concluded that the DH samples were found as in-situ weathered materials. The KS samples were originated from the soil layer covering gravel layer at the foot slope of the hill along the coast. The KS samples contained different chemical compositions from the DH. It is inferred that some of this layer was disturbed or experienced the influx of foreign material. The particle size of the KS samples was different from those found on the beach. The particle size of lower parts of KS site was finer than that on the beach, but the particle size of middle part of the site was coarser than that on the beach. The sorting of the KS site was poorer than that on the beach. Thus, it is inferred that some parts of the layer were formed by short-lived high energy event rather than sustained and continuous action of tidal currents and/or waves. Analysis using an optically stimulated luminescence (OSL) method showed that the burial age of samples from KS site were found 0.65-0.71 ka. Though the characteristics of the sediment layer and forming event in this area should be further studied, it can be inferred that this sedimentary layer formed by coastal flooding with storm.

Keywords: coastal flooding, sedimentary layer, OSL method, Gochanggun

요 약: 고창군 광승리 지역의 해발고도 5 m 내외의 해안 지점(DH)과 해발고도 10-15 m의 단구 상부 지점(KS)에서 시 료를 채취하여 화학 분석과 입도 분석 등을 통하여 퇴적 물질의 특성을 파악하였다. DH는 풍화된 기반암을 피복하는

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적색 토양층으로 하부에서 상부로 가면서 물질 조성이 점진적으로 변화하였다. DH 시료 내에 점토광물이 포함되어 있 는 것으로 나타났다. 이를 근거로 하여 이 층을 제자리 풍화층으로 판단하였다. KS의 경우 구릉의 말단부에 위치하는 자갈층을 피복하는 층으로 물질 조성이 전반적으로 DH 부분과 상당히 다른 것으로 나타났으며, 일부 구간에서 물질의 교란이 일어나거나 외부 물질의 유입이 있었던 것으로 추정되었다. 한편 입자의 입도에 있어서 KS 시료들은 현재의 해 빈 물질과 다른 특성이 나타난다. KS의 하부는 해빈에 비하여 세립 물질로 나타났으며, 중간 부분은 해빈보다 조립 물 질이다. KS 시료의 분급은 해빈에 비하여 나쁜 것으로 나타났으며, 이 퇴적층중 일부는 지속적인 파랑과 조류에 의한 것보다는 일시적인 고에너지 환경에서 퇴적된 것으로 추정된다. 한편 KS 부분 시료의 매몰 연대는 광여기루미네센스 (OSL) 분석에 의하여 0.65-0.71 ka로 추정되었다. 추가적인 연구를 통해 해당 퇴적층과 형성 과정의 특성에 대해서는 명확히 밝혀져야 할 것이지만, 해당 퇴적층은 폭풍에 의한 연안 범람 퇴적층일 가능성이 높은 것으로 추정된다.

주요어: 연안 범람 퇴적층, 광여기루미네센스, 고창군

I. 서 론

우리나라 서해 연안에는 지역의 특성에 따라서 풍 성 퇴적 지형, 해수의 작용으로 인하여 형성된 지형, 육상으로부터 유입하는 하천 퇴적층 기원 지형, 풍화 삭박에 의하여 형성된 제자리 풍화 지형 등이 혼재 한다. 이들에 대한 연구는 대부분 연안의 퇴적 지형 을 대상으로 이루어 졌으며, 해안의 침식과 풍화에 대한 연구가 부분적으로 이루어져 왔다(Kim et al., 2014). 연안의 퇴적층에 대한 연구 역시 주로 과거 저습지를 형성하던 부분이나, 석호 환경에서 발견된 시료, 풍성 퇴적층 분포 지역을 중심으로 연구가 이 루어져 왔다. 그 결과 대부분의 퇴적 지형에 대한 연 구가 상대적으로 고도가 낮은 부분에 집중되어 왔으 며 해안선에 연한 구릉지의 말단부 등에 형성된 퇴 적층에 대한 조사와 연구는 큰 진전을 보이지 못해 왔다(Choi, 2009). 해안선에 연한 구릉의 말단부 등 에 형성된 퇴적층은 앞서 지적한 다양한 지형 형성 과정에 형성된 것으로 각 지형 형성 과정의 특성에 따라서 다양한 물리·화학적 특성을 지니게 된다. 이 러한 퇴적층의 일부는 해안 단구 퇴적층으로 판단될 수 있으며, 해당 퇴적지가 형성된 이후 추가적인 퇴 적 및 침식 과정의 영향을 받은 것으로 볼 수도 있 다. 따라서 구릉 말단부에 보존된 퇴적층은 해당 지 역이 경험한 지형 발달의 역사를 기록하고 있는 경 우가 많다. 또한 서로 인접한 지역에서도 작은 국지 적인 기복의 차이, 위치상의 특징, 고도의 차이에 의 하여 서로 다른 특징의 물질이 출현하여 하기도 한 다. 한편 다양한 종류의 퇴적체 또는 풍화 산물층이 혼재하는 경우 이들의 기원을 파악하기 어려운 경우 가 많다(Ryu, 2009).

본 연구에서는 고창군 광승리 지역에 나타나는 퇴

적층 및 풍화대 기원 추정층 구성 물질의 화학조성 비교를 통하여 각 층의 특징을 비교하고 지형 단위 를 구분하고자 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 고 창군 광승면의 해안의 해발고도 5 m 이하의 층(DH) 과 해발고도 10-15 m의 층에서 발견된 토양층(KS)을 대상으로 시료를 채취하였다. 이 시료들을 충북대학 교 공동실습원의 XRF (X-ray fluorescene), XRD 장 비를 이용하여 분석하고, 한국지질자원연구원의 장비 를 이용하여 대자율을 파악하였다. 입도의 측정은 서 울대학교 지리교육과에서 실시되었다. 또한 퇴적층으 로 추정되는 부분의 경우에는 한국기초과학지원연구 원의 광여기루미네센스(OSL: Optically Stimulated Luminescence) 분석 장비를 이용하여 해당 퇴적층의 매몰 시기를 추정하였다. 이를 통하여 화학 분석 기 법을 바탕으로 지형을 구분하는 기법을 제시하고, 연 구 지역의 지형 발달의 특성을 파악하고자 한다.

II. 연구 지역의 개관

연구 지역의 지질은 1:250,000 광주 도폭과 연구 지역의 내륙 지역인 고창 도폭의 지질 조사보고서를 통하여 파악하였다. 연구 지역 기반암은 주로 대보화 강암 계열의 흑운모 화강암(Jbgr)과 화강암질 편마암 (PCEgrgn)이 중심을 이루고 있다(Lee and Lee, 2001). 흑운모 화강암은 선캠브리아기의 변성암 및 엽리상 변성 화강암을 관입하고 있는 암체이다. 이들 은 중립 내지 조립의 괴상암체로 주로 등립질의 암 회색 석영 및 담회색 장석으로 구성되어 있다. 이 화 강암 암체들은 화학적 풍화 과정에 의하여 새프롤라 이트와 적색의 토양으로 변화되었으며 고도가 낮은 구릉의 상당수가 적색의 토양으로 피복되어 나타나고 있다(Kim et al., 2012). 화강암질 편마암들은 엽리

발달이 우세하며 선캠브리아기의 다양한 암석이 변성 작용을 받은 것으로 판단되고 있다. 이들은 소백산편 마암복합체로 구분되기도 한다. 이들은 내륙 지역에 서는 상대적으로 고도가 높은 배후의 산지를 이루고 있다. 해안 지역에서는 4기 충적층(Qa)으로 분류되는 해안 및 하천 퇴적층이 나타나고 있으나 현장 조사 결과 풍화층이 지표에 널리 나타나고 있다. 또한 일 부에는 풍성 퇴적층이 출현하기도 한다(Choi, 2009).

연구 지역의 평균 조차는 4.0 m, 대조차는 5.4 m, 소조차는 2.5 m로 알려져 있다. 서해안의 홀로세 해 수면은 약 7 ka BP에 현재의 수준에 도달했고, 6 ka BP시기에는 현재보다 1 m 정도 높았다. 이후 하강하 여 2 ka BP시기에는 현 해수면 보다 1 m 정도 낮아 졌다가 다시 상승하여 1 ka BP에는 현재보다 높았다 가 현재 수준으로 낮아지는 등 변동을 경험한 것으 로 알려져 있다(Choi, 2009). 그러나 이 지역 후빙기 해수면 변동 폭은 2 m 내외로 현 해발고도 5 m 이상 지점의 경우 폭풍 해일이나 다른 원인에 의한 해일 과 같은 상황을 제외하고는 해수에 의한 직접적인 침식과 퇴적의 영향 범위에서 벗어나는 것으로 볼 수 있다.

연구 지역 해안의 전면에 갯벌이 나타나고 있으며 곶을 형성하는 부분의 하부에는 기반암이 노출되어 나타나고 있다. 기반암은 해안 부분에서 10-15 m 깊

이에서 나타나고 외해로 가면서 25-30 m로 심도가 깊어진다. 퇴적층은 3개의 탄성파층(I, II, III) 등으로 나누어지며 탄성파층 I 과 II의 경계면에는 부정합면 이 발달해 있다. 이 부정합면의 형성 시기는 최후기 빙하기(−20 ka)일 것으로 추정되었다. 탄성파 층 I은 최후 빙하기 이전의 고해수면 퇴적계 연합체(highstand system tract)로 본다. 최소한 MIS 3이거나 MIS 5에 형성된 퇴적물로 추정된다(Ministry of Science and Technology, 2006).

기반암은 곶 부분은 주로 변성암으로 보이며 만입 된 부분들은 화강암이 주를 이루는 것으로 판단된다 (Fig. 2A). 풍화대의 상부에 노출된 토양층의 하부에 는 풍화 산물인 새프롤라이트가 나타나고 있다(Fig.

2B). 또한 일부에는 풍성 퇴적층이 부분적으로 지표 면을 피복하고 있다. 기반암의 경우 노출 부분의 하 부에서도 등체적 풍화의 흔적이 나타나는 등 제자리 풍화대(in-situ weathered layer)의 특징적인 경관을 보여 주고 있다(Fig. 2C).

이들은 구상 풍화를 경험하는 것으로 보이며, 표면 에 일부 핵석화 된 기반암이 노출되어 있다(Fig. 2D).

그러나 해안 토르(tor)와 같은 경관은 나타나지 않는 다. 해당 층의 상부에 나타나는 토양층은 상당히 적 색화가 진행된 세립 물질로 되어 있어 풍화대로 볼 수도 있다. 이러한 양상은 고창군 내륙 지역을 중심

Fig. 1. Study area (Gwangseung beach). Samples were collected from the outcrops of KS, DH and DH2.

으로 나타나는 현상이다(Kim, 2005). 그러나 선행 연 구 결과에 의하면(Choi, 2009; Ryu, 2009), 인근 해 안의 해발고도 5 m 내외 부분을 경계로 하여 그 위 로 현생 사구 퇴적층이 나타나는 것으로 되어 있고, 사구 하부의 물질들에 대한 연구는 진행되지 않아 이 층의 성격을 풍화산물로 단정하기는 현재까지는

어려운 것으로 보인다. 해당 층의 성격을 명확히 파 악하기 위하여 해식애 즉 해안쪽 단면 2개 지점에서 4개의 시료를 채취하였다(Fig. 3-A). 시료들은 상부로 부터 각각 DH01, DH02, DH03, DH04로 명명되었 으며 각각의 시료에 대하여 XRD와 XRF 분석을 실 시하였다.

Fig. 2. Outcrops of weathered bedrock, near of site DH.

Fig. 3. Sampling sites DH and DH2 (for the location of the site, refer Fig. 1).

DH 시료 채취 지점 인근의 풍화대에서 2개의 시 료(DH 2-1, 2-2)를 채취하여 비교 자료로 사용하였으 며(Fig. 3B), 이들 보조 시료에 대해서는 XRD 분석 만 실시하였다.

한편 광승리의 구릉의 말단 부분(해발고도 10- 15 m; KS, Fig. 1)에는 갈색 표토 및 적색 토양층 하 부에 기반암 풍화대와는 다른 성격을 지니는 것으로

보이는 물질층이 나타나고 있다(Fig. 4A, 4B). 지표 가까운 최상부에는 적색의 토양층이 나타나고 그 아 래에는 갈색의 층이 나타나며 여기에는 상대적으로 원마도가 높은 잔 자갈과 모래가 포함되어 있다(Fig.

4C). 가장 하부에는 기반암의 풍화층 또는 아각력 물 질층이 나타나고 있다. 한편 가장 상부에는 또한 일 부 해성으로 보이는 원력이 산재하는 것이 발견되었

Fig. 4. View of sampling site KS (for the location of the site, refer Fig. 1).

Fig. 5. Cross section of the KS outcrop.

다. 해당 지점의 지형적인 측면으로 본다면 이전에 보고된 서해안의 해안 단구성 퇴적층과 유사한 환경 으로 보인다(Kwon, 1981).

KS 단면에서는 최소한 2회의 입도변화가 관찰된다.

이 노두의 가장 하부에는 세립 입자들이 나타나고 있으며, 그 상부에는 앞서 진술한 잔 자갈들이 포함 되어 있는 층(Fig. 4D의 (a)-(b))이 나타나고 다시 상 부에는 세립층이 나타나고 있다(Fig. 4D). 잔 자갈이 포함된 층의 두께는 10 cm 내외의 층이며 그 가운데 잔 자갈층은 1 cm 내외의 얇은 층으로 단기간에 걸 친 물질의 유입이나 이동에 기인한 것으로 보인다.

이 부분에서는 7개의 시료가 화학적 분석을 위해서 채취되었으며, 2개의 OSL 시료가 채취되었다.

시료가 채취된 부분의 해발고도는 지형도상 10- 15 m 내외였으며(Fig. 1) 지표면으로부터 200 cm 정 도 두께를 지니는 퇴적층의 노두가 노출되어있다. 해 당 노두에서 120 cm 정도의 두께를 보이는 곳의 지 표면 아래 110 cm 하부와 89 cm 지점에서 OSL시료 가 채취되었으며 그 중간 부분들에서 화학 분석을 위한 시료들이 채취되었다(Fig. 5). 이 층의 하부에는 오렌지색의 어느 정도 고화된 자갈이 나타나고 그 하부로 기반암이 출현한다.

III. 각 지점의 입자 크기 및 분포 특성

퇴적물의 세립 입자들은 서울대학교 지리교육과의 분석 장비를 이용하여 입도 분석을 실시하였고 분석 결과들에 대해 Folk와 Ward의 방식으로 입도 특성을 정리하였다(Chough et al., 1995). DH01-DH04의 4개 시료들은 가장 하부인 DH04에서 가장 조립이며

DH02까지 세립화되다가 DH01에서 다시 입경이 증 가했다. 구성 물질의 분급은 전반적으로 매우 불량한 것으로 나타난다. 그러나 4개의 시료 집단들의 입경 등을 상호 비교해 본 결과, 이 4개의 시료 집단의 평 균 입경들은 통계적으로 동일한 집단으로 판단되었다 (df =19, sig.=0.593). 따라서 상향 세립화와 같은 결 론을 내리기는 어려울 것으로 판단된다(Table 1).

DH2-1과 DH2-2는 평균 입경의 측면에서 본다면 99% 신뢰 수준에서 통계적으로 유사한 집단으로 볼 수 있으며(t =2.781, df =5.172, sig. =0.037), 분산과 왜도, 첨도에서도 유사한 결과가 나타났다. DH와 DH2집단을 평균 입경의 측면으로 본다면 유사한 집 단으로 나타났다(t = −1.582, df =26.06, sig. =0.126).

따라서 DH와 DH2에 속하는 시료들은 분급이 불량 한 동일한 집단에서 기원한 물질들로 판단할 수 있 을 것으로 보인다.

KS시료들은 각 지점에 따라 다른 입도의 특성을 보여 주고 있다. 최하부(KS01)의 평균 입경은 가장 작아 조립 실트가 주된 구성물이다. 이 층의 분급은 불량한 편이다. 이 층에서는 앞서 지적한 바와 같이 OSL 시료가 채취되었다. KS02에는 중립사가 나타나 며 평균 입경(t =4.112. df =4.584, sig. =0.003)과 분급 (t =4.828, df =4.682, sig. =0.001)로 통계적으로 유의 하게 하부의 퇴적층과는 다른 특성을 보이고 있다.

분급은 하부에 비해서는 좋은 편이나 전반적으로 불 량한 상태이다. 이보다 상부의 KS03층에서는 평균 입경이 약간 감소하여 세립사가 나타나고 있지만 차 이가 통계적으로 유의한 수준은 아니다(t = −0.204, df =5.570, sig =0.843). KS04층에서 역시 입경은 감 소하는 것으로 나타나고 있으나 통계적으로 유의하지

Table 1. Granulometric characteristics of samples DH and KS

Sample ID Mean ( Φ ) D

( Φ ) Sorting Skewness Kurtosis

DH01 2.6067 2.2999 2.1763 -0.5283 0.8753

DH02 2.8302 2.2272 2.0982 -0.7280 0.9892

DH03 2.7403 2.2777 2.3260 -0.5602 0.9160

DH04 1.9959 1.6558 2.1361 -0.4934 0.9346

DH2-1 3.4550 3.2213 2.2048 -0.5361 0.8272

DH2-2 2.5959 2.1801 2.0930 -0.5763 0.9894

KS07 3.0438 2.9410 1.8854 -0.5458 1.0453

KS06 3.7940 3.5961 1.5209 -0.8650 1.1381

KS05 1.4562 1.3312 1.7539 -0.3852 0.9567

KS04 2.1606 2.0752 1.7775 -0.4402 1.0912

KS03 2.0655 1.9227 1.5466 -0.5415 1.0427

KS02 1.9965 1.9242 1.3479 -0.5331 1.0671

KS01 4.1834 4.0879 1.9741 -0.7003 1.1156

는 않은 수준이다(t = −0.270, df =6.29, sig. =0.794).

KS05에서는 평균 입경이 증가하여 중립사가 주를 이 루며 다른 층과 통계적으로는 식별이 어렵다(t =2.363, df =7.212, sig. =0.049). 보다 상부의 KS06은 입경이 급격히 감소하여 극세립사가 나타나며 분급이 좋아지 는 양상이 나타나고 있다. 그러나 이들은 인근의 해 빈에서 확인된 분급 값인 0.26-1.6에 비하여 분급이 전반적으로 불량한 것으로 볼 수 있다(So et al., 2012a; Fig. 6). 한편 왜도 값이 음의 방향으로 크게 증가하는 양상을 보여주고 있다(Fig. 7). 통계적으로 KS06은 평균 입경(t = −9.568, df =4.078, sig. =0.000) 과 분급(t =3.001, df =4.213, sig. =0.000)에서 하부의 물질과 차이를 지니는 집단으로 볼 수 있다. 최상부 의 KS07에서는 입경이 증가하면서 분급이 다시 극히 불량해지는 양상을 보여주고 있다. 그러나 입경 증가 는 통계적인 차이를 보이기 어려우며(t =2.17, df = 4.039, sig. =0.062), 분급의 불량화는 명확하다고 볼 수 있다(t = −4.836, df =4.226, sig. =0.001). 이러한 입 도 특성을 기반으로 이 퇴적층을 분류해 보면 가장 하부의 KS01과 중간의 KS02, KS03, KS04, KS05 그리고 상부의 KS06과 KS07로 나눠 볼 수 있을 것 으로 보인다. 중간의 KS02, KS03, KS04, KS05 가 운데 특히 KS02, KS03, KS04 부분은 입경 측면에 서 상당히 동질적인 집단으로(sig. =0.869) 보이나 분 급은 상당한 차이가 나타나고 있다. 이를 종합한다면 KS 지점의 경우 세립질의 실트 층위로 분급이 상당 히 불량한 중립사와 세립사의 퇴적이 일어났으며 그 상부에 다시 세립질의 퇴적물질이 공급된 것으로 판 단된다. 다만, 이들은 모두 통상적인 해빈에서 관찰 되는 수준의 분급은 나타나지 않는 것으로 볼 수 있 다. 퇴적층에서 급격한 입경의 변화는 퇴적 환경 에

너지의 변화를 지시하는 것으로 알려져 있으며, 입경 증가는 큰 에너지 환경을 의미한다(Yeom et al, 2002). 연구 대상 지역에서의 이러한 에너지의 급변 이 발생한 원인 등에 대해서는 이후 논의될 것이다.

IV. 시료의 화학적 특성

본 연구에서는 각 시료의 화학조성 차이를 XRF를 이용하여 분석하였다. 분석 결과는 산화물들의 비율 을 표현하여 시료 내의 중량비(wt%)로 표현된다(Sak et al., 2004). 또한 화학적 풍화의 정도는 구성 광물 들 간의 조성비의 변화를 통하여 보여 주는 것이 일 반적이며, 다양한 풍화의 지표들이 제시되어 왔으며 그 경우에는 화학조성의 중량 비를 원자의 구성비로 정리한 몰비(mol ratio)를 활용하게 된다(Gupta and Rao, 2001). 현장에서 시료를 채취한 뒤 충북대학교 공동실험실습관이 보유한 WD-XRF 방식 장비인 Rigaku사의 ZSX Primus-Ⅱ를 이용하여 분석하였다.

각 원소의 검출은 중광물의 경우 Scintillation counter (SC) 방식을, 경광물의 경우 Flow proportional counter (F-PC) 방식을 이용하였다. 풍화와 관련되어 분석이 이뤄지는 주원소는 SiO2, Fe2O3, Al2O3, K2O, MgO, CaO, Na₂O 등 7가지 원소와 소량 원소인 MnO, P2O5, redox 민감 광물인 V, Cr, As, Sb, U 그리고 희토류인 La, Ce, Sm, Eu, Tb, Yb가 있다(van Weijden and van Weijden, 1995).

DH 시료들은 상부에서 하부로 가면서 화학적 조성 에 있어서 체계적인 변화의 경향성을 보여 주는데 비하여 KS 시료들은 체계성이 나타나지 않다. 예를 들어 SiO2의 경우 DH 시료들에 있어서는 상부 (DH01)에서 하부(DH04)로 가면서 전반적으로 증가

Fig. 7. Sorting (φ ) and skewness of KS and DH samples.

Fig. 6. Mean particle diameter (φ ) and skewness of KS and

DH samples.

하는 경향성이 나타난다. Fe2O₃의 경우 이러한 경향 이 명확하지 않으나 Al2O3의 경우 상부에서 하부로 가면서 함량이 감소하는 경향이 나타난다. CaO의 경 우 하부에서 가장 높은 값이 나타난다. 이러한 함량 변화 특성은 화학적 풍화의 진행에 따른 물질의 화 학조성비의 변화 경향성과 일치하는 것으로 볼 수 있다. 특히 외부로부터의 영향으로 인한 풍화의 중단 이나 새로운 물질의 유입이 존재하지 않는다면 이러 한 안정적인 변화 경향성이 나타날 것으로 보인다.

이에 비하여 KS 지점에서는 상부(KS07)에서 하부 (KS01)로 가면서 일관적인 경향이 나타나지 않는다.

SiO₂의 경우 최하부가 최상부에 비하여 높은 비중을 보이기는 하나 증가와 감소의 경향이 나타난다. 이는 다른 원소들에서도 동일한 경향이 나타난다. 이는 연 구 대상 층 내에서 새로운 물질의 유입 또는 물질 층의 교란에 의한 것으로 보인다.

한편 두 지점의 시료들은 화학조성비에 있어서도 차이를 보인다. 특히 MgO성분이 두 지점 사이에서 큰 차이를 보인다. 인근의 해안 구릉인 가막도 지역 의 기반암 시료에 대한 분석 결과에 의하면 이 지역 기반암에서는 K2O의 비율이 다른 성분에 비하여 높 고(4.37-6.85wt%), 풍화 산물이 제거된 부분에서는 Na2O의 비율(3.28-3.46wt%)이 높은 것으로 나타나고 있다. 두 지점 모두 가막도의 암석 구릉과는 다른 조 성을 보여 준다. 특히 KS 지점의 경우 이 지역 암체 들에서 나타나는 MgO의 비율(0.20-0.77wt%)에 비하 여 상당히 높은 값이 나타나고 조성도 상당한 차이 가 있다(Kim at al., 2014).

한편 이를 이온별로 살펴본 결과 역시 DH와 KS 시료들은 서로 다른 집단임이 명확히 드러난다(Fig.

8). DH 시료들은 하부로 가면서 Si의 증가 경향에 따라서 Al의 비율이 함께 감소하는 경향이 나타난다.

KS 시료들의 경우 유사한 경향성이 나타나는 것으로 보이기도 하나 각 지점별 값을 대비한다면 일정한 경향성은 있으나 층서를 따라 일정한 패턴의 변화를 보이지는 않는다. 이는 시료가 채취된 지점이 상당이 심한 교란 또는 물질의 유입을 겪은 것으로 판단할 수 있는 증거로 판단된다.

Ca의 경우(Fig. 9B)는 Al(Fig. 9A)과 달리 DH 시 료들에서 규소의 변화 경향성과는 다른 변화 경향성 이 보이지 않는다. KS 시료들의 경우 2개의 경향성 이 나타나고 있다. KS02, KS03, KS04가 규소의 증 가에 따른 칼슘의 감소 양상을 보여 주는데 비하여 KS05, KS06은 경향성은 동일하지만 시료 간에 위치 가 역전되는 결과가 나타나며, 최상부인 KS07 시료 는 KS03과 KS04 사이에 위치하게 된다. 최하부인 KS01은 전혀 다른 맥락을 보여 주고 있다. 이들을

Table 2. Chemical composition of samples of DH and KS (wt%)

SiO

K

O Fe

O

Al

O

MgO CaO Na

O MnO P

O

CIA*

DH01 52.9 4.65 4.42 28.30 0.61 0.05 0.37 0.01 0.07 83.18

DH02 55.9 4.89 3.00 26.60 0.60 0.04 0.40 0.01 0.04 81.50

DH03 59.1 4.38 3.35 23.50 0.69 0.06 0.31 0.01 0.05 81.40

DH04 63.7 2.51 3.52 17.00 0.85 0.21 0.40 0.03 0.04 81.92

KS07 52.7 3.37 6.10 23.80 1.67 0.20 0.42 0.05 0.08 83.51

KS06 49.8 3.09 6.79 25.20 1.88 0.28 0.54 0.05 0.07 84.17

KS05 52.7 4.11 5.75 23.50 1.87 0.19 0.44 0.05 0.08 81.00

KS04 53.9 4.05 5.87 23.20 1.93 0.18 0.40 0.04 0.07 81.25

KS03 52.7 3.38 5.87 24.50 1.72 0.22 0.39 0.04 0.07 83.88

KS02 51.6 3.38 6.44 24.60 2.04 0.29 0.45 0.05 0.07 83.31

KS01 54.9 3.60 5.05 21.70 1.82 0.27 0.54 0.05 0.07 80.44

*CIA=[Al

O

/(Al

O

+Na

O+CaO**+K

O)]×100

**CaO of silicate rocks.

Fig. 8. Major chemical composition of samples from KS

and DH site (mol %).

종합한다면 물질의 조성비 변화상 DH 시료는 단일 한 시료 집단으로 판단이 가능한데 비하여 KS 시료 는 최소 2개 이상의 이질적인 집단으로 구성되어 있 으며 물질층이 서로 뒤섞이는 교란 작용이 나타난 것으로 볼 수 있다. 화학조성상의 이러한 변화는 퇴 적암이 제자리에서 풍화되는 경우 등에서는 발생 가 능한 일이나, 연구 지역의 암석이 화성암 계열의 암 석으로 그러한 변화가 있을 가능성이 매우 적다는 점을 감안한다면 다른 화학조성을 지닌 물질의 외부 유입이나 자체 교란의 가능성이 큰 것으로 보인다.

내부 교란의 경우 식물 뿌리의 영향 등으로 일부 교 란의 발생 가능성이 있으나, 현장 조사 결과 그러한 흔적은 발견되지 않았다.

한편 DH 시료들은 전반적으로 낮은 대자율 값을 보여 주고 있다(Table 3). 풍성 퇴적층에 대한 연구에 서는 풍화의 영향을 강하게 받은 토양층과 풍성 퇴 적층과의 변별을 위하여 대자율을 이용하기도 한다.

본 연구 지역의 낮은 대자율 값은 물론 풍화 진행의 정도와 관련되어 질 수 있으나 전반적으로 낮은 철 분 함량 비율과 관련이 깊다. KS 시료들의 대자율은 화학 분석에서 나타난 것과 같이 복잡한 경향을 보 여 주고 있다. KS02, KS03, KS04는 하부에서 상부 로 가면서 대자율이 감소하는 경향성을 보이는데 비 하여 KS05와 KS06은 변화 경향이 역전되며 최상부 의 KS07은 KS02, KS03, KS04와 유사한 성격을 지 니는 것으로 보인다.

한편 화학적 풍화의 진행 정도를 A-CN-K 삼각도 (Fig. 10)과 A-CNK-FM 삼각도(Fig. 11)를 작성하여 특성을 파악하였다. A-CN-K 삼각도는 A(Al2O₃), CN(Na₂O+CaO), K(K₂O) 간의 상대적인 비율을 표현 하는 것으로 풍화의 진행에 따른 조성 변화를 도시

하는데 활용되며 A-CNK-FM 삼각도는 금속 성분인 Fe₂O₃와 MgO의 비율의 변동을 표현하여 풍화에 따 른 적색화 정도를 분석하는데 활용된다(Kim et al., 2012).

A-CN-K 삼각도에 도시한 결과(Fig. 10) KS와 DH 시료 모두 화학적 풍화가 진행된 물질로 나타나고 있으며, 이전에 알려진 인근 지역(줄포)의 화강암 풍 화대와 상당히 유사한 분포 특성을 보이는 것으로 나타났다(Kim et al., 2012). DH 시료들의 경우 DH01, DH02, DH03번 시료가 A-K 선과 평행한 분 포를 보이고 있으며 하부로 가면서 K2O의 상대적인 비율이 증가하는 경향을 보여 준다. CaO+Na2O의 경 우 큰 변화가 없다. 이들은 CIA 50 이상의 값을 지 니는 위치에 표현되므로 화학적 풍화를 받은 것으로 볼 수 있으며, 주로 K의 상실이 이뤄지는 양상임을 보여 주고 있다. KS 시료들의 경우 DH 시료보다는 CaO+Na2O의 비율이 높은 것으로 나타나고 있으나 차이는 크지 않은 것으로 보인다. 또한 KS 시료들

Fig. 9. Change of Al (A) and Ca (B) of DH and KS samples (mol ratio %)

Table 3. Magnetic susceptibility (MS) of DH and KS sam- ples

MS (10

SI) Fe

O

(mol %) Fe (mol %)

DH01 56.57 1.9118 0.9386

DH02 40.48 1.2771 0.6432

DH03 63.62 1.4047 0.7464

DH04 61.14 1.4077 0.8390

KS07 70.24 2.5566 1.3397

KS06 83.95 2.8717 1.4885

KS05 68.00 2.3918 1.2593

KS04 61.71 2.4651 1.2859

KS03 74.00 2.4699 1.2749

KS02 77.81 2.7174 1.3794

KS01 130.86 2.0858 1.1313

사이에서도 물질 조성의 차이가 나타나고 있다.

A-CNK-FM 삼각도에서는 KS와 DH의 차이가 더 명확히 나타나고 있다. KS 시료들은 DH 시료들에 비하여 Al2O3의 상대적인 함량비가 높고, Fe2O3와 MgO의 비율은 유사하며, CaO, Na2O, K₂O의 비율이 낮은 편이다. 만일 두 집단이 모두 동일한 풍화 산물 집단이라면 KS 집단이 풍화의 진전이 더 많이 진행 된 집단이라고 볼 수도 있는 대목이다(Kim et al., 2012). 그러나 시료의 위치(심도)에 따른 체계적인 변 화의 양상은 보이지 않고 있어 퇴적층의 교란 또는 다른 물질의 유입 가능성을 제기하게 된다.

한편 KS와 DH, DH2 부분의 특성을 파악하기 위 해서 추가적으로 XRD 분석을 실시하였다. 분석 결 과 DH 시료들은 석영의 피크가 가장 크게 나타나고

풍화 기원의 점토 광물들인 일라이트와 카올리나이트 는 물론 화학적 풍화로 형성되는 산물로 알려진 석 고류의 존재가 일부 확인되고 있다. 이러한 분석 결 과는 DH 시료들이 제자리 풍화 층으로서의 성격을 보여주고 있는 것으로 볼 수 있다. 또한 상부에서 하 부로 가면서 점토 광물의 피크가 감소하는 형상은 이들이 교란을 거의 받지 않은 상태로 노출된 지형 임을 강하게 시사하는 것으로 볼 수 있다. 주변 지역 의 대조 시료인 DH2의 XRD 분석 결과에서 역시 약한 점토 광물의 피크가 나타나고는 있으나 표면의 경우 장석의 피크가 크게 나타나는데 비하여 하부로 가면서는 약해지는 특성을 보여 주고 있다. 이에 비 하여 KS 시료들의 경우 점토 광물의 피크가 매우 약 하게 나타났으며 주로 석영의 피크가 나타나는 특징

Fig. 10. A-CN-K ternary diagrams of KS and DH samples (based on mol%).

Fig. 11. A-CNK-FM ternary diagrams of KS and DH samples (base on mol%).

V. 매몰 연대의 추정

퇴적층에 대한 수리적 연대 측정의 기법으로 가장 널리 이용 되는 것은 광여기루미네센스(OSL) 분석법 이다. 퇴적 물질이 태양 빛으로부터 차단되면서 발생 하는 광자의 결정 결함 내에의 포획 현상을 이용하 는 이 기법은 특정 퇴적 물질의 매몰 시기 측정에 널리 이용되어 왔다(Aitken, 1998). 본 연구에서는 KS 지점에서 2개의 시료를 채취하여(Fig. 5) 한국기 초과학연구원에서 분석을 실시하였다. 한편 KS 부분 의 퇴적층에 대한 매몰 연대와 관련된 측정 결과는 Table 4에 나타나 있다.

KS 노두 내의 상하부 두 지점(KS01, KS04)의 매 몰 연대는 Table 4에 나타난 바와 같이 각각 0.71 ka 와 0.65 ka로 나타났으며 오차 범위는 상대오차 10%

이내로서 매우 좁은 것으로 나타났다. 즉, 이 시료들 의 매몰 시기 추정 범위는 상당히 신뢰할만한 수준 인 것으로 볼 수 있다. 해당 퇴적층의 퇴적 시기는 모두 1,000년 이내의 시기로 상당히 가까운 과거인 고려말-조선 초기로 추정된다. 인근의 명사십리 지역 에서 이뤄진 해발고도 10 m 내외의 사구에서의 연대 추정의 결과와 KS 지점에서의 연대 측정 결과를 비 교해 볼 수 있다(Choi, 2009). 명사십리 지역의 경우 100 cm 수직 간격으로 채취된 시료들의 매몰 연대가 최하부인 지표하 600 cm에서 0.24±0.03 ka, 500 cm에 서 0.21±0.03 ka, 400 cm에서 0.24±0.01 ka, 300 cm에 서 0.21±0.01 ka, 200 cm에서 0.18±0.01 ka, 지표에 가장 가까운 100 cm에서 0.12±0.01 ka로 나타났다.

KS 지점의 연대는 이들에 비하면 상당히 오래된 것 이지만, 지형적인 환경에서는 상당한 차이에 대한 고 려가 필요하다. 명사십리 지역의 경우 평야지를 배경 으로 하여 6 m 이상의 풍성 퇴적층이 피복된 지역이 며, KS 지점은 구릉지의 말단부 기반암 위로 3 m 이

으로 KS 지점에 비하여 명사십리 지점이 상당히 양 호한 것으로 나타나고 있다. 이들로 미루어 본다면 명사십리 사구의 경우 현생 해빈과 유사성이 있는데 비하여 KS 부분은 사구와는 물론 현생 해빈과도 성 격이 상당히 다른 것으로 판단할 수 있다. 종합하여 본다면 KS 지점에 형성된 퇴적층은 상시적으로 조류 나 파랑의 영향을 받아 형성된 퇴적층은 아니며, 약 700여년 전에 상당히 큰 에너지가 있는 퇴적 사건에 의해서 퇴적된 것으로 판단할 수 있다. 또한 해당 퇴 적층의 성격은 인근 지역에서 발견되는 사구와도 상 당한 차이를 보이고 있는 것으로 볼 수 있다. 이 퇴 적층의 성격에 대해서는 추가적인 조사가 필요한 것 으로 판단된다.

V. 토 론

고창 해안의 퇴적 물질의 입도 특성에 대한 분석 은 동호 해변, 광승리 해변, 명사십리 해변의 3개 구 간으로 나눠져 진행된 바 있다. 가장 북부인 동호리 해변의 경우 주로 모래와 자갈로 구성되어 있다 (Choi, 2013). 동호 해변의 퇴적물은 주로 모래로 구 성되어 있으며, 퇴적물의 평균 입도는 계절에 따라 변화가 나타나고 있다. 봄의 경우 평균 입도는 2.3Φ , 여름의 경우 1.6Φ 이며, 가을의 경우 2.2Φ 이며, 겨 울은 1.9Φ 로 알려져 있다(So et al., 2010). 연구 지 역의 전면에 해당하는 광승리 일대의 경우 역시 대 부분 모래 퇴적물이며 봄에는 평균 입도는 2.1Φ 이 며, 여름의 평균 입도는 1.9Φ , 가을 평균 입도는 2.0Φ , 겨울의 평균 입도는 1.9Φ 로 알려져 있다(So et al., 2012a). 연구 지역보다 남측인 명사십리 해빈 의 경우 겨울철의 평균 입경이 1.8Φ , 여름철에는 2.4Φ , 봄철에는 2.1Φ , 겨울철에는 2.0Φ 로 알려져 있다(So et al., 2012b). 이 값들은 연구 지역인 광승 리의 해안 단구 부분과 해안 부분과는 차이를 보이

고 있다. 광승리 단구의 KS02-KS04의 경우 평균 입 경이 1.99-2.16Φ 정도로 기존 연구에서 알려진 해빈 의 입도와 비슷한 양상을 보이는데 비하여 KS의 기 저를 이루는 KS01은 이보다 훨씬 세립질로 나타나고 있으며, KS06과 KS07 역시 세립질로 나타나고 있다.

해변 인근 배후지로 볼 수 있는 DH 역시 해빈에 비 하여 세립 입자들이 출현하는 것으로 볼 수 있다. 입 경만으로 본다면 KS02-KS04의 구간이 현재의 해빈 과 유사한 환경 하에서 즉, 해수의 영향을 받은 것으 로 볼 수 도 있을 것으로 보이나 입경만으로 이를 단언하기는 어려움이 있는 것으로 보인다. 다른 지표 로 생각해 볼 수 있는 것이 분급과 같은 다른 퇴적 상의 지표들이다. 퇴적물이 집적된 해안의 퇴적체에 서 분급은 퇴적물 이동 근원지로부터 거리와 이동을 유발하는 외부 에너지의 강도 및 형태, 퇴적물의 물 리·화학적 성질과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려 져 있다. 특히 조립질이나 중립질 모래가 중심이 되 는 퇴적 지형에 있어서는 퇴적물 이동의 기원지로부 터 멀어지고, 이동시키는 에너지의 강도가 일정 수준 까지 커지면서 분급이 양호한 결과가 나타나는 것으 로 알려져 있다. 물론 이러한 통계적 분석만으로 특 정 퇴적 환경을 유추하는 것에는 상당한 한계가 있 다(Chough et al., 1995).

선행 연구에 의하면 퇴적물 입자의 분급은 북측의 동호 해수욕장은 봄 0.23-1.57, 여름 0.37-1.35, 가을 0.22-1.60, 겨울 0.36-1.40로 나타났으며, 연구 지역 전면의 해빈의 경우 분급은 봄에 0.41-1.25, 여름에 0.36-1.33, 가을에 0.37-1.6, 겨울에 0.26-1.2 범위로 나타난다. 명사십리 해변은 봄은 0.42-1.23, 여름은 0.34-1.27, 가을은 0.26-2.17, 겨울은 0.38-1.22로 나타 났다. 이 분급 값들은 일부의 경우를 제외하고는 연 구가 이뤄진 KS 지점의 분급 값(1.34-1.88)보다 작은 것으로 나타났다. 광승 주변 해빈 퇴적층의 분급을 지속적으로 조류와 파랑의 영향을 받는 부분의 지역 적인 평균 값으로 본다면 KS에서 나타난 분급 값은 통상적인 수준의 조수나 파랑의 에너지에 비하여 큰 에너지를 지니는 퇴적물 운반 환경에 의하여 물질이 공급된 뒤 추가적인 세립 물질의 제거 등으로 인한 물질의 등질화가 이뤄지지 못한 것에 기인한 것으로 보인다(Leeder, 1999). 한편 해수면의 수준이 일정한 상태에서 파랑의 영향을 강하게 받는 경우 물질의 분산과 이동이 활발하게 발생하는데 비하여, 규칙적 으로 해수면을 변화시키는 조석 환경에서는 쇄파대가

해수면 수준에 따라 이동함에 따라 파랑 에너지가 상대적으로 분산되어 퇴적물의 이동 변화율이 감소하 는 경향이 나타나는 것으로 알려져 있다(Davis and Hayes, 1984). 이전의 연구에서 나타난 광승 해안의 계절별 입도의 변화와 입자 분포 특성의 변화는 계 절별 파랑과 조석의 상대적인 차이에 따른 변화로 해석되었다. 그러나 이러한 연구를 직접 KS 지점의 결과에 적용하기에는 곤란한 것으로 보인다. KS 지 점의 경우 해발고도는 약 10-15 m로 해당 층이 형성 된 시기(0.7 ka)에 조석이나 파랑의 영향대에 있었다 고 보기는 어렵다. 따라서 직접적인 파랑의 영향으로 해석하는 것은 무리가 있다. 다만 이 층의 형성이 현 재의 조석이나 파랑보다 상당한 고에너지 환경에서 이루어진 것은 분명한 것으로 보인다.

한편 KS 지점의 입지와 퇴적층의 성격에 대해서는 서해안의 해안 단구 문제와 결부하여 논의할 필요가 있다. 서해안 지역의 단구 표면의 퇴적층에 대한 연 구는 극히 제한적으로 이뤄져 왔다. 1980년대 이전의 연구 가운데 상당수는 서해안을 침수 해안의 성격이 강한 것으로 보고 융기에 의한 단구의 존재를 부인 하였다(Kwon, 1975). 다만, 해수면 변동에 따른 고위 단구 퇴적층의 존재는 안면도 일대에서 확인된바 있 다(Kwon, 1981). 한편 Oh (1980)는 서해안 지역에 두 조의 단구가 발달하고 있으며 하위 단구를 격포 단구, 상위 단구를 몽산포 단구로 명명하였다. 격포 단구는 10-20 m, 몽산포 단구 20-30 m에 분포하고 있으며 이를 근거로 서해안 지역 역시 장기적으로 융기하고 있음을 주장하였다. Choi (2006)는 영산강 하구와 인근 도서에 대한 연구에서 현 하상 및 해수 면 대비 18 m의 1면과 10 m 내외의 2면 등 2단의 해면 변동성 단구를 확인하였으며 각각의 형성 시기 를 최후 간빙기의 최 온난기 MIS 5c와 MIS 5a시기 에 형성된 것으로 보았다. 또한 서해안 지역의 융기 율을 0.1 m/ka로 간주하였다. 또한 충남 서해안의 웅 천천, 대천천, 봉당천 유역 등에는 현 하상 비고 25- 35 m의 하안 단구가 나타나고 있으며 이들은 서해안 의 융기를 주장하는 한 근거가 되고 있다(Ministry of Science and Technology, 1995). 웅천천 하구에서 역시 해안에서 해면 변동성 해안 단구가 발견되어 보고된 바 있다(Choi, 1998). 이들에 대해서는 체계 적인 조사가 이뤄지지는 않았으나 서해안에 발달해 있는 해안 단구는 서해안 지역에도 시기를 알 수 없 는 지반 융기 현상이 있었음을 지시하고 있다

형성된 퇴적층으로 볼 수 있을 것으로 보인다. 기존 의 융기율을 적용할 경우 퇴적 당시의 현 퇴적지의 해발고도는 현재 보다 최대 0.1 m 낮은 수준으로 해 수의 직접적인 영향을 상시적으로 받는 환경은 아니 었을 것으로 보인다. 따라서 KS 지점의 하부를 구성 하는 세립 물질층 역시 퇴적층의 현 위치에서 해수 의 지속적인 영향을 받아 형성된 것은 아닌 것으로 판단된다. 조립 퇴적층 역시 일시적으로 강해진 에너 지에 의하여 형성된 것으로 볼 수 있을 것으로 보인 다. 다만, 해당 사건의 원인이 무엇인지에 대해서는 추가적인 연구가 뒤따라야 할 것으로 보이지만 서해 지역의 지반이 지진에 의한 범람 가능성이 크지 않 다는 점을 감안한다면 태풍이나 다른 기상적 요인에 의한 연안의 범람 사건에 의한 것이라는 것은 현 단 계로서는 상당히 가능성이 큰 것으로 보인다. 향후 추가적인 연구가 진행될 것이지만, 현재까지의 연구 결과로는 신생대의 해면 변동성 단구로 보이는 자갈 퇴적층이 형성된 뒤 강한 에너지를 지니는 해수의 범람으로 인하여 세립의 퇴적층이 이를 피복한 것으 로 볼 수 있다.

VI. 결 론

고창군 광승면의 해식애 구성 물질과 구릉 말단부 단구에 집적된 물질에 대한 화학적 분석과 대자율 조사를 실시하였다. 광승리의 해안 지점(해식애)의 시 료(DH)들은 주로 제자리에서 풍화된 물질이 집적되 어 있는 것으로 판단되는데 비하여, 해발고도 10- 15 m 지점에서 채취된 시료(KS)들의 경우 제자리 풍 화층이 아닌 외부 유입 물질층으로 판단되었다. 또한 KS 지점의 시료들은 유입된 후 또는 유입 도중 심한 층위의 교란을 받은 것으로 추정되었다. 다만 이 교 란은 전반적인 물질의 혼합이 아닌 층위의 변화가 중심이 된 것으로 보이며 이 과정에서 일부 층의 역

차이가 있는 것으로 보이며, 좁은 지역 내에서도 국 지적인 환경 차이로 인한 상이한 지형의 발달이 이 뤄진 것으로 볼 수 있다.

KS 지점의 시료들은 해안 단구면을 피복하는 퇴적 층으로 보이며 OSL을 이용한 연대 추정 결과 각각 0.71 ka와 0.65 ka로 나타났다. 연구 지역은 단구상의 지형을 보이는 곳으로 서해안 일대에서 고(古)해수면 시기와 관련된 것으로 보이는 플라이스토세의 퇴적층 에 대한 보고들이 있어 왔으나, 해당 시기에 해발고 도 10 m 이상 지점에서 발견된 비(非) 풍성 퇴적층에 대한 d연구는 제한적이다. 해당 퇴적층의 형성 기재 에 대한 추가적인 연구와 각 층의 성격에 대한 구체 적인 분석이 이뤄져야 할 것이지만, 연구 지역이 상 대적으로 지반이 안정된 지역으로 지진 해일의 발생 가능성이 낮다는 점을 감안한다면 폭풍에 의한 연안 범람성 퇴적층일 가능성이 큰 것으로 판단된다.

사 사

이 논문은 해양수산부/한국해양과학기술진흥원의 연구과제(PJT200538)인 “서·남해 연안환경의 과거 극한기후 추적과 예측 연구”의 일환으로 수행된 연구 입니다. 부족한 초고의 개선에 큰 도움을 주신 최정 헌 박사님과 익명의 심사자분께 감사의 말씀을 드립 니다.

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Manuscript received: May 12, 2015

Revised manuscript received: June 12, 2015

Manuscript accepted: June 22, 2015