제2장에서 소개한 퇴적물의 운반과 퇴적작용은 다양한 종류의 퇴적암을 만들어 낸다. 이들 각 퇴적물은 특징적인 조직과 구조를 가진다. 퇴적물의 조직이란 퇴 적물 개별 입자의 크기, 모양, 배열 상태로부터 나타나는 퇴적암의 특징을 가리 키는 것으로 일반적으로 퇴적물의 조직이 퇴적물의 운반과 퇴적작용을 잘 반영 하고 있기 때문에 이러한 특징을 조사한다면 고기의 퇴적 환경과 운반 및 퇴적 작용에 관여된 수력학적인 조건들을 해석할 수 있을 것으로 여겨졌다. 지금까 지 퇴적물의 조직의 특성을 밝히는 많은 방법과 해석에 대하여 많은 문헌이 출 간되었다. 퇴적물의 조직을 기술하는 입자의 크기, 모양과 입자의 배열 방향 및 입자간의 관계 등은 이러한 특성의 차이로 나타나는 퇴적물의 공극률과 투수율 에 영향을 미친다. 퇴적물의 조직이란 퇴적물의 개별 입자에 초점을 맞추는데 비하여 사층리, 연흔 등과 같은 퇴적 구조는 퇴적물 입자의 집합에서 생성되는 특성을 가리킨 다. 퇴적 구조는 유체의 흐름, 퇴적물 중력류, 퇴적 동시성 변형작용, 생물의 작 용 등 다양한 퇴적작용의 과정에서 생성되는데, 이러한 점을 고려할 때 퇴적 구 퇴적암의 물리적 특성 제 2 부
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퇴적암의 물리적 특성 - sigmapress.co.krsigmapress.co.kr/shop/shop_image/g26902_1429776123.pdf · texture)이란 퇴적물 구성입자의 모양, 둥그런 정도, 표면의
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제2장에서 소개한 퇴적물의 운반과 퇴적작용은 다양한 종류의 퇴적암을 만들어
낸다. 이들 각 퇴적물은 특징적인 조직과 구조를 가진다. 퇴적물의 조직이란 퇴
적물 개별 입자의 크기, 모양, 배열 상태로부터 나타나는 퇴적암의 특징을 가리
키는 것으로 일반적으로 퇴적물의 조직이 퇴적물의 운반과 퇴적작용을 잘 반영
하고 있기 때문에 이러한 특징을 조사한다면 고기의 퇴적 환경과 운반 및 퇴적
작용에 관여된 수력학적인 조건들을 해석할 수 있을 것으로 여겨졌다. 지금까
지 퇴적물의 조직의 특성을 밝히는 많은 방법과 해석에 대하여 많은 문헌이 출
간되었다. 퇴적물의 조직을 기술하는 입자의 크기, 모양과 입자의 배열 방향 및
입자간의 관계 등은 이러한 특성의 차이로 나타나는 퇴적물의 공극률과 투수율
에 영향을 미친다.
퇴적물의 조직이란 퇴적물의 개별 입자에 초점을 맞추는데 비하여 사층리,
연흔 등과 같은 퇴적 구조는 퇴적물 입자의 집합에서 생성되는 특성을 가리킨
다. 퇴적 구조는 유체의 흐름, 퇴적물 중력류, 퇴적 동시성 변형작용, 생물의 작
용 등 다양한 퇴적작용의 과정에서 생성되는데, 이러한 점을 고려할 때 퇴적 구
퇴적암의 물리적 특성
제 2
부
조는 퇴적물이 퇴적작용이 일어나는 동안이나 또는 퇴적작용이 일어난 직후에 있었던 퇴적 환경의
조건들을 반영한다고 할 수 있다. 이러한 점 때문에 퇴적 구조는 고기의 퇴적 환경과 퇴적될 당시
의 여러 지질 조건들을 해석하는데 주요하게 이용이 되고 있다. 쇄설성 퇴적물에서는 특히 조립질
퇴적물에 다양한 퇴적 구조가 생성되어 있는데, 석회암과 증발암에도 역시 다양한 퇴적 구조가 산
출된다.
04퇴적물의 조직
퇴적물의 조직(組織, texture)이란 퇴적물 구성입자의 모양, 둥그런 정도, 표면의 특징, 입자의 크
기와 배열상태 등을 일컫는다. 이러한 특징들과 밀접한 연관이 있는 퇴적물의 밀도, 음파 전달도와
투수율도 역시 조직의 범주에 포함된다.
4.1 입자의 크기
입자의 크기란 여러 의미로 사용될 수 있으나, 퇴적물을 조사·연구하는 데에는 일반적으로 입
자의 직경을 나타낸다. 퇴적물을 이루고 있는 입자의 크기는 매우 다양하게 나타나므로 이들
을 구별하기 위해서는 어떤 척도가 필요하다. 입자의 크기를 나타내는 방법을 처음 고안한 사람
Udden(1898)은 입자 크기의 구분을 2배수로 정하여 mm로 나타냈다. 즉, 1 mm를 기준하여 그보다
큰 입자 크기의 구간은 인접한 작은 크기 구간에 2배를 하였으며, 그보다 작은 입자 크기의 구간은
인접한 큰 구간의 1/2로 정하여 이용하였다. 모래 크기의 입자에서는 1 mm의 크기의 차이에 대한
의미가 중요하나, 자갈 이상의 크기에서는 그 의미가 별로 중요하지 않다. 그러나 mm를 이용한 이
방법은 모래 크기 이상의 큰 입자나 매우 작은 세립질의 입자에서는 이를 표현하기 위한 숫자의 자
릿수가 많아서 매우 불편하다. 이를 극복하기 위하여 Krumbein(1934)은 mm의 크기 구분을 대수
(logarithm)로 표현하면 편리하다는 점에 착안하여 Udden의 입자 크기 규격을 현재 널리 사용되고
있는 phi(f) 규격으로 정의하였다.
f 5 2log2d
여기에서 d는 mm로 나타낸 입자의 직경을 나타낸다. 입자의 직경은 체를 이용하거나 현미경을 이
용하여 박편에서 측정하여 구할 수 있다. 그러나 이 Krumbein의 식은 f 단위가 mm로 나타나므로
이를 보정하기 위하여
f 5 2log2ddo
로 바꾼다. 여기서 do 5 1 mm이다. 이렇게 하면 f는 단위가 없는 숫자가 된다. 여기서 주목할 것
은 f식에 ‘2 ’가 붙어 있으므로 입자의 크기가 1 mm보다 큰 입자는 음의 수로 표시되며 1 mm보다
작은 입자는 양의 수로 표시된다는 점이다. 이는 조립질 입자에 비해 더 자주 이용하는 세립질 입
77 제04장 퇴적물의 조직
자의 크기를 기술할 때 ‘2 ’기호를 붙이는 번거로움을 줄이고자 하였기 때문이다.
표 4.1은 입자의 크기를 mm와 f로 표현하고, 각 구간의 입자 크기에 대한 용어를 나타내고 있다.
모래 크기 이상의 조립질 퇴적물에 대하여는 Blair와 McPherson(1999)의 분류 기준을 원용하였다.
4.1.1 입자 크기의 통계 처리
퇴적물 입자 크기의 분포는 누적빈도수 곡선이나 평균값, 모드(mode, 최빈값), 중앙값, 분급(分
級), 왜도(歪度), 첨도(尖度) 등 분포 형태나 모양에 대해 수치를 이용하여 표현한다. 이러한 통계량
들은 현미경을 이용하거나 표준체를 이용하여 분석한 입자 크기의 자료를 f 규격으로 이용하여 그
래프로 표시하는 누적곡선이나 mm 규격으로 이용하여 모멘트법으로 계산해 낼 수 있다. 입자 크
기의 분석방법에서 볼 때 대개 가장 큰 쪽이나 가장 작은 쪽의 크기에 대해서는 확실하지 않기 때
문에 그래프를 이용한 자료가 모멘트 계산치보다 많이 이용되고 있다. 또한, 누적곡선으로부터는
입자 크기의 군집(群集)이 하나인가 또는 둘인가 등의 육안 관찰이 더 용이하다.
표 4.1 퇴적물 입자 크기의 구분(Udden-Wentworth 규격).
mm f 분류 Mesh #(US 표준 체)
409.6 -12
204.8 -11
1202.4 -10
512 -9
256 -8
128 -7
64 -6
32 -5
16 -4
8 -3
4 -2
2 -1
1 0
0.5 1
0.25 2
0.125 3
0.0625 4
0.0039 8
초거력(egaclasts)
거력(boulder)
극조립
조립
중립
세립
왕자갈(cobble)조립
세립
자갈(pebble)
극조립
조립
중립
세립 -4(4.76mm)-
왕모래(granule) -10(2.00mm)-
모래(sand)
극조립
조립
중립 -40(0.42mm)-
세립
극세립 -200(0.074mm)-
실트(silt)
점토(clay)
78 제 2 부 퇴적암의 물리적 특성
(1) 중심 성향의 경향
퇴적물의 입자 분포는 일반적으로 평균값(mean), 모드나 중앙값(median)과 같은 통계량(그
림 4.1) 주위에 몰려 있게 된다. 이들 통계량은 퇴적물을 운반하는 유체(流體)의 평균 운반능력
(competence)과 퇴적물 공급지에서 공급되는 원래 퇴적물의 크기에 따라 다르게 나타난다. 점토 크
기의 퇴적물과 실트나 모래 크기 이상의 입자로 이루어진 퇴적물 간에는 이들이 운반되는 기작이
근본적으로 다르다. 일반적으로 점토 입자들은 교란 작용에 의해 뜬짐으로 운반되는 반면, 대부분
의 실트나 모래 또는 그 이상 크기의 입자들은 미끄러짐과 구르기가 반복된 밑짐의 형태로 바닥을
따라서 운반된다. 수십 km에서 수백 km까지 강의 흐름에 따라 모래에서 실트, 그리고 점토로 이어
지는 퇴적물의 크기가 점차 변해 가는 것은 모래 입자가 운반 도중 마모에 의해 입자의 크기가 작
아지는 것으로 이해되어 왔다. 그러나 이같이 입자의 크기가 하류로 갈수록 세립화되는 현상은 운
반 도중 입자의 마모작용에 의해서라기보다는 유수의 세기가 점차 약해짐으로써 운반능력의 감소
로 일어나는 현상으로 설명되고 있다.
표 4.2 퇴적물 입자의 크기 분포를 나타내는 통계량 계산법
A. 그래프 방식(Folk and Ward, 1957) B. 모멘트 방법
중앙값 Md =f50 평균값 2x =/ fmf
100
평균값 M =f16+f50+f84
3분급 s =√
‾‾‾‾/ f (mf -2x)2
100
분급 sI=f84-f16
4+
f95-f5
6.6 왜도 a3=1/100 s
-3/f (mf -2x)3
왜도 Sk =f16+f84-2f50
2(f84-f16)+
f5+f95-f50
2(f95-f5)첨도 a4=1/100 s
-4/f (mf -2x)4
첨도 KG =f95-f5
2.44(f75-f25)
f : 각각의 입자 크기 구간의 %, mf : 각각의 f크기 구간의
중앙점 값
평균값
평균값
평균값
조립
(A)
(C) (B)
조립조립
세립
세립세립
중앙값
중앙값
중앙값
모
드
모
드
모
드
그림 4.1 퇴적물 입자 분포 곡선에서의 평균값, 중앙
값과 모드의 위치. (A) 대칭 분포, (B) 양성 왜도 분포,
(C) 음성 왜도 분포.
79 제04장 퇴적물의 조직
평균값과 중앙값은 누적곡선에서 16%(f16), 50%(f50), 84%(f84)에 해당하는 입자의 크기로부터
계산할 수 있다. 표 4.2는 입자의 크기 분포를 알아보기 위해 일반적으로 많이 이용되는 그래프 방
법과 모멘트 방법을 종합한 것이다. 평균값은 전체 입자의 크기 분포에 따라 달라지기 때문에 중앙
값보다는 중심 성향의 정도를 나타낸다. 통계적으로 볼 때 입자가 정규분포를 하고 있다면 평균값,
모드, 중앙값은 모두 같은 값을 갖는다(그림 4.1). 이러한 중심 성향의 경향은 퇴적물의 수직적인
기록에 적용하여 하부에서 상부로 감에 따라 입자의 크기가 증가 또는 감소하는지를 관찰하면 퇴
적물이 쌓였던 퇴적 환경을 구별하는 데 이용된다.
(2) 입자의 최대 크기
입자의 최대 크기는 최대값을 갖는 입자를 운반시키는 유수의 운반능력을 알아보는 것으로서, 누
적곡선에서 구하거나 또는 5개나 10개의 가장 큰 입자의 평균 직경을 이용하여 구한다. 모래 크기
입자로 이루어진 퇴적물에서 최대 입자의 평균 크기는 박편을 이용하여 쉽게 구할 수 있다. 이를
이용하여 퇴적물 수직 기록에서 최대 크기의 변화나 공간상의 최대 크기의 변화를 도면에 나타내
어 해석이 가능하다.
(3) 입자의 이중 모드(쌍봉 분포)
퇴적물의 입자 크기 분포에서 입자의 크기가 서로 다른 두 구간이 두드러지게 나타날 경우, 퇴적물
은 이중 모드(bimodal)의 입자 크기를 갖는다(그림 4.2)고 한다. 입자의 분포가 두 개의 모드로 나
타나는 경우는 밑짐과 뜬짐의 입자가 함께 쌓여 나타날 때, 조립질 입자가 먼저 쌓이고 조립질 입
자들 사이로 세립질 입자가 나중에 스며들었을 때, 조립질 입자와 세립질 입자가 따로 쌓인 후 생
물에 의해 교란 작용을 받아 혼합되었을 때, 속성작용을 받았거나 또는 원래 퇴적물의 공급지로부
터 특정한 크기의 입자가 공급되지 않았을 때 나타날 수 있다. 둘 이상의 모드가 있게 되면 입자 크
기의 통계 처리는 복잡해진다. 특히 두 모드로 나타나는 입자의 분포는 바람에 의해 쌓인 모래 퇴
적물에 나타나는 독특한 특징으로 여겨지기도 하는데, 이런 경우에는 두 크기 입자들의 가장자리
는 마모가 잘되어 입자들의 가장자리는 아주 부드럽게 되어있는 것(양호한 원마도)이 특징이다.
그림 4.2 퇴적물 입자의 이중 모드 분포.
%
2f 1fM2 M1
그림 4.3 A, B, C의 세 곡선은 동일한 평균값( x-)을 갖는
퇴적물 입자의 크기 분포로서, 모두 정규 분포를 보이나, 분
급에서 차이가 난다. C에서 A로 갈수록 분급이 좋아진다.
A
%
2f 1f
B
C
–x
80 제 2 부 퇴적암의 물리적 특성
4.1.2 분급
입자의 분포가 얼마만큼 중앙 집중의 경향을 보이며 모여 있는가를 나타내는 것이 분급(分級,
sorting)이다. 입자 분포의 양 끝부분(tails)은 대체로 퇴적 환경을 민감하게 나타내는 것으로 알려져
있으며, 분급을 측정하는 것은 이러한 점을 표현하는 것으로 이용되었다. 높은 에너지의 환경에 쌓
인 퇴적물은 양 끝부분이 거의 나타나지 않는 입자 분포를 나타낸다. 따라서 분급을 알아보기 위해
서는 입자의 누적분포에서 16%(f16)와 84%(f84) 그리고 5%(f5)와 95%(f95)에 해당하는 입자의
크기를 이용하게 된다. 어느 한 값을 중심으로 퇴적물의 크기가 가까이 분포하면 이 경우의 퇴적물
은 분급이 좋다고 하며, 여러 모드로 서로 떨어져서 나타나면 분급이 나쁘다고 한다(그림 4.3). 분
급의 정도는 표 4.3과 그림 4.4에 나타나 있다.
4.1.3 왜도
왜도(歪度, skewness)란 퇴적물 입자의 크기 분포가 어느 정도 비대칭을 이루는가를 나타내는 척도
로서 입자의 크기 분포에서 특히 적은 양으로 나타나는 입자의 크기가 어느 입자 쪽으로 길게 늘어
져 나타나는가를 알아보는 것이다. 입자 크기의 분포에서 적은 양의 입자 크기가 분포하는 꼬리 부분
이 오른쪽(세립질 입자 크기 쪽, f 규격에서 양의 수 쪽)으로 치우쳐 있으면 이를 양성 왜도(positive
skewness)라 하며, 왼쪽(조립질 입자 크기 쪽)으로 치우쳐 있으면 음성 왜도(negative skewness)라고
한다(그림 4.5). 분급에서 알 수 있듯이 입자 크기 분포곡선의 꼬리 부분은 퇴적 환경에 민감하기 때
문에 왜도는 그 중요성을 갖는다.
양성 왜도를 갖는 퇴적물의 분포는 하성 환경(河成環境, fluvial environment)에 쌓인 퇴적물의
표 4.3 분급의 정도
s1 분급의 분류 s1 분급의 분류
, 0.35f 매우 좋은 분급(very well sorted) 1.0~2.0f 나쁜 분급(poorly sorted)
0.35~0.50f 좋은 분급(well sorted) 2.0~4.0f 매우 나쁜 분급(very poorly sorted)
0.50~0.71f 약간 좋은 분급(moderately well sorted) . 4.0f 아주 나쁜 분급(extremely poorly sorted)
0.71~1.0f 보통 분급(moderately sorted)
그림 4.4 분급의 정도를 나타낸 모식도(Compton, 1985).
매우 좋은 분급
, 0.35f
좋은 분급
0.35~0.71f
나쁜 분급
1~2f
매우 나쁜 분급
2~4f
보통 분급
0.71~1.00f
Owner
연필
Owner
연필
81 제04장 퇴적물의 조직
특징이다. 하성 퇴적물에서 조립질 퇴적
물의 입자 크기는 하천의 유수가 운반시
킬 수 있는 능력에 따라 정해지기 때문
에 그 상한에 한계가 있으나 부유 상태
로 운반되는 퇴적물은 분급이 일어나지
않기 때문에 이를 조절할 수 없으며 유
속이 감소하면서 세립질 퇴적물이 조립
질 퇴적물 입자 사이에 스며들어 세립질
물질이 존재한다. 즉, 하천에서 퇴적물
이 운반 및 퇴적되는 동안 조립질 입자
사이에 들어있는 세립질 물질을 제거하
는 작용이 없다.
풍성 퇴적물 역시 바람이 운반시킬 수
있는 입자 크기에 한계가 있기 때문에
양성 왜도를 나타낸다. 물론 세립질 물
질은 선택적으로 빠져서 운반되기도 하
지만 세립질 물질의 잔재가 남아 있게
된다. 반면에 해빈(beach)에 쌓이는 퇴적
물은 음성 왜도를 나타낸다. 그래뉼(왕
모래)이나 자갈 크기의 입자들이 소량
존재하여 주로 모래 크기의 입자로 이루어진 퇴적물에 소량으로 꼬리로서 분포하여 나타난다(그림
4.6). 파도가 퇴적물을 도류 운반(saltation)으로 운반시키는데 그중에서 중립질-조립질 모래의 입
자들이 해빈 퇴적물의 거의 대부분을 구성하고 세립질 퇴적물은 해빈 퇴적물의 전체 1% 미만으로
거의 나타나지 않는다. 이는 세립질 입자들은 더 오랫동안 부유 상태로 남아 있다가 해빈으로부터
멀리 이동된다. 여기서 해빈의 퇴적물에 들어있는 조립질 입자들은 폭풍과 같은 고에너지의 조건
때 운반되어 온 후 정상적인 기상 상태에서는 파도에 의하여 운반되지 못하고 잔류 퇴적물로 그대
로 남기 때문이다.
하나의 퇴적층 단위에서 볼 때, 퇴적층의 하부에서는 양성의 왜도를 보이다가 점차 지층의 상부
로 가면서 음성 왜도로 변화해 가는 양상이 있다고 한다면 이와 같은 왜도의 변화 역시 조립질 입
자 부분의 꼬리가 점차 감소하여 나타나며 점이층리(漸移層理, graded bedding)를 나타내는 지층에
서 흔히 나타난다.
4.1.4 첨도
첨도(尖度, kurtosis)는 퇴적물 입자 크기의 분포곡선이 얼마만큼의 높이를 이루며 나타나는가를 표
그림 4.5 퇴적물 입자의 크기 분포에서의 왜도 구분.
%
양성
조립 세립입자의 크기
정규
음성
그림 4.6 해빈 모래 퇴적물에 들어있는 자갈 크기의 입자로 입
자의 분포는 음성 왜도를 나타낸다(경남 남해 상주해수욕장).
82 제 2 부 퇴적암의 물리적 특성
시하는 척도로서 퇴적물의 분포곡선이 정규분포보다 더 평탄하게 나타나면 platykurtic이라고 하고
정규분포보다 더 뾰족하게 나타나면 leptokurtic이라고 한다. 그러나 퇴적물 입자 크기의 분포에서
첨도의 지질학적 의의는 아직 잘 알려져 있지 않다.
4.1.5 입자 크기 자료의 의의
입자의 분포가 대수정규(lognormal) 분포로 나타나는 경우에는 입자의 크기가 phi(f) 단위로 표
시된 등차확률 방안지(arithmetic probability paper)와 mm로 표시한 대수확률 방안지(logarithmic
probability paper)에 도시(圖示)하여 보면 양 끝부분을 제외하고는 거의 직선으로 나타난다(그림
4.7). 그러나 대수확률 방안지에서 입자의 분포가 하나의 연속적인 직선으로 표시되는 경우는 매
우 드물며 대개 누적곡선에서 보통 둘 혹은 그 이상으로 기울기가 달라져서 직선 마디의 꺾어짐
(inflection point)이 나타나게 된다(그림 4.7). 이러한 직선 마디로 이루어진 분포곡선은 입자의 운
반 기작을 대변한다고 할 수 있다. 퇴적물 입자의 운반 기작은 세 가지로 나뉜다. 즉, 부유, 입자
가 간헐적으로 바닥과 접촉하면서 부유 상태로 운반되는 도류(跳流, saltation), 그리고 바닥과 접
촉하며 미끄러지거나 구르는 운반(surface creep)으로 나뉜다. 가장 조립질 부분의 직선 마디는 바
닥끌기(traction)짐을, 중간 마디는 도류 운반을, 그리고 가장 세립질 마디는 부유 운반을 지시한다
(Visher, 1969). 하천의 모래 퇴적물에 대하여 확률분포를 표시해 보면 그림 4.8에서 보는 바와 같
이 두 개 또는 아주 드물게 3개의 직선 마디로 분리된 분포 양상을 나타낸다. 하천 퇴적물의 운반
기작은 도류와 부유 운반이 특징이다. 만약 하천 퇴적물의 입자 크기 분포가 3개의 마디로 나타
날 경우는 바닥끌기짐이 나타나기 때문인데, 이 짐 퇴적물은 입자의 크기가 1f보다 조립질이며 기
원지의 특성에 의해 공급되는 것으로 대체로 하천의 가장 깊은 부분에 분포한다. 도류와 부유 운
반 퇴적물의 두 직선 마디가 꺾어지는 곳은 누적산출빈도가 90%보다 낮은 값에서 나타나는데, 대
략 2.5f와 3.0f 사이에 놓이게 된다. 여기서 세립질 입자를 대변하는 부분은 전체 모래질 퇴적물
의 10% 또는 그 이상의 양을 지시한다. 이 입자 크기의 퇴적물들은 유수에 의하여 운반되는 조립
입도(f) 입도(f)
(B)
100
80
60
40
20
0
99.9
99.5
98
90
70
50
30
10
2
0.5
0.1
0.01-1 0 1 2 3 4 5 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
(A)
누적빈도( )%
누적빈도( )%
그림 4.7 정규 분포를 보이는 퇴적물의 누적 빈도 분포
83 제04장 퇴적물의 조직
질 입자들 사이에 세립질 퇴적물이 붙잡
혀 있기 때문에 세립질 입자의 퇴적물은
유수의 속도가 낮아졌을 때 조립질 퇴적
물 사이로 퇴적이 일어난 것이다.
반면에 해빈 퇴적물의 확률분포에서
는 모래 퇴적물들이 육지와 바다 쪽으
로 왕복운동을 하는 물 운동에 의하여 퇴
적이 일어나는데, 이 퇴적물에는 세립
질 퇴적물이 대체로 1% 미만으로 나타
나며 여기서 부유 운반의 입자 크기와 이
보다 조립질인 입자 직선 마디와 꺾어짐
점은 약 100 mm에 가깝다. 입자 분포곡
선의 중앙부에 해당하는 부분은 주된 퇴
적물 운반 기작인 도류에 의한 운반으
로 두 개의 직선 마디로 분리되어 나타나
는 것이 특징이다(그림 4.9). 이렇게 도
류에 의한 입자 분포가 두 개의 직선 마
디로 나누어지는 것은 하천의 퇴적물 분
포곡선에서는 나타나지 않는데, 그 이유
는 해빈에서는 해빈으로 바닷물이 밀려
오는 운반(swash)과 바다 쪽으로 밀려나
가는 운반(backwash)으로 서로 다른 운
반 조건을 가지기 때문이다. 가장 조립질
부분은 도류에 의한 입자 직선 마디와 약
2f(250 mm)에서 구분이 된다. 이보다 큰
입자는 관성력이 작용하여 입자를 구르
거나 미끄러지도록 한다. 우리나라 한강
과 낙동강 하구 퇴적물의 대수 확률 분포
곡선은 그림 4.10A에 나와 있으며, 동해
안 경포대해수욕장 해빈과 서해안 꽃지
해수욕장 해빈의 모래 퇴적물 분포곡선
은 그림 4.10B에 표시되어 있다.
이제까지의 여러 연구에 의하면 입자의
침강 속도가 입자를 운반시키는 유수의
속도보다 빠를 때 입자는 밑짐(bedload)으
그림 4.8 미시시피 강 퇴적물의 입자 분포(Visher, 1969). 하천
퇴적물의 입자 분포는 대부분 2개의 마디로 나타나나 드물게 3
개의 마디로도 나타난다.
10
1 .5 .25 .125 .0625
0.01
0.1
0.5
2
10
30
50
70
90
98
99.8
99.91
2 3 4
축척(f)
축척(mm)
아인슈타인 관계식으로 구한
바닥끌기짐과 부유짐
삼각주 모델의 경
사면층 입자 분포
(Jopling, 1966)
미시시피강 밑짐 운반
누적
빈도
, 확률
좌표
그림 4.9 4개의 직선 마디로 이루어진 해빈 퇴적물의 누적 빈
도 분포. 각각의 직선 마디는 퇴적물의 운반 메커니즘을 나타내
는 것으로 판단된다(Visher, 1969).
0
1
1
0.5
2
0.250
3
0.125
4
0.067
99.9
99
90
50
10
1
0.1
2f 꺾임
부유짐
도류 운반
짐(1)
도류 운반 짐(2)
구르기와 미끄러짐 운반 짐
혼합대
누적빈도( )%
(
확률좌표)
입도
척도(mm)
척도(f)
84 제 2 부 퇴적암의 물리적 특성
로 운반되며, 입자의 침강 속도가 응력(應力, shear stress) 속도보다 클 때는 입자가 간헐적으로 뜬짐
(suspended load) 상태로 이동한다고 알려져 있다. 여기에서 응력속도란 바닥에서의 유수의 강도를
측정하는 값을 말한다. 이에 대한 자세한 내용은 제3장에서 다루었다.
퇴적물 입자의 크기 분포를 나타내는 누적곡선의 형태를 이용하여 퇴적 환경을 해석하고 퇴적
물의 운반 기작에 대한 수력학적 해석을 시도하는 많은 노력이 있었다. 그러나 퇴적물 입자 크기의
분포자료의 해석에서 고려해야 할 점은 제한된 지역에서 퇴적물의 운반에 영향을 미친 원래 퇴적
물의 크기 그리고 고기(古期)의 암석에서는 속성작용이다.
가장 먼저 유의할 점은 퇴적작용이 일어나는 장소에 공급되는 퇴적물 입자의 크기이다. 퇴적물
이 쌓이는 장소에 원래 조립질 물질이 존재하지 않았다면 강한 유수나 파도의 에너지가 있더라도
조립질 물질은 쌓이지 않는다. 또한, 풍화작용과 침식작용이 일어나 퇴적물이 생성되는 공급지에
서는 대체로 한정된 입자 크기의 퇴적물만이 공급된다는 점이다. 예를 들면, 화강암과 같은 산성암
에서는 풍화작용을 받아 화강암의 석영 결정에 해당하는 크기의 석영 입자가 공급되고 장석이 풍
화를 받아 생성된 점토광물이 공급된다. 반면 현무암이나 반려암과 같은 염기성암이 풍화를 받으
면 거의 대부분이 점토광물만 생성되고 모래 크기의 입자는 거의 생성되지 않는다. 또한, 퇴적물
입자 크기의 분포는 퇴적물이 쌓이는 장소로 운반시키는 기작에 의해서도 조절을 받는다. 이렇게
볼 때, 현생 환경에서의 퇴적물 입자의 크기 분포는 퇴적작용이 일어나는 환경에서의 수력학적인
조건과 기원지에서 공급되는 풍화·침식의 산물인 입자의 분포에 따라 좌우된다고 볼 수 있다. 따
라서 어느 특정한 입자 크기의 분포라도 특정한 퇴적 환경만을 지시하지는 않는데, 그 이유는 서로
다른 퇴적 환경에서도 비슷한 수력학적인 조건이 나타나기 때문이다. 이 점이 퇴적물 입자의 분포
를 이용하여 고기의 퇴적물에 적용하는 데 어려움이 있음을 나타낸다.
그림 4.10 (A) 한강과 낙동강의 퇴적물 입자 분포, (B) 경포대해수욕장과 꽃지해수욕장의 퇴적물 입자 분포.
-2 -1 0 1 2 3 4
0.01
0.1
1
10
30
50
70
90
99
99.9
99.99
-2 -1 0 1 2 3 4
0.01
0.1
1
10
30
50
70
90
99
99.9
99.99한강
낙동강
꽃지해수욕장
경포대해수욕장
입도(φ) 입도(φ)
누적빈도 (%)
누적빈도 (%)
(A) (B)
85 제04장 퇴적물의 조직
또한 고화된 퇴적암에서는 속성작용에 의해 물성이 약한 점토질암 암편이나 화산암 암편이 변질
을 받아 다짐작용을 받으면 이들은 원래 입자의 형태를 유지하지 못하고 기질화되어 관찰자에게는
세립질 물질의 양이 많이 들어있는 것처럼 보일 수 있다. 이렇게 되면 퇴적 당시의 수력학적인 해
석에 오류가 발생할 수 있다.
입자의 크기 분포를 그래프로 표시하여 퇴적물이 쌓이는 기작을 알 수 있는 또 다른 방법으로 제
안된 것은, 퇴적물 입자의 크기에서 가장 조립질 입자(C: l percentile)와 평균값(M)과의 관계를 나
타내는 C-M 다이어그램(그림 4.11)이 있다.
퇴적물 입자 크기의 분포 자료는 퇴적물을 연구하는 가장 기본적인 자료이다. 그러나 앞에서 살
펴본 바와 같이 퇴적물 입자 크기의 분포를 이용하여 퇴적물의 퇴적 기작과 퇴적 환경의 해석에는
여러 가지 문제점이 있을 수 있으므로 이 자료를 그대로 이용하여 해석하기보다는 이 자료를 일차
적인 해석에 이용하고, 다른 자료를 이용하여 보완하여 해석하기를 권고한다.
4.2 입자의 모양과 원마도
퇴적물 입자의 모양과 원마도는 퇴적물 기원지에서 공급되어 입자에 가해진 운반 과정의 영향을
알아보는 중요한 척도이다. 여러 모양을 띤 각이 진 입자로 이루어진 퇴적물과 동일한 구의 형태를
나타내며 가장자리가 둥근 입자로 이루어진 퇴적물과는 퇴적 당시에 수력학적인 차이가 있었음을
가리킨다. 즉, 입자의 마모작용, 용해작용과 유수의 분급작용이 입자의 모양과 원마도에 큰 영향을
미친다. 모양과 원마도 이 두 가지 척도는 이 같은 중요성을 가지고 있지만 이들을 측정하기 위해
서는 많은 시간이 소요되고 또한 부정확한 면이 있으므로 이에 대해서는 많은 연구가 이루어지지