서해 경기만 조석사주 퇴적층의 제4기 후기 층서 및 퇴적환경
최재용1·권이균1,*·정공수2
1한국지질자원연구원 석유해저연구본부, 305-350, 대전광역시 유성구 과학로 124
2충남대학교 지질환경과학과, 305-764, 대전광역시 유성구 대학로 79
Late Quaternary Stratigraphy and Depositional Environment of Tidal Sand Ridge Deposits in Gyeonggi Bay, West Coast of Korea
Jae-Yong Choi1, Yi Kyun Kwon1,* and Gong Soo Chung2
1Petroleum and Marine Research Division, Korea Institute of Geoscience &
Mineral Resources (KIGAM), Daejeon 305-350, Korea
2Department of Geology, Chungnam National University, Daejeon 305-764, Korea
Abstract: Analysis on high-resolution seismic and core data reveals that the sedimentary strata in Gyeonggi Bay consists of four sedimentary units (Unit I- Ⅳ, from top to bottom) formed during the late Quaternary period. Unit I is interpreted as sediments of tidal flat and channel-fill deposits, formed during the Holocene transgression. Unit II is divided into shallow-marine facies unit in offshore area and channelized fluvial to estuarine facies unit in nearshore sand ridge and tidal flat. Unit III is considered as tidal flat deposits with the uppermost severely weathered and oxydized layers. This unit is composed of shallow marine sedimentary successions formed during the MIS-5 highstand. The lowermost Unit IV rests on Mesozoic basement rocks, considered as the shallow marine and shelf deposits formed before the MIS-5 lowstand.
Keywards: west coast of Korea, sand ridge, late Quaternary, stratigraphy, Gyeonggi Bay
요 약: 서해 경기만 조석사주에서 획득한 고해상도 탄성파 탐사자료와 해상시추코어 분석에 의하면 연구지역의 제 4기 후기에 형성된 퇴적층은 총 4개의 퇴적단위(상부층부터 Unit I에서 Unit IV)로 구성된다. 퇴적단위 I은 조간대 및 조수 로-충진 퇴적체로서, 홀로세 고해수면 시기동안 퇴적된 것으로 해석된다. 퇴적단위 II는 천해 퇴적상이 나타나는 외해역 과 하천과 연계된 하성 퇴적상이 나타나는 조간대에서 조석사주 근접부로 나누어진다. 퇴적단위 III은 조석작용에 의한 조간대 퇴적환경 및 상부의 풍화된 퇴적층으로 각각 구분되며, 퇴적층은 산소동위원소 시기5동안 퇴적된 것으로 판단된 다. 퇴적단위 IV는 조석사주 퇴적층의 최하부층으로 중생대 기반암 또는 산소동위원소 시기 5 이전에 퇴적된 층으로 해석된다.
주요어: 서해, 조석사주, 제4기 후기, 층서, 경기만
서 론
한반도와 중국 대륙 사이에 위치하는 한국 서해연 안은 다수의 만(bay)과 섬으로 이루어져 있으며, 후 기 제 4기 동안 급격한 기후변화와 해수면 변동에 의해 다양하고 복잡한 퇴적환경이 나타난다(박용안
외, 1999; 임동일 외, 2007; Jin and Chough, 1998;
Chun et al., 2000; Li et al., 2000). 서해는 평균 수 심 약 60 m의 반폐쇄형 연해로 주변 대륙의 강과 하천을 통해 많은 양의 세립 퇴적물이 유입된다. 특 히 서해 경기만은 세계적인 대조차 환경으로 한반도 의 한강, 금강, 영산강등으로부터 다량의 퇴적물 공 급과 함께 강한 조류의 영향으로 거대한 조석사주 (tidal sand ridge)를 형성하고 있다(박용안 외, 1999;
임동일 외, 2007).
지난 30여 년간 본 연구지역에서는 탄성파 탐사
*Corresponding author: [email protected]
*Tel: 82-42-868-3394
*Fax: 82-42-868-3417
자료와 퇴적물 코어 시료를 이용한 퇴적층의 층서 및 퇴적환경에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 최대 약 20 m 두께에 달하는 현세(Holocene) 퇴적층이 선 현세(pre-Holocene) 퇴적층을 부정합으로 덮고 있는 것으로 알려졌다(김여상과 박수철, 1992; Jin and Chough, 1998; Park et al., 1998; Choi, 2001; Lim, 2001). 이러한 부정합면의 존재는 황갈색의 퇴적물, 고화된 점토층, 풍화에 강한 원소의 집적, 함수율 감 소, 대자율 증가 등의 여러 분석결과에서 나타났다 (Choi, 2001; Lim et al., 2003). 이러한 부정합면을 경계로 상위의 현세 퇴적층에 대한 연구는 여러 차 례 보고되어왔으나 하위의 선현세 퇴적층은 층서적으 로 중요함에도 불구하고, 수 m 미만의 짧은 코어 시 료를 이용한 연구가 대부분이며 현재까지 보고된 결 과도 매우 미흡한 실정이다(Jin and Chough, 1998;
Chun et al., 2000; Choi, 2001; Lim et al., 2003).
또한 이전 연구결과에 따르면 서해 경기만 조간대에 서 측정된 선현세 퇴적층의 14C 연대측정결과는 마지 막 소간빙기(산소동위원소 시기 3)에 해당하는 값을 제시하고 있으나, 층서적 위치와 전지구적 해수면 곡 선은 마지막 간빙하기(산소동위원소 시기 5) 이전에 형성된 것으로 알려졌다(Choi, 2001; Lim and Park, 2003).
이와 같이 기존의 서해 후기 플라이스토세 퇴적층 에 대한 연구는 해수면 변동에 따른 퇴적층의 층서 적 위치와 연대측정결과의 대비에 대한 의문점이 제 기되고 있으며, 연구 또한 많이 부족한 실정이다. 따 라서 본 연구에서는 경기만에서 취득된 고해상도의 탄성파 탐사 자료와 해상시추 코어를 비교분석하여 경기만 조석사주 퇴적층의 층서를 규명하고, 해수면 변화에 따른 퇴적환경의 변화양상을 고찰하고자 한다.
연구지역
서해는 한국과 중국에 의해 둘러싸인 연해로서, 제 주도와 중국의 양쯔강 어귀를 잇는 선을 따라 동중 국해와 경계를 이룬다(Fig. 1A; Alexander et al, 1991; Chough et al., 2000; Berné et al., 2002;
Chough et al., 2004). 서해는 평균 수심이 약 55 m, 최대 수심이 100 m 내외의 분포를 보이며, 크고 작 은 섬과 넓은 조간대로 이루어져 있다(Chough et al., 2000; Chough et al., 2004).
본 연구지역인 서해 경기만은 황해도 옹진반도와
충청남도 태안반도 사이에 위치하며, 내륙의 한강 및 임진강으로부터 유입된 다량의 퇴적물에 의해 거대한 조석사주가 발달해 있다(Fig. 1B). 대부분의 조석사퇴 는 조류의 방향과 평행한 북동 남서 방향으로 발달 하며, 남서방향으로 깊어지는 경향을 보인다. 연구지 역은 퇴적물의 분포 및 지형의 특성에 따라 조간대 (tidal flat), 조석사주의 근접부(proximal tidal sand ridge), 조석사주 말단부(distal tidal sand ridge), 외해 역(offshore)로 구분된다(Fig. 1C). 조석사주는 외해역 지역에서 주로 수 m 두께의 이질층으로 구성되며 내 륙에 근접할수록 세립의 사질 퇴적물이 우세하게 나 타난다.
연구지역의 조류는 반일주조형(semi-diurnal)으로 일조부등(daily inequality)이 나타나며, 조차는 해저지 형과 경사에 따라 다소 차이가 있으나 내륙으로 갈 수록 커지는 경향을 나타낸다. 또한 인천항 부근 조 류는 낙조류가 우세하게 나타나며, 이는 한강으로부 터 많은 양의 퇴적물이 경기만으로 공급되었음을 지 시한다(한국지질자원연구원, 2007). 연안의 표층수온 은 겨울에는 대기온도의 영향으로 천해에서는 4oC 이하, 외해역은 6oC로 외해역으로 갈수록 높아지는 것으로 나타난다(박영수 외, 1995).
재료 및 방법
본 연구에서는 한국지질자원연구원에 의해 취득된 스파커(sparker) 탄성파와 고해상도의 첩(chirp) 탄성 파 자료를 사용하였다. 스파커 탄성파 탐사는 연안에 서 쓰이는 다른 종류의 탄성파 시스템에 비하여 에 너지 및 투과 심도가 상대적으로 크기 때문에 조석 사주의 전체적인 층서구분에 이용되었다. 주파수 대 역은 0.3-1 kHz를 사용하였으며, 사용된 시스템은 100-2200 Joule의 범위를 갖고 있다. 첩 기술을 이용 하는 고해상도의 탄성파 탐사는 0.5-12 kHz의 주파수 대역을 가지며 분해력이 매우 양호하다. 따라서 세립 의 현생 퇴적물이 분포하는 조간대 해역의 정밀층서 및 얕은 해저 지층에 대한 연구에 용이하며, 본 연구 에서는 조석사퇴 퇴적층의 최상부에 해당하는 홀로세 시기 퇴적층의 특징적인 퇴적구조 및 천해 퇴적층의 층서 구분에 이용되었다.
탄성파탐사와 함께 2004년에서 2009년에 걸쳐 여 러 형태의 해상시추코어를 획득하였다(Table 1). 본 연구에서는 심부시추 코어(deep-drilled cores), 피스톤
코어(piston cores), 불연속 햄머 코어(discontinuous hammer-pressure cores)를 이용하였다. 2004년 경기만 외해역 및 조석사주 말단부 인근에서는 총 41개의 피스톤 코어가 회수되었으며, 이 중 연대측정이 수행 된 일부 코어(04DC-P08, 04DC-P11 및 04DC-P35)가 연구에 이용되었다(한국지질자원연구원, 2004). 심부 시추코어는 Jin(2001)에 의해 연구된 YSDP-107 코어
의 퇴적상 분석 및 연대측정 결과를 이용하였다. 또 한 장봉도 남서 해역에서 총 4점의 불연속 코어를 획득하였다(Fig. 2). 회수된 시추코어는 실내에서 횡 방향을 따라 반으로 절개한 후 Avaatech사의 XRF 코어 스캐너를 이용하여 퇴적물의 고해상도 이미지를 획득하였으며, 육안 관찰을 통한 퇴적상 분석 및 퇴 적구조를 기재하였다. 또한 퇴적층의 연대 및 층서를
Table 1. Localities and core length of the sediment cores in Gyeonggi Bay
Core type Core No. Latitude Longitude Water depth (m) Core length (m)
Discontinuous hanner- pressure core
GB-B01 37.4751 126.2890 -9.9 36.0
GB-B02 37.4756 126.2967 -14.6 17.0
GB-B03 37.4753 126.2914 -9.7 33.5
GB-B04 37.4938 126.3033 -2.5 30.1
Pistone core (KIGAM, 2004)
04DC-P08 37.0024 125.4962 -50.0 4.3
04DC-P11 36.5625 125.2299 -53.0 4.2
04DC-P35 37.7328 125.3078 -23.6 3.5
Deep drilled core (Jin, 2001) YSDP-107 37.1607 125.4984 -16.7 60.4
Fig. 1. Geological location of Gyeonggi Bay (modified from KIGAM, 2004). (A) Location and bathmetry map of Gyeonggi
Bay. (B) Map showing seismic profile (red line) and core site (yellow circle) in the study area. (C) Cross section of tidal sand
ridge (X-X').
확립하기 위하여 14C 연대측정과 OSL(Optically Stimulated Luminescence) 연대측정을 병행하였다 (Table 2와 3). 연대측정을 위한 시료는 탄성파 자료 에서 뚜렷한 반사면이 나타나는 지점 또는 층의 경
계로 추정되는 구간을 선정하여 채취되었다. 14C 연 대측정은 뉴질랜드 Institiute of Geological and Nuclear Sciences(IGNS)에서 수행되었으며, OSL 연 대측정은 한국기초과학지원연구원에서 실시하였다.
서해 조간대 퇴적층 기존 연구
우리나라 서해연안의 조간대 퇴적층은 후기 제4기 동안 2번의 해침 및 해퇴층서를 보이며, 심도 약 5- 15 m 구간에서 나타나는 산화대 층을 경계로 하여 2 개의 퇴적층서(pwUnit-I, II)로 구분된다(Fig. 3; Jin and Chough, 1998; Park et al., 1998; Lim and Park, 2003; Lim et al., 2003). pwUnit-I은 주로 녹회색 계 열의 실트질 및 이질 퇴적층이 우세하게 나타나며 지역적으로 사질 퇴적층을 포함한다. 입자 크기는 3- 8 ϕ의 분포를 보이며, 상향 조립화의 경향이 나타난 다(Lim and Park, 2003). pwUnit-I은 조석의 영향을 지배적으로 받은 퇴적층으로 연대측정 결과 홀로세 시기에 형성된 조간대 퇴적층으로 알려지고 있다 (Frey et al., 1989; Park et al., 1998; Choi, 2001;
Lim and Park, 2003; Lim et al., 2003).
기반암을 부정합으로 덮고 있는 pwUnit-II는 pwUnit-I 과 매우 유사한 퇴적형태를 보이며, Unit 안에서 다 시 세부분(상, 중, 하부)으로 구분된다. pwUnit-II의 상 부는 보통 지표 노출에 의한 풍화 및 침식을 받았던 산화대 퇴적층으로 구성된다. 이러한 퇴적층은 홀로 세 이전에 쌓인 퇴적물이 해수면의 하강에 의하여 지표가 노출됨에 따라 풍화 및 침식을 받은 것으로 알려지고 있다(Lim and Park, 2003; Lim et al., 2003; Choi, 2005). 기존 연구에서는 이 퇴적층에서
Fig. 2. Seismic track line and sampling sites (GB-B01 to
GB-B04) in southwestern part of Jangbong island.
Table 2. Summary of AMS
14C age dates in Korean tidal flat
Location Core No. Depth in core (m) AMS
14C age (yr BP)Gyeonggi Bay
GB-B04
0.5 536±25
7.2 2,443±25
19.3 44,700±1600
23.6 >47,000
BH-26 (Lim, 2001)
7.0 7,220
11.0 36,780±450
Haenam Bay
BH1 (Lim and Park, 2003)
1.5 1,362±48
10.5 7,250±100
17.0 8,524±69
BH2 (Lim and Park, 2003)
10.2 32,200±770
12.0 21,940±800
15.8 >44,500
36,870±450 yr BP(경기만, core BH-25) 32,220 yr BP, 21,940 yr BP(이상 해남만, core BH-2)의 14C 연 대측정 결과를 얻었으며(Table 2), 그 결과 pwUnit-II 의 상부에 위치한 산화대층은 위스콘신 빙하기 (Wisconsin glacial)동안 지표에 노출되었던 것을 지 시한다(Lim et al., 2003). pwUnit-II의 중부 퇴적층은 올리브 회색의 분급이 불량한 이질 및 사질 퇴적물 로 구성되며 4-8 ϕ의 입도 범위를 가진다. 이 퇴적층 은 pwUnit-I의 홀로세 조석 퇴적층과 매우 유사하게 나타난다. pwUnit-II의 하부층은 기반암을 부정합으로 덮고 있으며, 역질-사질퇴적층 및 고토양으로 구성된 다. 이 퇴적층은 하성 퇴적환경 및 저해수면 시기의
초기에 형성된 것으로 해석된다(Lim and Park, 2003). 이와 같이 pwUnit-II는 pwUnit-I과 같이 조석에 의해 형성된 퇴적층으로 알려지고 있다(Lim and Park, 2003; Lim et al., 2003).
Fig. 3은 서해 조간대층에서 획득한 시추코어의 퇴 적상과 연대측정 결과를 토대로 퇴적층서를 대비하였 으며, 본 연구에서 획득된 GB-B04 코어 또한 기존 연구결과와 잘 일치하는 것으로 나타난다. 그러나 Lim and Park(2003)에 의하면 서해 조간대층의
pwUnit-II에서 수행된 연대측정 결과는 전지구적 해수 면 변동곡선(Chappell and Shackleton, 1986; Cann et al., 1988; Chappell et al., 1996)을 서해안에 적용
Fig. 3. Stratigraphic correlation in several Korean tidal flats (modified from Lim and Park, 2003).
Table 3. Equivalent doses (De), doserateand OSL ages of the GB-B01 and GB-B02
Sample Code Dose Rate
(Gy/ka)
Water content (%)
Equivalent dose (Gy)
Aliquots used (n)
OSL age (ka, SD)
GB-B01 (20.5-21.0 m) 3.17±0.08 27.0 7.5±0.3 24 2.4±0.1
GB-B01 (23.5-24.0 m) 3.22±0.08 24.5 230±19 24 71±6
GB-B01 (28.0-28.5 m) 3.13±0.08 21.2 444±21 24 142±8
GB-B02 (12.0-12.5 m) 3.45±0.09 24.6 1.0±0.3 24 0.3±0.1
GB-B02 (13.5-14.0 m) 3.36±0.09 12.2 120±36 22 36±11
할 경우, 실제 퇴적층이 쌓인 지점과 해수면의 심도 가 맞지 않는 문제점이 나타난다. 즉 서해연안 조간 대층의 pwUnit-II에서 측정된 연대측정 결과는 약 20,000 yr BP-50,000 yr BP 사이이며(Fig. 3), 이 시 기는 산소동위원소 시기 3(24,000 yr BP-55,000 yr BP)에 해당한다. 산소동위원소 시기 3의 해수면은 현 재의 해수면보다 약 40-80 m 가량 낮았으나 연대측 정 결과를 얻은 퇴적층의 심도는 이보다 약 30 m가 높은 곳에 위치한다. 이와 같이 퇴적층이 쌓인 지점 과 해수면의 수심이 맞지 않는 의문점이 제기되었으 며, 이러한 문제점의 해결을 위해서는 서해안에 적용 되는 해수면 변동곡선이 수정 되거나 또는 퇴적층이 40 m 가량 융기되어야 한다. 그러나 지금까지의 연구 결과에 따르면 이시기에 우리나라 서해연안에서는 융 기와 같은 지구조적 운동이 보고된 바 없으며, Chappell(1996)에 의해 제시된 해수면 변동 곡선 또 한 신뢰성 있는 연구결과로 보고되었다. 이러한 의문 점이 제기된 가운데 Lim and Park(2003)은 14C 연대 측정의 결과가 다소 젊게 측정되었다는 의견을 제시 하였으며, 퇴적층 내에 포함되어있던 유기물질 중 탄 소원소의 변질 및 오염에 의해 연대측정의 오차가 발생 한 것으로 판단하였다. 또한 이와 유사 연구로 써 Yim et al.(1990)과 Nichol and Murray-Wallace (1992)는 홍콩과 웨일즈에서 측정된 후기플라이스토 세 해성 퇴적층의 14C 연대측정(20,000 yr BP-40,000
yr BP)이 우라늄(Urnium-series) 및 아미노산 연대측 정(amino-acid; 120,000 yr BP-130,000 yr BP)에 비 해 다소 젊게 측정된다는 결과를 보고하였다. 결과적 으로 Lim et al.(2003)은 pwUnit-II의 퇴적층을 산소동 위원소 5(75,000 yr BP-130,000 yr BP)시기에 형성 된 층으로 제안하였다.
연구결과 및 논의
탄성파 층서 해석
후기 제4기 동안의 해수면 변동에 의한 경기만 조 석사주의 순차층서 확립을 위해 조간대에서 외해역에 이르는 지역에 대해 탄성파탐사를 수행하였다(Fig.
4). 탄성파 층서를 구분하는 경계면으로는 대체로 기 복이 심한 침식경계면이나 강한 반사면으로 나타나는 지점을 이용하였으며, 탄성파 단면상에 나타나는 반 사면의 연속성, 진폭, 빈도수, 외형등과 같은 탄성파 요소의 특징을 통하여 탄성파 층서단위를 구분하였 다. 이와 같은 탄성파 탐사자료의 분석에 의하면 연 구지역에 분포하는 퇴적층은 강한 반사면에 의해 4 개의 탄성파 단위(Seismic Unit; SU-1, SU-2, SU-3, SU-4)로 구분된다(Fig. 4).
탄성파 단위 1(SU-1)은 탄성파 탐사자료에서 층서 적으로 최상부의 위치에 해당한다. 주요 조석사주 근 접부(proximal part)에서부터 말단부(distal part) 구간
Fig. 4. Newly-suggested late Quaternary seismic stratigraphy of Gyeonggi Bay.
의 탄성파 단면상에서는 연속성이 좋은 경사 및 평 행층리를 포함하는 반투명음향상이 특징적으로 나타 난다(Fig. 4). 내륙의 조간대에서부터 조석사주 근접 부에 이르는 구간의 퇴적층은 약 20-30 m의 층후를 보이고 있으며, 조석사주의 말단부와 외해역쪽으로 갈수록 퇴적층의 두께가 5 m 미만으로 감소하는 쐐 기형태의 퇴적층이 나타난다. 기존 연구의 퇴적물 분 석자료에 의하면 SU-1은 이질암상 층리가 특징적인 것으로 보고되며(한국지질자원연구원, 2004), 층서적 위치로 볼 때 해수면이 현재와 같은 고해수면시기동 안 퇴적된 것으로 판단된다.
탄성파 단위 2(SU-2)는 조석사주의 말단부에서 외 해역방향으로 퇴적된 층으로 구분하였다. 특히 탄성 파 단위 2는 탄성파 단위 1의 아래에 모두 존재하는 것이 아니라 조석사주의 말단부에서 외해역 방향으로 윗걸침(onlap)의 형태로 나타난다(Fig. 4). 즉 조석사 주의 조간대에서 육지근접부 구간에서는 탄성파 단위 1이 탄성파 단위 3을 부정합으로 덮고 있으며, 조석 사주의 말단부에서 외해역에 이르는 구간에서는 탄성 파 단위 1 아래에 탄성파 단위 2가 퇴적되어 있는 것으로 해석된다. 또한 탄성파 단위 2의 단면상은 탄 성파 단위 1과는 달리 연속성이 좋지 않은 반투명음 향상을 보여주며, 부분적으로 무질서한 음향특성을 보이기도 한다. 퇴적물 분석 자료에 의하면 탄성파 단위 2는 사질 및 이질 퇴적물로 구성되며, 해성환경 퇴적층으로 해석된다.
탄성파 단위 3(SU-3)은 수로-충진형태의 퇴적층이 중첩적으로 발달하는 특징을 보인다(Fig. 4). 탄성파 단위 3은 조간대에서부터 조석사주 근접부의 구간에 서 탄성파 층서단위 1에 의해 부정합으로 덮혀 있으 며, 조석사주의 말단부에서 외해역에 이르는 구간에 서는 탄성파 층서단위 2의 아래 퇴적 되어있다. 전체 적인 퇴적층의 두께는 약 30-50 m를 보이며 외해역 으로 갈수록 점차 감소하는 경향이 나타난다. 다중반 사면(multiple) 및 탄성파에너지의 감쇠 현상(attenuation) 때문에 내부 반사면의 특성 해석이 어려우나 대체로 연속성이 불량한 층리구조와 함께 무질서한 음향특성 이 나타난다. 특히 탄성파 단위 1과의 경계면에서는 국부적으로 수로-충진층으로 해석되는 지형이 다수 관찰되며, 이로 미루어 볼 때 탄성파 단위 3의 경계 면에서는 저해수면시기의 하천과 연계된 퇴적환경이 나타났던 것으로 사료된다. 탄성파 탐사자료의 최하 부층에 해당하는 탄성파 단위 4(SU-4)는 국부적으로
탄성파 단위 3과의 뚜렷한 경계면이 인지되지는 않 지만 후기플라이스토세 이전에 쌓인 퇴적층 및 기반 암으로 판단된다.
시추코어 분석 및 퇴적층서 해석
탄성파 층서의 해석과 함께 경기만 조석사주의 조 간대에서 외해역에 이르는 지역에 대해 퇴적층서 (Depositional sequence)를 구분하였다(Fig. 6). 퇴적층 서는 조석사주의 각 환경에 따른 대표적인 시추코어 (외해역에서부터 04DC-P08, 04DC-P11, 04DC-P35, YSDP-107, GB-B01, GB-B04)의 퇴적상 및 연대측정 결과를 토대로 구분하였다(Fig. 5). 퇴적층서는 상부 층에서부터 현세조수 퇴적층(퇴적단위 1), 선현세 조 수퇴적층(퇴적단위 2/3), 선현세 육상 퇴적층 또는 기 반암(퇴적단위 4)의 총 네 개의 퇴적단위(Depositional Unit: DU-1, DU-2, DU-3, DU-4)로 구분된다.
퇴적단위 1(DU-1)은 조석사주 퇴적층의 최상부에 해당하며 현세조수 퇴적층으로 해석된다. 퇴적단위 1 은 조간대에서 획득된 GB-B01 - B04 코어에서는 불 연속 혹은 연속적인 수평층리가 뚜렷이 나타난다 (Fig. 5). 이는 강한 조석의 영향을 받은 것으로 퇴적
Fig. 5. Representative core photographs of core GB-B01 -
B04.
단위 1이 현재와 같은 대조차 환경에서 퇴적된 것을 지시한다. 또한 GB-B04 코어에서 상부 8 m 구간까 지는 퇴적물의 상향조립화 경향을 보이며, 이것은 해 수면의 상승속도가 퇴적률보다 큰 경우에 나타나는 전형적인 해침층서를 반영한다(박용안 외, 1999;
Kim et al., 1999). 퇴적단위 1의 연대측정결과는 6507±60 yr BP, 9981±70 yr BP, 11158±71 yr BP (이상 YSDP-107) 및 536±25 yr BP, 2443±25 yr BP(이상 GB-B04)로 나타나며, 마지막 빙하기 이후의 홀로세 시기동안 퇴적된 것으로 판단된다. 퇴적단위 1은 조간대와 조석사주 근접부에서는 사질 및 실트질 퇴적물이 우세하게 나타나는 반면 조석사주 말단부에 서는 하부에서는 사질퇴적물이 분포하고 상부에서는 이질 퇴적물이 주로 나타난다(Fig. 6).
퇴적단위 2(DU-2)는 조석사주 말단부를 경계로 하 여 외해역의 천해환경 퇴적체와 조석사주의 근접부 및 조간대에서 퇴적된 하성환경 퇴적체로 구분된다.
외해역에서 획득한 일부 피스톤 코어(04DC-P08과 -P11)는 외해역의 천해층서가 사질 퇴적물에 의해 덮 여 있는 것으로 나타났다. 주요 암상은 생물교란작용
을 받은 이질암상으로 이루어져 있다. 이러한 피스톤 코어에서 측정된 연대는 각각 20,270±110 yr BP (-53.1 m MHWL)와 18,664±90 yr BP(-51.7 MHWL) 로 나타났으며, 이는 산소동위원소 3시기(24,000- 55,000 yr BP)에서 마지막 빙하기인 LGM의 저해수 면 시기(15,000-24,000 yr BP) 동안 해수면이 하강하 면서 해수면 아래에서 퇴적된 것으로 사료된다. 반면 에 조석사주의 근접부 및 조간대환경의 퇴적단위 2 는 보통 급격히 침식된 상부 접촉면을 가지는 하성 퇴적환경이 나타나며, YSDP-107 코어의 최하부에서 는 하성 퇴적상을 지시하는 사질퇴적물이 나타나는 것 을 볼 수 있다(Jin, 2001; 한국지질자원연구원, 2004).
이 지점의 하성기원 층서는 14C 연대측정 결과 27,260±300 yr BP로 산소동위원소 시기 3 연대에 해당한다. 내륙의 조간대층에서는 퇴적단위 2의 천해 환경 퇴적체는 해수면이 하강함에 따라 퇴적되지 않 는 것으로 해석된다.
퇴적단위 3(DU-3)은 시추코어의 퇴적심도의 한계 에 의해서 제한적으로 나타난다. 조석사주 퇴적층의 말단부 및 외해역에서는 퇴적단위 3 퇴적체를 획득
Fig. 6. Stratigraphic correlation of sediment cores in offshore (04DC-P08 and -11), Proximal and distal ridge (04DC-P35,
YSDP-107), and tidal flats (GB-B01 and -B04).
할 수 있는 퇴적심도의 시추코어를 획득하기 어려우 며, 상대적으로 높은 지형에 위치하는 경기만 조간대 퇴적층에서만 나타난다. 하지만 탄성파 탐사 결과에 의하면 퇴적단위 3은 탄성파 단위 3과 대비되며 외 해역 및 조석사주 말단부에서는 퇴적단위 3의 하부 층에 퇴적 되는 것으로 해석된다. 또한 경기만 조간 대 층서에서도 확인 되는 것과 같이 조간대에서는 퇴적단위 1아래 퇴적단위 3이 퇴적되는 것으로 해석 된다. 퇴적단위 3은 해수면의 상승에 의한 전형적인 조간대 퇴적층이 형성되는 것으로 해석된다(Fig. 6).
퇴적단위 4는 조석사주 퇴적층의 최하부층에 해당 하며, 탄성파 단위 4와 대비된다. GB-B04 코어의 최 하부에서 일부 구간이 나타나며, 탄성파 단위와의 비 교에 의하면 중생대 기반암 및 산소동위원소 시기 6 이전에 형성된 퇴적층으로 해석된다.
결 론
서해 경기만 조석사주 퇴적층은 크게 4개의 탄성 파 단위와 4개의 퇴적단위로 구분되며, 각각의 단위 는 서로 대비된다. 퇴적단위 1은 조간대 및 조수로- 충진 퇴적체로 해석되며, 홀로세 고해수면 시기동안 퇴적된 것으로 판단된다. 퇴적단위 2는 조석사주 말 단부를 경계로 두 개의 퇴적환경으로 구분된다. 상대 적으로 퇴적심도가 낮은 외해역에서는 천해-해성환경 으로 해석되며, 조간대에서 조석사주 근접부에 해당 하는 구간에서는 하천과 연계된 육상환경이 형성된 것으로 해석된다. 퇴적단위 3은 조석작용에 의한 조 간대 퇴적환경 및 상부의 풍화된 퇴적층으로 각각 구분되며, 퇴적층은 산소동위원소 시기5동안 퇴적된 것으로 판단된다. 퇴적단위 4는 조석사주 퇴적층의 최하부층으로 중생대 기반암 또는 산소동위원소 시기 5 이전에 퇴적된 층으로 해석된다. 이와같이 서해 경 기만 조석사주의 해수면 변동에 따른 순차층서를 살 펴보면 조간대에서 조석사주 근접부에 해당하는 구간 에서는 홀로세 시기 퇴적층 아래 산소동위원소 시기 5 퇴적층이 퇴적되고, 조석사주 말단부에서 외해역에 이르는 구간에서는 홀로세 퇴적층 아래 산소동위원소 시기 3의 퇴적층이 형성되는 것으로 해석된다.
사 사
본 연구는 지식경제부 재원으로 ‘오일샌드 저류층
지질모델링 및 생산정 최적설계 기술개발(NP2011- 036)’ 과제의 일환으로 수행되었습니다. 아울러 논문 의 발간과정에서 건설적인 검토와 조언을 해주신 심 사위원분들께 감사드립니다.
