주향·경사와 지질도

평평한 들판을 그린 지질도에서 사암층이 동서로 길게 띠를 이루며, 남북 방향으로 200 m 폭으로 그려져 있다. 지층 옆에는 'T' 모양 기호와 30이라는 숫자가 적혀 있다. 이 사암층은 땅속에서 30°로 기울어져 있다는 뜻이다. 그렇다면 지층의 실제 두께도 200 m일까? 산골짜기를 지나는 지층 경계선은 등고선과 얽혀 구불구불하게 그려지는데, 그 선에서 지층의 기울기를 어떻게 읽을 수 있을까?

1.12.1주향과 경사

기울어진 지층면의 방향은 두 가지로 나타낸다. 지층면과 수평면이 만나는 선의 방향이 주향이고, 지층면이 수평면에서 가장 가파르게 기운 각이 경사이다. 지층면을 비탈에 비유하면 주향은 비탈을 따라 높이가 같은 길의 방향이고, 경사는 물이 흘러내리는 방향의 기울기이다. 주향과 경사는 클리노미터라는 도구로 노두에서 직접 잰다. 지질도에는 'T' 모양 기호로 긴 선이 주향, 짧은 선이 경사 방향을 가리키게 그리고 경사각을 숫자로 적는다.

지층이 수평이면 노출 폭이 두께와 아무 관계가 없고, 수직이면 노출 폭이 곧 두께이다. 그 사이의 기울기에서는 노출 폭이 두께보다 넓다. 그림 1에서 경사 30°이면 \(\sin 30° = 0.5\)이므로 두께는 노출 폭의 절반이다. 지질도의 지층 경계선은 지층면과 지표가 만나는 선이어서, 골짜기를 지날 때 V자로 휘어진다. 경계선의 V가 가리키는 방향과 뾰족한 정도로 경사의 방향과 크기를 어림하는데, 이를 V자 법칙이라 한다.¹

1.12.2등고선으로 경사 구하기

지층 경계선이 같은 등고선과 두 번 만나는 두 점을 이으면, 그 선이 그 높이에서의 주향선이다. 다른 등고선에서도 주향선을 그리면 서로 나란한 선들이 생기고, 주향선 사이의 수평 거리와 높이 차로 경사를 구한다. 주향선 간격이 좁을수록 지층이 가파르다. 이 방법을 쓰면 노두에 가지 않고도 지질도만으로 지층의 기울기와 두께를 알 수 있어, 땅속 지하수나 광물 자원의 위치를 어림하는 데 쓴다.

1.12.3예제 풀이

경사 30°이므로 두께는 \(200 \times \sin 30° = 100\) m로 노출 폭의 절반이다. 지질도의 폭을 그대로 두께로 읽으면 두 배로 잘못 본다.

다른 지역의 경사는 \(\tan\delta = 100/400 = 0.25\)에서 \(\delta \approx 14°\)이다. 노출 폭 200 m이면 두께는 \(200 \times \sin 14° \approx 200 \times 0.242 \approx 48\) m이다. 경사가 완만할수록 얇은 지층도 지표에 넓게 드러난다. 즉 지질도의 지층 폭은 지층의 두께와 경사가 함께 만든 것이어서, 주향과 경사를 알아야 땅속 지층의 실제 모습을 되살릴 수 있다.

아래 탐구 카드에서 지질도의 지층 경계선과 등고선으로 주향과 경사를 구하고, 지층의 두께를 계산해 보자.

1. 세계 최초의 넓은 지역 지질도는 1815년 영국의 측량사 스미스가 그렸다. 운하를 파며 지층을 관찰한 그는 화석으로 지층을 대비해 잉글랜드와 웨일스 전체의 지층을 한 장의 지도에 그려 냈다.