[논문]퇴적 구조 관찰 시 유념해야 할 토양화 및 지하수 유동 흔적: 경주 용장리 트렌치 단면의 예

윤소정

doi:10.9719/eeg.2019.52.6.519

퇴적 구조 관찰 시 유념해야 할 토양화 및 지하수 유동 흔적: 경주 용장리 트렌치 단면의 예
Evidences of Soil-Forming Processes and Groundwater Movement Obscuring Sedimentary Structures: A Trench Profile in Yongjang-li, Gyeongju, South Korea 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.52 no.6, 2019년, pp.519 - 528

초록
AI-Helper

본 논문에서는 2017년 경주시 내남면 용장리 트렌치 단면에서 퇴적층을 관찰할 때 고려해야하는 토양화 과정과 지하수의 유동에 기인하여 나타나는 특성을 기술하였다. 지표로부터 굴착된 트렌치 단면은 토양화 과정과 지하수 유동에 의한 흔적을 포함하고 있어 퇴적학자들의 관찰에 영향을 줄 수 있다. 이 사이트 토양은 비교적 초기단계의 토양화 과정에 있어서 퇴적층의 특징을 관찰하는데 크게 어려움을 주지 않으나, 퇴적층리 관찰을 가장 어렵게 하는 요인은 지하수의 이동에 따른 망간산화물과 철산화물의 침전이었다. 지하수면을 따라 형성된 이 침전물은 퇴적층의 경계면에 형성되어 있기도 하고, 지하수면의 위치 또한 접하고 있는 퇴적층의 입자 크기에 따라 달라지므로 여러 위치에서 침전물이 관찰되었다. 또 이들 지하수면 상하부에서는 각기 철의 산화환원 상태에 따라 색변화가 관찰되므로 퇴적층 기술에 주의가 요구된다. 미세기공을 통해 모세관 현상으로 상부로 이동하는 지하수에 의해 일부 세립질 퇴적층이 지하수면 수 미터 상부까지 환원상태를 유지하면서 환원철 상태를 지시하는 색을 띠기도 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In 2017, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM) has excavated a trench at Yongjang-li in the city of Gyeongju to examine the evidence of fault movement related with the 2016 earthquake in unconsolidated sediments. In the trench profile, the author has observed the features of ongoing soil-forming processes and groundwater movement overlapped on the sedimentary layers. The soil formation was in its initial stage, and most of the original sedimentary layers could be observed. The color changes depending on the redox conditions and by the Mn/Fe oxide precipitation, however, were the most significant features obscuring sedimentary records. The dark Mn oxide precipitates formed at the groundwater levels often concealed the sedimentary unit boundaries. The groundwater levels varied depending on the particle sizes of the sedimentary layers contacting the groundwater, and the Mn oxide precipitates have formed at varying depths. The groundwater could move upward along the narrow pores in the fine-textured sedimentary layer more than a few meters showing the gray color indicating a reducing condition for iron.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Geographical location of the study site (a), Yongjang-li trench site (b), and the north and south walls of the trench profiles (c).
그림 Fig. 2. The north wall of the trench site showing the characteristics of soil forming processes and groundwater movement on sedimentary layers.
그림 Fig. 3. Open (a, c) and cross (b, d) polarized microscope images of iron/manganese oxide coatings.
그림 Fig. 4. EDS elemental distribution map of the coating material in the coarse sedimentary layer in the north wall.
그림 Fig. 5. The south wall of the trench site showing the characteristics of groundwater movement.
그림 Fig. 6. Open (a) and cross (b) polarized microscope images of iron/manganese oxide precipitates.
그림 Fig. 7. EDS elemental distribution map of the coating material near the groundwater level in the south wall.
그림 Fig. 8. EDS elemental distribution map of the iron/manganese oxide precipitates near the groundwater level in the south wall.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

, 2017), 한국지질자원연구원에서는 양산단층대의 활성단층을 추적하고자 항공사진 분석을 통해 선형구조가 인지된 경주 내남면 용장리 인근에서 지표조사와 트렌치 조사를 실시하였다(KIGAM, 2018). 본 논문에서는 용장리 트렌치 단면에서 토양 층위 형성과 지하수에 의한 물리화학적 작용의 흔적을 중심으로 퇴적구조와 공존하는 토양화 과정과 지하수 유동에 따라 나타나는 특징들을 기술할 것이며, 이를 예로 삼아 트렌치 퇴적층 조사에 참고가 되었으면 한다.
본고에서 저자는 2016년 경주지진 이후 2017년 한국지질자원연구원에서 굴착한 용장리 트렌치 단면에서 관찰된 토양화 과정 및 지하수 유동에 의해 나타나는 특징을 토양 형성과정과 토양수 이동에 대한 일반적인 이론(2절)을 기반으로 관찰하여 기술하고자 한다. 2016년 경주 지진은 양산단층의 부속단층에 의한 것으로 사료되며(Kim et al.
이 절에서는 일반토양학(Brady and Weil, 1996) 수준에서 트렌치 굴착 후 퇴적구조 기재 시 감안하여야 할 토양화 작용의 흔적 관찰에 도움이 될 토양에 대한 기초적 내용 중 용장리 트렌치 단면에 적용될 수 있는 내용을 집약하였다.

제안 방법

지하수면 침전물 시료는 한국지질자원연구원 지질자원분석센터에서 에폭시에 고정시켜 박편 제작 후 전라북도 완주군 전북테크노파크 전북과학기술진흥센터에서 전자현미분석기(Shimadzu EPMA-1610)를 이용하여 침전물 성분을 분석하였다. 반사전자(back-scattered Electron, BSE) 이미지 관찰 후 일부 원소에 대해 에너지 분산 분광기(energy dispersive spectrometer, EDS)를 이용하여 원소 지도를 얻었고(EDS mapping), EDS와 파장 분산 분광기(wave dispersive spectrometer, WDS)를 이용하여 원하는 위치에서 구성 원소를 정성 분석하였다. 분석 시 빔의 크기는 1 µm, 가속전압은 15 kV, 전류는 20nA였다.
5a, 5e, and 5f), 황갈색의 띠도 혼재되어 나타났는데, 이는 산화상태에서 검은 색 망간 산화물과 황갈색 철산화물이 침전되어 형성된 것으로 사료된다. 이 부분의 시료를 채취하여 에폭시에 고정시킨 후 박편을 만들어 편광현미경을 통해 관찰(Fig. 6)하고 전자현미분석을 통해 원소 조성을 알아보았다. 원소분포도를 관찰하였을 때, 철과 망간의 분포 위치는 서로 일치하지 않으므로 철과 망간은 각기 다른 광물상으로 침전되어 있는 것으로 사료된다.
지하수는 트렌치 하부에서 2회 채취하였고 각각 채취 직후 0.2 µm 주사기 필터(nylon, Whatman)로 부유물 제거 후 실험실에서 냉장 보관하였고 충남대학교 공동실험실습관에서 유도 결합 플라즈마 질량분광법(ICP-MS)으로 화학성분을 분석하였다.
2 µm 주사기 필터(nylon, Whatman)로 부유물 제거 후 실험실에서 냉장 보관하였고 충남대학교 공동실험실습관에서 유도 결합 플라즈마 질량분광법(ICP-MS)으로 화학성분을 분석하였다. 지하수면 침전물 시료는 한국지질자원연구원 지질자원분석센터에서 에폭시에 고정시켜 박편 제작 후 전라북도 완주군 전북테크노파크 전북과학기술진흥센터에서 전자현미분석기(Shimadzu EPMA-1610)를 이용하여 침전물 성분을 분석하였다. 반사전자(back-scattered Electron, BSE) 이미지 관찰 후 일부 원소에 대해 에너지 분산 분광기(energy dispersive spectrometer, EDS)를 이용하여 원소 지도를 얻었고(EDS mapping), EDS와 파장 분산 분광기(wave dispersive spectrometer, WDS)를 이용하여 원하는 위치에서 구성 원소를 정성 분석하였다.

대상 데이터

트렌치 조사 위치는 경주시 내남면 용장리 33번지에서 용장계곡 방향으로 시작되는 산기슭으로 N 35° 46’ 36.79’’ E 129° 12’ 34.97”에서 대략 동남동 방향(S60°E)으로 길이 약 20 m, 폭약 2.5 m, 깊이 약 3 m의 트렌치(Fig. 1)를 굴착하여 남쪽 및 북쪽의 단면을 관찰하였다.

성능/효과

2.2절에 언급된 바와 같이 철의 산화상태로 지시되는 토양색은 지하수면 상부에서는 대개 황갈색~갈색, 지하수면 하부에서는 회색~청회색으로, 용장리 트렌치 북쪽 단면에서도 B층은 대개 갈색을 띠었고 트렌치 굴착 후 펌프로 물을 제거하였을 때 보이는 지하수면 하부 토양은 회색을 띠었다. 그러나 지하수면 주변의 기재는 그리 단순하지 않았다.
야외에서는 약간의 검보라색으로 보이기도 하는데, 보라색은 7가 망간의 특징적 색으로 7가 망간의 보라색과 4가 망간 산화물의 검은색이 혼재되어 있었을 가능성도 배재할 수는 없었다. 그러나 이 부분의 시료를 채취한 며칠 후 시료는 보라색 보다는 짙은 회색(Fig. 5d)을 띠게 되어, 야외에서 띠었던 약간의 보라색은 철이 환원된 상태에 있을 때 나타나는 청회색의 영향이었고 시료채취 후 철이 산화상태로 변하면서 철산화물의 (황)갈색과 망간산화물의 검은색이 혼재된 색으로 변한 것으로 유추하였다. 용장리 트렌치 사이트 지하수의 망간 함유량(343~509 µg·kg^-1)은 철 함유량(54-122 µg·kg^-1) 보다 높았고 망간산화물이 더 짙은 색을 가지므로 망간산화물의 색이 우세하게 나타날 수 있다.
지하수면에서는 망간산화물과 함께 철산화물도 침전되는데, 이들은 서로 다른 광물상으로 산출되었다. 또, 지하수면 상하부에서 산화환경상태가 달라 철의 산화환원에 따른 색변화로 퇴적층의 색 또한 영향을 받게 되는데, 용장리 트렌치 사이트에서는 지하수면과 맞닿은 세립질 퇴적층에서 지하수가 미세기공을 따라 모세관력으로 수 미터까지 상승하면서 철이 환원 상태에 있게 되어 주변의 산화철의 갈색을 띠는 조립질 층과 달리 회색을 띠는 것도 관찰되었다. 이 세립질 퇴적층과 맞닿아 있는 부분의 지하수면이 상승되면서 침전된 망간산화물로 인해 이 퇴적층과 주변 퇴적층의 정확한 경계의 관찰이 불가능했다.
2c) 이는 환원상태의 철(Fe²⁺)이 시료가 건조되면서 산화상태에 노출되어 철산화물이 형성되었기 때문으로 사료된다. 트렌치 굴착 약 3주 후 단면 표면의 건조가 진행된 상황에서 간이 토양 수분계를 통해 트렌치 단면 표면에서 수분 측정을 하였을 때, 이 퇴적층과 유사한 조직을 보이는 유사 깊이의 황갈색 퇴적층에서는 0%의 수분도를 보인 반면 이 회색 퇴적층에서는 아직 5%의 수분도를 보였다. 이 퇴적층이 지하수위 인근 퇴적층과 맞닿은 곳에서는 지하수면이 상승되어 있는 것이 관찰되었다(Fig.
한국지질자원연구원에서 2017년 굴착한 경주시 내남면 용장리 트렌치 사이트에서 토양화 과정은 초기단계에 있었고 유기물이 농집된 표토(A층) 외 이 하부(BC층)의 토양화 과정은 퇴적구조를 관찰하는데 큰 어려움을 주지 않는 것으로 보였다. 다만, 이 사이트에서는 지하수의 망간 함유량이 비교적 높아 퇴적구조를 따라 유동하는 지하수면의 위치 따라 망간 산화물이 침전되어 나타나는 특징을 보였으므로 퇴적구조를 관찰하는데 유념해야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토양화 과정 관측 시 지하수면은 어떤 영향을 끼치는가?	지하수면에서는 망간산화물과 함께 철산화물도 침전되는데, 이들은 서로 다른 광물상으로 산출되었다. 또, 지하수면 상하부에서 산화환경상태가 달라 철의 산화환원에 따른 색변화로 퇴적층의 색 또 한 영향을 받게 되는데, 용장리 트렌치 사이트에서는 지하수면과 맞닿은 세립질 퇴적층에서 지하수가 미세 기공을 따라 모세관력으로 수 미터까지 상승하면서 철 이 환원 상태에 있게 되어 주변의 산화철의 갈색을 띠 는 조립질 층과 달리 회색을 띠는 것도 관찰되었다. 이 세립질 퇴적층과 맞닿아 있는 부분의 지하수면이 상승되면서 침전된 망간산화물로 인해 이 퇴적층과 주 변 퇴적층의 정확한 경계의 관찰이 불가능했다.
	퇴적층은 무엇인가?	퇴적층은 퇴적 당시의 지구조적 환경이나 기후 등 고환경을 지시해주며, 퇴적 후 일어난 마그마 관입, 단 층 운동 등 지질학적 사건의 증거가 되기도 한다(Min and Kim, 1977; Cheon et al., 2017).
	지표 인근 미고결 퇴적물을 퇴적층 기재할때 한계점은?	, 2019). 그러나, 지표 인근 미고결 퇴적물은 지진에 대한 기록뿐 아니라 지표에서 일어 나는 물리적 화학적 생물학적 과정에 대한 기록도 함께 보유하게 되므로, 지표 인근 퇴적층을 관찰할 때는 침식, 토양화작용, 생물교란작용 등의 유무를 검토하고, 이들로 인해 퇴적층 기재에 한계가 있을 수 있음을 인 지하여야 한다(Nam, 2018). 트렌치를 굴착하여 지표 인근 퇴적층을 관찰할 때에는 퇴적층 형성시기와는 무 관하게 현재 지하수 면 상부에 놓인 퇴적층이 산화상 태에 노출된 이후부터 현재까지 진행 중인 토양화 과정에 의한 특징과 함께 지하수면이나 지하수/토양수의 퇴적층 내 유동에 의해 나타나는 특징도 주의 깊게 관찰하여야 한다.

참고문헌 (21)

Aitkenhead, M.J., Coull, M. Towers, W. Hudson, G. and Black, H.I.J. (2013) Prediction of soil characteristics and colour using data from the National Soils Inventory of Scotland. Geoderma, v.200-201, p.99-107.

상세보기
Baumann, K., Schoning, I., Schrumpf, M., Ellerbrock, R.H. and Leinweber, P. (2016) Rapid assessment of soil organic matter: Soil color analysis and Fourier transform infrared spectroscopy. Geoderma, v.27, p.49-57.
Brady, N.C. and Weil, R.R. (1996) The nature and properties of soils. Prentice Hall Inc., New Jersey, 740p.
Brouwer, C., Prins, K. and Heibloem, M. (1989) Irrigation water management: irrigation scheduling, Training manual No. 4. Food and Agriculture Organization, Rome, 43 p.
Cheon, Y., Ha, S. and Son, M. (2017) Geometry and kinematics of fault systems in the Uiseong block of the Gyeongsang Basin, and their roles on the basin evolution. J. Geol. Soc. Korea, v.53, p.241-264.

상세보기
Choi, S.-J., Ghim, Y.S., Cheon, Y. and Ko, K. (2019) The first discovery of Quaternary fault in the western part of the South Yangsan fault - Sinwoo Site. Econ. Environ. Geol., v.52, p.251-258.
Evans, C.V. and Franzmeier, D.P. (1988) Color index values to represent wetness and aeration in some Indiana soils. Geoderma, v.41, p.353-368.

상세보기
Freitas, R.M., Perilli, T.A.G. and Ladeira, A.C.Q. (2013) Oxidative precipitation of mangases from acid mine drainage by potassium permanganate. J. Chem., v.2013, p.1-8.
Franzmeier, D.P., Yahner, J.E., Steinhardt, G.C. and Sinclair, H.R. (1983) Color patterns and water table levels in some Indiana soils. Soil Sci. Soc. Am. J., v.47 p.1196-1202.

상세보기
Ghim, Y.S. and Ko, K. (2019) Geological significance of liquefaction and soft-sediment deformation structures. Econ. Environ. Geol., v.52, p.471-484.
James, B.R. and Bartlett, R.J. (1999) Redox phenomena. In Sumner, M.E. (ed.) Handbook of Soil Science. CRC Press, Washington, D.C., p.B169-B194,
KIGAM(Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources) (2018) 일반인을 위한 한반도 동남권 지진: 경주지진 & 포항지진을 중심으로, KIGAM, 56p.
Kim, Y.-S., Kim, T., Kyung, J.B., Cho, C.S., Choi, J.-H. and Choi, C.U. (2017) Preliminary study on rupture mechanism of the 9.12 Gyeonju Earthquake. J. Geol. Soc. Korea, v.53, p.407-422.

상세보기
Min, K.D. and Kim, W.Y. (1977) A Study on the Structural Deformations in the Sedimentary Layer Resulted from Magma Intrusion. Econ. Environ. Geol., v.10, p.37-48.
Nahm, W.-H. (2018) Present situation of research of Quaternary terrestrial unconsolidated sediments in Korea. J. Geol. Soc. Korea, v.54, p.107-119.

상세보기
NIAST(National Institute of Agricultural Science and Technology) (2011) Jigog Series, described by Song, K.C., Noh, D.C. and Hyun, B.K. (http://soil.rda.go.kr/soil/koreaSoils/soilSearch.jsp)
Sanchez-Maranon, M., Romero-Freire, A. and Martin-Peinado, F.J. (2015) Soil-color changes by sulfuricization induced from a pyritic surface sediment. Catena, v.135, p.173-183.

상세보기
Sain A., Griffin, A. and Dietrich, A.M. (2014) Assessing taste and visual perception of Mn(II) and Mn(IV). J. Am. Water Works Assoc., v. 106, p. E32-E40.

상세보기
Takeno, N. (2005) Atlas of Eh-pH diagrams: Intercoparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No. 419.
Watkinson, D., Weber, L. and Anheuser, K. (2005). Staining of archaeological glass from manganese-rich environments. Archaeometry, v.47, p.69-82.

상세보기
Wills, S.A., Burras, C.L. and Sandor, J.A. (2007) Prediction of soil organic carbon content using field and laboratory measurements of soil color. Soil Sci. Soc. Am. J., v.71, p.380-388.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증