출처:
Liu, Jian, et al. “Sedimentary evolution of the Holocene subaqueous clinoform off the Shandong Peninsula in the Yellow Sea.” Marine Geology 236.3-4 (2007): 165-187.
Sedimentary Evolution of the Holocene Subaqueous Clinoform off the Southern Shandong Peninsula in the Western South Yellow Sea
서부 남황해 남부 산동반도 연안 홀로세 수중 클라이노폼의 퇴적 진화
QIU Jiandong1), 2), 3), LIU Jian2), 3), *, SAITO Yoshiki4), YANG Zigeng3), YUE Baojing3), WANG Hong3), and KONG Xianghuai3)
구지동(QIU Jiandong)1), 2), 3), 유건(LIU Jian)2), 3), *, 사이토 요시키(SAITO Yoshiki)4), 양자경(YANG Zigeng)3), 악보경(YUE Baojing)3), 왕홍(WANG Hong)3), 공상괴(KONG Xianghuai)3)
- 1) College of Marine Geo-Science, Ocean University of China, Qingdao 266100, P. R. China
중국해양대학(Ocean University of China) 해양지구과학대학, 중국(中國) 청도(靑島) 266100 - 2) The Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environment Geology, Ministry of Land and Resources, Qingdao 266071, P. R. China
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국토자원부(Ministry of Land and Resources) 청도해양지질연구소, 중국(中國) 청도(靑島) 266071 - 4) Geological Survey of Japan, AIST, Central 7, Higashi 1-1-1, Tsukuba, Ibaraki 305-8567, Japan
일본 산업기술종합연구소(AIST) 지질조사소, 일본 이바라키현(茨城県) 쓰쿠바시(つくば市) 히가시(東) 1-1-1 중앙 제7사업소
논문 요약: 황해에 쌓인 거대 퇴적층의 비밀을 밝히다
이 논문은 중국 산동반도(山東半島) 남쪽 바다 밑에 있는 거대한 쐐기 모양의 퇴적층이 언제, 어떻게, 그리고 무엇으로 만들어졌는지 파헤친 연구이다. 이 퇴적층을 전문 용어로 ‘클라이노폼(Clinoform)’이라고 부르는데, 쉽게 말해 강에서 흘러나온 흙과 모래가 오랜 세월 동안 바닷속에 비스듬히 쌓여 만들어진 지층이다. 연구팀은 이 클라이노폼의 주된 재료가 엄청난 양의 퇴적물을 쏟아내는 황하(黃河)에서 왔을 것으로 보고, 그 형성 과정의 수수께끼를 풀고자 했다.
연구 방법: 바닷속 CT 촬영과 지층 케이크 분석
연구팀은 두 가지 핵심적인 방법을 사용해 바닷속에 숨겨진 지질학적 역사를 읽어냈다.
1. 해저 지층 탐사 (고해상도 천부 탄성파 탐사)
마치 병원에서 인체 내부를 들여다보는 CT 촬영처럼, 연구팀은 배를 타고 연구 지역을 오가며 바다 밑바닥으로 음파를 쏘아 지층의 단면을 촬영했다. 무려 3,000km에 달하는 거리를 탐사하여 해저 지층이 어떻게 겹겹이 쌓여 있는지, 그 구조를 상세하게 파악했다.
2. 시추 코어 분석 (Drill Core Analysis)
연구팀은 특정 지점의 땅속을 직접 뚫어 40.2m 길이의 원통형 지층 샘플(코어 QDZ03)을 채취했다. 이는 마치 여러 층으로 된 케이크에 빨대를 꽂아 단면을 그대로 뽑아내는 것과 같다. 연구팀은 이 ‘지층 케이크’를 층별로 나누어 다음과 같은 분석을 수행했다.
- 퇴적물 분석: 각 층이 진흙, 모래, 자갈 중 무엇으로 이루어졌는지 확인.
- 입자 크기 분석: 퇴적물 알갱이의 크기를 측정하여 당시 물의 흐름이 얼마나 강했는지 추정.
- 화학 성분 분석: 점토 광물이나 ‘희토류 원소(Rare Earth Elements, REE)’ 같은 특정 화학 성분을 분석했다. 이는 퇴적물의 ‘지문’과 같아서 어디서 왔는지(기원지) 추적하는 데 결정적인 역할을 한다.
- 연대 측정: 각 층에 포함된 유기물이나 광물 알갱이를 이용해 ‘탄소 연대 측정(AMS ¹⁴C)’과 ‘광여기 루미네선스 연대 측정(OSL)’을 실시하여 지층이 쌓인 시기를 정확히 계산했다.
표 1 & 2: 지층의 나이를 알려주는 시계

표 1. 코어 QDZ03의 가속질량분석기(AMS) 탄소-14 연대 측정 결과
코어의 상부 8.31m 내에서 발견된 조개껍데기나 미세 유기물(유공충)에 포함된 방사성 탄소(¹⁴C)의 양을 측정해 퇴적물의 나이를 계산한 표이다. 비교적 젊은(최근 1만 년 이내) 지층의 연대를 알아내는 데 사용되었다.

표 2. 코어 QDZ03의 광여기 루미네선스(OSL) 연대 측정 결과
코어의 깊은 곳(13m 이하)에서 채취한 석영(모래알)을 이용해 연대를 측정한 표이다. 이 방법은 모래알이 마지막으로 햇빛을 본 후 얼마나 지났는지 알려주어, 수만 년 이상 된 오래된 지층의 나이를 밝히는 데 유용하다.
연구 결과: 클라이노폼의 정체와 역사
1. 클라이노폼의 생김새와 규모
연구팀은 해저 지층 탐사를 통해 클라이노폼이 해안선과 나란하게 띠 모양으로 분포하며, 해안에 가까운 쪽(수심 25m 이내)에서 가장 두껍고(최대 22.5m) 바다로 갈수록 얇아진다는 사실을 발견했다. 특히, 강물이 바다로 흘러드는 만(Bay)의 입구에서는 퇴적물이 부채꼴 모양으로 더 두껍게 쌓여 있었다. 이는 지역의 작은 강들도 퇴적물 공급에 기여했음을 시사한다.
그림으로 보는 연구 지역과 클라이노폼

그림 1. 겨울철 황해 및 인접 해역의 수심 및 지역 순환 패턴(Su and Yuan, 2004를 수정함). 산동반도 주변의 음영 지역은 수중 클리노폼의 분포를 나타낸다(Yang and Liu, 2007). 수심과 클리노폼의 두께 단위는 미터이다. 점선 사각형은 연구 지역을 나타낸다. SYS, 남황해; NYS, 북황해; BS, 발해 해협; KC, 쿠로시오 해류; YSWC, 황해 난류; TC, 쓰시마 해류; TWC, 대만 난류; YSCC, 황해 연안류; SSCC, 남산동 연안류; SKCC, 남한 연안류; NJCC, 북강소 연안류; ECSCC, 동중국해 연안류; JTSR, 강소 조석 사퇴.
황해와 주변 지역의 수심 및 해류 분포도. 연구가 진행된 황해 전체의 지형과 겨울철 바닷물의 흐름을 보여준다. 산동반도 주변의 음영 지역이 바로 이 연구의 주인공인 거대한 수중 퇴적체(클라이노폼)이다.

그림 2. 연구 지역 상세 지도. 고해상도 천부 탄성파 탐사 측선의 분포와 코어 QDZ03 및 그림 3, 4에 제시된 측선의 위치를 보여준다.
탄성파 탐사를 수행한 경로(검은 선들)와 지층 샘플을 채취한 지점(QDZ03)을 표시한 지도이다.
그림 3, 4, 5. 해저 지층 단면도 (탄성파 탐사 결과)

그림 3. 전형적인 남-북 천부 탄성파 단면(위치는 그림 2에 표시됨). T1 위의 붉은 점선은 후빙기 최대 해수 범람면을 나타낸다. SU 1-SU 5는 탄성파 단위; T1-T4는 각각 SU 1-SU 5 사이의 경계면, TO는 해저면, TWTT는 왕복 주시, MFS는 최대 해수 범람면을 나타낸다.

그림 4. 전형적인 서-동 천부 탄성파 단면(위치는 그림 2에 표시됨). T1 위의 붉은 점선은 후빙기 최대 해수 범람면을 나타낸다. SU I-SU 5는 탄성파 단위; T1-T4는 각각 SU 1-SU 5 사이의 경계면, To는 해저면, TWTT는 왕복 주시, MFS는 최대 해수 범람면을 나타낸다.

그림 5. 전형적인 서-동 천부 탄성파 단면(위치는 그림 2에 표시됨). T1 위의 붉은 점선은 후빙기 최대 해수 범람면을 나타낸다. SU 1-SU 5는 탄성파 단위; T1-T4는 각각 SU 1-SU 5 사이의 경계면, TO는 해저면, TWTT는 왕복 주시, MFS는 최대 해수 범람면을 나타낸다.
바닷속 CT 촬영 결과이다. 땅속에 겹겹이 쌓인 지층(SU 1~5)과 그 경계면(T 1~4)을 선명하게 보여준다. 이 중 가장 위층인 SU 1이 바로 홀로세 클라이노폼이다.

그림 6. 연구 지역 내 탄성파 반사면 T1의 깊이 분포. 단위는 현재 해수면 아래 미터(bpsl)이다.
클라이노폼 지층(SU 1)이 시작되는 바닥면(T1)의 깊이를 보여준다. 해안 근처에서는 15m 정도로 얕지만, 바다 쪽으로 가면서 40m 이상 깊어진다.

그림 7. 연구 지역 내 탄성파 반사면 T1 상부 퇴적층의 두께 분포.
클라이노폼이 얼마나 두껍게 쌓였는지를 색깔로 나타낸 지도이다. 노란색과 붉은색으로 표시된 해안가, 특히 만 입구에서 가장 두껍게 나타난다.
2. 클라이노폼의 탄생과 성장 과정 (2단계 역사)
시추 코어 분석 결과, 이 클라이노폼은 약 11,200년 전인 홀로세(Holocene) 초기에 형성되기 시작했으며, 크게 두 단계에 걸쳐 성장했음이 밝혀졌다.
- 1단계 (약 11,000년 ~ 9,000년 전): 기반 형성기
마지막 빙하기가 끝나고 해수면이 상승하면서, 얇은 퇴적층(DU 2)이 먼저 쌓였다. 당시에는 퇴적 속도가 느려 두께가 3m 미만으로 얇았다.
- 2단계 (약 7,000년 ~ 현재): 본격 성장기
해수면이 지금과 비슷한 높이로 안정되자, 황하 등에서 온 퇴적물이 본격적으로 쌓이기 시작하며 클라이노폼의 본체(DU 1)를 만들었다.
그림으로 보는 클라이노폼의 역사와 기원

그림 8. 코어 QDZ03의 암상 주상도와 AMS ¹⁴C 연대 (a) 및 0-9 m 구간의 평균 입도(Mz) 분포 (b). DU 1-DU 3: 퇴적 단위; TO-T1: 탄성파 경계면; MFS: 홀로세 최대 해수 범람면.
시추 코어(QDZ03)의 지층 단면도. 땅속에서 뽑아낸 40.2m짜리 ‘지층 케이크’의 모습이다. 각 층의 구성 물질, 연대 측정 결과, 그리고 클라이노폼의 2단계 성장 과정(DU 1, DU 2)을 한눈에 볼 수 있다.

그림 11. 코어 QDZ03 상부 퇴적물(0-8.63 m)의 연대-깊이 도표 및 퇴적물 축적 곡선. 연대의 1 시그마 범위는 표시하지 않음. A, 황해 및 인접 해역의 해수면 곡선(Liu et al., 2004); B, 순다 대륙붕의 해수면 곡선(Hanebuth et al., 2011). DU 1과 DU 2, 퇴적 단위.
해수면 변화와 퇴적물 축적 곡선. 지난 14,000년간 해수면이 어떻게 변했는지(회색/검은색 곡선)와 클라이노폼이 언제 쌓였는지(DU 1, DU 2)를 비교한 그래프이다. 해수면이 급격히 상승하던 시기에 DU 2가, 해수면이 안정된 후에 DU 1이 형성되었음을 보여준다.
3. 클라이노폼의 재료: 황하와 현지 강의 합작품
연구팀은 퇴적물의 화학 성분(점토 광물, 희토류 원소)이라는 ‘지문’을 분석하여, 클라이노폼의 재료가 황하에서 온 퇴적물과 산동반도 현지의 작은 강들에서 온 퇴적물이 섞인 것임을 증명했다. 즉, 황하가 주된 공급원이기는 하지만, 현지 강의 기여도 무시할 수 없는 ‘합작품’이라는 결론이다.
그림으로 보는 퇴적물의 ‘지문’

그림 9. 코어 QDZ03의 점토 광물 조성의 깊이별 분포. DU 1-DU 3: 퇴적 단위.
코어 상부의 점토 광물 성분 변화. 지층 깊이에 따라 점토 광물의 종류별 비율이 어떻게 변하는지 보여준다. 황하 퇴적물의 특징인 스멕타이트(Smectite) 비율이 높은 편이다.

그림 10. 코어 QDZ03의 0-9 m 구간 대표 시료, 황하 퇴적물, 노산 화강암, 천형도 램프로파이어의 콘드라이트 표준화 희토류 원소 분포 패턴(a) 및 ΣREE-LREE/HREE 다이어그램(b) (황하 퇴적물, 노산 화강암, 천형도 램프로파이어 데이터는 Yang and Li, 1999; Yang et al., 2003b, 2003c; Han et al., 1991, 2010에서 인용).
희토류 원소(REE) 패턴 비교. 연구 지역 퇴적물(Core QDZ03)의 희토류 원소 패턴이 황하(Yellow River)와 현지 암석(Laoshan granite 등)의 중간적 특성을 보임을 나타낸다. 이는 두 기원지가 섞였음을 의미한다.

그림 12. 연구 지역, 황하, 양자강 퇴적물의 조성을 보여주는 점토 광물 삼각 다이어그램(ISKc 다이어그램) (황하 및 양자강 데이터는 Xu, 1983; Yang, 1988; Yang et al., 2002, 2003a에서 인용).
점토 광물의 세 가지 주요 성분 비율을 삼각형 도표에 표시한 것이다. 연구 지역의 퇴적물(녹색, 흰색, 검은색 점)이 황하 퇴적물(붉은 사각형)의 범위에 대부분 포함되어, 황하가 주요 기원지임을 다시 한번 확인시켜 준다.
시사점
- 클라이노폼의 형성 과정 규명: 산동반도 남부의 거대 수중 퇴적층은 마지막 빙하기 이후 해수면이 상승하고 안정되는 과정에 맞춰 약 11,200년 전부터 두 단계에 걸쳐 형성되었다.
- 복합적인 퇴적물 기원 확인: 이 퇴적층은 황하가 주된 재료를 공급하고, 산동반도 연안의 작은 강들이 보조적인 역할을 하여 만들어진 ‘합작품’이다.
- 지질학적 중요성: 이 연구는 강에서 나온 막대한 양의 퇴적물이 해류를 타고 멀리 이동하여 어떻게 거대한 해저 지형을 만드는지 구체적으로 보여준다. 또한, 과거의 기후 변화(해수면 상승)가 오늘날의 해저 환경을 어떻게 만들었는지 이해하는 중요한 단서를 제공한다. 이는 황해 전체의 퇴적 시스템을 이해하는 데 큰 도움이 된다.
초록
Abstract Based on the stratigraphic sequence formed since the last glaciation and revealed by 3000 km long high-resolution shal- low sei01smic profiles and the core QDZ03 acquired recently off the southern Shandong Peninsula, we addressed the sedimentary characteristics of a Holocene subaqueous clinoform in this paper. Integrated analyses were made on the core QDZ03, including sedimentary facies, sediment grain sizes, clay minerals, geochemistry, micro paleontology, and AMS “C dating. The result indicates that there exists a Holocene subaqueous clinoform, whose bottom boundary generally lies at 15-40m below the present sea level with its depth contours roughly parallel to the coast and getting deeper seawards. The maximum thickness of the clinoform is up to 22.5 m on the coast side, and the thickness contours generally spread in a banded way along the coastline and becomes thinner to- wards the sea. At the mouths of some bays along the coast, the clinoform stretches in the shape of a fan and its thickness is evidently larger than that of the surrounding sediments. This clinoform came into being in the early Holocene (about 11.2 calkyr BP) and can be divided into the lower and upper depositional units (DU 2 and DU 1, respectively). The unit DU 2, being usually less than 3 m in thickness and formed under a low sedimentation rate, is located between the bottom boundary and the Holocene maximum flooding surface (MFS), and represents the sediment of a post-glacial transgressive systems tract, whereas the unit DU 1, the main body of the clinoform, sits on the MFS, belonging to the sediment of a highstand systems tract from middle Holocene (about 7-6 calkyr BP) to the present. The provenance of the clinoform differs from that of the typical sediments of the Yellow River and can be considered as the results of the joint contribution from both the Yellow River and the proximal coastal sediments of the Shandong Peninsula, as evidenced by the sediment geochemistry of the core. As is controlled mainly by coactions of multiple factors such as the Holocene sea-level changes, sediment supplies and coastal dynamic conditions, the development of the clinoform is genetically related with the synchronous clinoform or subaqueous deltas around the northeastern Shandong Peninsula and in the northern South Yellow Sea in the spatial distribution and sediment provenance, as previously reported, with all of them being formed from the initial stage of the Holocene up to the present.
이 논문은 산동반도(山東半島) 남부 연안에서 최근 획득한 QDZ03 코어와 3,000 km 길이의 고해상도 천부 탄성파 단면 자료를 통해 밝혀진 마지막 빙하기 이후 형성된 지층 순서를 기반으로 홀로세(Holocene) 수중 클라이노폼의 퇴적 특성을 다루었다. QDZ03 코어에 대해 퇴적상, 퇴적물 입도, 점토 광물, 지구화학, 미고생물, 가속질량분석 탄소연대측정(AMS ¹⁴C) 등 통합적인 분석을 수행했다. 분석 결과, 홀로세 수중 클라이노폼이 존재하며, 그 하부 경계는 일반적으로 현재 해수면 아래 15-40 m에 위치하고 등심선은 해안선과 거의 평행하며 바다 쪽으로 갈수록 깊어지는 것으로 나타났다. 클라이노폼의 최대 두께는 해안 쪽에서 22.5 m에 달하며, 두께 등고선은 일반적으로 해안선을 따라 띠 형태로 분포하고 바다 쪽으로 갈수록 얇아진다. 해안을 따라 형성된 일부 만의 입구에서는 클라이노폼이 부채꼴 모양으로 펼쳐져 있으며, 주변 퇴적물보다 두께가 확연히 두껍다. 이 클라이노폼은 홀로세 초기(약 11,200년 전)에 형성되기 시작했으며, 하부(DU 2)와 상부(DU 1) 퇴적 단위로 나눌 수 있다. 하부 단위(DU 2)는 보통 두께가 3 m 미만이고 낮은 퇴적률 환경에서 형성되었으며, 하부 경계와 홀로세 최대해범람면(MFS) 사이에 위치한다. 이는 빙하기 이후 해침 시스템 트랙(transgressive systems tract)의 퇴적물을 대표한다. 반면 클라이노폼의 본체를 이루는 상부 단위(DU 1)는 최대해범람면 위에 놓여 있으며, 홀로세 중기(약 7,000-6,000년 전)부터 현재까지의 고해수면 시스템 트랙(highstand systems tract) 퇴적물에 속한다. 코어의 퇴적물 지구화학 분석 결과, 이 클라이노폼의 기원지는 전형적인 황하(黃河) 퇴적물과는 다르며, 황하와 산동반도(山東半島) 연안 근해 퇴적물이 공동으로 기여한 결과로 볼 수 있다. 클라이노폼의 발달은 홀로세 해수면 변화, 퇴적물 공급, 연안 역학 조건과 같은 여러 요인의 상호작용에 의해 주로 제어된다. 이 클라이노폼은 이전에 보고된 바와 같이 산동반도(山東半島) 북동부와 남황해(南黃海) 북부 주변의 동시대 클라이노폼 또는 수중 삼각주와 공간적 분포 및 퇴적물 기원지 측면에서 유전적으로 관련이 있으며, 모두 홀로세 초기부터 현재까지 형성되었다.
Key words subaqueous clinoform; Holocene; Yellow Sea; Shandong Peninsula; Yellow River, provenance; sea-level change; sedimentary
키워드: 수중 클라이노폼; 홀로세(Holocene); 황해(黃海); 산동반도(山東半島); 황하(黃河); 기원지; 해수면 변화; 퇴적
결론
We reached the following conclusions from our com- prehensive study of about 3000 km of high-resolution shallow seismic profiles and core QDZ03 in the study area:
1) The clinoform off the southern Shandong Peninsula is mainly distributed in the nearshore area to the north of Laoshan Head, with its base generally at 15-40 m bpsl and its thickness ranging from 1 to 15m. The clinoform gradually thins seaward, but also forms fans of locally greater thickness at the mouths of bays along the coast. The 3-m isopach of the clinoform is an obvious boundary that runs roughly along the present 25-m ocean depth contour. Landward of this contour, the clinoform grows in thickness to a maximum of 22.5m and becomes steeper, whereas seaward the thickness changes little, ranging between 1 and 3 m.
2) The clinoform in the study area came into being in the early Holocene (about 11.2 cal kyr BP) and can be divided into lower and upper depositional units (DU 2 and DU 1, respectively), bounded by the MFS. DU 2 is construed as a post-glacial transgressive systems tract with a thickness generally less than 3 m due to a relatively low sedimentation rate. DU 1, the main body of the clinoform, lies on the MFS and represents a highstand systems tract dating from middle Holocene time (about 7-6 calkyr BP) to the present day. In core QDZ03, there is a local sedimentary gap of about 4000 years between DU 2 and DU 1 that is construed as the consequence of downlapping of DU 1 of the clinoform onto the the maximum flooding surface (MFS) of the post-glacial pe- riod.
3) Clay mineralogy and REE data show that the provenance of the clinoform sediment in the study area, particularly during the last 1-2 calkyr BP, is from both the Yellow River and proximal sediments in the coastal zone of the Shandong Peninsula.
4) The clinoform in the study area has a counterpart on the northeast side of the Shandong Peninsula. Both sedimentary bodies have a similar Holocene history.
연구 지역에서 약 3,000 km의 고해상도 천부 탄성파 단면 자료와 QDZ03 코어에 대한 종합적인 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다:
1) 산동반도(山東半島) 남부 연안의 클라이노폼은 주로 노산곶(Laoshan Head) 북쪽의 연안 지역에 분포한다. 그 기반은 일반적으로 현재 해수면 아래 15-40 m에 있으며 두께는 1 m에서 15 m 사이이다. 클라이노폼은 바다 쪽으로 갈수록 점차 얇아지지만, 해안을 따라 형성된 만의 입구에서는 국지적으로 더 두꺼운 부채꼴 형태를 이룬다. 이 클라이노폼의 3 m 등두께선은 현재의 25 m 수심 등고선을 따라 이어지는 뚜렷한 경계이다. 이 등고선의 육지 쪽으로는 클라이노폼의 두께가 최대 22.5 m까지 증가하며 경사가 가팔라지는 반면, 바다 쪽으로는 두께가 1 m에서 3 m 사이로 거의 변하지 않는다.
2) 연구 지역의 클라이노폼은 홀로세(Holocene) 초기(약 11,200년 전)에 형성되기 시작했으며, 최대해범람면(MFS)을 경계로 하부(DU 2)와 상부(DU 1) 퇴적 단위로 나눌 수 있다. DU 2는 상대적으로 낮은 퇴적률로 인해 두께가 보통 3 m 미만인 빙하기 이후의 해침 시스템 트랙(transgressive systems tract)으로 해석된다. 클라이노폼의 본체인 DU 1은 최대해범람면 위에 놓여 있으며, 홀로세 중기(약 7,000-6,000년 전)부터 현재까지 이어진 고해수면 시스템 트랙(highstand systems tract)을 대표한다. QDZ03 코어에서는 DU 2와 DU 1 사이에 약 4,000년의 국지적인 퇴적 공백이 있는데, 이는 클라이노폼의 DU 1이 빙하기 이후의 최대해범람면 위로 하향탑재(downlapping)되면서 생긴 결과로 해석된다.
3) 점토 광물과 희토류 원소(REE) 데이터는 연구 지역 클라이노폼 퇴적물의 기원지가 황하(黃河)와 산동반도(山東半島) 연안 지대의 근해 퇴적물 모두임을 보여준다. 특히 지난 1,000-2,000년 동안 이러한 경향이 뚜렷했다.
4) 연구 지역의 클라이노폼은 산동반도(山東半島) 북동쪽에도 상응하는 퇴적체가 존재한다. 두 퇴적체는 유사한 홀로세(Holocene) 발달 과정을 거쳤다.
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