강 의 개 요 층서학(stratigraphy)와 퇴적학(sedimentology)는 지구과학의 4대 연구분야(지질학, 천문학, 기 상학, 해양학)중 지질학의 핵심 전공분야로 지구의 역사를 이해하는데 필수적인 분야이다. 층서학은 퇴적암의 수평적 분포(공간)와 수직적 분포(시간)를.

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1 강 의 개 요 층서학(stratigraphy)와 퇴적학(sedimentology)는 지구과학의 4대 연구분야(지질학, 천문학, 기 상학, 해양학)중 지질학의 핵심 전공분야로 지구의 역사를 이해하는데 필수적인 분야이다. 층서학은 퇴적암의 수평적 분포(공간)와 수직적 분포(시간)를 연구하여 동일한 시기에 퇴적된 층을 시간순서에 따라 대비하는 학문이다. 퇴적학은 퇴적물이 생성되어 운반된 후 쌓여 퇴적암이 되는 전 과정을 연구하여 지질시대 퇴적환경 복원을 목표로 하는 학문이다. 본 강의에서는 퇴적암의 형성에 관련 있는 지질학적 현상을 소개하고 이를 바탕으로 지층의 순서를 이해하는 층서학의 개념을 소개한다.

2 지구과학과 지질학 지구 시스템 = 기후시스템 + 판구조운동 시스템 + 지오다이나모 시스템
기후 시스템: 수권, 대기권, 빙하권, 생물권 판구조운동 시스템: 암석권, 연약권, 맨틀 지오다이나모 시스템: 내핵, 외핵 지질학은 대기권, 생물권, 수권, 암석권에서 46억년 동안 일어났던 사건을 기록하고 있는 암석권에 대한 연구이다.

3 층서학과 퇴적학 층서학(Stratigraphy):
지질학 Geology 층서학(Stratigraphy): 지구의 역사는 시작이 있었고 현재 진행 중이며 앞으로 진행될 것이고 끝이 있을 것이다. 그러므로 시간의 순서를 결정하는 것이 중요하다. 지구역사의 기록을 담고 있는 암석의 시간순서를 정하는 지질학의 분야가 층서학이다. 생층서학(Biostratigraphy) 암석층서학(Lithostratigraphy) 지질연대학(Geochronology) 자기층서학(Magnetostratigraphy) 순차층서학(Sequence stratigraphy)

4 암석(Three types of rocks)
지각 구성 암석: 화성암(65%); 변성암(27%); 퇴적암(8%) 지표의 75~80%는 퇴적암 한반도: 변성암(40%), 화성암(35%), 퇴적암(25%)

5 조암광물(Rock-forming minerals)
광물을 암석을 이루는 기본 단위이다. 약 3,800여 종의 광물이 기록되었다. 이중 7~11 개의 광물이 대부분의 암석을 이루고 있다. 석영, 장석, 운모, 감람석, 휘석, 각섬석, 방해석 암석 광물 퇴적암 석영, 장석, 방해석(돌로마이트) 화성암 석영, 장석(K-장석, 사장석), 운모(백운모, 흑운모), 각섬석, 휘석, 감람석 변성암 석영, 장석, 운모, 감람석, 휘석, 각섬석 (석류석, 남정석, 십자석, 녹니석 등)

6 암석의 윤회(Rock cycle)

7 암석의 윤회

8 암석의 윤회

9 층서학과 퇴적학

10 층서학과 퇴적학 퇴적학(Sedimentology)
지질학 Geology 퇴적학(Sedimentology) 퇴적암석학(Sedimentary petrology): 퇴적암의 물리적 특성(입자크기, 분급), 구성광물, 구조를 연구하여 퇴적암을 분류한다. 퇴적과정(Sedimentary process): 어떤 작용에 의해 퇴적암이 이러한 특징을 보이게 되었는가? 퇴적환경복원(Reconstruction of sedimentary environment) 퇴적암석학 + 층서학 ⇒ 퇴적환경복원

11 - Sedimentary structures
층서학과 퇴적학 Facies Model (Ancient & Modern) Description of Beds - Lithology - Textures - Sedimentary structures Litholog Vertical distribution of beds Thin Section Studies Facies Facies Association Reconstructionof Depositional Environment Walther’s Law

12 층서학과 퇴적학

13 퇴적환경

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15 퇴적암석학 쇄설성 퇴적암(Clastic sedimentary rock): 역암 (Conglomerate), 각력암 (Breccia), 사암 (Sandstone), 셰일 (Shale) Siliciclastic (규산쇄설성): 규산염 광물 혹은 암석으로 이루어진 입자로 구성된 퇴적암. 탄산염 퇴적암(Carbonate sedimentary rock): 석회암 (Limestone), 돌로스톤 (Dolostone) 증발암 (Evaporite): 석고 (Gypsum), 암염 (Rock salt), 쳐어트 (Chert)

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17 퇴적암의 분류 (기원) 퇴적작용(Sedimentary process)
쇄설성 (Clastic) 혹은 기계적(Mechanical) 퇴적작용 유체의 에너지가 중력을 이기지 못하여 퇴적물이 아래로 가라 앉는 과정 화산쇄설성 (Pyroclastic): 화산분출물이 퇴적물인 경우 화학적 (Chemical) 퇴적작용: 물속에 용해되어 있던 화학물질이 침전되어 일어나는 퇴적작용으로 침전(Precipitation)이라고도 한다. 생물학적 (Biological) 퇴적작용: 생물들이 껍데기를 만들기 위해 광물질을 침전시키는 경우

18 쇄설성퇴적암 생성과정 풍화작용(Weathering): 암석이 작은 조각으로 부서지거나 유체에 이온으로 용해되는 과정: 기계적 풍화와 화학적 풍화 침식작용(Erosion): 침식은 지구 표면을 낮게 만드는 과정으로 풍화된 물질이 원래 있던 곳으로부터 운반되기 위하여 유체(물, 바람, 빙하)로 포함되는 과정 운반작용(Transportation): 유체의 에너지가 중력 에너지보다 크기 때문에 유체가 퇴적물을 경사가 낮은 곳으로 이동시키는 과정 퇴적작용(Deposition): 유체에너지가 중력에너지보다 작아지면 유체가 더 이상 퇴적물을 이동시키지 못하여 퇴적물이 아래로 가라앉는 과정 고화작용(Lithification): 퇴적물이 매몰되면서 하중(overburden)에 의해 압축(Compaction)되어 암석으로 변하는 과정 속성작용(Diagenesis): 퇴적암에 온도와 압력이 가해지거나 화학작용(온도/압력에 의해 일어나거나 지하수와 같은 유체와 반응하여 일어남)이 일어나 퇴적암을 이루는 광물이 변하거나 퇴적암의 조직이 변하는 과정.

19 쇄설성 퇴적암

20 쇄설성 퇴적암

21 쇄설성 퇴적암 쇄설성 퇴적암: 풍화/침식 작용에 의해 잘게 부수어진 퇴적물이 기계적으로 운반되어 쌓인 후 고화되어 생성된 퇴적암 역암, 각력암, 사암, 셰일 등 구성광물: 석영, 장석, 암편(Lithic fragment), 점토광물 암편: 석영, 장석이 아니면서 이름을 알 수 있는 모든 광물들 (예, 운모, 휘석, 감람석, ) 쇄설성 퇴적암의 구성: 매질(Matrix) + 입자(Grain, Particle, 혹은 Framework) + 교결물(Cement) + 공극(Pore)

22 쇄설성 퇴적암 조직(Texture): 퇴적물이나 퇴적암을 이루는 입자들의 형태, 크기, 3차원적인 배열
입자형태, 입자크기, 분급(Sorting), 원마도(Roundness), 구형도(Sphericity) 쇄설성 퇴적암을 분류하는 기준 퇴적입자의 조직은 퇴적물의 기원지, 풍화작용을 받은 정도, 운반 역사(거리 및 시간)을 반영 그러므로 결국 퇴적환경 복원에 있어 중요한 자료이다.

23 쇄설성 퇴적암 입자 크기 고화전 암석 Boulder(거력) >256 mm Gravel
Conglomerate, Breccia Cobble(왕자갈) 64 ~ 256 mm Pebble(잔자갈) 4 ~ 64 mm Granule(왕모래) 2 ~ 4 mm Sand V. Coarse 1 ~ 2 mm Sandstone Coarse 1/2 ~ 1 mm Medium 1/4 ~ 1/2 mm Fine 1/8 ~ 1/4 mm V. Fine 1/4 ~ 1/16 mm Silt 1/16 ~ 1/64 mm Siltstone 1/64 ~ 1/256 mm Clay < 1/256 mm Shale/Mudstone

24 쇄설성 퇴적암 입자의 크기(입도; Grain size) 입자 크기 고화전 암석

25 쇄설성 퇴적암 입도분석(Grain size analysis):
퇴적물이나 퇴적암을 이루는 입자의 크기 분포를 그래프로 표현하여 분석하여 퇴적환경을 규명하는 자료로 사용. 각기 다른 크기의 체(Sieve mesh)를 사용하여 입자를 걸러내어 분석한다. Ф = -log2(입자지름mm) -1Ф = 2mm, 0Ф = 1mm, 1Ф = ½ mm, 2Ф = ¼ mm, … 히스토그램이나 빈도곡선으로 표현한다.

26 쇄설성 퇴적암 왜도(Skewness): 입자 크기 분포의 비대칭성 첨도(Kurtosis): 입자 빈도 곡선이 뾰족한 정도
양왜도(Positive skewness): 굵은 입자가 분급이 좋다. 음왜도(Negative skewness): 고은 입자가 분급이 좋다. Skew: 꼬리가 어느 쪽으로 긴가? (통계학) 첨도(Kurtosis): 입자 빈도 곡선이 뾰족한 정도 급첨(Leptokurtic): 중간크기의 입자가 분급이 좋다. 저첨(Platykurtic): 크기가 작거나 큰 입자들의 분급이 좋다.