퇴적 구조와 퇴적암

핵심 정리

퇴적암은 퇴적물이 쌓인 뒤 속성 작용을 받아 굳어진 암석이다. 자갈·모래·진흙이 쌓여 만들어지는 암석은 퇴적암이며, 모래가 교결 작용을 받아 굳으면 사암, 자갈이 굳으면 역암이 된다. 화산재 같은 화산 쇄설물이 쌓여 만들어진 응회암도 퇴적암이다. 퇴적물의 기원에 따라 쇄설성·화학적·생물 기원 퇴적암을 구분할 수 있다. 석탄은 육상 식물 유해가 퇴적되고 속성 작용을 받아 형성된다.

퇴적물이 쌓이면 위에 놓인 퇴적물의 무게로 다짐 작용이 일어나 공극이 줄어든다. 공극에 교결 물질이 침전하는 교결 작용도 퇴적물을 굳게 하며, 교결 물질이 공극을 채우면 공극의 부피가 감소한다. 속성 작용이 진행될수록 퇴적층의 공극은 줄고 밀도는 커진다. 공극이 줄어들면 단위 부피당 알갱이 수는 증가한다.

퇴적암의 층리는 퇴적물이 쌓여 생기는 층의 배열을 보여 주는 구조이며 퇴적암에서 관찰된다. 퇴적물이 물속에서 쌓이면 층리가 만들어질 수 있다. 점이층리는 아래쪽에 굵은 입자가, 위쪽에 가는 입자가 놓여 위로 갈수록 입자 크기가 작아지는 구조다.

퇴적 구조는 퇴적 당시의 환경과 지층의 위아래를 해석하는 자료다. 연흔은 물이나 바람의 흐름이 모래 표면에 남긴 물결 모양이며, 층리면에서 관찰되는 대표 구조다. 사층리는 흐름 방향에 따라 경사진 층리가 발달한 구조이고, 그 경사 방향을 이용해 지층의 역전 여부를 판단할 수 있다. 건열은 진흙이 마르며 수축해 생긴 다각형 균열로, 지표가 건조하게 노출된 환경을 가리키며 지층의 역전 판단에도 쓰인다.

자세히

퇴적암을 이해할 때는 퇴적물의 생성, 운반과 퇴적, 속성 작용을 순서대로 연결한다. 암석이 풍화되어 만들어진 자갈·모래·진흙이나 생물 유해, 화산 쇄설물 등은 운반 매질의 흐름이 약해지거나 퇴적에 알맞은 곳에 도달하면 쌓인다. 퇴적물은 물속뿐 아니라 육상 환경에서도 쌓일 수 있고, 퇴적 환경은 만들어진 구조와 퇴적물의 특징에 반영된다. 퇴적암은 바다에서 퇴적물이 쌓여 만들어지기도 한다. 쌓인 퇴적물은 상부 하중을 받아 압축되고, 입자 사이의 공극이 감소한다. 이어 공극을 채우는 물질이 침전해 입자들을 결합하면 퇴적물이 단단한 암석으로 바뀐다. 이처럼 다짐과 교결은 퇴적물을 고화시키는 속성 작용의 중요한 과정이다.

다짐과 교결은 모두 공극 감소와 관련되지만 원리는 다르다. 다짐은 위에 쌓인 퇴적물의 무게로 입자들이 압축되는 과정이다. 교결은 입자 사이의 공극에 교결 물질이 침전해 입자들을 묶는 과정이다. 그러므로 자료에 공극이 줄어든다는 결과만 나오면 두 작용을 구분할 수 없고, 원인이 하중에 의한 압축인지 공극 속 물질의 침전인지 확인해야 한다. 교결 물질은 퇴적물 입자 자체와 같은 뜻이 아니다. 퇴적물 사이의 빈 공간을 채워 결합을 돕는 물질이다. 교결 작용이 일어나면 공극을 차지하는 물질의 양이 늘어 공극의 부피가 감소한다. 다짐으로 공극이 감소하는 상황에서는 같은 부피 안에 들어 있는 알갱이 수가 증가한다. 빈 공간이 줄어든 만큼 단위 부피당 알갱이 수는 증가할 수 있다. 자료가 퇴적 전후의 입자와 공극을 함께 나타낸다면, 입자 자체의 크기나 수와 입자 사이 빈 공간을 서로 다른 대상으로 읽어야 한다.

퇴적물의 입자 크기는 운반과 퇴적 양상을 읽는 기준이다. 일반적으로 큰 입자는 작은 입자보다 빠르게 가라앉는다. 흐름이 강할 때 운반되던 입자가 흐름이 약해지면 입자 크기와 침강 속도 차이에 따라 분급되어 쌓일 수 있다. 저탁류가 감속하면서 퇴적되는 경우에도 입자 크기에 따라 층리가 만들어진다. 이때 한 층 안에서 아래쪽의 입자가 상대적으로 크고 위로 갈수록 작아지는 배열이 점이층리다. 점이층리를 볼 때는 층이 기울어져 있는지보다 입자 크기가 위아래로 어떻게 변하는지를 먼저 확인한다. 반대로 사층리는 주된 층리면에 비스듬한 층이 발달한 구조다. 따라서 점이층리는 입자의 위아래 크기 변화, 사층리는 층리의 경사 배열이라는 서로 다른 기준으로 구별해야 한다.

연흔은 물결이 지나간 흔적처럼 보이며, 사층리는 그 흐름에 따라 모래가 비스듬히 쌓인 모습을 나타낸다. 둘은 모두 흐름과 관련될 수 있지만 같은 구조는 아니다. 특히 연흔은 층리면에서 관찰되는 표면 구조이고, 사층리는 층 내부의 경사진 층을 보는 구조다. 두 구조 모두 주로 사암층에서 잘 관찰된다. 사층리는 입자가 작은 사암층에서 주로 나타나며 역암층에서는 잘 나타나지 않는다. 단면 내부에 경사진 층이 있는지, 표면에 물결무늬가 있는지 각각 확인한다. 연흔은 퇴적물이 놓인 면의 모양을 알려 주고, 사층리는 층이 쌓인 방향을 드러낸다. 이러한 구조를 원래의 퇴적 상태와 현재 지층의 자세를 함께 고려해 읽으면 지층이 뒤집혔는지도 판단할 수 있다.