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물리적 특성

암염돔은 암염 코어와 이를 둘러싸는 주변층으로 구성되어 있다.

일부지역에서 코어는 암염 외에 '덮개암'과 '외장'(外裝)을 포함하기도 한다. 덮개암과 외장을 포함한 전형적인 암염돔의 크기는 매우 다양한데, 대부분의 경우 지름이 1㎞나 그 이상 혹은 10㎞ 이상에 달하기도 한다. 전형적인 암염돔은 높이가 지하에서 최소한 2㎞ 이상이며, 어떤 것은 10㎞ 이상에 달하기도 한다. 북아메리카 멕시코 만 연안에서 나타나는 암염돔의 코어는 대부분 순수한 암염(염화나트륨)으로 구성되어 있으며, 소량의 경석고(수화된 황산 칼슘) 및 미량의 다른 광물들을 포함하고 있는데, 흰색의 순수한 암염층이 검은색의 암염과 경석고 층에 협재되는 형태로 나타난다.

독일에 있는 암염돔의 코어는 암염·칼리암염 및 다른 함(含)칼륨 광물로 구성되어 있으며, 이란에 있는 암염돔의 경우에는 암염이 경석고·이회암(이질 석회암)·석회암 및 화성암의 큰 암괴(岩塊)와 섞여서 나타나기도 한다.

암염 코어와 호층(互層)을 이루면서 나타나는 염-경석고 및 염-함칼륨 층은 복잡하게 습곡되어 있다. 습곡은 수직방향으로 일어나며, 암염의 가장자리 부분에서 더욱 복잡해지는 양상을 나타낸다. 암염돔 내부층의 상대연령은 독일의 암염돔에서 측정된 바 있는데, 대체로 오래된 물질은 암염체의 중심부에 놓이고 새로운 물질은 암염체의 주변부에 놓이는 양상을 보인다.

멕시코 만 연안에서 나타나는 암염돔의 암염 입자연구에 의하면, 이들 입자들은 돔 내에서 수직 혹은 수평 방향으로 다양하게 배열된 복잡한 양상을 보여준다. 그러나 카스피 해 지역에 있는 암염돔의 경우 중심부의 광물입자는 수직으로 배열되어 있는 반면, 주변부의 광물입자들은 수평으로 배열되어 있다.

덮개암은 석회암-경석고로 구성된 덮개로 이들의 전형적인 두께는 100m 정도이나 0~300m에 이르기까지 다양하게 나타난다.

많은 암염돔, 특히 멕시코 만 연안에 나타나는 암염돔에서 덮개는 3개의 수평대로 나누어진다. 즉 상부의 방해석대, 석고와 황을 포함하는 중앙의 점이대 및 하부의 경석고대가 그것이다. 이들 3개의 수평대는 매우 불규칙하며, 간혹 중앙 점이대의 석고와 하부 경석고대의 경계가 급격하게 변하기도 하지만, 일반적으로는 서로 점이적인 경계를 보이고 있다. 덮개암은 암염 코어의 상부가 용해된 후에 남은 불용성 경석고로부터 발달했으며, 후에 경석고가 석고·방해석·황 등으로 변질된 것으로 생각된다.

덮개암을 형성하는 용해작용은 대개 지하 얕은 곳의 물의 순환대에서 일어나는 것으로 추정되며, 따라서 깊은 곳에 매몰되어 있는 덮개암을 갖는 암염돔은 과거에 얕은 곳에서 형성되어 지하 깊은 곳에 매몰된 것으로 해석된다.

셰일 외장은 멕시코 만 연안의 암염돔에서 공통적으로 나타나는 특징이다. 이들은 외형에 있어 외장과 유사하게 암염을 완전히 감싸거나 암염의 하부에 제한되어 나타나기도 한다. 셰일 외장은 지면 근처에 최상부가 놓이는 암염돔의 심부나 깊이 매몰된 암염돔 위에 가장 흔하게 나타난다.

이들 셰일 내에서의 유체 압력은 주변 암석에 비해 상당히 크며 셰일의 층리면이 휘어져 나타나기도 한다. 셰일 내에 나타나는 화석은 주변 암석에 있는 화석들보다 오래된 것인데, 이는 이들 셰일이 보다 오래된 깊은 암층에서 유래했음을 지시하는 증거이기도 하다.

암염 코어 주변의 층들은 3가지 방법으로 영향을 받는데, 융기하거나 침강하거나 주변의 다른 층이 침강함에도 불구하고 영향을 받지 않은 채로 남아 있기도 한다.

융기된 층은 돔이나 배사와 같은 구조적인 특성을 갖는데, 이들은 특징적으로 암염 코어(덮개암 및 외장 포함)의 위나 주변으로 돔 형태를 하고 있으며, 주변의 향사쪽으로 경사지는 특성이 있다. 돔 형태로 휘어진 층은 둥근 암염돔 위에서 암염을 중심으로 방사상으로 퍼지는 단층에 의해 끊어지기도 하지만, 단일 단층이나 일련의 단층들이 우세한 긴 돔이나 배사에 의해 더 길게 연결되기도 한다.

침강한 층은 향사를 형성하거나 돔 형태의 융기대 주변에 나타나며, 환상향사(環狀向科)라고 하는 원형의 함몰지를 형성한다. 영향을 받지 않는 층은 저지(低地)로 둘러싸인 고지(高地)를 형성하는데, 이는 잔류고지라고 부른다. 이들은 암염돔과 같은 큰 기복을 갖지는 않는다. 현재 암염돔 주변에 나타나는 층들의 구조는 모든 경우에 있어 암염의 현재위치와 일치하지 않는 경우가 많은데, 이러한 불일치는 나중에 일어난 융기로 인해 초기 융기 때의 암염돔 중심이 상대적으로 이동했음을 의미한다(퇴적암).

형성원인

일반적으로 습곡과 연관되어 나타나는 암염돔은 습곡을 형성한 것과 같은 힘에 의해 형성되는 것으로 알려져왔다. 반면 습곡이 없는 지역에 나타나는 암염구조는 초기 지질학자들을 당황하게 했으며, 이들의 성인에 대한 여러 가지 비논리적인 가설이 제시되기도 했다. 현재는 이러한 암염구조 및 다이아피르(관통 구조)는 중력이나 구조력이 단독으로, 혹은 중력과 구조력이 같이 작용하여 형성되는 것으로 알려져 있는데, 중력과 구조력이 같이 작용할 경우에는 이들 힘이 동시에 작용하거나 한 힘이 먼저 작용하고 나머지 한 힘은 나중에 작용하여 암염구조를 형성하게 된다.

다이아피르 구조의 형성에는 환경에 관계 없이 암석의 유동이 필요하다. 암석유동은 그 속도가 매우 느려서 인지하기는 어렵지만 그 결과는 확실하게 나타난다. 암석유동의 예로는 석조건물이 내려앉는 경우, 광산갱도나 터널이 유동하여 닫히는 경우, 빙하에 나타나는 모든 특징을 보여주며 산 아래쪽으로 이동하는 암염빙하 등을 들 수 있다. 암염돔과 같이 연성이 큰 물질은 상당히 긴 시간 및 매몰깊이에 따른 비교적 높은 온도와 압력하에서는 상당한 유동성을 갖는다. 예를 들어 1년에 1㎜씩 이동한다면 100만 년 후에는 1,000m를 이동하게 되는 것이다. 이러한 유동성을 갖는 암석으로는 암염·칼리암염·석고 및 고압력 상태의 셰일이 있다. 이러한 암석들은 사암과 같은 고화된 암석에 비해 상당히 밀도가 낮기 때문에 사암에 의해 매몰될 경우에는 중력적으로 불안정해진다. 이러한 암석들은 모두 일반적인 퇴적작용에 의해 형성되므로 퇴적층 내에 광범위하게 나타난다.

모형 및 자연상태의 암염구조 연구에 의한 암염돔의 발달단계는 그림2와 같이 복원할 수 있다. 먼저 두꺼운 암염층의 퇴적이 일어나고 이들은 보다 밀도가 큰 퇴적층에 의해 매몰된다. 매몰이 진행됨에 따라 암염과 상부 퇴적층은 점차 불안정해지고 암염은 변형받지 않은 층에서부터 둥근 암염베개의 형태로 흐르기 시작한다.

이러한 흐름이 암염베개의 중심부로 계속됨에 따라서 상부 퇴적층은 돔 형태로 휘어지게 되고, 동시에 암염이 흘러들어온 지역부터 침강을 일으켜 환상향사를 형성한다. 암염 상부의 퇴적층은 측면으로 퍼지게 되므로 균열이 발달하게 된다. 암염은 돔 형태로 휘어지고 교란된 층의 중심부를 관통하게 되며, 결국 플러그 모양의 암염 덩어리가 형성된다. 암염은 퇴적이 진행됨에 따라 계속해서 상부로 성장하지만, 암염 덩어리는 지표 근처에서 계속 머무르는 경향을 띤다. 따라서 성장하는 암염돔으로 암염의 공급이 중단되게 되면 암염돔은 발달단계에 관계 없이 성장을 멈추고 매몰된다.

암염구조의 분포

암염구조는 두꺼운 암염퇴적층이 쌓인 이후에 다시 두꺼운 퇴적층으로 덮이거나 구조적인 변형을 받은 분지 혹은 2가지 작용을 모두 받은 분지에서 발달하는데, 순상지를 제외한 지역에서 광범위하게 나타난다. 전형적인 암염돔은 그 특성에 비추어볼 때, 상당한 구조적 응력을 받지 않는 지역에서 중력적인 불안정성에 의해서만 형성되는 것을 의미하지만, 일부 암염돔은 구조적인 응력을 받은 지역에서 나타나기도 한다. 세계의 여러 지역에서 나타나는 암염구조 중 대표적인 것 3개를 예로 들면, 북아메리카의 멕시코 만 지역, 유럽의 독일 북부 및 북해지역, 중동의 이라크, 이란, 아라비아 반도 지역 등에 나타나는 것이 있다.

경제적 중요성

암염돔의 주변에 있는 퇴적층은 대체로 위쪽으로 휘어져서 떨어져나오므로 탄화수소의 훌륭한 유민(油罠)을 구성한다. 이러한 암염돔과 연관되어 나타나는 주요유전 및 가스전은 미국·멕시코·북해·독일·루마니아·러시아 등지에 나타난다(→ 천연가스). 미국 텍사스와 루이지애나의 멕시코 만 연안대지에서 나타나는 암염돔은 몇 년 후면 중요한 탄화수소의 기원암이 될 것으로 추정된다. 또한 루이지애나 주 연안에 있는 암염돔들에서는 엄청난 양의 석유가 발견되었는데, 이 지역에 있는 각각의 암염돔의 석유매장량은 대략 5억 배럴 이상인 것으로 추정된다.

독일 북부에 있는 암염돔에서도 여러 해 동안 석유를 생산해왔으며, 북해에 있는 암염돔 내의 석유도 탐사에 의해 점차 연해 생산을 확장하고 있는 추세이다(→ 석유지질학). 멕시코 만 연안의 지하 얕은 곳에 있는 암염돔의 덮개암은 상당량의 원소성 황을 포함하고 있다. 또 멕시코 만 연안과 독일의 경우에는 암염돔이 암염 및 칼륨의 주요공급원으로 이용되고 있으며, 암염 및 칼리암염은 암염돔으로부터 갱내채굴과 염수회수(鹽水回收)에 의해 추출되고 있다.

암염돔은 액화 프로판 가스의 지하저장에도 유용하게 이용된다. 가스는 암염에 구멍을 뚫고 암염을 녹여낸 공동에 저장하게 되는데, 이러한 공동은 불투수성이 크기 때문에 방사성 폐기물의 처리장소로 고려되고 있다.