사층리 (Cross-Bedding)

지구과학

한 줄 정의: 주 층리면에 대해 경사진 내부 엽리(전면층)가 집합을 이루며 쌓인 퇴적구조로, 물이나 바람에 의해 이동하는 연흔·사구 같은 층형의 전진 방향 사면에 퇴적물이 쌓여 형성되며 고류향 복원의 핵심 지표이다.

쉽게 풀면

강바닥이나 사막의 모래 언덕은 바람이나 물이 부는 쪽 사면을 따라 모래가 굴러 떨어지며 조금씩 앞으로 전진합니다. 이때 언덕 앞면에 쌓인 모래는 비스듬한 얇은 층을 남기는데, 나중에 이 언덕이 지층으로 굳으면 수평 층 안에 기울어진 줄무늬 묶음이 남습니다. 이것이 사층리입니다. 줄무늬가 기울어진 방향이 곧 옛 물이나 바람이 흐른 방향이므로, 수억 년 전 강이 어디로 흘렀는지, 바람이 어느 쪽에서 불었는지를 알 수 있습니다.

왜 중요한가

사층리는 퇴적 당시의 흐름 방향과 층형의 규모를 직접 기록하므로 고류향 분석, 하천·삼각주·사막·해안 등 퇴적 환경 판별, 퇴적물 공급지 방향 추정에서 가장 널리 쓰이는 퇴적구조입니다. 또 전면층의 기울기 방향으로 지층의 상하를 판별할 수 있어 구조지질학적 해석에도 활용됩니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"사암층에서 측정한 판상 사층리 전면층의 경사 방향은 북동쪽으로 집중되어 당시 하천이 북동류했음을 지시한다."

비스듬한 줄무늬의 기울어진 방향을 여러 곳에서 재 보니 북동쪽으로 몰려 있어 옛 강이 그쪽으로 흘렀다는 뜻이다.

"두께 10m에 이르는 대규모 골형 사층리와 역경사 엽리는 풍성 사구 기원을 강하게 시사한다."

거대한 사층리 묶음 안에 바람이 거꾸로 불 때 생기는 무늬가 있어 강이 아니라 사막 모래언덕에서 쌓였다고 본다는 의미이다.

조금 더 깊게 보면

사층리는 전면층 집합(set)을 경계 짓는 면의 형태에 따라 판상 사층리(2차원 직선 능선 층형, 평면 경계)와 골형 사층리(3차원 곡선 능선 층형, 홈통 모양 경계)로 나뉘며, 집합 두께는 층형 높이에 비례하여 수 cm의 연흔 사엽리부터 수십 m의 사구 사층리까지 다양합니다. 전면층의 경사각은 안식각(약 30~34°)에 가까운 경우가 많고, 풍성 사구는 특히 높은 각도와 큰 규모를 보입니다. 양방향 사층리(청어뼈 사층리)는 조류의 왕복을, 역경사 엽리와 재활성면은 풍향 변화를 지시합니다. 고류향 분석에서는 지층 경사를 보정한 뒤 장미도(rose diagram)로 전면층 방향 분포를 제시하며, 골형 사층리는 홈통 축 방향을 측정해야 정확합니다.

주의할 점

사층리의 전면층 방향은 국지적 층형의 이동 방향이므로 단일 측정값으로 광역 고류향을 단정해서는 안 되며, 충분한 수의 측정과 통계 처리가 필요하다. 또 습곡 지역에서는 지층 경사를 복원(회전)한 뒤 방향을 해석해야 하며, 사층리(cross-bedding)와 사엽리(cross-lamination)는 규모에 따른 구분임을 유의해야 한다.