퇴적암

왜 배우는가: 퇴적암은 지표 부근에 넓게 분포하며, 지층의 형성 환경과 시간 순서를 읽게 해 주는 기록이다. 지반·터널·사면 설계에서는 층리, 공극, 교결 상태가 암반 거동을 좌우하므로 기술사 시험에서 기본 개념으로 자주 다뤄진다.

출제 이력: 제102회 2교시 2번, 제101회 2교시 1번, 제89회 3교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

퇴적암은 지표 부근에서 기존 암석의 쇄설물, 생물 유해, 화학 침전물이 쌓여 속성작용을 거쳐 굳어진 암석이다.

퇴적암은 풍화와 침식으로 생긴 물질이 운반되어 쌓이고, 그 퇴적물이 다져져 단단한 암석으로 바뀐 것이다. 지각을 이루는 3대 암석 가운데 화성암은 마그마가 식어서, 변성암은 기존 암석이 열과 압력을 받아 재결정되어 만들어지지만, 퇴적암은 지표 물질이 기원이라는 점에서 구분된다. 따라서 답안의 첫 줄에는 기원 물질과 퇴적 후 굳는 과정을 함께 적어야 한다.

지질학에서 퇴적암을 나누는 기준은 물질이 생성된 과정이다. 기원에 따라 쇄설성, 생물기원, 화학적, 기타의 네 군으로 나누며, 쇄설성 퇴적암은 입자 크기와 구성 성분, 질감으로 한 번 더 세분한다. 이 구분을 먼저 알아 두면 뒤에서 다룰 속성작용과 분류가 자연스럽게 이어진다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 쇄설물: 기존 암석이 풍화·침식되어 생긴 부서진 조각이나 입자이다.
• 속성작용: 퇴적물이 쌓인 뒤 압밀과 교결을 거쳐 암석이 되기까지 일어나는 모든 변화이다.
• 교결작용: 알갱이 사이 공극에 광물이 침전하여 입자를 서로 붙잡는 작용이다.
• 층리: 크기, 색, 성분이 다른 퇴적물이 번갈아 쌓여 생긴 평행한 줄무늬이다.
• 쇄설성 퇴적암: 쇄설물이 주된 구성 성분인 퇴적암이다.
• 생물기원 퇴적암: 생물의 골격이나 유해가 쌓여 만들어진 퇴적암이다.
• 화학적 퇴적암: 용액에서 광물이 침전하여 쌓인 퇴적암이다.

2. 개념 풀이

퇴적암은 지표 또는 지표 가까운 곳에서 쇄설물, 생물 유해, 화학 침전물이 쌓이고 그 퇴적물이 굳어져 만들어진 암석이다. 기원에 따라 쇄설성 퇴적암, 생물기원 퇴적암, 화학적 퇴적암과 충돌이나 화산 활동 등으로 생긴 기타 퇴적암의 네 군으로 나뉜다.

원리는 기원 암석의 풍화, 침식, 운반, 퇴적, 속성작용의 순서로 진행된다. 풍화된 조각은 물이나 바람에 실려 이동하다가 흐름이 약해지는 곳에서 입자 크기별로 쌓인다. 쌓인 퇴적물은 위에 쌓이는 하중으로 압밀되어 공극이 줄고 물이 빠져나가며, 공극수에 녹아 있던 광물이 침전하여 입자를 잇는 교결작용이 함께 일어난다. 이 두 작용으로 느슨한 퇴적물이 단단한 암석이 되는 과정을 암석화라고 한다.

속성작용은 퇴적 직후부터 암석화를 거쳐 지표 노출에 이르기까지 퇴적물에 일어나는 모든 물리·화학적 변화를 가리킨다. 깊이 묻히면 온도가 올라가 시멘트 역할을 하는 광물의 침전이 빨라지고, 입자 접촉점에서 응력을 받은 광물이 녹아 빈 공극에 다시 침전하는 압력 용해가 공극률을 더 낮춘다. 지표로 다시 드러난 퇴적암은 천수의 작용으로 일부 시멘트가 녹아나가 2차 공극이 생기기도 한다. 온도와 압력이 더 높아지면 속성작용은 변성작용의 영역으로 넘어간다.

속성작용이 진행될수록 공극률이 낮아져 암석이 치밀해지고 강도가 커진다. 반대로 지표 풍화로 2차 공극이 생기면 투수성은 커지고 강도는 떨어진다. 같은 퇴적암이라도 속성작용의 정도에 따라 공학적 성질이 크게 달라지는 이유가 여기에 있다.

쇄설성 환경의 대표 예는 상류의 단단한 암석이 침식되어 생긴 조각이 강물로 운반되는 하천계이다. 운반 거리가 길어질수록 입자 크기는 작아지고 광물 조성은 단순해지므로, 입자 크기와 조성은 원래 암석과 운반 과정을 읽는 단서가 된다.

퇴적암의 핵심은 퇴적물이 압밀과 교결을 거쳐 굳어진 암석이라는 점이다.

쇄설성 퇴적암은 구성 입자의 크기로 셰일, 사암, 역암으로 나누며, 입자의 둥글기와 교결물의 종류를 함께 본다. 생물기원 퇴적암은 석회암처럼 패각이나 골격이 주성분이고, 화학적 퇴적암은 증발암처럼 용액에서 광물이 석출되어 생긴다. 층리 같은 1차 구조는 퇴적 당시의 환경을 보여 주므로 퇴적암을 판별하는 기준으로도 쓰인다.

3. 등장 배경과 필요성

퇴적암은 지표 환경의 변화를 시간 순서대로 기록한 자료이므로 지질학의 기본 연구 대상이 되었다. 층서를 따라 화석과 퇴적 구조를 읽으면 해양, 호수, 하천 등 당시의 퇴적 환경을 추정할 수 있다. 물결 자국이나 사층리 같은 퇴적 구조는 물의 흐름 방향까지 알려 주므로 지층 해석의 중요한 단서가 된다.