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문제 정의
- 연구의 목적은 덕적도 서부해역에 발달하고 있는 사퇴에 대한 고해상탄성파탐사(high resolution seismic survey, 3.5 kHz) 자료에 의한 퇴적층서와 퇴적상을 규명하고, 탄성파음향기반암(acoustic basement)을 설정하여 상위에 쌓인 해저퇴적층의 부정합면 혹은 정합면에 의한 퇴적단위 구분과 퇴적층의 두께를 밝히고자하며, 또한 사퇴에 대한 퇴적환경을 규명하는데 목적이 있다. 이를 위하여 탄성파탐사자료, 해저면측사탐사(side scan sonar)자료, 해저퇴적물 시료분석 그리고 주상시추자료 등의 분석 및 해석을 통해 사퇴에 대한 수평적 및 수직적 퇴적양상을 파악하고, 고기후학적 퇴적환경과 퇴적의 역사 등을 규명하고자 한다.
제안 방법
- 경기만의 서부에 위치한 덕적도 사퇴를 선정하여 탄성파층서, 퇴적상의 변화 및 퇴적환경 규명을 위하여 해양물리학적 및 해양지질학적 연구를 수행하였다.
- 단일빔음향측심기(single beam echo sounder)는 Raytheon사의 Model 719B의 본체와 송수파기로 구성되어 있으며, 수심이 얕은 연안지역의 수심측량은 주로 200 kHz 내외의 주파수를 사용하여 연속음향측심을 실시하였다. 측심된 수심은 조석을 보정하여 등수심도를 작성하였고 또한 3차원도로 표현하였다(Fig.
- 모래와 자갈은 1φ 간격으로 건식 체질하고, 뻘은 습식 피펫법에 의해 1φ 간격으로 입도별 중량백분율을 구하여 누적곡선도위에 옮겨 Folk and Ward (1957)의 그래픽 방법을 이용하여 퇴적물의 이름을 정하고, 각 입도별 무게 백분율에서 계산한 네개의 적률 즉, 평균입도, 분급도, 왜도 및 첨도의 조직표준치를 구하였다.
- 5 kHz) 자료에 의한 퇴적층서와 퇴적상을 규명하고, 탄성파음향기반암(acoustic basement)을 설정하여 상위에 쌓인 해저퇴적층의 부정합면 혹은 정합면에 의한 퇴적단위 구분과 퇴적층의 두께를 밝히고자하며, 또한 사퇴에 대한 퇴적환경을 규명하는데 목적이 있다. 이를 위하여 탄성파탐사자료, 해저면측사탐사(side scan sonar)자료, 해저퇴적물 시료분석 그리고 주상시추자료 등의 분석 및 해석을 통해 사퇴에 대한 수평적 및 수직적 퇴적양상을 파악하고, 고기후학적 퇴적환경과 퇴적의 역사 등을 규명하고자 한다.
- 주상시추는 Fig. 11에서와 같이 최대심도 5 m 가능하며 덕적도 사퇴의 퇴적단위 I의 예상 심도는 15 m 이상 이어서 이를 고려하여 사퇴의 지형적 특성과 탄성파탐사 자료를 참고로 하여 사퇴의 서쪽 경사진 해역을 선정하여 4개 지점에서 진동식 코어채취기(Fig. 9)로 주상 코어시료를 채취하였다.
- 해저면측사탐사에 사용된 장비는 EG & G의 Model 260 기록계와 Model 272형 Tow-fish를 이용하였다. 주파수는 105 kHz를 사용하였고, 측사범위는 조사해역의 수심에 따라 좌우 각각 50 m, 100 m, 150 m, 300 m로 적절히 변동시킬 수 있으나, 기본적으로 100 m로 선정 하여 분해능을 좋게 하였다. 수중예인체(towfish)는 선체 후미로부터 거리는 수심과 탐사선박 추진기의 잡음 영향을 고려하여 20 m 내외가 되게 설정하였다.
- 진동식주상코어시료 채취는 최대심도 5m의 한계로 인하여 사퇴의 서쪽 경사면에서 총 4개 지점을 대상으로 시추하였고, 코어시료를 대상으로 입도분석 등을 실시하여 시추주상도를 작성하였다.
- 해저표층시료는 시료채취기를 사용하였으며, 코어시료 채취는 퇴적물 특성에 따라 피스톤 코어채취기(최대 심도 3 m) 또는 진동식 코어채취기(최대 투과심도 5 m)를 사용하였다. 취득된 코어는 절개 후 육안감정과 사진촬영, X-선 촬영을 하여 퇴적물의 입도분포 특성과 퇴적구조를 파악하는데 활용하였다.
- 단일빔음향측심기(single beam echo sounder)는 Raytheon사의 Model 719B의 본체와 송수파기로 구성되어 있으며, 수심이 얕은 연안지역의 수심측량은 주로 200 kHz 내외의 주파수를 사용하여 연속음향측심을 실시하였다. 측심된 수심은 조석을 보정하여 등수심도를 작성하였고 또한 3차원도로 표현하였다(Fig. 6). 덕적도 사퇴 중심으로 북쪽(북수도) 선미도 서편 해저수로에서 최대수심은 62 m이고 사퇴 동쪽연안 수로에서 수심이 60 m 내외 되며, 남쪽으로 갈수록 해저지형이 완만하여 10 m 내외로 된다.
- 해상물리탐사 및 해저퇴적물 시료채취시의 조사선 위치측량은 GPS을 사용하였다. 표층퇴적물 분석시료는 29개를 대상으로 하였고, 입도분석은 KSF 2502 규정을 참고하였으며, 퇴적물의 특성에 따라 100 g 정도의 시료 들을 63 µ의 체를 사용하여 습식 체질하였으며, 뻘과 모래 및 자갈을 분리시켰다.
- 해상물리탐사 측선은 6개 측선 중 측선 4를 대표로 선정하여 탄성파층서 및 퇴적상 등의 해석에 이용하였고, 해양물리탐사는 탄성파탐사(mini-sparker system, 3.5 kHz), 해저면측사탐사, 해저지형조사를 위한 음향수심측정(echo-sounding)을 실시하였다(Fig. 3).
- 5 kHz의 음원을 사용하였고 또한 분해능을 높이기 위하여 탐사선 속도는 5-6 knot를 유지하여 해상도가 좋은 자료를 획득하였다. 획득된 자료는 현생퇴적물이 분포하는 사퇴에 대한 층서규명 및 퇴적상 연구에 적용하였다.
대상 데이터
- , 2000). 본 연구해역의 같은 시기(Lee et al., 1995)에 진동식주상시추를 실시된바 있는 덕적도 동남쪽 약 18 km에 위치한 승봉도 사퇴에서 패각편을 대상으로 14C 연대측정(일본 학습원대학교 연대측정 연구실)을 의뢰하여 실시하였다. 그 결과시추심도 93-132 cm (시료번호 VF-8B)에서 3,100 ± 250년 전 이었고, 또 시추심도 350-380 cm (시료번호 VF11A)에서 4,900 ± 100년 전 경으로 확인되었다.
- 표층시료에 대한 주성분원소분석결과는 Table 3과 같다. 분석에 사용된 시료들은 사퇴의 정상부에 해당하는 시료들이며, 입자의 크기는 조립사 내지 중립사로 분포 한다. Fig.
- 사질퇴적층에서 150 m 내외의 양호한 투과력을 갖는 탄성파탐사기를 사용하였다. 주파수는 3.
- 연구해역은 한반도 서해 경기만의 서부에 위치한 덕적도 해역으로 북위 37°05'~37°20', 동경 125°55'~126°15' 내에 위치한다(Fig. 1).
- 조사해역의 해저면은 반사강도가 강한 모래파가 발달 하는 해역, 반사강도가 강하지만 모래파가 아닌 연흔이 발달하는 해역, 그리고 반사강도가 약한 세립질모래 내지 뻘질이 발달하는 해역으로 이루어져 있다(Fig. 5). 모래파는 주로 사퇴 정상부에 잘 발달되어 있으며, 모래파는 상당한 세기의 물흐름이 있는 해역에서 발달하는 것으로 알려져 있으며, 이러한 물리적 성질을 고려할 때 조사해역의 사퇴 표면에 발달하고 있는 모래파는 조사 해역에 모래파를 형성시킬 수 있는 강한 수류가 있음을 지시하고 있다.
- 사질퇴적층에서 150 m 내외의 양호한 투과력을 갖는 탄성파탐사기를 사용하였다. 주파수는 3.5 kHz의 음원을 사용하였고 또한 분해능을 높이기 위하여 탐사선 속도는 5-6 knot를 유지하여 해상도가 좋은 자료를 획득하였다. 획득된 자료는 현생퇴적물이 분포하는 사퇴에 대한 층서규명 및 퇴적상 연구에 적용하였다.
- 해저면측사탐사에 사용된 장비는 EG & G의 Model 260 기록계와 Model 272형 Tow-fish를 이용하였다.
- 해저표층시료는 시료채취기를 사용하였으며, 코어시료 채취는 퇴적물 특성에 따라 피스톤 코어채취기(최대 심도 3 m) 또는 진동식 코어채취기(최대 투과심도 5 m)를 사용하였다. 취득된 코어는 절개 후 육안감정과 사진촬영, X-선 촬영을 하여 퇴적물의 입도분포 특성과 퇴적구조를 파악하는데 활용하였다.
이론/모형
- 탄성파 탐사자료는 Mitchum and Vail (1977) 및 Vail (1987)의 해석방법에 따라 탄성파 퇴적층 분석, 음향상 분석 등 2단계과정을 통해 해석되었다.
- 모래와 자갈은 1φ 간격으로 건식 체질하고, 뻘은 습식 피펫법에 의해 1φ 간격으로 입도별 중량백분율을 구하여 누적곡선도위에 옮겨 Folk and Ward (1957)의 그래픽 방법을 이용하여 퇴적물의 이름을 정하고, 각 입도별 무게 백분율에서 계산한 네개의 적률 즉, 평균입도, 분급도, 왜도 및 첨도의 조직표준치를 구하였다. 퇴적물의 유형분류는 자갈, 모래 및 뻘 (실트 및 점토)의 함량에 의한 삼각도표 방법을 이용하였다.
- 표층퇴적물 분석시료는 29개를 대상으로 하였고, 입도분석은 KSF 2502 규정을 참고하였으며, 퇴적물의 특성에 따라 100 g 정도의 시료 들을 63 µ의 체를 사용하여 습식 체질하였으며, 뻘과 모래 및 자갈을 분리시켰다.
성능/효과
- 그 결과시추심도 93-132 cm (시료번호 VF-8B)에서 3,100 ± 250년 전 이었고, 또 시추심도 350-380 cm (시료번호 VF11A)에서 4,900 ± 100년 전 경으로 확인되었다.
- 현재 서해의 평균수심은 약 55 m이고 최대수심은 약 100 m이다. 따라서 현재보다 약 120 m 정도 해수면이 낮았던 관계로마지막 최대빙하기 동안에는 대부분 육지로 드러나 있었으며, 제주도는 한반도와 육지로 연결되어 있었다. 그후 약 11,000년 전 경부터 기후가 온난화되면서 빙하가 녹기 시작하여 해수면이 점차 상승하게 되었다.
- 이 뻘층 사이에 5~15 cm 두께의 세립사 내지 중립사로 수평층리를 이루는 9개의 호층으로 분포하는 특징을 나타내고 있다. 이러한 퇴적상을 종합하면 이 층은 현세의 고조간대 층으로 사료되며, 강한 왕복성조류의 영향으로 사퇴가 침식 되어 재동되었거나, 홍수 때 이루어진 고조간대층이라 인지할 수 있다.
- 최상위층인 퇴적단위 I은 특정 내부구조를 갖지 않고 불연속적인 반사파들이 불규칙하게 혼재하며, 이는 짧은 시간동안 갑작스런 퇴적작용이 진행되었거나, 사질퇴적물이 우세한 경우에 나타나는 특징을 갖는 퇴적단위로 해석된다. 퇴적 두께는 음파왕복주시 약 15~20 ms로 발달되었고 사퇴 정상부의 두께는 최대 30 ms 정도이다. 사퇴가 끝나는 동·서 양변의 해저 골짜기에서 모래층은 거의 존재하지 않거나 자갈층 표면에 박층으로 분포 한다.
후속연구
- 덕적도 사퇴의 퇴적환경은 경기만 해역에서 한강에 의한 삼각주 퇴적환경의 영향 보다는 섬과 섬 사이로 흐르는 강한 왕복성 조류에 의하여 고하성 기원의 쇄설 퇴적물들이 재동되어 비교적 단기간에 퇴적된 것으로 판단되며, 현재는 조류양상에 따라 평형상태를 유지하고 있는 조류성 사퇴라고 해석되어 진다. 그러나 조사해역에 대하여 현재 확보된 자료보다 앞으로 심부시추 자료가 확보된다면 보다 정확하고 포괄적인 해석을 할 수있을 것이다.
- 이러한 지형적인 요인에 의해 넓은 조간대, 조류성 사퇴 그리고 섬들 주위에 깊은 수로가 형성하고 있으며 깊은 곳은 60 m 정도 된다. 조류성 사퇴의 특성은 강한 왕복성 조류에 의한 사질퇴적물의 이동으로 조류방향과 대체로 일치하며 불연속적으로 발달하고 있어 앞으로의 항만준설, 수중에 건설되는 교량이나 방파제 및 해상풍력 발전기 건설 등과 같은 해양구조물의 건설을 위해서는 해저 퇴적구조의 규명이 매우 중요하게 다루어져야 할 것이다.
- 해양물리탐사는 해양공학 측면으로 보면, 해저자원탐사, 항만준설, 수중에 건설되는 교량이나 방파제의 기초지반의 심도, 인공섬이나 매립지의 연약지반 분포상황, 해상풍력 발전기 건설과 같은 해양구조물의 기초지반조사 활용에 중요한 기초자료가 될 것이다. 이와 같이 고해상탄성파탐사는 한 지점 개념의 해상시추 자료와 병행하여 퇴적환경과 공간적인 해저지층분포를 파악할 수 있는 아주 경제적인 탐사방법중의 하나이다.
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