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제주 서쪽 가장자리에 위치한 수월봉의 지질 및 지형도

제주 서쪽 가장자리에 위치한 수월봉의 지질 및 지형도

수월봉은 제주도의 서쪽 가장자리에 위치하고 있는 기복이 낮은 언덕 형태의 화산쇄설성 퇴적층이다. 이 퇴적층의 두께는 최대 약 70 m에 이른다. 수월봉에 대한 퇴적학적 연구결과(Sohn and Chough, 1989)는 이 나지막한 언덕이 응회환의 화구륜 지층의 일부를 나타내며, 이들의 화도는 현재의 해안선에서 바닷가 쪽으로 수 백 m 떨어진 곳에 위치함을 지시한다.

수월봉의 화산쇄설암층은 수많은 거대연흔이 나타나며 두껍거나 얇은 층리 또는 저각도 사층리를 보이는 화산력 응회암과 응회암으로 구성되어 있다. 이들은 주로 기공이 없거나 소량의 기공을 포함한 본질의 화산력과 등형의 현무암질 유리질 화산회로 구성되어 있다. 또한 왕모래에서 거력 크기의 각형의 결정질 현무암편, 사암과 이암의 암괴, 조립에서 세립의 석영모래, 조개껍질 파편 그리고 소량의 심성암 및 변성암편(규암, 규장암, 화강암 등) 등의 외래 암편들이 적지 않게(> 10 vol. %) 포함되어 있다(Sohn, 1992). 현무암편과 조개껍질 파편을 포함하고 있는 퇴적암편들은 하부에 놓여있는 용암과 퇴적층에서 유래한 것으로 해석된다. 이상의 입자조성을 바탕으로 수월봉의 수성화산분출은 약 300 m 또는 더 깊은 곳에서 일어난 것으로 해석되고 있다(Sohn, 1996).

해안절벽을 따라 나타나는 수월봉의 연속적인 화산쇄설암 노두1

해안절벽을 따라 나타나는 수월봉의 연속적인 화산쇄설암 노두

수월봉 화산쇄설암은 적색 또는 황갈색의 괴상 이암층을 피복하고 있다. 이 이암층은 육성 파호이호이(pahoehoe) 용암들로 구성된 현무암 용암대지를 피복하고 있다. 이암층은 현무암 상부 표면의 빈 공간과 균열을 채우고 수월봉 분출 전의 평탄한 지표면을 형성하였다(see Fig. 3-49 of Sohn and Chough, 1989). 이 이암층은 매우 수심이 얕은 조간대 지역 또는 해안가 주변의 해파의 영향을 받지 않는 얕은 만에서 퇴적된 것으로 해석된다. 이들의 적색 또는 황갈색의 암색은 이들이 퇴적된 뒤 지표면에 노출되어 산화되었음을 지시한다. 이암층 직상부의 수월봉 화산쇄설암에서 물에 잠겨 쌓였거나 해파에 의해 재동되어 쌓인 퇴적물들이 나타나지 않는 점은 수월봉 응회환의 전체 층이 육성환경 하에서 퇴적되었음을 지시한다. 따라서 수월봉의 수성화산분출은 주로 지하수에 의해 야기되었던 것으로 해석된다.

수월봉 응회환의 분출 연대는 응회암 내의 외래 석영 입자들에 대해 최근 OSL (optically stimulated luminescence 광여기발광) 연대 측정이 이루어짐으로써 밝혀지게 되었다(Cheong et al,. 2007). 18.3± 0.7 ka and 18.6± 0.9 ka의 석영 OSL 연대값은 해수면이 현재보다 훨씬 더 낮았던 최종 빙하 최성기에 수월봉의 수성화산분출이 일어났음을 지시한다.

 

퇴적학적 특징

수월봉의 화산쇄설암은 연속적인 해안절벽을 따라 노출되어있다. 이 화산쇄설암의 노두는 응회환의 근거리에서 원거리까지 각각의 응회암층의 층간 대비를 가능하게 할 만큼 매우 좋은 연장성을 보여주고 있다(그림 1). 이렇게 뛰어난 노두는 매우 보기 드문 현상으로, 제주도 이외의 다른 어는 곳에서도 이렇게 좋은 예를 찾아보기 힘들다.

수월봉 응회환의 대비된 주상도

그림 1. 수월봉 응회환의 대비된 주상도. 화산난류와 이와 동반된 낙하암들의 원거리에서 근거리 변화양상을 잘 보여주고 있다(after Sohn and Chough, 1989).

 

수월봉 응회환은 화도에 인접한 지역과 중간 지역은 화산력 응회암이, 화도에서 멀리 떨어진 지역은 응회암으로 주로 구성되어 있다(그림 1). 화도에 인접한 화산력 응회암층들은 주로 희미한 층리(퇴적상 LTs)를 보여주고 있으며 몇몇은 괴상(LTm1)이거나 하부에 역점이층리(LTig)를 보여준다. 또한 각력층(Bm)들이 흔하게 협재되어 있다. 중간 지역에서는, 얇은 층상(LTs1 and Ts1)의 구조와 파동 및 거대연흔 구조를 보여주는 화산력 응회암과 응회암(LTw and Tw)이 우세하게 나타난다. 이들은 조립과 세립의 입자들이 명확한 층을 이루면서 확실히 분리되어 쌓여있는 특징을 보이고 있는데, 이는 점착성의 입차 충돌이 없었음을 지시한다. 화구에서 멀리 떨어진 지역에는 파동 모양의 굽이치는 층형(Tw)(그림 2)과 얇은 층상(Ts1)의 응회암들이 우세하게 분포하고 있다. 이러한 공간적인 퇴적상의 변화들은 각각의 층 내부에서도 관찰된다.

거대연흔 구조

그림 2. 수월봉 응회환의 화쇄난류 퇴적층에 발달하고 있는 거대연흔 구조

 

이러한 측방암상변화는 다음과 같은 사실을 지시한다. 먼저 화도 부근에서의 고농도의 화쇄난류는 뜬짐 상태로 이동하던 화산쇄설물들을 빠른 속도로 퇴적시켜 층리가 없는 괴상의 층을 주로 만든 것으로 보인다(그림 3). 이 화쇄난류가 하류로 이동함에 따라 부유하던 쇄설물이 낙하하고 유입된 공기와 섞여 점점 희석되게 되면, 이들은 점점 난류성 흐름으로 변하여, 밑짐으로 운반되는 조립질 입자와 이들 상부에 부유하는 세립질 입자들로 운반입자가 분리되어 다양한 층구조를 가지는 층상의 퇴적단위들을 만들게 된 것으로 해석된다. 이 난류성 흐름이 더 하류로 이동하게 되면, 화쇄난류는 온도에 따라 냉각되고 수축되거나 공기 중으로 밀어 올려 진 것으로 해석된다.

이상의 모델은 화쇄난류층에 대한 퇴적학적 연구를 바탕으로 만들어진 화쇄난류의 첫 퇴적모델이다. 이 모델은 여러 지질학 관련 논문과 교과서에 소개되었으며(Reading, 1996 among others; Sigurdsson et al., 2000; Walker and James, 1992), 수월봉 응회환은 야외지질학 답사의 최적지로 평가받고 있다.

화쇄난류의 3단계 발달과정(a,b,c)

그림 3. 화쇄난류의 3단계 발달과정(a,b,c)을 보여주는 모식도. 화쇄난류는 하류로 흘러감에 따라 입자농도가 감소하고 난류운동이 증가한다(after Sohn and Chough, 1989).

 

 

분출작용

제주도의 서부지역에서는 용암의 두께가 다른 지역보다 상대적으로 얇으며, 불투수성 퇴적층(서귀포층)이 존재하여 지하수의 수직적인 이동을 방해하고 있다. 또한 얕은 심도에서 지속적으로 외래수(external water)를 공급해 줄 수 있는 지표수가 실질적으로 없다. 대신, 외래수는 화강암 기반암을 포함한 깊은 지층으로부터 공급될 수 있었다. 이러한 요인들로 인해 수월봉은 지하 깊은 곳에서 수성화산분출이 일어날 수 있는 조건이었다. 보통 얕은 심도의 지하수가 아래쪽의 폭발 위치까지 쉽게 공급되지 않을 경우 수성화산분출은 점점 깊은 곳에서 일어나고 기반암을 굴착하게 된다(Lorenz, 1986). 수성화산의 폭발심도와 기반암의 굴착은 기반암의 강도와 화도 주변지역의 수문학적 특성에 의해 영향을 받는데, 수월봉의 깊은 심도에서의 폭발은 아마도 지반이 고결되지 않은 퇴적암과 연약한 화강암으로 구성되어 있는 제주도 서쪽지역의 지역적인 특성의 결과였던 것으로 보인다.

수월봉 응회환의 각각의 퇴적상과 상조합은 물과 마그마의 혼합비율과 같은 분출요인의 함수로도 설명이 가능하다. 분석으로 구성된 화산력암은 외래수가 거의 공급되지 않던 시기의 마그마성(스트롬볼리언) 분출을 지시하는 반면, 본질 마그마 성분을 거의 포함하지 않는 응회질각력암(TB1)은 수증기성 폭발을 나타내는 것으로 해석된다.

전반적인 퇴적암상들의 수직적인 변화양상(그림 1)은, 수월봉의 분출 초기(층서적으로 하부)단계에는 상대적으로 풍부한 외래수가 있어 거의 습윤한 화쇄난류가 발생하였음을 지시한다. 두 번째(층서적으로 중간) 단계는 건조한 화쇄난류를 형성한 수성화산 분출의 절정기였던 것으로 보인다. 아마도 외래수와 마그마의 혼합비율이 일정하여, 수성화산 분출을 지속하였던 것으로 보인다. 이 단계에 만들어진 작은 규모의 상향세립화층들은 아마도 분출 도중 폭발 강도가 감소하여 만들어진 것으로 해석된다. 하지만 세번째(층서적으로 상위) 단계에서는, 마그마와 외래수의 혼합비의 변동으로 인해 상향세립화층이 여러 차례 반복하여 쌓였다. 각각의 상향세립화층은 시간이 갈수록 점점 증가하는 물과 마그마의 반응 또는 마그마 파쇄의 증가에 따른 결과로 해석된다. 이는 마그마 상승률의 감소 또는 풍부한 외래수의 공급 또는 이 두 가지 작용 모두에 의한 것일 수 있다. 하지만 분출 시기 동안 화도 내로 유입되는 외래수의 양은 증가하기 보다는 일정하게 유지되거나 감소하는 것이 일반적이다. 따라서 마그마 상승율의 변화, 즉 빠른 상승율에서 느린 상승률로의 변화가 물과 마그마 혼합비의 상승과 마그마의 효율적인 파쇄의 주요한 원인인 것으로 보인다.