황해평원의 결정적 증거: 한국 “흑산”진흙층과 중국 “산동”진흙층
이 메모는
1) 한국 서남해의 흑산니질대(Heuksan Mud Belt, HMB)와
2) 중국 산동반도 앞바다의 대형 진흙쐐기(Shandong Mud Wedge, SMW)가
공통적으로 최후빙기절정기(Last Glacial Maximum, LGM) 이후 해수면 상승기에 형성 및 성장한 수중 퇴적체라는 사실을 설명하고, 각 지역의 공급원, 형성 시기, 층서기하(stratigraphic geometry)가 어떻게 닮았고 다른지를 정리한다.
두 지역 모두 LGM 저해수면기에 노출되었던 대륙붕 위에 해수면이 다시 상승하면서 형성된 트랜스그레시브 표면(transgressive surface)을 기반으로, 홀로세 해수면 안정기(highstand) 동안 강에서 기원한 미세퇴적물이 바다 쪽으로 전진(progradation)하며 사선층리의 클리노폼을 이루었다. (Liu et al. 2004; Yang and Liu 2007; Qiu et al. 2014; Qiu et al. 2018; Lee and Yoo 2015; Chang and Ha 2015).
흑산니질대(Heuksan Mud Belt, HMB). Lee, G.-S. and Yoo, D.-G. (2015). FIGURE 1. 
산동반도 앞바다의 대형 진흙쐐기(Shandong Mud Wedge, SMW). Liu et al. (2004). FIGURE 1.

1. 서론: 진흙의 바다, 황해의 두 거대진흙층
황해(서해)는 얕은 수심과 육지로부터 유입되는 막대한 퇴적물로 인해 ‘진흙의 바다’로 불린다. 이 바다의 동쪽과 서쪽에는 각각 한국과 중국을 대표하는 거대한 수중 흙 지형이 자리 잡고 있다. 한국 서남해안을 따라 길게 발달한 흑산니질대와 중국 산동반도 남쪽에 쐐기 모양으로 펼쳐진 산동 머드 웨지가 바로 그 주인공이다.
두 퇴적체는 겉보기엔 멀리 떨어진 다른 지형 같지만, 사실은 마지막 빙하기 이후 오늘날에 이르는 동안 황해(서해)가 겪은 동일한 역사를 공유하는 ‘형제’와 같다. 이 메모에서는 최신 지질 연구들을 종합하여, 두 거대 퇴적체가 공통의 형성 원리를 따르면서도 서로 다른 재료 공급원을 통해 어떻게 각자의 모습을 갖추게 되었는지 비교하여 서술하고자 한다.
2. 배경: LGM과 홀로세 해수면 변화라는 무대
두 사례를 이해하기 위해선 먼저 약 2만 년 전으로 거슬러 올라가야 한다. 최후빙기절정기(LGM) 시절, 지구의 물이 거대한 대륙 빙하에 갇히면서 황해(서해)의 해수면은 지금보다 약 120m나 낮았다 (Lambeck et al., 2014). 이 수치는 연구 방식이나 지역에 따라 약 133m까지 추정되기도 하는데, 이는 거대한 빙상의 압력으로 지각이 눌리는 등 지역별 편차가 있었기 때문이다. 핵심은 당시 황해 전체가 육지로 드러날 만큼 해수면이 극적으로 낮아졌다는 사실이다. 당시 황해(서해)는 강이 흐르는 광활한 육지였다.

Liu et al. (2010). FIGURE 7. 서남해 황해의 천부에 묻혀 있는 수지상 배수 시스템.
어두운 회색 선은 천부 지진 탐사 측선을, 등고선은 수심(미터)을 나타낸다. 원은 시추 코어의 위치를 표시한다. 현재 해수면 아래 강 유로의 깊이(bpsl, 미터)는 음파 전달 속도를 1550 m/s로 가정하여 계산했다.
이 지도는 LGM 시기 황해가 육지였을 때 존재했던 고대 강줄기(paleo-channel)의 분포를 보여준다. 현재의 해저 지형 아래에 이러한 강 유로가 묻혀 있다는 사실은 과거 황해가 광활한 육지였음을 보여주는 직접적인 증거이다.
빙하기가 끝나고 지구가 따뜻해지자 빙하가 녹으면서 해수면이 급격히 상승했다. 이를 ‘해진(Transgression)’이라 한다. 해진(海進)은 한자 그대로 ‘바다(海)가 나아간다(進)’는 뜻으로, 해안선이 육지 쪽으로 이동하여 과거 육지였던 곳이 바다로 덮이는 지질학적 현상을 말한다. 반대 현상은 해수면이 낮아지는 ‘해퇴(海退)’이다.
이렇게 바닷물이 옛 육지를 침식하며 내륙으로 들어오는 과정에서 파도에 깎인 단단한 침식면, 즉 ‘트랜스그레시브 표면(Transgressive Surface)’을 남겼다. 이 용어의 어원인 라틴어 transgredi는 ‘경계를 넘어 나아가다’는 의미로, 바다가 원래의 해안선 경계를 넘어 육지 위로 ‘걸어 들어온’ 현상을 가리킨다. 쉽게 비유하자면, 이 표면은 상승하는 바다가 불도저처럼 옛 육지 표면을 깎아내며 지나간 흔적과 같다. 지층탐사 자료에서 이 표면은 매우 뚜렷한 경계선으로 나타나, 지질학자들은 이 선을 기준으로 “여기까지가 옛 육지의 끝이고, 이 위부터가 바다가 된 이후 새로 쌓인 퇴적층”이라고 명확히 구분할 수 있다.

Liu et al. (2004). FIGURE 18. 서태평양의 빙하기 이후 해수면 역사.
이 일시적 해수면 곡선은 동중국해(Liu, 2001), 순다 대륙붕(Hanebuth et al., 2000), 보나파르트해(Yokoyama et al., 2000)의 연안 및 침수된 대륙붕에서 수집된 광범위한 해수면 지시자(담수 이탄, 기수 및 천해 환경)를 기반으로 정의되었다.
이 그래프는 마지막 빙하기 이후 해수면이 단계적으로 상승했음을 보여준다. 특히 MWP-1A, 1B, 1C와 같은 급격한 해수면 상승 구간(meltwater pulse)이 있었음을 알 수 있으며, 이는 황해 퇴적층 형성에 결정적인 영향을 미쳤다.
이후 홀로세 중기(약 7,000년 전)에 해수면이 현재와 비슷한 수준으로 안정되자(고해수면기, Highstand), 비로소 강에서 흘러나온 막대한 퇴적물이 이 침식면 위에 쌓이기 시작했다. 흑산니질대와 산동 머드 웨지는 바로 이 공통의 역사적 무대 위에서 탄생했다.
3. 사례 연구 B: 한국 서남해의 수중 흑산니질대(HMB)
3.1. 지층 구조와 형태
흑산니질대(Heuksan Mud Belt)는 폭 20–50km, 길이 약 200km에 달하는 거대한 니질 퇴적체로, 한반도 서남부 대륙붕에 해안선과 평행하게 발달해 있다. 고해상도 천부지진 자료 해석 결과, 퇴적체는 내부 반사면 특성에 따라 상부, 중부, 하부(세부 4개) 단위로 구분된다. 산동 사례와 마찬가지로, 퇴적체 하부의 기반암 경계에서 트랜스그레시브 표면이 뚜렷하게 확인되며, 그 위에 사선층리의 전진퇴적체가 놓이는 전형적인 클리노폼의 기하학적 형태가 나타난다 (Lee and Yoo 2015; Chang and Ha 2015).

Lee, G.-S. and Yoo, D.-G. (2015). FIGURE 2. 흑산니질대의 고해상도 Sparker 단면도 및 해석.
(a) 고해상도 Sparker 단면도,
(b) 각 단위 경계를 보여주는 광역 단면도,
(c) 빙하기 이전(pre-LGM) 퇴적층과 기반암 위에 놓인 5개의 지진 단위/아단위(I, II-a, II-b, III-a, III-b)를 포함한 해석. 측선 위치는 그림 1b에 표시되어 있다.
이 지진 단면도는 흑산니질대 내부가 여러 퇴적 단위(Unit I, II-a, II-b, III-a, III-b)로 구성되어 있음을 보여주며, 빙하기 이전(Pre-LGM) 지층 위를 덮는 복잡한 퇴적 구조를 해석하는 기본 자료이다.
3.2. 연대와 형성 과정
흑산니질대의 연대 분석은 산동 사례보다 더 복잡하고 역동적인 형성 과정을 보여준다 (Chang and Ha 2015).
- 하부 단위 (Unit R): 약0–11.6 ka(ka: 1,000년 전)에 형성된 후퇴성(retrogradation) 조석평야 퇴적층.
- 중부 단위 (Unit PD): 약 11–6.5 ka 동안 급속도로 전진한 클리노폼의 본체로, 원해로 최대 약 80km까지 확장되었다.
- 후퇴 및 재전진: 약5–6.0 ka 시기에는 퇴적물 공급이 급감하면서 약 35km 후퇴(autoretreat)하는 현상이 나타났고, 6.0 ka 이후 다시 재전진했다. 약 2.5 ka 이후에는 공급량과 관계없이 자율적으로 후퇴하는 양상이 보고된다.
이러한 일련의 변화는 LGM 이후의 해수면 변화뿐만 아니라, 육지로부터의 퇴적물 공급률 변동이 클리노폼의 성장을 미세하게 조정하는 핵심 요인이었음을 보여준다.

Chang, T.S. and Ha, H.J. (2015). FIGURE 8. 3개의 KIGAM 시추 코어(HMB-101, -102, -103)와 YSDP-102 시추 코어 간의 층서 관계.
Jin and Chough (1998)의 자료를 바탕으로 재구성했다. 코어 심도별 ¹⁴C AMS 연대(ka 단위)와 퇴적 단위의 상관관계를 주목하라. 3개의 퇴적 단위(R, PD, P)는 특정 퇴적상 특징에 기초하여 구분된다.
이 그림은 3개의 시추 코어(HMB-101, 102, 103)와 YSDP-102 코어의 연대측정 결과를 종합하여 각 퇴적 단위가 약 80km에 걸쳐 어떻게 전진하고 후퇴했는지를 시각적으로 재구성했다.
3.3. 공급원과 분산 경로
점토광물과 지구화학 분석 결과, 흑산니질대의 퇴적물은 주로 한국 서해 연안의 하천(금강, 영산강 등)에서 기원한 것으로 나타난다. 다만, 니질대 남쪽 부분에서는 황하 기원의 퇴적물이 일부 혼입된 현상이 관찰된다 (Cho et al. 2015). 이 삼각 다이어그램은 흑산니질대의 퇴적물이 주로 한국의 강(금강, 영산강)에서 기원했으며, 일부 황하 퇴적물의 영향을 받았음을 점토광물(스멕타이트, 일라이트, 카올리나이트+클로라이트)의 비율을 통해 보여준다.
퇴적물 입도 엔드멤버 분석(end-member analysis)은 계절풍과 해류에 의해 지배되는 측방 수송과 공급률 변동이 니질대의 전진과 후퇴를 결정하는 공급지배형(supply-driven) 시스템임을 정량적으로 증명한다 (Ha et al. 2021). 또한 수치모델링 연구는 계절성 전선과 바람 조건에 따라 황해(서해) 니질 클리노폼의 침전률이 계절적으로 변함을 확인시켜준다 (Wang et al. 2019).
4. 사례 연구 A: 산동반도 앞바다 수중 진흙쐐기(Shandong Mud Wedge, SMW)
4.1. 지층 구조와 형태
산동반도 동쪽과 남쪽 단을 감싸며 평균 두께 20–40m에 달하는 대형 수중 퇴적체가 발달한다. 이 퇴적체는 해저면에서 위로 볼록한(convex-up) 형태를 보이며, 그 하부에는 뚜렷한 트랜스그레시브 표면이 경계면으로 존재한다. 이 표면 위로 쌓인 퇴적체는 얕은 쪽의 상부평탄부(topset)에서 깊은 쪽의 경사면(fore-/bottomset)으로 이어지는 사선층리 구조, 즉 전형적인 클리노폼(clinoform)의 기하학적 형태를 보인다 (Liu et al. 2004; Yang and Liu 2007; Qiu et al. 2018).
클리노폼은 ‘기울어진 형태’라는 뜻으로, 얕은 쪽에서 깊은 쪽으로 퇴적체가 전진하면서 생기는 쐐기 모양의 퇴적 구조를 지칭한다. 강에서 운반된 퇴적물이 바다에서 쌓일 때, 위쪽은 평탄하고(탑셋, Topset) 중앙부는 급한 경사를 이루며(포어셋, Foreset), 아래쪽은 다시 완만해지는(바텀셋, Bottomset) 독특한 구조로 성장한다.

Yang, Z.S. and Liu, J.P. (2007). FIGURE 2. 산둥반도 동쪽 해역의 독특한 오메가(Ω) 모양 델타 엽을 보여주는 고해상도 Chirp 음파 탐사 단면도.
이 연안류를 따라 분포하는 원거리 니질 퇴적체는 두께 40m이며, 빙하기 이후의 해진면(transgressive surface) 위에 직접 놓여 있다. 선택된 코어들은 이 델타 퇴적물이 홀로세 해수면 고위기 동안 강한 연안 해류와 파랑 조건 하에서 형성되었음을 나타낸다. 코어 CC02와 B10의 연대는 Kim and Kennett (1998)과 Chen et al. (2003)에서, YE-2의 연대는 본 연구에서 가져왔다.
이 지진 단면도는 산동 진흙쐐기의 독특한 양방향(육지 및 바다 방향) 성장 구조와 빙하기 이후의 트랜스그레시브 표면 위에 직접 퇴적된 모습을 명확히 보여주는 핵심 자료이다.
4.2. 연대와 층서 구분
퇴적체는 형성 시기에 따라 크게 두 단위로 구분된다. 하부는 후기빙기 해수면 상승기(post-glacial transgression)에 형성된 단위이며, 상부는 중기 홀로세 해수면 안정기(highstand) 동안 바다 쪽으로 빠르게 전진하며 쌓인 단위이다. 시추코어에서 확보된 방사성탄소 연대는 이러한 해석, 즉 중기 홀로세 이후 안정된 해수면 아래에서 퇴적체가 원해로 전진했다는 사실을 뒷받침한다 (Yang and Liu 2007; Qiu et al. 2014; Qiu et al. 2018).

Liu et al. (2007). FIGURE 11. 코어 NYS-101(0–19 m)과 NYS-102(0–21 m) 상부 퇴적물의 연대-깊이 도표 및 퇴적률 곡선.
연대의 1 표준편차 범위는 표시하지 않았다. 두 개의 해수면 곡선: (A) Liu et al. (2004)에 따른 지난 14,000년간 황해 및 인접 해역의 해수면 곡선; (B) 8400–8200 cal yr BP 이후에 대한 Liu et al. (2004) 해수면 곡선의 보충 자료.
이 도표는 시추 코어의 방사성탄소 연대측정 결과와 해수면 변화 곡선을 비교하여, 각 퇴적 단위(DU1, DU2, DU3, DU4)의 형성 시기를 명확히 보여준다. 약 11.6 ka를 기점으로 퇴적 환경이 크게 변했음을 알 수 있다.
4.3. 공급원과 형성 기작
퇴적물의 입도, 광물 조성, 지구화학적 특성과 지역 해류 체계를 종합 분석한 결과, 황하에서 유래한 미세퇴적물이 주된 공급원임이 밝혀졌다. 일부 퇴적물은 산동반도 연안 및 지역의 소규모 하천에서 기원한 물질이 혼합된 것으로 분석된다 (Liu et al. 2004; Qiu et al. 2018). 황하에서 공급된 막대한 양의 미세퇴적물은 연안류, 계절풍, 조석 등 복합적인 해양 물리력과 상호작용하며 장거리를 측방으로 수송된다. 이 퇴적물들이 산동반도 동쪽 끝에서 에너지가 약화되는 지점에 집중적으로 쌓이면서 전형적인 “원해 수중 클리노폼(distal subaqueous clinoform)” 형태의 퇴적 로브(lobe)를 만든다 (Yang and Liu 2007; Wang et al. 2019).

Wang, A. et al. (2019). FIGURE 12. 7월, 9월, 11월의 수온 전선 위치 및 수직 분포.
(왼쪽) 7월, 9월, 11월의 수온 전선 위치(파선)와 등심선(회색). (오른쪽) 7월(a), 9월(b), 11월(c)의 부유 퇴적물 농도(색상 음영, kg m⁻³), 수온(등고선, °C), 그리고 2000배로 과장된 퇴적층 두께 변화(붉은 실선)의 수직 분포. (이 그림 범례의 색상에 대한 해석은 이 논문의 웹 버전을 참조).
이 그림은 계절에 따라 황해 수온약층(thermal front)의 위치가 변하며 퇴적물 집적 지역이 달라지는 현상을 보여준다. 여름-가을에는 수온약층 경계에 퇴적물이 집중되어 클리노폼의 성장을 촉진한다.
5. 공통점과 차이점
5.1. 공통점
- 형성 기반과 구조: 두 지역 모두 LGM 저해수면기에 노출된 대륙붕 위에 해수면 상승으로 형성된 트랜스그레시브 표면을 직접 덮는 클리노폼이다. 중기 홀로세 해수면 안정기 동안 바다 쪽으로 전진한 사선층리 구조가 명확히 나타난다 (Liu et al. 2004; Yang and Liu 2007; Lee and Yoo 2015; Chang and Ha 2015).
- 퇴적물 공급원: 두 퇴적체 모두 대형 하천에서 기원한 미세퇴적물이 주를 이룬다. 산동은 황하가 우세하며, 흑산니질대는 한반도 하천이 우세한 가운데 황하 기원 물질이 일부 혼입된다 (Qiu et al. 2018; Cho et al. 2015).
5.2. 차이점
- 형성 기작과 형태: 흑산니질대는 다수의 한국 하천에서 공급된 퇴적물이 조석의 영향이 강한 넓은 대륙붕 위로 전진과 후퇴를 반복하며 해안선과 평행한 띠(belt) 모양으로 집적되는 양상이 두드러진다 (Lee and Yoo 2015; Chang and Ha 2015). 반면, 산동 진흙쐐기는 장거리 측방 수송된 황하 기원 퇴적물이 반도 끝에서 거대한 로브를 만드는 “원해 클리노폼” 성격이 강하다 (Yang and Liu 2007; Liu et al. 2004).
- 연대 기록의 복잡성:
- 흑산니질대는 초기 홀로세의 빠른 전진, 중기 홀로세의 뚜렷한 후퇴, 그리고 이후 재전진과 후퇴 등 퇴적물 공급 변동 신호가 연대 기록에 더 강하게 나타난다 (Chang and Ha 2015; Yang and Liu 2007). 반면, 산동 클리노폼은 중기 홀로세 안정기 이후의 본격적인 전진이 강조된다.
6. 지질학적 의의
6.1. LGM 이후 환경 변화의 증거
두 지역의 클리노폼은 공통적으로 1) LGM 저해수면기에 노출된 대륙붕 위에, 2) 해수면 상승으로 형성된 트랜스그레시브 표면을, 3) 사선층리의 전진퇴적체가 직접 덮는 층서관계를 보이며, 4) 방사성탄소 연대가 중기 홀로세 안정기 이후의 성장을 지지한다. 이러한 증거의 연쇄는 “저해수면 노출 → 해진 → 고해수면기 전진퇴적”이라는 교과서적인 시나리오를 황해(서해)라는 특정 지역에서 명확히 입증한다 (Liu et al. 2004; Yang and Liu 2007; Qiu et al. 2014; Lee and Yoo 2015; Chang and Ha 2015). 이는 전 지구 해수면 변화 곡선과도 매우 정합적인 결과이다 (Lambeck et al. 2014).
6.2. 대륙붕 퇴적 시스템에 대한 이해
황해(서해) 전체 차원에서 강에서 기원한 미세퇴적물은 연안류, 계절풍, 조석 체계와 상호작용하며 수백 km 규모로 분산 및 집적될 수 있으며, 산동반도 동쪽 끝이나 한반도 서남 대륙붕 같은 특정 지형 경계에서 대형 클리노폼을 형성할 수 있음을 보여준다 (Yang and Liu 2007; Wang et al. 2019).
특히 흑산니질대 사례는 해수면 변화라는 거시적 요인뿐만 아니라, 육상에서의 퇴적물 공급률 변동이 클리노폼의 전진과 후퇴 시기, 그리고 그 규모를 크게 좌우한다는 점을 명확히 보여준다. 이는 전 세계 다른 대륙붕 니질대를 해석하는 데에도 적용 가능한 일반적인 교훈을 제공한다 (Chang and Ha 2015; Ha et al. 2021).

Chang, T.S. and Ha, H.J. (2015). FIGURE 9. 흑산니질대 진화 모델과 해수면 곡선.
(왼쪽) 마지막 빙하기 이후 퇴적물 공급률의 변화와 관련된 흑산니질대 클리노폼 퇴적층의 진화에 대한 개념적 모델. (오른쪽) 서태평양 지역 해역에 대해 재구성된 해수면 곡선들.
이 모델은 퇴적물 공급량과 해수면 상승 속도의 상대적 관계에 따라 각 퇴적 단위(Unit R, PD, P)가 어떻게 형성되었는지를 종합적으로 보여준다.
결론적으로, 한국의 흑산니질대와 중국의 산동 머드 웨지는 황해(서해)라는 하나의 바다에서 마지막 빙하기 이후의 동일한 거대 역사를 공유하지만, 서로 다른 공급원의 영향으로 각자의 독특한 형태와 발달사를 가지게 된 완벽한 비교 사례이다. 이들은 동아시아 해양 환경의 변화를 기록한 소중한 자연의 역사 기록 보관소라 할 수 있다.
7. 한계 및 향후 과제
현재까지의 연구 자료는 주로 2차원의 선형 천부지진 탐사 라인과 제한된 숫자의 시추코어에 기반하고 있다. 두 지역 모두 3차원 지진파 탐사를 통해 퇴적체의 정확한 부피와 내부 구조를 파악하고, 고해상도의 시추코어 네트워크를 구축할 필요가 있다. 이를 통해 동위원소, 입도 엔드멤버, 광물지화학의 통합 분석을 확대한다면, 공급원의 미세한 분기와 계절 및 수십 년 규모의 환경 변동까지 더욱 정밀하게 복원할 수 있을 것이다 (Wang et al. 2019; Cho et al. 2015; Ha et al. 2021).
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