퇴적암층의 지형과 습곡산지

퇴적암층의 지형

퇴적암층의 지형은 대부분 토사가 바다나 호소에 쌓여 이루어진 암석이다. 그래서 한때는 이를 수성암이라고 불렀다. 퇴적암 중에는 육지에서 형성된 것도 있다. 두꺼운 퇴적암층은 수많은 지층으로 이루어졌고, 각 지층을 나누는 경계면을 성층면이라고 한다. 일련의 지층이 서로 구분되는 것은 퇴적물이 쌓인 시기와 퇴적물의 성질이 다르기 때문이다. 사암, 석회암, 셰일은 가장 흔한 퇴적암이다. 사암은 주로 석영질 모래로 이루어졌고, 모든 퇴적암 중에서 침식에 가장 강하다. 석영은 모스경도가 7이고, 화학적으로도 안정한 광물이다. 사암은 또한 공극률이 높아 빗물의 지표유출에 의한 침식을 지연시킬 수도 있다. 사암층은 어떤 환경에서나 경암층으로 작용한다. 그러나 사암 중에서도 어떤 것은 침식에 약하다. 석회성분의 물질로 교결된 사암이나 장석 모래를 많이 포함한 사암이 그러하다. 석회암은 탄산가스를 포함한 물에 잘 용해되지만 습윤지역에서 경암층의 구실을 하는 예가 흔하다. 두꺼운 퇴적암층에서는 일반적으로 침식에 강한 지층과 약한 지층이 번갈아 나타나며, 건조지역에서는 퇴적암층의 경연이 지층에 예민하게 반영된다. 

 

습곡산지

퇴적암층 또는 지층은 퇴적물이 쌓여 만들어지는 암석이므로 애초에는 수평구조를 가지게 된다. 습곡이란 이러한 지층에 잡힌 주름을 가리키고, 지층에 주름을 잡아 놓은 힘을 횡압력이라고 부른다. 주름의 정도는 횡압력의 강도를 보여주는 것인데 판구조론이 확립되기 이전까지는 지각의 표층에서 횡적으로 작용하는 그와 같은 힘이 어떻게 발생하는지 설명하기가 어려웠다. 

습곡산지의 퇴적암층은 해저의 지향사에서 쌓인 것으로 두께가 보통 수천미터에 이른다. 지각은 각기 다른 방향으로 천천히 움직이고 있는 여러 개의 지판으로 갈라져 있다. 이들 지판은 분열되기도 하고 충돌하기도 하는데 습곡산지는 서로 충돌하는 두 지판 사이에서 지향사가 압축작용을 강력하게 받음으로써 형성된 것이다. 신기습곡산맥은 오늘날의 조산대로서 두 지판이 충돌하는 곳을 따라 솟아 있고, 지층의 주름은 두 지판이 충돌하는 과정에서 발생하는 횡압력에 의해 잡힌 것이다. 

지층의 주름에서 위로 올라간 부분은 배사, 아래로 내려간 부분은 향사라고 부른다. 석유는 배사구조를 가진 사암층에 매장되어 있다. 배사와 향사는 이어져 있으며, 그 사이의 경사진 부분을 윙, 배사와 향사에서 일련의 지층이 가장 많이 구부러진 부분을 연결한 면을 습곡축면이라고 한다. 습곡축은 급속축면과 어느 한 지층이 교차하는 선이다. 

 습곡은 습곡축면의 경사에 따라 몇 가지로 구분된다. 정습곡 또는 대칭습곡은 습곡축면이 수직이고 배사부 양쪽 윙의 지층이 동일한 정도로 기울어진 것을 가리킨다. 이것은 횡압력을 강력하게 받지 않은 지역, 즉 조산대의 중심부에서 벗어난 지역에 나타난다. 이와는 달리 습곡축면이 한쪽으로 기울어지고, 배사부 양쪽 윙의 지층이 서로 반대쪽을 향해 있으나 경사가 다른 것을 비대칭습곡이라고 한다. 습곡축면이 이보다 더 많이 기울어지면 과습곡이나 횡와습곡이 된다. 과습곡이란 배사부 양쪽 윙의 지층이 동일한 방향으로 기울어진 습곡, 횡와습곡이란 습곡축면이 아예 수평으로 가로누운 습곡을 가리킨다. 과습곡과 횡와습곡은 압축작용을 강력하게 받은 조산대의 중심부에서 형성된다. 횡와습곡에 의해 원래의 위치에서 1km 이상 횡적으로 이동한 암체들을 볼 수 있는데, 이를 냅프라고 한다. 냅프의 지층으로 이루어진 고립 산봉우리를 클립프라고 한다. 대표적인 예로 스위스의 마테호른이 뽑힌다. 습곡축이 수평이 유지하지 않고 한쪽으로 기울어진 것은 침강습곡이라고 한다. 침강습곡구조가 침식을 받아 잘릴 때는 z자 모양의 산릉이 발달한다. 한편 습곡작용과는 관계가 없으나 한 지점을 중심으로 지층이 볼록하게 융기하면 돔이 형성된다. 병반돔이란 지하 깊은 곳에서 지표 가까이로 올라온 마그마가 지층과 지층 사이의 성층면을 따라 옆으로 퍼져 볼록렌즈 모양의 화성암체를 이룰 때 그 위에 있는 지층이 들어 올려져 형성되는 돔을 가리킨다. 지층의 모습은 주향과 경사로 기술한다. 주향은 지층과 수평면이 교차하는 선의 방향, 경사는 지층과 수평면 간의 각도로서 표시한다.

 

습곡산지의 개석

지층이 횡압력을 받아서 구부러질 때는 부위에 따라 팽창하거나 수축한다. 하나의 두꺼운 지층이 구부러질때 배사부의 표면에는 팽창현상이 일어나기 때문에 균열 또는 절리가 많이 발달한다. 반면에 향사부의 표면에는 수축현상이 일어나기 때문에 암석의 조직이 치밀해진다. 이와 같은 이유로 정습곡과 같이 습곡구조가 단순한 경우에는 동일한 지층이 암석도 부위에 따라 풍화와 침식에 대한 저항력에서 큰 차이를 보이게 되면, 그 결과는 구체적인 지형으로 나타난다. 즉 절리가 많이 생긴 배사부는 침식을 빨리 받아 하곡으로 변하고, 암석의 조직이 치밀해진 향사부는 침식에 대한 저항력이 커서 산릉으로 남게 된다. 원래의 기복이 뒤바뀌는 이러한 현상을 기복의 역전이라고 한다. 기복이 역전되는 예는 신기습곡산지에서 볼 수 있다. 

 

지층의 경사와 사면

사암층이나 석회암층과 같은 경암층과 셰일층과 같은 연암층이 번갈아 나타나는 정습곡구조의 두꺼운 퇴적암층이 개석될 때는 지층의 주향을 따라 산릉과 하곡이 평행하게 발달한다. 연암층에는 어디서나 골짜기가 파이고 완경사의 사면이 형성된다. 그리고 경암층은 산층을 이루는데 이의 경사는 사면의 그것에 큰 영향을 미친다. 일반적으로 수평면에 대하여 기울어진 경암층의 산릉은 비대칭적인 단면을 보인다. 산릉 한쪽의 경암층에 형성되는 사면의 경사는 대개 성층면의 그것과 일치한다. 이러한 사면을 경사사면이라고 한다. 그리고 경사사면의 반대쪽에는 경암층의 상단부가 잘려나가 급경사의 사면이나 절벽, 즉 에스카프먼트가 형성된다. 경사사면과 에스카프먼트로 이루어진 이러한 비대칭적인 산릉은 동사산릉이라고 불린다. 케스타는 지층이 5 º 내외로 극히 완만하게 기울어진 경우에 형성된다. 지층의 경사가 40 º~45 º 이상 기울어져 있으면, 연암층이 제거된 후 드러나는 경암층의 모양이 마치 화성암의 암맥을 연상케 한다. 호그백이란 경암층의 이와 같은 지형을 가리킨다. 호그백은 양쪽 사면에 절벽이 형성되므로 단면이 대칭에 가깝다. 경사가 40 º 이상인 사면은 단애로 분류되며, 단애에서는 지층의 경사와 사면의 그것이 일치하기가 어려워진다.