루미네선스 연대측정을 이용한 한반도 동해안의 해안단구 퇴적층 형성 연대에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

한반도 동해안을 따라 쉽게 관찰되는 해안단구 지형은 일찍부터 관련 학계의 주요 연구 대상이었다. 해안단구의 생성 연대에 관한 연구는 일찍부터 시작되었으나1990년대에 들어 해안단구 퇴적층을 절단하는 단층이 확인되며 보다 단층의 활동 연대를 파악하려는 목적으로 연구가 집중적으로 시행되었다. 해안단구의 생성 연대는 퇴적층을 절단하고 있는 단층의 활동 연대뿐만 아니라 광범위한 지역에 걸친 지반 운동 양식을 규명하기 위해서도 필수적이다.
2000년대 초반에 국내에 도입된 루미네선스 연대측정법은 측정 가능 연대 범위가 추정되는 해안단구의 생성 시기를 포함하고 시료를 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있어 해안단구 퇴적층의 연대측정에 널리 사용되어 왔다. 하지만 기존의 아미노산, 화산회, 고지자기 연대측정을 통해 파악한 해안단구 형성 연대와 차이를 보인다. 따라서 루미네선스 연대 측정 결과의 신뢰성을 확보하기 위해 동일한 퇴적층에서 다양한 연대측정을 시도하여 결과간의 상호 검증이 필수적이다.
본 연구에서는 지금까지 많은 연구가 진행되어온 한반도 동해안 해안단구를 대상으로 다양한 물질과 방법으로 세분화된 루미네선스 연대측정을 실시하여 이전보다 넓은 연대 범위와 높은 신뢰성을 가진 연대 결과를 얻고 이를 이용해 해안단구의 형성연대를 파악하고 해안단구 형성 이후의 지반 운동을 논의하고자 하였다.
이를 위해 포항-강릉 사이에 위치한 총 12 개 지점의 해안단구 퇴적층에서 총33점의 시료를 대상으로 루미네선스 연대측정을 시도하였다. 적용한 루미네선스 연대측정법은 현재 가장 흔히 사용되는, 석영을 대상으로 하는 OSL법 외 그 동안 국내 해안단구 연구에서 적용된 바 없는 장석을 대상으로 하는 IRSL법 및 최근 개발된 post IR-IRSL 법을 병행하여 연대 결과 사이의 비교를 통해 보다 높은 신뢰성을 확보하고자 하였다. 그리고 일반적으로 모래 퇴적층에서만 적용할 수 있는 루미네선스 연대측정법의 한계를 극복하고자 원력층의 자갈 표면을 대상으로 루미네선스 연대측정 (암석 표면 루미네선스 연대측정)을 시도하여 모래 퇴적층의 연대 결과와 비교하였다.
연대 측정 결과, 석영 OSL 연대측정은 지역에 따라 13만 년까지 연대측정이 가능한 경우도 있었으나 대부분의 퇴적층에서4만년에서 11만년까지의 연대 측정 가능 상한이 나타난 반면, 장석 IRSL 연대측정은 최대 22만년까지 연대 측정이 가능하게 나타났다. 석영 OSL과 장석 IRSL연대 결과는 비교적 일치하는 반면 장석 post IR-IRSL 연대 결과는 두 연대 결과에 비해 훨씬 높은 값을 보여주고 있다. 신호가 가진 특성에 미루어 보아 장석 post IR-IRSL 연대는 실제 연대에 비해 과대평가되었을 가능성이 높은 것으로 판단된다. 반면 암석 표면 루미네선스 연대 결과는 석영 OSL과 장석 IRSL에 비해 다소 높긴 하지만 해안단구의 생성 연대를 확인하기에는 충분히 적용 가능한 방법으로 판단된다.
연구 결과, 연구 지역 해안단구의 생성 연대는 대략 8만년 전과 12만 5천년 전, 20만년 전의 세 시기로 나누어 졌다. 약 8만년 전의 해안단구는 해발고도 10-20m 사이에, 약 12만 5천년 전의 해안단구는 20-30m 사이에 분포하며 연구 지역 전체에 걸쳐 이 두 시기에 형성된 해안단구 사이의 뚜렷한 변위차는 확인되지 않는다. 따라서 적어도 최종간빙기 이후 해안단구의 융기량 차이를 가져올만한 지역별 지반 운동의 차이는 없었을 것으로 판단된다. 연구 대상 해안단구 중 가장 높은 고도인 50-80m 사이에 분포하는 정동진 지역의 해안단구는 약 20만년 전의 간빙기에 형성된 것으로 확인된다. 세 시기의 해안단구를 연대측정 시료의 고도와 연대 결과를 이용해 융기율을 계산해보면 8만년 전의 해안단구와 12만 5천년 전의 해안단구의 융기율은 0.20 – 0.25 (m/ka)로 유사한데 비해, 20만년 전의 해안단구의 융기율은 약 0.34 (m/ka)로 생성 시기가 다른 두 해안단구의 융기율 사이에 차이가 관찰된다. 이 결과는 시기별 융기율의 차이가 있었거나 정동진 지역이 타 지역과 구분되는 빠른 융기를 겪었을 가능성이 높았음을 시사하고 있다.
본 연구에서 연대측정을 시도한 해안단구에서는 해안단구 생성 당시 해수면에 해당하는 구정선 고도를 확인하지 못하여 계산된 융기율이 실제보다 낮게 나왔을 가능성이 높다. 앞으로 제 4기 동안 한반도 동해안의 지반 운동에 대해 보다 상세하게 이해하기 위해서는 본 연구에 포함되지 않은 해안단구에 대한 추가적인 조사가 수반되어야 할 것이다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구목적 및 필요성 1
• 2. 해안단구의 정의 및 지형학적 의의 5
• 2.1. 과거 해수면 변동 6
• 2.2. 해안단구 형성 연대 측정 13
• 3. 해안단구에 관한 국내 연구 동향 16
• 3.1. 해안단구에 관한 국내 연구 흐름 및 주요 연구 16
• 3.2. 기존연구의 한계와 개선 방안 20
• II. 연구 지역 및 연구 방법 24
• 1. 연구 지역 및 시료 채취 지점 24
• 1.1. 포항 북부 해안 26
• 1.2. 영덕-후포 해안 32
• 1.3. 울진 북부 해안 38
• 1.4. 강릉 남부 해안 45
• 2. 루미네선스 연대측정 62
• 2.1. 루미네선스 연대측정의 원리 62
• 2.2. 루미네선스 연대측정법의 발달 65
• 2.3. 루미네선스 연대측정의 연대측정 가능 범위 66
• 2.4. OSL 연대측정법의 분류 69
• 2.5. 암석표면 루미네선스 연대측정 85
• 2.6. 등가선량 결정 101
• 2.7. 연간선량 결정 103
• 2.8. 감쇠율 측정 104
• III. 연대측정 결과 107
• 1. 루미네선스 신호의 연대측정 적정성 탐색 107
• 1.1. 실험 재현성 및 신호 회복 107
• 1.2. 선량 회복 및 열 전처리 실험 108
• 2. 연대측정 방법별 연대측정 상한 한계 110
• 2.1. 석영 OSL 연대 상한의 문제 110
• 2.2. 루미네선스 신호별 측정 가능 상한 선량 113
• 3. 해안단구 퇴적층의 루미네선스 연대 측정 결과 115
• 3.1. 포항 북부 해안 115
• 3.2. 영덕-후포 해안 116
• 3.3. 울진 북부 해안 117
• 3.4. 강릉 남부 해안 119
• IV. 토의 123
• 1. 연대 결과 비교 123
• 1.1. 연대불일치 원인의 가능성 검토 126
• 2. 해안단구의 형성 연대 및 융기율 해석 138
• 2.1. 최종간빙기(MIS 5a, e)의 해안단구의 분포 138
• 2.2. 해안단구를 이용한 융기율 파악 142
• V. 결론 150
• VI. 참고문헌 152

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