양구 수입천 하류부의 지형 발달

A Study on the landscape evolution of Suip river, Yanggu.

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  • ABSTRACT

    양구군 수입천 유역은 지형 연구 및 조사가 상당히 제한되어 온 지역이다. 최근의 DMZ인근 지역 등에 대한 관심의 증가 등으로 인하여 해당 지역의 자연 환경에 대한 이해의 필요성이 증가하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 양구군 방산면 소재지 인근의 현리 구하도와 하류 부분인 낭구미 일대의 하안단구를 대상으로 연구를 진행하여 수입천의 지형 발달 과정을 밝히고자 하였다.

    한편 한국 지형 연구에서 하천의 중상류 부를 중심으로 나타나는 자갈 퇴적층에 대한 연대 측정 기법의 개발은 상당히 중요한 과제이다. 수입천 하안단구 자갈 퇴적물에 대하여 K-장석 IRSL기법을 이용하여 연대 측정을 시도하였다. 이 연대 측정 결과들을 기반으로 하여 현리 구하도는 MIS 4후기에서 MIS 3의 시기의 수입천 하도 절단으로 형성된 것으로 나타났으며, 약 69ka 이후의 하각률은 약 0.2mm/yr로 나타났다. 낭구미 지역에는 2단의 단구가 확인되며 상부 단구에는 실트질 퇴적층이 하부 단구에서는 자갈 중심의 퇴적층이 나타난다. 하부 단구에서는 약 124ka의 매몰 연대가, 상부 단구에서는 약 165ka의 매몰 연대 값이 나타났다. 이 매몰 연대 값을 바탕으로 0.2mm/yr의 하각률이 계산되었으며 상류부인 현리 구하도 부분의 하각률과 유사한 것으로 나타났다. 이 하각률은 선행 연구들이 제시한 영서지역 하천의 평균적인 하각률과 유사한 것으로 판단되며, 또한 최근에 이뤄진 빙기 동안의 동해안 융기율과도 근사하는 것으로 판단된다.


    Geomorphological studies on the Suip river basin, a tributary of Bukhan(North Han) river at Yanggu have made little progress ever since the Korean war. A new proposal for development of DMZ area increase the need for the studies on the area. To understand landscape evolution of Suip river, river terrace deposits at abandoned channel at town of Hyunri, Bangsanmyun, and Ranggumi are studied in this research.

    In addition, there’s strong need for proper dating method for the gravel deposits which are common in the middle and upper part of big rivers. K-feldspar IRSL of buried gravel surface is used to estimate the burial age of the gravels at fluvial terraces along the Suip river. Base on the burial age determined using IRSL methods, it is found that the meander neck of Hyunri were cut off between late MIS 4 and MIS 3. Incision rate of the river in this part found as 0.2mm/yr. Two terraces are identified at Ranggumi Area. Upper terrace are covered with silt deposits while lower terrace composed with mainly gravels.

    The burial age of deposits from upper and lower terraces found about 165ka and 124ka respectively. Incision rate of Suip river calculated as 0.2mm/yr similar to that of Hyunri. These incision rates also coincide with the incision rates for other rivers in Yeongseo area, Korea. It also similar to the reported uplift rate for eastern coast of Korean peninsular.

  • KEYWORD

    암석 표면 IRSL , 자갈 퇴적층 , 하안단구 , 하각률 , 수입천

  • I. 서 론

    수입천은 북한강의 지류로서 휴전선 이북지역에서 발원하여 유하하는 북한강의 지류 하천이다. 수입천 유역은 영서 산지의 하천이 태백산지의 지반 융기 이후 하천 체계가 변화된 침식 기준면 등에 적응하는 과정을 잘 보여 줄 뿐만 아니라, 기후 환경의 변화에 의한 퇴적물 및 유수의 공급 조건과 하천의 운반 능력 변화를 나타내 줄 수 있는 대 하천의 가장 상류부에 해당하는 지류로 지형학적으로 상당한 연구 가치가 있다.

    그러나 수입천의 유역 분지 대부분은 한국전쟁 당시의 격전지에 해당하는 부분으로 극심한 생태계의 교란을 경험하였으며, 중‧상류 부분은 한국전쟁의 휴전 이후 설정된 비무장지대에 포함되어 생태계의 자연적 복원이 어느 정도 진행되고 있다. 하류 부분 역시 많은 군사시설의 존재로 인하여 민간 영역의 개발은 크게 이루어지지 않은 상태로 자연 환경의 훼손은 상대적으로 제한적이나 그와 동시에 해당 지역에 대한 지형학적 연구 역시 크게 이루어지지 못한 상태이다. 특히, 야외 조사의 경우 그 범위를 군사시설이 배치되지 않은 곳으로 한정해야 한다는 공간적 범위의 한계가 존재한다. 그러나 최근의 휴전선 인근 지역에 대한 자연 환경에의 관심 고조와 DMZ 평화 공원 계획과 같은 개발 계획의 논의에서 해당 지역에 대한 관심은 점점 증가하고 있다.

    해당 지역의 하천 특성에 대한 연구 가운데 대표적인 것은 이광률의 연구로 북한강 상류부에 기후 변화로 인하여 형성된 일련의 단구가 존재한다는 것을 보고한 바 있다(이광률, 2003). 또한 수입천 유역을 따라서 존재하는 일련의 단구들을 하상 비고를 기준으로 각각의 형성 시기 등이 논의되었다. 그러나 연구 지역의 퇴적 물질에 대한 매몰 연대 등은 거의 연구가 이뤄지지 못하였다. 해당 지역의 단구에는 현재의 하상 구성 물질과 유사한 자갈을 중심으로 하는 퇴적층이 형성되어있다. 당시에는 자갈에 대하여 직접적으로 매몰연대 측정을 실시할 수 있는 기술이 지형학계에서 널리 활용되지 않았으며, 국내에서는 활용 가능한 기법이 소개되지 않았다. 일반적으로 퇴적층에 대한 OSL 연대 측정은 4~11μm크기의 실트나 90~250μm의 모래 입자 가운데 석영을 대상으로 이뤄진다. 이러한 시료의 크기 한계는 조립 입자 중심의 하천 퇴적물의 매몰 연대 추정의 한계로 지적된바 있다. 또한 일부 단구의 경우 그 형성 시기가 석영을 이용한 OSL의 연대 측정의 한계를 넘어설 가능성이 있다. 이에 따라 본 연구에서는 유기 물질이나 충진 세립 입자가 아닌 자갈 퇴적물에 직접 적용이 가능한 IRSL 연대 측정을 실시하였다. 본 연구에서는 1990년대 이후 소개되어 최근에 국내 활용이 시작된 암석 표면과 세립 퇴적 물질의 장석 IRSL 기법을 이용하여 퇴적물의 연대 측정을 시도하였다.

    본 고에서는 이러한 연대 측정 결과를 바탕으로 양구 수입천의 하안 단구 퇴적층에 포함된 자갈의 매몰연대를 밝히고 그를 기반으로 전반적인 하천 지형의 발달 과정을 살펴보고자 한다.

    II. 지역 개관과 암석표면 루미네선스 연대측정 기법

       1. 지역 개관

    수입천은 휴전선 이북의 지혜산(1,232m) 인근을 최상류로 하여 강원도 양구군 방산면 일대를 유역분지로 유역 면적은 약 320.49km2이며, 유로 연장 50.29km에 달하는 하천이다. 수입천 유역의 연 강수량은 1,074.6mm이며, 연간 유량은 유출부에서 191.1×106m3/yr 이며 50년 빈도 계획 홍수량은 고방산교에서 1,945m3/sec 최하류에서 2,020m3/sec 으로 계산되었다.

    수입천은 전반적으로 지질 구조의 영향으로 동측과 서측의 양대 하천 지류를 형성하고 남하한다. 동측지류인 사태천은 해안 분지와 경계를 접하며 분수계와 평행하게 남북 방향으로 유하하며, 비로천과 합류하여 서쪽으로 흐른다. 이 부분의 하계의 전반적인 방향은 임당 단층과 일치한다. 한편 서측 지류인 건솔천은 문등 단층을 따라 남류하다가 건솔리에서 동측의 지류와 합류한다(김종연‧김창환, 2013).

    두 하천의 합류 후 양안에 하안 단구를 형성하면서 남하하던 수입천은 고방산교 부근부터 서남측으로 유하하여 파로호로 유입된다. 이 하류 부분에서도 하천의 유로는 다양한 지질 구조의 영향을 받는다. 두 주요 지류의 합류 지점에서 파로호에 유입할 때 까지 평균 경사는 0.0097로 나타난다. 그러나 현장 실측 조사(양구군, 2000) 결과에 의하면 하류 부분 내에서도 각 구간별로 하천의 경사는 차이가 있다. 민간인의 접근이 가능한 가장 상류부인 고방산교에서 금악리 부분까지는 0.34°의 경사를 보이지만, 금악리를 통과하여 낭구미를 거치면서는 0.27°로 경사가 감소하고 그 하류에서는 0.30°로 경사가 다시 증가하는 패턴을 보여 준다.

    연구 지역은 선캠브리아기의 퇴적암 기원의 편마암 복합체가 기저를 이루고 중생대에 광범위한 화강암의 관입이 발생한 지역이다. 이 지역 기반암의 가장 하부는 고원생대의 편암이며 일부 지역에서 경기편마암 복합체의 시흥층군에 속하는 것으로 판단되는 흑운모 편마암과 충상 단층(thrust fault)의 관계이다. 이 편마암은 변성 작용을 받으면서 화강편마암에 석류석이 다량 포함된 소위 ‘석류석 화강편마암’에 의하여 관입된 모습을 보여 주고 있다(김유홍‧황재하, 2009a). 화강편마암의 관입 시기는 약 18억 39만 년 전으로 고원생대 중기이다(송교영‧조득룡, 2009).

    이 지역의 하도와 전반적인 지형은 방산면 사무소 인근으로부터 N17W/32SE, N29E/25NW 방향의 두 날개를 지니고 5km에 걸쳐 존재하는 방산배사구조의 영향을 받은 것으로 보인다. 이 배사의 형성 시기는 8억 5천만 년 이후에서 1억 7천만 년 이전의 시기로 보이며 이후에 형성된 북동-남서 방향의 송현충상단층으로 인해 절단되고 있다. 이 변형 작용은 쥐라기 중기-후기에 형성된 것으로 나타나고 있다. 이 배사구조 자체가 하천의 유로에 영향을 준다고 보기는 어렵다. 그러나 배사구조에 의한 암석의 분포와 암석간의 경계는 하천의 유로에 영향을 주는 것으로 보인다(김유홍‧황재하, 2009b).

    수입천은 고원생대의 편암(PRsch)와 시대 미상의 편암(sch)의 경계를 이루는 문등 단층의 추정선을 따라서 방산면까지를 흐른다. 이후 하천은 고원생대 흑운모편마암(PRbgn)과의 경계를 따라 곡류한다. 특히 방산 초등학교 부근에서는 편마암 부분을 흐르던 하도가 절단되면서 구하도를 형성하고 있으며 구하도의 북측 경계는 편암의 경계와 일치한다. 즉 원래는 암석 경계를 따라 흐르던 하천이 특정 요인의 개입으로 인하여 유로를 변경한 것으로 볼 수 있다. 하류 방향으로 금악리와 낭구미 부근에 이를 때 까지 수입천은 편마암 지역만을 침식하는 곡류를 진행한다. 이 편암과 편마암의 경계부는 낭구미에서 산릉을 가로지르며 나타나며 낭구미의 산정 부분이 암석의 차이에 따른 잔류지형임을 추정할 수 있다.

       2. 루미네선스 연대측정

    본 연구에서는 전통적인 루미네선스 측정 기법과는 다른 암석 표면 장석IRSL(Infra-Red Stimulated Luminescence)과 사용하여 연대 측정을 실시하였다. 물론 이 기법이 측정의 대상으로 하는 광물은 다르다. 전통적인 루미네선스 기법이 석영을 분석 대상 광물로 하는데 비하여 암석 표면 루미네선스 기법은 K-장석을 대상으로 하는 경우가 많다. 석영의 경우 이동-퇴적과정을 거치면서 bleaching-irradiation과정을 반복하고 이 과정에서 일정한 양의 자연 방사선량에 대하여 발생하는 신호가 증폭되는 경향이 나타난다. 이를 석영의 민감화(sensitization)라 지칭한다(Pleitsch et al., 2008). 모래 이하의 크기인 세립 퇴적물에서는 반복적인 이동과 퇴적으로 인하여 석영의 민감화 작용이 활발하게 일어나 연대 측정에 요구되는 충분한 신호를 얻을 수 있다. 그러나 조립 퇴적물의 경우 이러한 이동 퇴적의 반복이 일어나는 것이 쉽지 않다. 퇴적물 입자의 이동과 마식에 대한 선행 연구들에 의하면 조립 입자들은 하안의 포인트 바와 같은 하도 내 저장소에 저장되어 있는 동안 상당한 수준의 표면 풍화가 발생하고 이후 이동되면서 급격한 입경의 감소를 경험하는 경향성을 지닌다. 즉, 풍화각이 형성될 정도의 시간을 저장소에 잔류하는 것이다. 즉, 입자가 상류에서 하류로 이동하는 것을 고려할 경우 소요되는 시간의 수만 년 이상 발생할 수 있다. 이는 발생하는 이동 퇴적 반복수의 급감을 의미한다. 이는 석영의 민감화의 측면에서는 연대 측정을 위한 신호의 약화를 의미하게 된다. 이와 달리 K-장석은 석영과는 달리 bleaching-irradiation과정을 거친다하더라도 민감화 현상이 일어나지 않으며, 이동을 경험하지 않은 풍화대 내의 K-장석 역시 충분한 신호를 방출한다(Sohbati et al., 2011). 따라서 암석 표면 루미네선스 연대 측정에는 K-장석을 주로 활용하게 된다. 일반적인 퇴적물의 연대 측정에서도 장석의 활용은 이뤄지고 있다. 일반적인 OSL(Optical Stimulated Luminescence)에서는 석영을 청색 광원(blue diode)을 이용하여 여기하고 주로 자외선 영역을 측정하는 방식을 이용하는데 비하여 IRSL에서는 장석을 적외선 광원으로 여기하여 청색 파장을 측정한다. K-장석의 경우 석영에 비하여 연대 측정의 상한이 2배 이상 길다는 장점이 있는데 비하여 상온에서도 루미네선스 신호가 감소하는 현상이 나타나 퇴적 연대의 과소평가가 발생할 우려가 있으며, 장석 내의 40K의 영향에의한 연간 선량변화의 영향이 있다. 또한 bleaching이 불완전하게 이뤄지는 특성 역시 장석의 활용을 제한해 왔다.

    이 암석 표면 루미네선스 기법은 Lirizis(1994)에 의해서 적용 가능성이 제기되었다. 본격적인 퇴적층에의 적용은 극히 최근에 이루어지기 시작하였다. Greilich et al.(2005)은 자갈의 표면에 대한 차광 연대를 추정하였다. Vafiadou et al.(2007)은 매몰지에서의 자갈의 석영을 이용한 암석 표면 연대 측정을 시도하였으며 기존의 탄소 연대 측정과 상당히 유사한 결과를 얻었다. Sohbati et al.(2011)은 자갈 표면에서 얻은 장석을 이용한 IRSL 분석을 통해서 모래층의 IRSL 결과와 맥락을 같이 하는 결과를 얻었다.Simms et al.(2011)은 해안 단구에서의 역을 이용하여 고해수면을 파악하고자 하였다. 홍성찬(2014)은 강원도 동해안의 해안 단구 등에 존재하는 자갈을 대상으로 표면 연대측정을 실시하여 해안 단구의 형성 시기와 융기율을 추정하였다.

    그러나 하천 퇴적층을 대상으로 한 연구는 극히 제한적으로만 이뤄 졌으며, 본 연구에서는 해당 기법의 자갈 중심 하천 퇴적층에의 적용을 본격화하기 위하여 현리 구하도와 낭구미 단구에서 자갈과 세립 입자를 대상으로 IRSL 분석과 암석표면 장석 분석을 실시하였다.

    III. 연구 지역의 단구 지형 특성

       1. 현리 구하도

    수입천은 고방산리에서 방산천이 유입된 뒤 파로호에 이르기까지 곡류하면서 폭이 넓은 하곡을 만든다. 그러나 하천의 작용으로 인하여 좌우에 하안 단구를 형성하고 있으며 현재 방산면 소재지인 현리의 직연폭포(직연폭포, 직소폭포) 부근에서 하천의 하도 절단이 발생했다.

    이광률(2003)은 수입천을 따라서 23개 정도의 독립적인 하안 단구면이 존재 하는 것을 확인하였으며, 이 단구들을 현 하상과의 비고에 따라서 T1(9-16m), T2(21-28m), T3(39-48m), T4(56-62m), T5(77-83m), T6(132~142m)면으로 구분하였다. 직연폭포 좌안의 단구(그림 3-A)를 T3로 보고 그 하류의 부분을(그림 3-B) T2, 우안의 현재 방산자기박물관이 위치하는 부분을 T1으로 보았다(그림 3-C). 방산자기박물관 인근의 해발 고도는 약 249m내외로 현 하상의 고도인 238m내외에 비하여 10m내외의 고도 차이를 지닌다. 이에 비하여 면사무소 인근 지역은 250m이상의 고도를 지니고 있어 완전히 단구화된 것으로 볼 수 있다(그림 1, 그림 4-B). 한편 구하도를 형성하고 있는 방산초등학교 인근의 평탄한 곡지는 면 중심지에 비하여 3~4m이상 높은 고도를 보이고 있다(그림 4-A).

    하도 절단의 결과 하도의 경사가 급해지고 침식력이 강화되어 상류 방향으로의 경사 변환점이 형성되었으며 현재의 직연폭포 부분은 하도 절단으로 형성된 새로운 하도가 하방 침식을 강화하면서 상류 방향으로 이동되어 형성된 것으로 주장되어 왔다. 현재 나타나고 있는 구 하도는 상류 방향 및 하류 방향 모두 현재의 수입천의 단구를 포함 하는 곡 폭과 유사한 수준의 폭을 지니고 있으며, 현재는 곡류의 만곡부를 중심으로 수입천 방향으로 경사가 기울어진 모습을 지니고 있다. 그러나 하천 퇴적층의 구체적인 매몰 시기에 대한 정보가 확인된 뒤 구하도 절단의 대체적인 시기를 추정하는 것이 필요한 것으로 보인다. 이를 통하여 직연폭포의 성인과 후퇴율 등을 논의하는 것이 가능할 것으로 보인다.

    현재 방산초등학교 뒤편의 구릉은 과거의 곡류핵(meander core)에 속하는 부분으로 기반암 위에 얇은 퇴적층이 피복하고 있으며 현재 하천 하상의 해발 고도는 237~238m수준이다(그림4-C). 앞서 논의한 직연폭포의 높이는 약 7m이며 직연폭포의 하단은 238m 수준의 고도를 방산초등학교 하류의 구하도 접촉 부분은 237m의 고도를 보이고 있다(그림4-D). 현재 파악된 구하도의 해발 고도는 260m 내외로 현 하상과의 고도차가 10m 이상을 보이고 있다. 이 구하도의 존재는 이광률(2003)에 의해서 보고되었으며, 해당 지역의 최하부 단구의 일부로 분류되었다. 이 구하도의 절단과정에서 인근에 위치하는 직연폭포가 형성되었으며, 500m정도 상류 방향으로 후퇴한 것으로 주장되어 왔다. 또한 해당 부분은 다른 부분에 비하여 경사가 급한것으로 나타나고 있다(그림 1).

    과거 구하도의 활주 사면에 속하는 곡류핵의 북측부분의 말단부 즉 과거의 활주 사면으로 판단되는 부분에는 서로 고도를 2~3m 달리하면서 현 하상과의 비고 15~20m 내외의 차이를 지니는 퇴적층이 나타난다(그림 5-A). 해당 고도의 퇴적층은 이광률의 구분에서 T2-T3 수준에 해당하는 것으로 형성 시기는 MIS 4에서 MIS 6에 해당하는 것으로 알려져 있다. 해당 퇴적층의 상부에 해당하는 부분은 적색화가 일부 진행된 잔자갈이 포함된 퇴적층 위에 갈색의 토양이 나타나는 특징을 지니고 있다. 한편 하부의 노구에서는 고결화가 관찰되지 않으며 자갈과 모래가 혼재하는 양상을 보여준다. 단구의 규모와 형상, 퇴적층의 특성으로 보았을 때 상부 퇴적층은 전반적인 하천의 하방침식이 발생하는 과정에서 일시적으로 발생한 퇴적의 퇴적층이 잔류한 것으로 볼 수 있다. 그림 5-A는 상부 단구면으로 묘지로 이용되면서 일부 변형이 발생한 것으로 보이며, 단구면은 북서쪽을 향해 전개되며 퇴적층의 노두(그림 5-B)는 남서측 사면의 나무 아래 부분에서 관찰된다. 이 노두에 비하여 2-3m 하부에 다시 폭 10m 내외의 평탄지가 구하도의 방향과 평행하게 나타나며(그림5-C), 군 작전을 위한 교통호가 구축되어 있어 퇴적층의 관찰(그림5-D)이 가능하다.

    이 지역에서는 하부의 역질 퇴적물(BS-1C)에 대해서, 상부의 사질 퇴적물(BS-1)에 대해서 연대 측정을 실시하였다.

    한편 해당 노두가 관찰되는 방산초등학교 뒷산은 앞서 기술한 바와 같이 곡류핵으로 산정부의 해발 고도는 300m 내외이다. 이는 현 하상과 50m내외의 고도차를 보이는 것이며 현재의 유로가 위치하는 남동 방향으로 가면서 고도가 낮아지는 특징을 지닌다. 이 곡류핵의 정부와 능선, 구하도로 유수가 흐르던 시기 공격 사면을 이루던 곳과 곡류 절단이 일어난 부분에는 하식애가 노출되어있다(그림 6 A~D). 정부에 노출된 기반암의 경우 상당히 풍화가 진행되었지만 표면에서 마식의 흔적으로 추정할 수 있는 부드러운 표면이 일부 관찰되고 있어 과거 하천 영력의 작용을 받았던 것으로 판단 할 수 있다(그림 6-C). 하천 퇴적물은 관찰되지 않으며, 전반적으로 토양층의 깊이는 얕아 기반암이 노출되어 있다(그림 6-B). 이곳에서 관찰되는 기반암은 선캠브리아기의 호상 편마암이다. 이 곡류핵의 정부는 그 고도가 이전의 연구(이광률, 2003)에서 MIS 8에 형성된 것으로 추정된 T-4단구와 유사하다. 그러나 고도가 유사하다 하더라도 퇴적 단구와 기반암 단구를 동일 시기에 형성된 것으로 보기에는 어려움이 있다(Stokes et al., 2012). 기반암 단구의 경우 퇴적단구와는 달리 퇴적물에 의한 매몰이 나타나지 않는 환경에서는 빙기 간빙기의 변화에 따른 침식률의 변화가 주된 변화이기 때문이다.

    이 지역에서의 수입천의 곡류는 산간 곡류의 성격을 강하게 지니고 있으며, 앞서 지적한 바와 같이 지질구조선을 따라서 하천의 유로가 결정되는 특성을 지니고 있다. 송현교 인근으로부터 남류하는 하천은 상류의 송현리 부근에서 서류하다가 남쪽으로 방향을 튼다. 이곳에서의 충적층은 서북측의 기반암인 선캠브리아기 편암(PRsch)과 선캠브리아기 편마암의 경계부를 따라 형성되고 있으며 해당 경계는 ‘송현단층’이라 불리는 충상단층이다. 현재의 민통선 부분을 벗어나면서 동측의 지류와 합류하는 고방산리 인근을 통과한 뒤 수입천의 본류 부분은 금악리에 도달할 때 까지 편마암 지역만을 침식하고 있다. 즉, 하천의 침식으로 형성된 하곡은 단층으로 형성된 기반암 경계에 의해 그 경로가 제한되는 상황으로 볼 수 있다. 방산초등학교의 구하도의 북서쪽 외곽 경계와 송현리의 하도의 북서쪽 외곽 경계는 북동-남서 방향으로 달리는 송현단층과 일치하는 모습을 보여 주며 이는 또한 암석의 경계부를 형성한다. 이 단층선은 방산중학교 뒤편을 지나서 금악교 인근을 통과하여 금악리 보건진료소 인근을 통과하여 낭구미의 구릉 뒤편 까지 연결된다. 수입천의 하도 역시 이 단층선과 암석 차이의 영향을 강하게 받은 것으로 판단된다.

       2. 금악리의 저위 하안 단구

    수입천은 앞서 논한 바와 같이 금악리 근처까지 남쪽으로 흐르던 수입천은 금악리와 오미리(낭구미)를 곡류핵으로 하여 곡류한다(그림 7-index). 이 곡류대는 기본적으로 단층선을 따라서 기반암이 해체되는 과정에서 형성된 것으로 볼 수 있으며 서측의 편마암 지역을 침식하는 과정에서 노출된 기반암에 의해 유로가 더 이상 서측으로 이동하지 못한 것으로 볼 수 있다(그림 2, 그림 7-A). 수입천의 유로는 (그림 7-index)의 C지점에서 B방향으로 이동하면서 B, C 지점이 단구화 되었다. 이 단구대 가운데 금악보건지소 위편 구릉(그림 7-C)을 금악리 단구라 지칭한다. 이 구릉대의 하단부 단상지 부분의 고도는 해발고도 260~270m대로 약간 하류의 낭구미 부분의 구릉지 단상 부분의 고도 260~270m와 유사한 수준이다.

    금악보건진료소 뒤편의 기반암은 선캠브리아기 편암과 시기 미상의 편암이 같이 나타나며 두 암석의 경계는 급경사를 나타내고 있다. 편암은 전반적으로 산지를 이루면서 남쪽으로 이어져 낭구미 단구 부분 수입천의 공격 사면을 이루고 있다. 이 부근에서는 하천과 산지가 급한 경사로 만나고 있으며 이는 풍화와 침식에 강한 암석의 특징에 기인하는 것으로 볼 수 있다. 개석된 산지의 형태 등을 감안할 경우 확인된 단층대와 평행한 단층의 존재를 고려해 볼 수 있다.

    (그림 7-C)의 구릉지를 구성하는 암석은 선캠브리아기 편암대으로 알려져 있으며, 전반적인 경사는 지도상에 나타나는 것과는 달리 완경사가 나타나고 있으며 앞서 설명한 바와 같이 가파른 배후 산지와는 확연히 구별된다(그림 8-A).

    이 단구면 부분은 밭과 묘지 등으로 활용되고 있으며 마을과 단구면의 경계 부분은 단구애에 해당하는 부분으로 상당한 경사를 보여 주고 있다(그림 8-B). 단구의 표면에는 하성 기원의 풍화된 원력이 산재하여 나타난다. 이 원력들의 입자 크기는 현 하상에서 관찰되는 자갈들과 유사한 편이며 단구애 하부를 형성하는 자갈들과도 유사한 크기이다. 다만 풍화의 진행 정도에 있어서는 일부 표면 물질들이 화학적 풍화과정에서 소실되면서 매끄럽지 않은 상태이나 이후 논의할 낭구미에서 관찰되는 자갈들의 전반적인 풍화상태에 비하여는 풍화의 진전이 느린 편이다(그림 8-C). 금악리 단구의 자갈들은 전반적으로 망치로 가격해서 깰 수 있는 수준인데 비하여 낭구미의 자갈들은 적색화의 정도가 심하고 손으로 부서지는 수준까지 풍화가 진행되어 있다.

    한편 단구애의 하부에는 기반암이 노출되어 있다(그림 8-D). 기반암이 노출된 지점의 고도를 감안할 경우 퇴적층의 두께는 전체 단구면의 높이에 비하여 상당히 얇다. 즉 기반암의 지면위에 퇴적물이 피복하는 형상으로 볼 수 있으며 이는 침식이 주된 지형 형성과정인 환경에서 일반적으로 관찰되는 지형의 물질 구성이다. 이보다 하류에 위치하며 고도가 유사한 낭구미 단구의 퇴적 물질에 대한 매몰 연대를 추정한 관계로 이 지점의 퇴적물들에 대해서는 연대 측정을 실시하지 않았다.

    이 구간에서 가장 고도가 낮은 부분에 속하는 A구간의 경우 현재 금악리 취락에서 수입천을 향해 완만한 경사를 지니고 있으나 두 지점 사이에 추가적인 단구애로 추정할 수 있는 단상의 지형은 확인되지 않았다. 물론 인위적인 개간에 의하여 경계가 사라졌을 가능성이 있으나, 전반적으로 본다면 하천이 단구애를 만들기에는 적절한 환경은 아니었던 것으로 보인다. 또한, 하천 인근의 제내지의 경우 해발 고도가 100년 주기의 홍수 추정선에 비하여 낮은 것으로 나타나 현재도 제방이 존재하지 않은 경우 하천 인근 지역은 충분히 범람의 대상이 되는 것을 알 수 있다(그림 1). 따라서 이 부분의 하천 인근 부분은 단구로 보기 어려우며 도리어 현재 수입천의 범람원으로 보는 것이 타당할 것으로 보인다. 이러한 사실들을 종합하여 본다면 기반암이 중심이 되는 면 위에 퇴적층을 피복하여 금악리 단구를 형성한 수입천이 특정 시기에 퇴적물 운반 특성을 포함하는 하천의 특성 변화를 겪으면서 활발한 침식을 진행하게 된 것으로 보인다. 혹은 침식이 강화되고 현재 단구인 부분이 유기된 이후 특정한 침식 사건에 의해서 단구애를 형성한 것으로 보인다.

       3. 오미리(낭구미) 하안 단구

    남측으로 흐르다가 다시 동류를 시작하여 전반적인 곡류의 양상을 보이는 수입천 활주 사면에 속하는 낭구미 일대에는 앞서 밝힌 바와 같이 금악리 단구와 유사한 고도를 지니는 2개 이상의 단을 지니는 단구가 출현한다(그림 9-A, B).

    곡류의 중심부에 속하는 부분의 활주 사면 부분에서는 2단 이상의 단구(L1, L2, L3)가 나타난다. 이 부분에서 수입천의 하상고도는 해발 219.2m 이며, L1면(현생 범람원) 최하부의 고도는 해발 223.4m 이다(양구군, 2000). 본 지역의 활주 사면부 즉 곡류 핵 부분은 2~3개의 면으로 구분된다. 최하부의 면인 L1은 하천 인근 지역은 100년 주기 홍수의 침수 범위 안쪽으로 현생 범람원에 해당한다. 그러나 현재 일부 취락이 위치하는 부분은 침수 범위 밖에 있는 부분으로 이미 단구화 된 것으로 판단된다. 즉, 앞서 금악리 단구에서 기술한 바와 같이 점진적인 하상 저하에 의하여 잔류한 단구면으로 판단된다.

    이 취락이 있는 부분과 가파른 단구애를 경계로 하여 해발 고도 250~255m 수준의 평탄한 면이 형성되어 있다(L2). 이 단구면은 활주 사면의 하류부인 남측에서는 큰 단구애가 극히 일부에서만 인식되는 완만한 사면의 형태로 경작지와 연결되나 동측의 활주 사면에서는 단구애가 형성된 완연한 단상의 지형으로 나타난 다(그림 9-B). 이 면은 이전의 연구(이광률, 2003)에서 T-3로 분류된 단구면으로 보인다.

    특히 L3와 L2의 구분은 동측 부분에서는 어느 정도 나타나지만 남측에서 보는 경우에는 거의 차이가 나타나지 않는다. 실제 L3는 L2와 10~20m 정도의 고도차이를 보이면서 평탄한 면이 형성되어 관찰되고 있으며(그림 9-C), 남쪽으로 완경사를 보이면서 전개되고 있다. 이 부분의 해발 고도는 260~270m로 나타나고 있다. 그러나 인위적인 간섭으로 L3의 일부가 도로로 절단되면서 파편화된 양성을 보이고 있다. 또한 L3의 하부 가운데 일부는 경작지를 확장하면서 원래의 경사에 비하여 훨씬 급한 단애를 만들게 된 것으로 보인다(그림9-D). 이 면은 이전의 연구(이광률, 2009)에서 T4로 비정된 면으로 판단된다.

    L3면으로 추정되는 최상부의 면은 전반적으로 평탄한 면이 나타나 있으며, 경작을 위해 개간 이전에도 전반적으로 평탄성을 유지하고 있던 것으로 보인다(그림 10-A). 현재는 도로에 의해 두 부분으로 분할된 상태이며 상대적으로 고도가 높은 부분은 산림으로, 낮은 부분은 경작지로 활용되고 있다(그림 10-B). 사면 측에 노출된 노두의 경우 4m 이상의 내부 구조가 노출되어 있으며, 표면에는 상대적으로 세립질인 토양이 나타나고 있다. 지표에서 약 1m 하부에 퇴적층이 나타나고 있다(그림 10-C). 퇴적층에서는 원력 등은 나타나지 않으며 사면과 평행한 방향으로 입자들이 배치되어 나타나고 있다(그림 10-D). 이들은 사면의 상부로 부터 이동되어온 것들이거나 2차적으로 이동된 것으로 보인다.

    그러나 상부 사면의 규모가 매우 제한적인 관계로 공급되는 사면 물질의 양이 많지 않은 것으로 판단되며, 국도변에 노출된 사면에서의 관찰 결과 주로 풍화산물인 새프롤라이트 중심이라는 것을 감안한다면 다른 나라의 연구에서 지적되는 대규모의 사면 물질에 의하여 형성된 cover bed의 성격은 갖지 않은 것으로 볼 수 있다. 물론 확인되지 않은 암맥으로부터 공급된 물질일 가능성은 배제할 수 없다. 또한 주빙하성 사면물질의 포상 이동은 배제하기 어렵다고 판단된다(Kleber et al., 2013). 이 곡류부의 기반암은 공격 사면측과는 달리 석류석화강편마암으로 특히 금악리 방향에서 낭구미로 이어지는 능선 부분은 이 암석의 풍화대가 나타난다. 이러한 양상은 각시교를 지나 낭구미 마을 뒤편에 노출된 노두에서 관찰이 가능하다. 즉, 산정부는 기반암과 그 풍화 산물로 되어 있는 것으로 판단된다. 즉 이곳의 퇴적층 역시 아주 두꺼운 것으로 보기 어려우며 L3에서의 관찰에서 역시 이러한 양상들이 나타난다.

    한편 현재 경작지로 이용되는 부분의 경우 도로 공사와 하부 농경지(논)의 확장 과정에서 단면이 노출되었으며(그림 10-B), 이 부분 중 한 곳에서 장석을 이용한 IRSL 연대 측정을 실시하고 연대 측정용 시료 채취 지점과 다른 단면에서 토양의 화학적, 고지자기적인 특성과 입도 조성 등을 조사하였으며 구체적인 결과는 다른 장에서 부분적으로 논의될 것이다(그림 11-C). L3층의 표면에는 일부 원력이 관찰되기는 하나 표면의 풍화흔을 제외하고는 큰 풍화의 흔적은 보이지 않는다. 이 층은 현재 농경에 이용되는 층으로 20cm 정도의 두께를 지니고 있다. 전체적으로 농경층 하부에 세립 물질 층이 나타난다(그림 11-A). 그러나 전체적으로 각력질의 암편들이 다수 포함되어 있다. 이 암편들은 대체로 납작한 형태로 지면과 평행하게 배열되어 있다. 일부 아원력의 작은 자갈들이 포함되어 있으며 표면에 약간의 풍화흔이 나타난다(그림 11-B). 이층의 두께는 70cm정도이다. 이층의 하부에는 세립 입자 중심의 퇴적층이 형성되어 있으며 이 층에서 파이프를 이용하여 시료(NGM-1)를 채취하여 매몰 연대를 추정하였다(그림 11-D).

    앞서 지적한 바와 같이 상류 방향이 동측 사면의 경우 수입천의 공격 사면에 속하며 L3에서 L2까지 큰 경사 변화 없이 연결된다. 다만, 하부로 가면서 경사가 완만해 진다(그림 12-A). 해당 부분의 물질 특성을 악하기 위하여1개 지점을 파악하여 노두 조사를 하고 입도 분석 등을 위한 시료를 채취하였다(그림 12-B). 이 부분은 주로 세립 퇴적물로 되어있으며(그림 12-C), 일부 생경한 각력 및 원력들이 끼어 있는 것으로 나타난다(그림 12-D). 이 자갈들은 하부의 L2의 자갈들에 비하여 생경하나, 풍화의 진행 정도에 암종이 상당한 영향을 준 것으로 볼 때 퇴적 시기를 한정하기는 어려울 것으로 보인다.

    해당 원력과 각력, 세립 물질 등은 하천으로부터 직접 공급되었을 가능성이 있으나, 사면 상부로부터 공급되었을 가능성 역시 배제하기는 어렵다.

    한편 L3의 경작면 보다 10m이상 고도가 낮은 곳에는 그림9-A에 나타난 L2의 단구면이 나타난다. 노두관찰에 의하면 L2 단구면의 구성 퇴적물은 물질은 상류 방향이라고 할 수 있는 단구의 동측과 남측에서 차이를 보이고 있다. 동측과 북측(그림 13-A)은 주로 왕자갈로 되어 있으며, 부분적으로 모래와 잔 자갈이 끼어 있다. 해당 단구 퇴적층은 경지 정리 작업을 하고 평탄화 작업을 하는 과정에서 노출되었다. 관찰된 왕자갈의 경우 일부에서 와상 구조가 관찰되며 퇴적 물질은 상당한 수준으로 고결화가 진행되어 있다. 전반적으로 퇴적층에 포함된 역의 풍화는 상당히 진행되어 있으며(그림 13-C), 암종은 연구 지역의 상류 부분에 분포하는 편마암과 화강암이 주를 이룬다.

    이 부분에서는 암석 표면 IRSL 분석을 위한 자갈 시료(NGM-1 Cobble)들을 채취하였다(그림 13-B). 해당 시료들은 주변의 충진 물질들이 상당히 고결되어 있는 상태로 2차적인 교란의 흔적은 없었다. 일단 퇴적층이 형성된 뒤 유수나 다른 과정에 의한 추가적인 교란은 없었던 것으로 보인다. L3의 구성 물질들이 사면 하부로 이동되어 내려왔을 가능성은 있으나 직접적인 교란의 흔적은 보이지 않는다.

    이에 비하여 남측에서는 점토질 물질 중심의 퇴적층에 잔자갈이 일부 포함되어진 상태로 노출되어있다. 일부 물질들 사이에는 명확히 층을 보이고 있으며 동일한 고도의 동측 또는 북측에 비하여 입자의 크기가 현저히 작은 것으로 나타나고 있다. 또한 적색으로 색이 크게 변한 층과 갈색의 층이 명확히 구분되어 나타나는 특징이 있다(그림 13-D). 전반적인 형상으로 보아 이 퇴적층은 포인트 바의 조립 퇴적층 하류부에 나타나는 세립의 퇴적층으로 현재의 유향과 유사한 유향으로 당시에도 수입천이 흐르던 것으로 판단할 수 있다. 강력한 적색 산화의 원인을 명확하지 않다.

    IV. 퇴적물 분석 및 연대 측정 결과

       1. 퇴적물의 물리적 특성 및 대자율

    본 연구에서는 앞서 설명한 바와 같이 각 퇴적 물질의 특성에 대한 입도 측정, 대자율 특성, 화학적 조성을 조사하였다. 대자율은 한국지질자원연구원이 보유하고 있는 Bartington사의 MS-2 대자율 측정기를 이용하여 측정하였다(Dearing, 1999). 입도 분석은 서울대학교 지리교육과가 보유한 Sympatec GmbH의 HELOS Particle size analysis의 장비를 이용하여 진행하였으며, 토색은 습기에 의한 영향을 제거하기 위하여 건조 후 토색첩과의 대비를 통하여 판별하였다.

    평균 입도의 측면에서 보면 NGM 1부분과 NGM 3은 서로 다른 경향성을 보여 주고 있다. NGM 1의 경우 하부로 가면서 전반적으로 입경이 증가하는 양상을 보이고 있으며 가장 하부의 입경이 가장 크게 나타난다. 전반적으로 상부는 조립 실트가 나타나고 하부로 가면서 세립 모래가 나타난다. 이에 반하여 NGM 3에서는 하부로 가면서 세립질이 우세하게 나타나고 있으며 하부는 세립 실트가 가장 우세하게 나타나는 것으로 나타나고 있다. 대자율의 경우 전반적으로 낮은 것으로 나타나고 있다. 해당 지역의 입경은 2.99φ에서 4.73φ로 홍천 일대의 범람원 퇴적층과 유사하나, 대자율은 홍천 일대의 값인 평균 982×10-5 SI에 비하여 극히 낮은 것으로 나타났다(김주용 등, 2009). 대자율에 영향을 주는 철 성분의 함량은 해당 지역의 풍화 환경에 의하여 지배되며 농경 활동과 같은 국지적인 변수의 개입은 약한 것으로 알려져 있다(Dearing et al., 1996). 그러나 호수와 같은 퇴적 환경에서는 입경 감소에 따라서 대자율이 증가 하는 경향성이 보고된 바 있으며 유역 분지로 부터의 퇴적물 유출 환경 변화에 따른 영향이 있는 것으로 보고되고 있다(Thompson and Morton, 1979). 한편 NGM의 가장 하부로서 IRSL시료 채취 지점에 근사하는 NGM 1-5의 경우 0.02mm가 가장 높은 빈도를 보이나 조립 입자가 포함되어 평균값이 상승되는 것으로 판단된다.

    NGM 2 부분은 L2의 상부와 L3의 하부의 중간 부분을 이루고 있다. NGM 2의 상부는 NGM 3의 하부와 유사한 성격을 지니고 있다고 볼 수 있다. 다만 대자율은 크게 상승된 모습을 지니고 있다.

    전반적으로 이 부분에서 역시 특징적인 경향성은 나타나지 않으나 실트질이 가장 표면에 나타나고, 하부로 가면서 입경이 3배 정도 증가하다가 다시 입경이 감소하는 유형을 보여 준다. 입경의 변화에도 불구하고 전반적으로 실트 퇴적층으로 볼 수 있다. 한 가지 주목해야 하는 것은 시료들이 전반적으로 분급이 매우 불량한 것으로 나타나고 있으며 NGM 2-2, NGM 2-3 시료에서의 분급은 대단히 큰 값을 보이고 있다. 현장 조사에서 나타난 대로 하천 기원 물질(자갈)이 관찰되는 바 이와 관련된 범람성 퇴적물의 유입이 일어난 것으로 보는 것이 타당한 것으로 보인다. 대자율은 조립질인 경우 감소하는 것으로 나타나고 있다.

       2. 매몰 연대 추정

    앞서 논한 바와 같이 본 연구에서는 IRSL기법을 사질 또는 세립질 퇴적물과 자갈 시료에 대하여 적용하였다. 퇴적물의 성격에 따라서 전처리의 방법이 상이하기 때문에 각각의 퇴적물에 대하여 다음의 방식을 적용했다. 세립질 퇴적층 시료인 BS-1, NGM-1은 입도 및 광물 분리를 거친 후 10% 불산(HF)를 사용하여 40분간 표면 10μm에 대하여 에칭을 통해 제거한 K-장석을 준비하였다. 퇴적 원력 시료인 BS-1C, NGM-1C는 현장에서 채취된 햇빛에 노출되지 않은 부분에서 직경 10mm, 두께 2mm의 표면 시료를 채취하여 10% 불산으로 에칭 처리하였다(홍성찬 등, 2013).

    시료의 여기와 분석에는 루미네선스 자동측정장비(Risø TL/OSL-DA-20)를 이용하였다. 870nm의 Infra-Red LEDs를 이용하여 여기시 350-415nm의 신호를 측정하였다(홍성찬 등, 2013). 등가선량의 결정은 Single Aliquot Regeneration method(SAR)를 이용하였으며 Fading correction은 Huntley and Lamothe(2001)의 방법을 이용하였다. 연간선량은 고해상도 Gamma spectrometer를 이용하여 238U, 232Th, 40K의 함 량 을 측 정 한 다 음 Olley et al.(1996)의 Conversion factor를 이용해 계산하였다. 우주선량(Prescott and Hutton, 1994)과 장석 내 40K로 인한 내부 선량은 Huntley and Baril(1997)의 방식을 이용하여 계산하였다. 이를 통해 얻어진 매몰연대 추정 조건은 (표 3)과 같다.

    연간선량을 측정된 여기량으로 나누어 계산하여 다른 요소들의 영향을 감안하여 얻어진 각 시료의 매몰연대는 (표 4)와 같다.

    현리 구하도의 곡류핵 부분 하부 시료(BS-1C)에서 얻어진 매몰 연대 값은 자갈 퇴적물의 경우 69.43±16.8 ka를 보여 주고 있다. 이 지점은 구하도 가운데 논으로 사용되는 부분에 비하여 3m 정도 높은 부분(그림 5-D)으로 현 하상과의 비고는 최소 15m 이상이다. 이 퇴적층의 자갈이 퇴적된 시기는 플라이스토세의 상부인 MIS-4의 마지막 부분에 속한다(van Meerbeeck et al., 2009). 해당 시기의 기후는 전반적인 냉량화가 진행되기 시작한 온난 시기의 정점인 12만 년 전으로 부터 전반적인 냉량화가 진행되는 가운데 최후 빙기의 최정점인 약 2만 년 전보다는 규모가 작으나 상대적으로 규모가 큰 빙하가 만들어진 시기 즉 냉량 시기의 마지막 부분에 해당한다.

    이에 비하여 약 3m 상부의 퇴적층인 BS-1은 11.64±3.91 ka의 매몰 연대가 추정되었으며 이는 지난 빙기의 최후 시기 또는 현세의 초기로 볼 수 있다. 그런데 이 시료들은 비탈면에서 얻어진 것으로 분급이 불량한 편이다. 이들은 하천에 의해 퇴적된 후 그 자리에서 유지되었던 것으로 보기는 어려우며 다른 지형형성 과정에 의하여 재 이동된 것으로 판단할 수 있다. 물론 대규모의 격변적인 홍수 상황 등으로 인하여 하천에서 공급된 물질로 볼 수도 있으나, 그러한 가능성은 크지 않으며 사면에서의 이동 과정을 통한 재이동의 가능성이 큰 것으로 판단된다.

    한편 낭구미의 경우 하부인 L2 퇴적층의 자갈 매몰연대는 124.42±20.86 ka경의 것으로 플라이스토세 중기에 해당하며, 간빙기인 MIS 5e 또는 빙기인 MIS 6에 속하며 중심 연대는 MIS-5 초기로 볼 수 있다. 기후적으로는 빙하의 규모가 급격히 감소하는 시기로 볼 수 있다. 즉, 빙기에 생산된 퇴적 물질이 곡지 등에 보관되어 있다가 간빙기의 하천 활동이 왕성해지면서 하류 방향으로 이동‧퇴적된 것으로 판단된다. 특히 자갈 중심의 퇴적층은 이 부분이 하상 또는 포인트 바성 퇴적임을 지시하는 것으로 볼 수 있다. 이들의 입도 특성은 자갈 중심의 현재의 수입천 하상 퇴적층과도 유사하여 당시의 하천 에너지가 현재와 유사했던 것으로 판단할 수 있다.

    이에 비하여 상부인 L3의 세립질 퇴적층은 165.67±40.26 ka의 매몰 연대를 나타내며, 플라이스토세 중기의 하부로 MIS 6/7에 해당한다. 중심 연대로 본다면 빙기인 MIS 6에 해당한다. 이 시기의 경우 전반적으로 냉량한 환경으로 빙하의 규모 등은 앞서 지적한 MIS 4에 비하여 컸던 것으로 알려져 있다. 이 퇴적층은 이전에 기술한 L2의 자갈 퇴적층이나 현재의 수입천의 하상에 나타나는 퇴적층인 자갈과는 입도 부분에서 성격을 달리한다. 물론 표면에 산재하는 풍화된 자갈들로 본다면 하상 퇴적층이 이 퇴적층의 상부에 존재할 가능성은 있으나, 현장 조사에서는 발견되지 않았다. 한편 이 층은 명확한 층상의 구조를 지니는 것으로 제자리 풍화층이 아닌 것으로 보인다(그림 11). 또한 최상부에 존재하는 각력질의 일정한 방향성을 지니고 배열되어있는 것 역시 제자리 풍화 지형이 아닌 근거로 활용될 수 있을 것으로 보인다. 한편 실트 중심인 것으로 나타나고 있다는 점(표 1)도 고려해야 할 것으로 보인다. 이전의 연구들에 의하면 빙기에 퇴적된 세립질 퇴적층은 주로 풍성 퇴적층인 뢰스 기원 물질로 해석되는 것이 다수이다(박동원, 1985). 뢰스 퇴적층이 빙하기를 지시하는 대표적인 지시자로 인식되는 것은 빙기의 환경 특성상 기원지의 강수가 감소하고 식생이 빈약해져 다량의 뢰스의 이동이 발생한데 비하여 상대적으로 온난해지는 간빙기에는 식생의 정착 등으로 뢰스의 공급이 제한되기 때문이다(박충선 등, 2007). 또한 주된 뢰스층 발견 지역으로 하안, 해안 단구와 같은 평탄면들이 제시되고 있다. 그러나 바람의 작용에 의하여 직접 발견된 지점에 퇴적된 것인지, 뢰스가 퇴적된 당시에도 현재와 동일한 지형적인 조건이었는지 대해서는 논란이 있다. 풍성 퇴적인 경우, 퇴적물의 입경과 입자의 형상 정보, 화학적 조성 특성과 대자율은 물질의 기원지, 퇴적 환경을 밝히는 유력한 증거로 활용되어왔다(Lowe and Walker, 1997). 본 연구에서는 입경과 대자율 등에 대한 조사를 실시하였으나, 특정 퇴적 과정을 지시할 수 있는 단서는 발견되지 않았다. 그러나 해당 단구면의 형성 과정이 특정한 기후 환경과 반드시 일치할 필요는 없다는 것이 기존의 연구들이 시사하는 바이며 국지적인 환경의 차이, 유역 분지의 특성 차이와 같은 요인들 역시 상당히 큰 영향을 미친 것으로 볼 수 있다(이광률, 2011).

    V. 토 론

    수입천의 하류부 퇴적층의 시료들에 대한 자갈 시료에 대한 매몰 연대 측정의 결과에 기반하여 추론해 볼 수 있는 수입천 하류부의 지형 발달은 하도의 변화부분과 하천의 하방 침식률로 나눠 볼 수 있다.

    현리 구하도 부분의 지형 발달 과정은 MIS 5e ~ MIS 4 시기의 수입천 하도는 현재의 하도가 아닌 현리 구하도를 통해 흐르고 있었으며 그 이후의 어떤 변화에 의하여 곡류의 절단이 발생하였던 것으로 판단된다. 당시의 하상 고도 역시 현재의 수준보다 15m 정도 높았던 것으로 보인다. 이를 한강의 다른 지류인 홍천강에 비교해 본다면 소위 저위면에 해당하는 것으로 이전 연구에서는 이 면들을 MIS 2 시기의 것으로 고도를 기준으로 설정한 바 있다. 현재 지면의 고도를 감안한다면 당시 수입천은 현재의 방산자기박물관 인근에서 면사무소 소재지 쪽으로 곡류하였던 것으로 판단된다. 특히 현재의 방산 의용소방대 건물 옆쪽의 화석화된 하식애는 이 부분이 수입천의 공격사면으로 집중적인 기저부 침식이 이뤄졌음을 지시하고 있다. 이에 비하여 곡류핵의 단면을 보면 상류 방향에는 일부 기반암의 노출이 나타나기는 하나 전반적으로 상류 부분에 비하여 완만한 사면경사를 지니고 있으며 토양과 퇴적층의 형성이 발견된다. 곡류 절단이 발생한 구체적인 시기를 정할 수는 없으나 MIS 4의 후반부 또는 그 이후로 보인다. 단, 0.2mm/yr의 하각률을 생각한다면 약 52,000년 전(MIS 3)의 하상 고도는 현재의 구하도상의 평야로 나타나는 곳과 유사한 고도가 될 것으로 보인다. 물론 현재의 고도면 역시 하천의 영향 없이도 저하가 발생하게 되므로 해당 시기에는 현재 보다 고도가 높았을 가능성이 크다. 또한 재이동 된 것으로 보이기는 하나 상부에서 최후 빙기 말~현세의 퇴적층(MIS 2)들이 나타나고 그 이후의 퇴적층이 보이지 않는 것으로 보아, 현세의 구하도 부분의 활발한 하천 활동을 논의하기는 어려울 것으로 보인다. 따라서 곡류하도의 절단은 전반적으로 현재에 비하여 냉량한 기후 환경 하에서 퇴적물의 공급 제한이 전반적으로 가해지는 상황 하에서 이뤄진 것으로 판단되며 구체적으로는 MIS 4 ~MIS 3 시기로 판단된다.

    한편 이러한 하각율에는 지반 융기의 영향을 완전히 배제할 수는 없다. 최근 동해안 지역에서 이뤄진 연구에 의하면 강릉 이북의 동해안 지역의 경우 MIS 5a에 시기에 0.25± 0.12m/ka, MIS 5e에 0.19±0.03m/ka, MIS 7에 0.34±0.03m/ka 등으로 나타나고 있어, 최근에도 동해안 지역의 경우 유사한 수준의 융기가 있었던 것으로 알려지고 있다(홍성찬, 2014). 이러한 점들을 고려한다면 지반 융기와 기후 환경의 변화가 동시에 영향을 미치면서 하천의 곡류 절단이 일어난 것으로 보인다. 다만, 해당 하천이 황해를 침식기준면으로 하는 대하천인 북한강의 최상류부에 해당한다는 점에서 해수면 하강의 효과가 해당 지역까지 전이된 것인지는 추가적인 논의가 필요한 것으로 보인다. 또한 융기의 지역적인 분포에 대한 검토가 추가적으로 이뤄져야 할 것으로 판단된다.

    직연폭포의 후퇴는 하도 절단 이후 500m이상 이뤄진 것으로 보고되고 있으며(이광률, 2003), 이를 퇴적층의 연대의 최대 상한인 69ka 이후로 본다면 최소 7.2mm/yr 이상의 폭포 후퇴를 가정하게 된다. 따라서 직연폭포를 하도 절단에 의하여 형성된 지형으로 판단하기에는 상당히 어려운 점이 있다. 즉 직연폭포의 형성 또는 후퇴는 구하도의 형성과는 무관한 다른 요인일 가능성이 있으며, 지질구조적인 원인을 추가적으로 심도있게 분석할 필요가 있는 것으로 보인다.

    낭구미 단구의 경우 현재의 단구 퇴적층의 분포 등으로 볼 때 큰 유로 변동은 없이 하방 및 측방 침식을 중심으로 하천의 하각이 이뤄진 것으로 판단된다. 물론 과거의 유로는 현재 단구를 이루는 부분(그림 7A의 낭구미 표시 부분)을 따라서 서쪽으로 흐르고 있던 것으로 보이며 시간의 경과에 따라서 동측으로 유로가 이동되면서 현재의 하식애 부분을 침식하고 있는 것으로 판단된다. 자갈 퇴적 물질의 매몰 시기가 측정된 부분은 현재 하천의 최심 하상선에 비해서는 30m 이상의 차이를 보이고 있으나, 범람원과의 고도 차이는 25m 정도의 비고를 보이고 있다. 또한 점토질 퇴적층에 대한 연대 측정이 이뤄진 곳은 이보다 약 7m 정도 고도가 높은 곳이다. 이 두 지점의 퇴적층의 연대와 하상 비고를 통하여 하각률을 계산한 결과 각각 0.20mm/yr, 0.19mm/yr이 산출되었다. 전반적으로 오차 범위를 생각해 본다면 두 퇴적층 간의 하각률은 거의 같은 것으로 판단된다. 이를 상류측인 현리 구하도에서 동일하게 적용하여 단순 하각률을 계산해 본 결과 약 0.21mm/yr의 값을 얻었으며, 역시 전반적인 오차 등을 감안할 경우 수입천 중하류의 MIS 6 이후의 전반적인 하각률은 약 0.2mm/yr의 수준인 것으로 나 타 났 다 . 이 는 영 서 지 방 의 하 천 인 오 대 천 의 0.205(상류)~0.269(하류)mm/yr (이광률, 2009), 내린천의 0.15~0.17mm/yr, 골지천의 0.17mm/yr(윤순옥 등, 2007) 등과 유사하거나 약간 높은 수준으로 볼 수 있다. 또한 연구 지역의 퇴적 시기에 해당하는 시기의 동해안의 융기율과도 근사하는 것으로 판단할 수 있다.

    물론 연구 지역의 융기율 자체에 대해서는 독립적으로 확인할 수 있는 추가적인 연구가 필요 한 것으로 보이며, 기후 변화 등의 영향이 어떤 식으로 반영되어 질지 등에 대해서는 추가적인 논의가 이뤄져야 할 것이나. 현재까지의 연구 결과로는 영서 산지 하천의 하각률은 하천의 규모나 특성과는 큰 관련 없이 0.2mm/yr정도의 수준을 보이는 것으로 판단할 수 있을 것으로 보인다.

    VI. 결 론

    북한강의 최상류부에 속하는 양구군 수입천에 대한 지형 조사, 퇴적물 조사 및 하천 기원의 자갈 퇴적물에 대한 K-장석 IRSL 매몰 연대 추정 결과 다음과 같은 결론에 도달하였다.

    먼저 자갈 퇴적물의 표면에서 획득된 K-장석을 이용한 매몰 연대 추정 기법은 기존의 OSL기법에 비하여 연대가 오랜 퇴적층에 대한 연대 측정을 가능하게 하였다.

    장석 IRSL 매몰 연대 측정 결과 방산 초등학교 인근의 경우 하상 비고 15m 정도의 구하도(현리 구하도)상의 구릉 하부에서 6.9ka 이전까지의 활발한 하천 퇴적 활동이 있었던 것으로 나타났으며, 이후 현세초에 퇴적물의 재동 현상이 있던 것으로 나타났다. 구하도의 절단 시기는 6.9ka 보다 늦은 MIS 4후기에서 MIS 3의 시기로 추정된다.

    현재 구하도의 상류 부분에 위치하는 직연 폭포의 경우 이동률이 과도하게 나타나는 것으로 직연 폭포의 형성 원인이 구하도의 절단과 직접적인 관련이 없을 가능성이 크다고 보여진다.

    수입천의 보다 하류부인 낭구미 지역에서 역시 자갈을 이용한 K-장석 IRSL기법을 이용한 연대 측정이 이뤄졌으며 현 하천 대비 고도 25m 수준의 자갈과 32m 수준의 실트층에서 각각 124.42±20.86 ka, 165.67±40.26 ka의 연대 값을 얻었다. 실트층의 경우 제자리 풍화 층이 아닌 것은 확실해 보이나 정확한 기원은 파악하기 어려웠다. 이 매몰 연대 값을 바탕으로 0.2mm/yr의 하각률이 계산되었으며 상류부인 현리 구하도 부분의 하각률과 유사한 것으로 나타났다. 이 하각률은 선행 연구들이 제시한 영서 지역 하천의 평균적인 하각률과 유사한 것으로 판단되며, 또한 최근에 이뤄진 빙기 동안의 동해안 융기율과도 근사하는 것으로 판단된다.

    이후 연구들을 통하여 자갈 퇴적물을 이용한 연대 측정 기법을 확립하고 응용하는 것이 필요하며, 연구대상 지역 이외의 자갈이 존재하는 하천들의 단구성 퇴적물에 대한 연구를 통하여 전반적인 하각률의 지역적인 편차 등에 대한 조사가 이뤄져야 할 것으로 판단된다

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  • [<그림 1>] 수입천 하류부의 하상 종단곡선(양구군, 2000을 기본으로 작도함)
    수입천 하류부의 하상 종단곡선(양구군, 2000을 기본으로 작도함)
  • [<그림 2>] 연구 지역의 지질도(한국지질자원연구원 자료 수정)
    연구 지역의 지질도(한국지질자원연구원 자료 수정)
  • [<그림 3>] 현리 구하도와 주변 지역의 지도
    현리 구하도와 주변 지역의 지도
  • [<그림 4>] 현리 구하도와 곡류핵
    현리 구하도와 곡류핵
  • [<그림 5>] 현리 구하도 곡류핵의 지형 경관과 시료 채취 지점
    현리 구하도 곡류핵의 지형 경관과 시료 채취 지점
  • [<그림 6>] 방산초등학교 곡류핵
    방산초등학교 곡류핵
  • [<그림 7>] 금악리 단구와 인근 지역의 경관
    금악리 단구와 인근 지역의 경관
  • [<그림 8>] 금악리 단구의 전경과 단구면((그림 7-index)의 C지점)
    금악리 단구의 전경과 단구면((그림 7-index)의 C지점)
  • [<그림 9>] 낭구미 단구 전경 및 단구의 상부((그림 7-index)의 IRSL sampling 지점)
    낭구미 단구 전경 및 단구의 상부((그림 7-index)의 IRSL sampling 지점)
  • [<그림 10>] 낭구미 L3 단구의 퇴적층
    낭구미 L3 단구의 퇴적층
  • [<그림 11>] 낭구미 L3 단구의 퇴적층
    낭구미 L3 단구의 퇴적층
  • [<그림 12>] 낭구미 L2단구 상부 퇴적층
    낭구미 L2단구 상부 퇴적층
  • [<그림 13>] 낭구미 L2 단구 자갈 퇴적층 특징
    낭구미 L2 단구 자갈 퇴적층 특징
  • [<표 1>] L3 지점의 퇴적물 특성
    L3 지점의 퇴적물 특성
  • [<표 2>] L2 상부 지점의 퇴적물 특성
    L2 상부 지점의 퇴적물 특성
  • [<표 3>] 매몰 연대 추정 조건
    매몰 연대 추정 조건
  • [<표 4>] 매몰 연대 추정 결과
    매몰 연대 추정 결과