한국 남해 및 남서해역 내대륙붕에 분포하는 제4기 후기 해저퇴적층의 퇴적환경

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Depositional Environment of the Late Quaternary Deposits in the Southern and Southwestern inner shelf of Korea

Sung Ho Bae

Department of Energy Resources Engineering
Graduate School
Pukyong National University

Abstract
To investigate the depositional history and environment of the late Quaternary deposits in the southern and southwestern inner shelf of Korea, this thesis used high-resolution seismic profiles (Chirp and Sparker system) and sediment samples. In order to interpret the depositional environment during the late Quaternary period in this area, several investigations, such as sequence stratigraphy concepts, physical properties, and acoustic properties have been carried out.
Approximately 600 line-km data of chirp and sparker profiles was acquired in the South Sea. Additional seismic reflection data include 3.5 kHz profiles (8,600 line km) provided by KHOA (Korea Hydrographic and Oceanographic Administration). The late Quaternary deposits in the stratigraphic succession of the study area can be divided into six sedimentary units (units S1, S2, S3, S4, S5, and S6 from the oldest to youngest) bounded by an erosional surface and internal seismic reflectors, the formation of which was largely influenced by the repeated falls and rises of sea level. These units can be categorized as: (1) regressive estuarine/deltaic deposits (unit S1), (2) transgressive incised channel fill (unit S2), (3) transgressive sand sheet (unit S3), (4) transgressive sand ridges (unit S4), (5) (incised tide way fill) inner shelf transgressive sand sheet (unit S5) and (6) Holocene mud deposits (unit S6), called Central South Sea Mud (CSSM), is characterized by two different depocenters. The groups show two different depocenters, which face each other in the southeast of Geumo Island.
Core sediment sampling has been conducted to investigate the physical and acoustic properties of inner shelf sediments in the South Sea, Korea. Thirty-two piston core samples were analyzed for sediment texture (grain size as well as, fractions of sand, silt, and clay), physical properties (porosity, water content, bulk density, grain density, and shear strength), and acoustic properties (compressional wave velocity and attenuation). The sediments in the study area consist mostly of homogenous mud. The study area can be divided into two different areas (south of Namhae Island and southeast of Naro Island) based on texture, and physical and acoustic properties. The mean grain size generally decreases seaward from the mouth of Yeosu Sound, whereas to the east in the south area of Naro Island. The compressional wave velocity decreases southeastward from 1,500 to 1,480 m/s and then increases to 1,520 m/s due to relict sediments deposited in mid-shelf of the South Sea. Porosity, water content, and bulk density show an inverse relationship to velocity. The geoacoustic properties of the study area are generally similar to those of continental terrace sediment studied by Hamilton’s (1970) in the North Pacific. Of the two areas being studied in this thesis, the properties of the area south of Namhae Island are a better match with Hamilton’s model. This result is believed to be related to the higher silt and sand contents, as well as lower clay content, than those found south of Naro Island.
In the southeastern Yellow Sea, approximately 2,280 line-km of chirp and sparker profiles were acquired aboard R/V Eardo and Tamyang. Additional seismic reflection data include 3.5 kHz profiles (11,970 line-km) were provided by the KHOA. Along with seismic profiling, 28 piston core samples were collected. These piston core samples were analyzed for the same sediment textural parameters, physical, and acoustic properties described in the previous paragraph. The sediments in the study area consist mostly of muddy sediment. This study area can be divided into two different areas (the northern and southern parts of the Heuksan Mud Belt) based on their sediment texture, and their physical and acoustic properties. The mean grain size generally decreases southwestward from the mouth of the Keum River in the northern part of HMB. The compressional wave velocity decreases from north to southwest in this region. However, the southern part of HMB does not show much variability in distribution pattern. The GOCI satellite images also show suspended sediments moving southward along the southwestern coast of Korean Peninsula in the study area and then into the South Sea, particularly during the winter season. Thus, a large volume of fine-grained sediments would appear to originate from the Keum River and from resuspension in the HMB, which is transported and subsequently deposited in the South Sea inner shelf.


Key words: South Sea, inner shelf, late Quaternary, sequence stratigraphy, physical properties, acoustic properties, depositional environment

국문 초록 (Abstract)

한국 남해 및 남서해역 내대륙붕에 분포하는 제4기 후기 해저퇴적층의 퇴적환경

배성호

부경대학교 대학원 에너지자원공학과

요 약

한국 남해와 남서해역 내대륙붕에 분포하는 제 4기 후기의 퇴적역사와 환경을 연구하기 위하여 고해상도 탄성파 단면도와 퇴적물 시료 분석을 하였다. 연구지역에서 제 4기 후기의 퇴적환경을 해석하기 위하여 시퀀스층서의 적용, 물리적 성질, 음향학적 성질과 같은 연구가 수행 되었다.
남해에서 약 1,540 line-km의 chirp과 sparker자료를 획득 하였다. 또한, 국립해양조사원으로부터 8,700 line-km의 3.5 kHz 고해상도 탄성파자료를 제공 받았다. 탄성파 단면도를 통해 연구지역에서 제 4기 후기의 퇴적층은 해수면 변동과 관련하여 침식면과 내부반사면에 의해 6개의 퇴적 unit (unit S1, S2, S3, S4, S5, S6)으로 구분되었다; (1) 해퇴 하구/삼각주 퇴적체 (unit S1), (2) 해침계열 침식곡 충진체 (unit S2), (3) 해침계열 사질박층 (unit S3), (4) 해침계열 사퇴 (unit S4), (5) 해침계열 내대륙붕 사질박층 (unit S5), (6) 현생 니질 퇴적체 (unit S6). CSSM이라고 불리는 남해 중앙 니질 퇴적체인 unit S6는 섬진강으로부터 유입된 퇴적물과 연구지역의 서쪽으로부터 유입된 퇴적물로 구성된 두개의 퇴적중심지를 이룬다. 서로 다른 두개의 퇴적체는 금오도 남동쪽에서 구분된다.
남해 내대륙붕에 분포하는 현생 니질퇴적체의 물리적 성질 및 음향학적 성질을 연구하기 위하여 주상시료 퇴적물을 채취하였다. 32개의 주상시료를 이용하여 퇴적물의 조직과 물리적 성질 및 음향학적 성질을 분석 하였다. 연구지역의 주상시료는 대부분 균질한 니질 퇴적물로 구성되어있다. 연구지역은 퇴적물의 조직과 물리적 성질 및 음향학적 성질에 의해 두 개의 그룹으로 구분되었다 (남해 남부 해역과 나로도 남동해역). 남해도 남부 해역의 평균입도는 여수 수로 입구에서 외해로 향하면서 감소하였고, 나로도 남동해역에서는 서쪽에서 동쪽으로 감소하는 경향을 보였다. 음파전달속도는 1,500 m/s에서 1,480 m/s로 감소하다가 잔류 사질퇴적체에 의해 1,520 m/s로 증가 하였다. 공극률과 함수율은 속도자료와 반대의 경향을 보인다. 연구지역의 지음향 성질은 Hamilton (1970)의 북태평양 자료와 비슷한 경향을 보인다. 나로도 남동해역의 자료에 비해 남해도 남부 해역의 자료가 Hamilton (1970)의 자료와 더 비슷한 경향을 보인다. 이는 나로도 남동해역보다 낮은 점토의 함량과 높은 사질 및 실트의 함량으로 인한 것이다.
황해의 남동해역에서 이어도호와 탐양호를 이용하여 약 2,280 line-km의 chirp과 sparker자료를 획득하였다. 또한 국립해양조사원으로부터 11,970 line-km의 chirp자료를 제공 받았다. 그리고 퇴적물의 성질을 알아보기 위하여 탄성파 측선을 따라 28개의 시추퇴적물을 획득하였다.
황해 남동부 니질퇴적체에서 총 28개의 시추시료를 이용하여 퇴적물의 조직, 물리적 성질 및 음향학적 성질을 측정 하였다. 연구지역의 퇴적물은 대부분 니질 퇴적물로 구성되어 있고, 퇴적물의 조직, 물성 및 음향학적 성질에 의해 두 개의 지역 (황해 남동부 니질 퇴적체의 북쪽부분과 남쪽 부분)으로 구분된다. 연구지역의 북쪽 부분에서 평균 입도는 금강의 입구에서 남서쪽 방향으로 점차 감소한다. 음파전달속도는 연구지역의 북쪽 부분에서 북에서 남서 방향으로 점차 감소하는 경향을 보인다. 그러나 연구지역의 남쪽 부분에서는 일정한 분포 경향을 나타내지 않는다. 정지궤도해색위성 영상 이미지에서 연구지역의 부유 퇴적물은 한반도의 남서연안을 따라 남쪽으로 이동하며, 특히 겨울철에 많은 양의 부유 퇴적물이 남해 내대륙붕으로 이동한다. 이는 많은 양의 세립 퇴적물이 황해 남동부 니질퇴적체에서 재부유되고 이동하여 남해 내대륙붕으로 퇴적 되는 것으로 보인다.


Key words: 남해, 내대륙붕, 제 4기 후기, 시퀀스 층서, 물리적 성질, 음향학적 성질, 퇴적환경

목차 (Table of Contents)

• TABLE OF CONTENTS
• Abstract i
• TABLE OF CONTENTS iv
• LIST OF FIGURES viii
• LIST OF TABLES xv
• Chapter 1. Introduction 1
• Chapter 2. Geologic and oceanographic setting 7
• 2.1 Physiography 7
• 2.2 Geologic Setting 9
• 2.3 Oceanographic Setting 12
• Chapter 3. Previous works 15
• Chapter 4. Depositional history and environment of the late Quaternary deposits in the continental shelf of the South Sea, Korea
• 4.1 Introduction 22
• 4.2 Regional setting 25
• 4.3 Data and methods 27
• 4.3.1 High resolution seismic profiles 27
• 4.3.2 Sampling and core analysis 29
• 4.4 Results 41
• 4.4.1 Sediment structure 41
• 4.4.2 Sediment cores 48
• 4.5 Discussion 51
• 4.5.1 Interpretation of the late Quaternary deposits 51
• 4.5.1.1. Systems tracts in the South Sea 51
• 4.5.1.2. Correlation between the high-resolution seismic profiles and core data 55
• 4.5.2 Depositional history of late Quaternary deposits in the South Sea 60
• 4.5.3 Characterization of mud deposits in the central South Sea 65
• 4.6 Summary 68
• Chapter 5. Physical and acoustic properties of inner shelf sediments in the South Sea, Korea
• 5.1 Introduction 70
• 5.2 Regional setting 73
• 5.3 Data and methods 76
• 5.4 Results 86
• 5.4.1 Sediment texture 86
• 5.4.2 Physical and acoustic properties 94
• 5.5 Discussion 96
• 5.5.1 Distribution patterns of surface sediments 96
• 5.5.1.1. Sediment texture 96
• 5.5.1.2. Physical properties 101
• 5.5.1.3. Compressional wave velocity 103
• 5.5.2 Correlation between texture, physical and acoustic properties 105
• 5.5.2.1. Velocity-Porosity 105
• 5.5.2.2. Velocity-Wet bulk density 108
• 5.5.2.3. Velocity-Mean grain size 111
• 5.6 Conclusions 114
• Chapter 6. Characterization of the Heuksan Mud Belt and suspended particulate matters in the south and southwestern inner shelf of Korea
• 6.1 Introduction 115
• 6.2 Regional setting 118
• 6.3 Data and methods 121
• 6.3.1 High resolution seismic data 121
• 6.3.2 Sampling and core analysis 124
• 6.3.3 GOCI Images 124
• 6.4 Results 133
• 6.4.1 Acoustic character and isopach map of HMB 133
• 6.4.2 Sediment cores 138
• 6.4.2.1. Sediment texture 138
• 6.4.2.2. Physical and acoustic properties 146
• 6.5 Discussion 148
• 6.5.1 Characterization of surface sediments 148
• 6.5.2 Systematics of properties in the HMB 152
• 6.5.2.1. Velocity-Mean grain size 152
• 6.5.2.2. Velocity-Porosity 154
• 6.5.2.3. Velocity-Wet bulk density 154
• 6.5.3 Correlation between texture, physical, and acoustic properties of mud deposits in the HMB and CSSM 158
• 6.5.3.1. Velocity-Mean grain size 158
• 6.5.3.2. Velocity-Wet bulk density 158
• 6.5.4 Character and distribution of suspended sediment concentrations
• 162
• 6.6 Conclusions 165
• Chapter 7. Comprehensive conclusions 167
• References 170
• Appendix 189
• Acknowledgement 192
• Abstract (in Korean) 194