경상분지는 한반도 내에 형성된 백악기 퇴적분지 중 가장 큰 규모의 분지로서, 분지의 형성과 진화과정 동안의 퇴적작용, 화산활동, 구조운동, 광화작용, 생물권 진화, ...
경상분지는 한반도 내에 형성된 백악기 퇴적분지 중 가장 큰 규모의 분지로서, 분지의 형성과 진화과정 동안의 퇴적작용, 화산활동, 구조운동, 광화작용, 생물권 진화, 기후변화 등 다양한 방면의 연구들이 1970년대부터 지속적으로 수행되어 왔다. 이러한 노력을 통해 분지 전반에 대한 이해가 상당한 수준에 도달했지만 몇몇 중요 현안들이 여전히 남아있다. 이 연구에서는 경상분지를 진주, 대구, 의성, 영양, 울산지괴로 새롭게 분대하고, 그 중에서 진주, 대구, 의성지괴에 대한 상세 야외지질조사를 통해 확인된 주요 구조지질학적 증거들을 바탕으로 경상분지의 진화사에 관한 새로운 해석과 정보를 제공하는데 목적이 있다. 이를 위해 (1) 분지 경계 및 내부에서 확인되는 퇴적동시성 구조와 퇴적후기 구조들의 기하와 운동학적 특성을 포함하는 내부변형 양상을 주요 노두별로 제시하였으며, 이를 바탕으로 분지 전반에 걸친 구조발달사를 시/공간에 따라 설정하였다. 또한 주요 단층들(가음단층계, 양산단층계)의 내부변형에 대한 상세한 접근을 통해 단층대 내 차별적인 변형을 야기한 원인과 추정되는 단층의 거동양상에 대해 서술하였다. 그리고 (2) 진주지괴와 대구지괴에 분포하는 퇴적층의 지층자세를 분석하고, 분지충전물의 경동을 야기한 화산체와 단층의 역할에 대해 논의하였다. 최종적으로 이러한 구조분석 결과들에 근거하여 (3) 경상분지의 형성과 진화, 이를 주도한 고응력환경 그리고 원인이 되는 동아시아 일대 백악기-신생대 지구조적 환경을 다루었다. 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 경상배호지역의 퇴적층(낙동층~진동층)에서 확인된 퇴적동시성 구조들은 주로 서북서 방향의 공액상, 점완/서가형 기하로 발달하는 정단층군과 동일 방향의 쇄설성 암맥군으로 대표된다. 정단층들은 수 mm에서부터 최대 2 m 이내의 수평변위를 보이며, 지층의 경사보정 이후에는 뚜렷한 공액상의 기하와 거의 수직의 단층조선을 보인다. 이들의 기하와 운동감각을 통해 복원된 최소수평응력은 북북동-남남서 방향을 지시한다. 한편 북서 방향의 정단층들에서는 퇴적동시성 단층운동의 특징들을 인지하기 어려우나, 경사보정 이후에 뚜렷한 공액상 기하를 보여 지층의 경동 이전에 형성된 단층임을 추정할 수 있다. 대구지괴와 의성지괴 서편 경계 또는 인접부에서 확인되는 단층들 가운데 서북서 내지 북서 방향의 것들이 정이동성 감각으로, 북북동 내지 북동 방향의 것들이 좌수향 주향이동 내지 횡인장성 감각으로 운동한 특징을 보여 분지의 확장이 북북동 방향의 좌수향 운동과 서북서 내지 북서 방향의 정단층 운동에 관련 있음을 지시한다. 2. 분지 내에서 확인된 퇴적후기 구조들은 서북서 방향과 북북동 방향으로 구분된다. 서북서 방향의 구조들은 의성지괴 내부의 가음단층계와 경계부의 안동단층계뿐만 아니라 대구지괴와 진주지괴에서도 다양한 규모의 단층들로 구성되어 있다. 이들은 정단층으로 생성된 이후 순차적으로 우수향 주향이동운동과 좌수향 주향이동 또는 횡압축성 사교이동운동을 경험하였으며, 특히 고신생기말 좌수향 운동으로의 재활동에 수반된 변형이 단층대 내에 압도적으로 남아있다. 한편 북북동 방향의 구조들은 경상분지 동편에서 수십 km에서 최대 200 km 이상의 연장을 보이며 발달하는 양산단층계와 의성지괴 북서편 일대에 분포하는 낙동단층계로 대표된다. 해당 구조들은 생성 이후 다중 변형을 겪었으며, 특히 백악기말의 좌수향 주향이동운동과 고신생기말의 우수향 주향이동운동에 수반된 변형이 우세하게 남겨져 있다. 3. 대규모 퇴적후기 단층대 내에 남겨진 변형은 단층암의 기원이 되는 모암에 따라 차별적인 특징을 보인다. 화성암 기원의 단층핵은 주로 전단이 집중된 좁은 면과 파쇄암으로 구성되며, 확인되는 단층비지의 두께는 최대 20 cm 이내로 비교적 좁은 경향을 보인다. 반면 퇴적암 기원의 대규모 단층핵은 망상으로 발달하는 단층비지대와 단층각력대, 이들 사이에 둘러싸인 렌즈상의 모암으로 특징지어지는데, 이들은 최대 20 m 이상의 폭으로 발달하기도 한다. 단층대 내의 퇴적암은 주단층면에 가까워질수록 단층면의 자세와 거의 평행하게 고각으로 경동되며, 경동된 층간을 따라 집중된 전단작용이 수 cm에서 수 m 폭의 단층비지대를 형성한다. 단층암의 입자 크기는 엽층이 발달하는 세립질 퇴적암일수록 괴상의 조립질 퇴적암에 비해 기계적으로 쉽게 파쇄됨을 지시한다. 퇴적암 기원의 단층핵이 화성암 기원의 단층핵에 비해 두꺼운 까닭은 경동된 퇴적층간과 단층암 간의 강도 차이가 크지 않아 층간을 따라 새로운 전단이 발생하는 현상이 반복되면서 단층의 다중변형과 함께 단층대의 두께가 넓어진 것으로 추정된다. 즉 모암에 따른 차별적인 변형들은 절단된 암석의 상대적인 입자 크기와 이방성에 수반된 연성에 따른 결과로 판단된다. 4. 진주지괴와 대구지괴에서 확인된 지층들의 경동양상은 (1) 퇴적층의 경사각이 경상화산호(유천층군)에 인접해질수록 깊어지는 경향과 (2) 퇴적층의 주향이 경상화산호 인접부에서 화산암류/퇴적암의 경계 방향과 거의 동일하게 배열되는 경향으로 특징지어지며, 이는 지층의 경동이 화산암체의 하중과 밀접한 관련이 있음을 지시한다. 한편 화산호의 영향에서 다소 벗어나 위치하는 진주지괴와 대구지괴의 신동층군 지층들은 대체로 동남동 방향으로 경동되어 있는 반면, 의성지괴 낙동층은 북동 내지 동북동으로 경사져 있다. 이러한 지괴별 분지 서편 경계 일원의 지층 경동 양상 및 부정합 경계의 방향, 경계 인접부에서 확인되는 단층들의 기하 및 운동특성에 근거할 때, 분지 기저의 경동이 화산호 하중의 영향 이전에는 북북동 내지 북서 방향의 단층운동과 함께 점진적인 남동(또는 동남동) 방향으로의 분지 확장 방향(해구 퇴각 방향)에 상당한 영향을 받았던 것으로 추정된다. 5. 분지 내부와 경계부에서 확인된 다양한 퇴적동시 또는 후기 변형 특징들은 경상분지의 형성과 진화동안 지속적인 북북동 방향의 좌수향 전단력이 분지 도처에 작동하였으며, 이에 수반되어 이차적으로 형성된 서북서 내지 북서 방향의 정단층 운동이 있었음을 지시한다. 분지의 기하와 지층의 경동 양상에 미루어 짐작하면, 경상분지는 횡인장성 분지 중에서도 정단층 운동이 분지의 확장을 주도한 분지이기 보다는 주향이동단층(또는 주변위대)에 규제되어 분지의 확장이 주도된 분지로 해석된다. 따라서 경상분지의 확장은 (고)태평양판의 북 내지 북북서 방향의 사교섭입에 의해 기존에 존재하던 북북동 방향의 구조들이 좌수향 횡인장성 감각으로 재활을 겪음과 동시에, 섭입된 슬랩이 남동쪽으로 퇴각하는 영향에 의한 인장력이 더해져 최종적으로 대륙지각 내부에 북북동-남남서 내지 북동-남서 방향의 인장력이 작동된 결과로 판단된다. 또한 해구의 퇴각은 분지 퇴적심을 남동 내지 동남동쪽으로 이동시키고, 오랜 시간에 걸쳐 형성된 북북동 방향의 횡인장성 분지들이 병합되면서 대규모 분지로 성장할 수 있었던 주요 원인으로 추정된다. 이와 더불어 분지의 동쪽에 대규모로 분포하는 화산암류의 하중은 분지의 침강을 주도한 또 다른 주요 원인으로 해석된다. 6. 경상화산호시스템은 약 90 Ma 전후로 하여 인장성 화산호에서 중립 또는 압축성 화산호로 변화하였을 것으로 추정된다. 인장성 화산호에서는 배호지역에 인장분지가 형성되는 반면, 이후 중립 또는 압축성 화산호로 변화하면서 배호지역의 인장은 종결되지만 섭입하는 (고)태평양판의 영향에 의해 화산 및 심성활동이 지속되면서 백악기말-고신생기초까지 화산호가 성장하였던 것으로 해석된다. 이러한 중립 또는 압축성 화산호 환경에서도 북서-남동 압축응력에 의해 북북동 방향의 단층들이 좌수향 주향이동운동을 겪으면서 경상배호분지의 서편 공주단층계와 광주단층계 주변과 경상화산호 내부의 양산단층과 동래단층 사이의 일부 지역에 소규모의 퇴적 공간들을 마련한 것으로 판단된다. 7. 고신생기말 동안의 지구조적 압축응력은 경상분지의 도처에 가장 뚜렷한 변형을 남겼다. 특히 가음단층계의 좌수향 횡압축성 주향이동 내지 사교이동운동과 양산단층계의 우수향 주향이동운동은 적절하게 배향된 기존의 단층들이 44~23 Ma 사이에 광역적인 북동-남서 방향의 압축환경에서 공액상으로 재활한 결과로 해석된다.
경상분지는 한반도 내에 형성된 백악기 퇴적분지 중 가장 큰 규모의 분지로서, 분지의 형성과 진화과정 동안의 퇴적작용, 화산활동, 구조운동, 광화작용, 생물권 진화, 기후변화 등 다양한 방면의 연구들이 1970년대부터 지속적으로 수행되어 왔다. 이러한 노력을 통해 분지 전반에 대한 이해가 상당한 수준에 도달했지만 몇몇 중요 현안들이 여전히 남아있다. 이 연구에서는 경상분지를 진주, 대구, 의성, 영양, 울산지괴로 새롭게 분대하고, 그 중에서 진주, 대구, 의성지괴에 대한 상세 야외지질조사를 통해 확인된 주요 구조지질학적 증거들을 바탕으로 경상분지의 진화사에 관한 새로운 해석과 정보를 제공하는데 목적이 있다. 이를 위해 (1) 분지 경계 및 내부에서 확인되는 퇴적동시성 구조와 퇴적후기 구조들의 기하와 운동학적 특성을 포함하는 내부변형 양상을 주요 노두별로 제시하였으며, 이를 바탕으로 분지 전반에 걸친 구조발달사를 시/공간에 따라 설정하였다. 또한 주요 단층들(가음단층계, 양산단층계)의 내부변형에 대한 상세한 접근을 통해 단층대 내 차별적인 변형을 야기한 원인과 추정되는 단층의 거동양상에 대해 서술하였다. 그리고 (2) 진주지괴와 대구지괴에 분포하는 퇴적층의 지층자세를 분석하고, 분지충전물의 경동을 야기한 화산체와 단층의 역할에 대해 논의하였다. 최종적으로 이러한 구조분석 결과들에 근거하여 (3) 경상분지의 형성과 진화, 이를 주도한 고응력환경 그리고 원인이 되는 동아시아 일대 백악기-신생대 지구조적 환경을 다루었다. 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 경상배호지역의 퇴적층(낙동층~진동층)에서 확인된 퇴적동시성 구조들은 주로 서북서 방향의 공액상, 점완/서가형 기하로 발달하는 정단층군과 동일 방향의 쇄설성 암맥군으로 대표된다. 정단층들은 수 mm에서부터 최대 2 m 이내의 수평변위를 보이며, 지층의 경사보정 이후에는 뚜렷한 공액상의 기하와 거의 수직의 단층조선을 보인다. 이들의 기하와 운동감각을 통해 복원된 최소수평응력은 북북동-남남서 방향을 지시한다. 한편 북서 방향의 정단층들에서는 퇴적동시성 단층운동의 특징들을 인지하기 어려우나, 경사보정 이후에 뚜렷한 공액상 기하를 보여 지층의 경동 이전에 형성된 단층임을 추정할 수 있다. 대구지괴와 의성지괴 서편 경계 또는 인접부에서 확인되는 단층들 가운데 서북서 내지 북서 방향의 것들이 정이동성 감각으로, 북북동 내지 북동 방향의 것들이 좌수향 주향이동 내지 횡인장성 감각으로 운동한 특징을 보여 분지의 확장이 북북동 방향의 좌수향 운동과 서북서 내지 북서 방향의 정단층 운동에 관련 있음을 지시한다. 2. 분지 내에서 확인된 퇴적후기 구조들은 서북서 방향과 북북동 방향으로 구분된다. 서북서 방향의 구조들은 의성지괴 내부의 가음단층계와 경계부의 안동단층계뿐만 아니라 대구지괴와 진주지괴에서도 다양한 규모의 단층들로 구성되어 있다. 이들은 정단층으로 생성된 이후 순차적으로 우수향 주향이동운동과 좌수향 주향이동 또는 횡압축성 사교이동운동을 경험하였으며, 특히 고신생기말 좌수향 운동으로의 재활동에 수반된 변형이 단층대 내에 압도적으로 남아있다. 한편 북북동 방향의 구조들은 경상분지 동편에서 수십 km에서 최대 200 km 이상의 연장을 보이며 발달하는 양산단층계와 의성지괴 북서편 일대에 분포하는 낙동단층계로 대표된다. 해당 구조들은 생성 이후 다중 변형을 겪었으며, 특히 백악기말의 좌수향 주향이동운동과 고신생기말의 우수향 주향이동운동에 수반된 변형이 우세하게 남겨져 있다. 3. 대규모 퇴적후기 단층대 내에 남겨진 변형은 단층암의 기원이 되는 모암에 따라 차별적인 특징을 보인다. 화성암 기원의 단층핵은 주로 전단이 집중된 좁은 면과 파쇄암으로 구성되며, 확인되는 단층비지의 두께는 최대 20 cm 이내로 비교적 좁은 경향을 보인다. 반면 퇴적암 기원의 대규모 단층핵은 망상으로 발달하는 단층비지대와 단층각력대, 이들 사이에 둘러싸인 렌즈상의 모암으로 특징지어지는데, 이들은 최대 20 m 이상의 폭으로 발달하기도 한다. 단층대 내의 퇴적암은 주단층면에 가까워질수록 단층면의 자세와 거의 평행하게 고각으로 경동되며, 경동된 층간을 따라 집중된 전단작용이 수 cm에서 수 m 폭의 단층비지대를 형성한다. 단층암의 입자 크기는 엽층이 발달하는 세립질 퇴적암일수록 괴상의 조립질 퇴적암에 비해 기계적으로 쉽게 파쇄됨을 지시한다. 퇴적암 기원의 단층핵이 화성암 기원의 단층핵에 비해 두꺼운 까닭은 경동된 퇴적층간과 단층암 간의 강도 차이가 크지 않아 층간을 따라 새로운 전단이 발생하는 현상이 반복되면서 단층의 다중변형과 함께 단층대의 두께가 넓어진 것으로 추정된다. 즉 모암에 따른 차별적인 변형들은 절단된 암석의 상대적인 입자 크기와 이방성에 수반된 연성에 따른 결과로 판단된다. 4. 진주지괴와 대구지괴에서 확인된 지층들의 경동양상은 (1) 퇴적층의 경사각이 경상화산호(유천층군)에 인접해질수록 깊어지는 경향과 (2) 퇴적층의 주향이 경상화산호 인접부에서 화산암류/퇴적암의 경계 방향과 거의 동일하게 배열되는 경향으로 특징지어지며, 이는 지층의 경동이 화산암체의 하중과 밀접한 관련이 있음을 지시한다. 한편 화산호의 영향에서 다소 벗어나 위치하는 진주지괴와 대구지괴의 신동층군 지층들은 대체로 동남동 방향으로 경동되어 있는 반면, 의성지괴 낙동층은 북동 내지 동북동으로 경사져 있다. 이러한 지괴별 분지 서편 경계 일원의 지층 경동 양상 및 부정합 경계의 방향, 경계 인접부에서 확인되는 단층들의 기하 및 운동특성에 근거할 때, 분지 기저의 경동이 화산호 하중의 영향 이전에는 북북동 내지 북서 방향의 단층운동과 함께 점진적인 남동(또는 동남동) 방향으로의 분지 확장 방향(해구 퇴각 방향)에 상당한 영향을 받았던 것으로 추정된다. 5. 분지 내부와 경계부에서 확인된 다양한 퇴적동시 또는 후기 변형 특징들은 경상분지의 형성과 진화동안 지속적인 북북동 방향의 좌수향 전단력이 분지 도처에 작동하였으며, 이에 수반되어 이차적으로 형성된 서북서 내지 북서 방향의 정단층 운동이 있었음을 지시한다. 분지의 기하와 지층의 경동 양상에 미루어 짐작하면, 경상분지는 횡인장성 분지 중에서도 정단층 운동이 분지의 확장을 주도한 분지이기 보다는 주향이동단층(또는 주변위대)에 규제되어 분지의 확장이 주도된 분지로 해석된다. 따라서 경상분지의 확장은 (고)태평양판의 북 내지 북북서 방향의 사교섭입에 의해 기존에 존재하던 북북동 방향의 구조들이 좌수향 횡인장성 감각으로 재활을 겪음과 동시에, 섭입된 슬랩이 남동쪽으로 퇴각하는 영향에 의한 인장력이 더해져 최종적으로 대륙지각 내부에 북북동-남남서 내지 북동-남서 방향의 인장력이 작동된 결과로 판단된다. 또한 해구의 퇴각은 분지 퇴적심을 남동 내지 동남동쪽으로 이동시키고, 오랜 시간에 걸쳐 형성된 북북동 방향의 횡인장성 분지들이 병합되면서 대규모 분지로 성장할 수 있었던 주요 원인으로 추정된다. 이와 더불어 분지의 동쪽에 대규모로 분포하는 화산암류의 하중은 분지의 침강을 주도한 또 다른 주요 원인으로 해석된다. 6. 경상화산호시스템은 약 90 Ma 전후로 하여 인장성 화산호에서 중립 또는 압축성 화산호로 변화하였을 것으로 추정된다. 인장성 화산호에서는 배호지역에 인장분지가 형성되는 반면, 이후 중립 또는 압축성 화산호로 변화하면서 배호지역의 인장은 종결되지만 섭입하는 (고)태평양판의 영향에 의해 화산 및 심성활동이 지속되면서 백악기말-고신생기초까지 화산호가 성장하였던 것으로 해석된다. 이러한 중립 또는 압축성 화산호 환경에서도 북서-남동 압축응력에 의해 북북동 방향의 단층들이 좌수향 주향이동운동을 겪으면서 경상배호분지의 서편 공주단층계와 광주단층계 주변과 경상화산호 내부의 양산단층과 동래단층 사이의 일부 지역에 소규모의 퇴적 공간들을 마련한 것으로 판단된다. 7. 고신생기말 동안의 지구조적 압축응력은 경상분지의 도처에 가장 뚜렷한 변형을 남겼다. 특히 가음단층계의 좌수향 횡압축성 주향이동 내지 사교이동운동과 양산단층계의 우수향 주향이동운동은 적절하게 배향된 기존의 단층들이 44~23 Ma 사이에 광역적인 북동-남서 방향의 압축환경에서 공액상으로 재활한 결과로 해석된다.
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