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문제 정의
- 본 연구에서는 당항만 내의 표층퇴적물의 물성 및 퇴적환경을 파악하고자 한다. 이와 같은 표층퇴적물에 대한 연구는 퇴적환경 변화에 관한 단서를 제공할 뿐만 아니라 연안 개발에 필요한 기초자료와 해전유물 매몰체 탐사방법 연구에도 크게 기여할 것으로 생각된다.
- 본 연구에서는 표층퇴적물의 물성과 퇴적환경을 연구하기 위하여 그랩 채취기(grab sampler) 및 진동식 시추기(vibro-corer)를 이용한 퇴적물 채취 및 분석[7], SBP (sub-bottom profiler)를 이용한 천부지층 탄성파 탐사 등을 수행하였다.
제안 방법
- 이 때 예인 선박은 DGPS를 이용하여 정확한 시추지점을 찾았다. Steel형 코어 튜브(corer tube) 내에 PVC 코어 라이너(corer liner)를 삽입하고 코어 캐쳐(corer catcher)와 코어 노즈(corer nose)를 이용하여 이들을 고정한 후, 바지에 장착된 거치대와 윈치를 이용하여 진동식 시추기를 수직으로 세우고 시추기 헤드를 진동 시키면서 해저 퇴적층 내로 관입시켰다.
- 당항만 해역의 지질 및 퇴적물 특성을 조사하기 위하여 지표지질조사, SBP 탐사, 표층 퇴적물 분석 등을 수행하였다.
- 또한 표층 퇴적층의 물성을 파악하기 위해 그랩 채취기 및 진동식 시추기를 이용하여 퇴적물을 채취하여 분석하였다. 본 연구에 사용한 진동식 시추기는 Rossfelder 사의 P-3모델로 분당 1,450 회의 진동으로 해저 퇴적물의 주상시료를 채취할 수 있도록 설계되어 있으며, 기존의 중력식 코어(gravity corer)나 피스톤 코어(piston corer)에 비해 관입 능력이 탁월하여 사질이나 고결층 주상시료를 채취하기에 적합한 장비로 알려져 있다[7].
- 또한 표층 퇴적층의 물성을 파악하기 위해 그랩 채취기 및 진동식 시추기를 이용하여 퇴적물을 채취하여 분석하였다. 본 연구에 사용한 진동식 시추기는 Rossfelder 사의 P-3모델로 분당 1,450 회의 진동으로 해저 퇴적물의 주상시료를 채취할 수 있도록 설계되어 있으며, 기존의 중력식 코어(gravity corer)나 피스톤 코어(piston corer)에 비해 관입 능력이 탁월하여 사질이나 고결층 주상시료를 채취하기에 적합한 장비로 알려져 있다[7]. 진동식 시추기 조사지점은 해저질 및 지층탐사 분석결과를 토대로 모래분포 지역 및 퇴적층서가 가장 잘 표현되는 지점을 선정하였다.
- 선정된 지점을 시추하기 위해 진동식 시추기를 거치대, 윈치, 발전기 등과 함께 바지(barge)선에 탑재한 후 예인 선박으로 시추 지점까지 이동하여 고정시켰다. 이 때 예인 선박은 DGPS를 이용하여 정확한 시추지점을 찾았다.
- 코어 듀브가 퇴적층에 완전히 관입되고 나면 진동을 멈추고 윈치를 이용하여 전체 시스템을 회수하여 코어 튜브와 코어 라이너를 분리한 후 코어 시료를 회수하였다. 채취한 시료에 대한 기본 정보를 기입하고 1m 정도의 길이로 절단하여 랩(wrap)으로 밀봉하여 실험실로 이동한 후 분석하였다.
- 채취한 퇴적층 주상 시료에 대한 조사내용은 코어로깅, 연 X-선 영상 촬영, 퇴적상 분석 등의 퇴적학적 분석과 물성 시험으로 크게 구분된다. 물성 시험은 퇴적물의 전밀도, 함수율, 전단강도 및 유기물 함량 등으로 구성된다.
- 코어 듀브가 퇴적층에 완전히 관입되고 나면 진동을 멈추고 윈치를 이용하여 전체 시스템을 회수하여 코어 튜브와 코어 라이너를 분리한 후 코어 시료를 회수하였다. 채취한 시료에 대한 기본 정보를 기입하고 1m 정도의 길이로 절단하여 랩(wrap)으로 밀봉하여 실험실로 이동한 후 분석하였다.
- 물성 시험은 퇴적물의 전밀도, 함수율, 전단강도 및 유기물 함량 등으로 구성된다. 코어 퇴적물의 실내시험은 20cm 간격으로 수행하였다.
- 표층 퇴적물을 대상으로 SBP 탐사(2~16 kHz)를 3개의 측선(Figure 2 참조)에 대하여 수행하였다.
- 해양 퇴적층 조사를 위해 수심측량과 더불어 2 ~16 kHz SBP 탐사기(chirp sub-bottom profiler)를 탐사선의 후미에 예인하여 사용하였다.
- 해양 퇴적층 조사에 앞서 1:50,000 축척의 기 발간 지질도를 이용하여 광역적 범위에서의 지질 특성을 파악하였으며, 당항만 북측 해안을 중심으로 지표지질조사를 통해 기반암에 대한 지질 구성 및 분포와 특성을 조사하였다. 바다와 접해있는 해안부는 간조일 때 물 밖으로 들어나는 간출암에 대해 주로 육안관찰을 통해 발달양상을 파악하였다.
- 획득한 코어(VC-01)를 절반으로 절개하여 육안으로 관찰되는 특징을 기술하는 코어 로깅을 실시하였으며, 코어 사진과 연 X-선 영상을 정리, 종합하여 퇴적상을 분류하고, Figure 7과 같이 퇴적 주상도를 작성하였다.
대상 데이터
- 연구지역 표층 퇴적물의 입도 조성을 파악하기 위하여 모두 11개 시료를 채취하여 분석하였다. 입도분석 결과 본 지역의 퇴적물은 입도조성이 균질한 편이며, 주로 점토(Mud) 및 모래질 점토 퇴적물(Sandy mud)로 조성되어 있다.
성능/효과
- 당항만 주위 해안에 노출되어 있는 진동층은 식생의 발달이나 경작, 해안정비에 따른 공사 등으로 풍화가 많이 진행되거나 노두가 훼손되어 있으며, 주로 10~30도 이하의 북동방향 주향과 10도 이하의 남동방향으로 발달된 경사를 가지는 것으로 나타났다. 전반적인 암상은 Medium dark gray(N4)색상의 이암과 극세립 내지 세립사암이 호층을 이루며 발달하고, 내부에서는 사층리와 건열, 렌즈상의 사암층, 말린 층리(convolute bedding), 짐 구조, 물결자국(Figure 3) 등이 관찰되며, 층상으로 반복적인 발달을 하는 석회질 단괴(carbonate nodule)층도 관찰되었다.
- 당항만 해역의 퇴적물들은 수심이 낮은 천해의 연안 환경에서 퇴적이 진행되었으며, 하부 퇴적층이 상부 퇴적층에 비해 패각편들의 함량이 높고, 육상기원의 식물편들이 관찰되는 것으로 볼 때 하부 퇴적층은 상부 퇴적층 보다 수심이 낮았을 때 퇴적되었거나 조류나 해류에 의한 침식이 진행되었던 것으로 보인다.
- 전반적인 암상은 Medium dark gray(N4)색상의 이암과 극세립 내지 세립사암이 호층을 이루며 발달하고, 내부에서는 사층리와 건열, 렌즈상의 사암층, 말린 층리(convolute bedding), 짐 구조, 물결자국(Figure 3) 등이 관찰되며, 층상으로 반복적인 발달을 하는 석회질 단괴(carbonate nodule)층도 관찰되었다. 당항만의 북측 해역에서는 진동층과 평행하게 관입한 암맥의 영향으로 관입암상과의 접촉부에서 혼펠스화된 진동층의 일부가 확인되었으며, 관입암상은 주로 Grayish yellow green(5GY 7/2)색상의 장석반정이 발달된 안산암류로 확인되었고, 관입의 연장성은 잘 나타나지 않는 국부적인 소규모의 관입으로 여겨진다.
- 당항포 해역의 진동식 시추기로 채취한 퇴적물의 퇴적학적 분석과 물성 실험에 대한 결과를 종합하여 퇴적환경을 고찰해 보면, 연구지역은 비교적 수심이 낮은 천해의 연안 환경(near shore)으로 생각된다. 천해 환경이라 대부분 이질 퇴적물들이 퇴적되고, 서식하는 패각과 수성 생물들에 의해 퇴적 후 교란되어 괴상으로 나타난다.
- 그리고 하부에 관찰되는 목탄과 나무편들은 모두 육상기원의 퇴적물에서 기원한 것으로 해석된다. 분석한 퇴적상의 변화는 하부구간(Mms facies)이 상부 구간(Mm facies)보다 수심이 낮은 환경에서 퇴적되었을 가능성이 높으며, 혹은 조류나 해류의 세기가 커서 이질 퇴적물이 침식되었을 가능성도 있다.
- 이와 함께 진동층 내에는 사층리, 연흔, 건열, 생흔화석 등 다양한 퇴적구조들이 보존되어 있는 것으로 알려졌으며[11], 특히 고성군 하이면 덕명리, 동해면 내산리와 장좌리를 비롯한 주로 해안가 여러 지역에서 다수의 공룡발자국 화석이 발견되어 보고된 바 있다[12-14]. 이러한 결과로 볼 때 진동층은 백악기 당시 공룡이 서식하였던 당시 한반도의 고기후와 고지형적인 특성을 해석할 수 있는 유용한 퇴적층일 뿐 아니라, 공룡의 생태환경 복원에도 귀중한 정보를 제공할 수 있는 퇴적층이라 할 수 있다.
- 이상의 SBP 탐사 결과를 종합해 보면 당항만의 표층 퇴적물은 가스를 함유하고 있는 것으로 보이며, 일부는 해저면을 통해 해수로 새어나오는 것으로 판단된다.
- 48g/cm3의 범위를 보이며 표층에서 280cm 구간까지 점진적인 감소경향을 보이다가 최하부 구간까지 다시 증가하는 경향성을 보인다. 전체적으로 함수율, 공극률과는 부(-)의 상관성을 갖고, 평균 1.44g/cm3의 값을 가진다.
후속연구
- 퇴적층 내에 존재하는 가스 함유층은 해양 지반조사에 방해가 될 뿐 아니라 해양 구조물의 설치나 시추에 위험 요소로 작용할 수 있다. 또한 퇴적환경 변화에 따라서 대기권으로 방출될 경우 온실 가스 역할을 할 수 있으므로 지속적이고 세심한 관찰이 필요하다.
- 본 연구에서는 당항만 내의 표층퇴적물의 물성 및 퇴적환경을 파악하고자 한다. 이와 같은 표층퇴적물에 대한 연구는 퇴적환경 변화에 관한 단서를 제공할 뿐만 아니라 연안 개발에 필요한 기초자료와 해전유물 매몰체 탐사방법 연구에도 크게 기여할 것으로 생각된다.
- 입도분석 결과 본 지역의 퇴적물은 입도조성이 균질한 편이며, 주로 점토(Mud) 및 모래질 점토 퇴적물(Sandy mud)로 조성되어 있다. 점토층의 발달은 퇴적물 내에 포함되어 있는 가스의 대기 중 방출을 어느 정도 억제하는 역할을 할 것으로 기대된다.
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