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문제 정의
- 또한 변성암에 대한 경사 보정은 퇴적암기원의 변성암인 경우 원래의 층리면 이 관찰되는 경우에는 가능하겠으나, 본 연구지역에서는 이러한 층리면은 관찰할 수 없었고 각 시료 채취 지점에서 관찰한 엽리면의 방향을 기준으로 엽리면의 형성과 특성잔류자화 방향 획득 과정의 체계적인 연관성의 확인을 위하여 경사보정을 실시하였다. 이와 같이 얻어진 서산층 군의 특성 잔류 자화 방향과 고지자기극의 위치는 Table 2에 정리하였다.
- 후기 트라이아스기 암석인 대동누층군에 대한특성잔류자화 방향 측정을 통하여 일차 자화방향과 변성.변형 작용에 의해 분산된 이차 자화방향의 확인과 분류 및 충남지역 대동 누층군의 남중국 지괴/북중국지괴와의 귀속 문제를 밝힘으로써 경기육괴에 분포하는 암석의 지구조적 진화특성을 밝히고자 한다.
- 본 연구는 북중국지괴/남중국 지괴와 관련된 한반도의 지체 구조적 진화과정이 경기육괴에 분포하는 원생대 및 중생대 암석에 어떻게 기록되어 있는가를 밝히기 위한 목적으로 충남지역에 분포하는 중생대 대동누층군과 우리나라에 존재하는 최고기의 변성암인 서상층군과 대해 실시한 고지자기 연구이다. 충남지역 대동누층군에 대한 고지자기 연구는 대동누층군의 특성 잔류자화 방향은 암석 생성 당시에 획득된 일차자화임을 지시하며 이로부터 구한 고지자기극의 위치는 2O8.
- 본 연구는 한반도의 북중국지괴/남중국지괴에 대한 지체구조 학적인 연계성 및 북중 국지괴와 남중 국지 괴사 이의 충돌대인 친링-다비-수루조산대와 한반도와의 연관성을 밝히고자 하는 연구의 일환으로 한반도 중부 서해안의 경기육괴에 분포하는 선캠브리아기 편암류 및 화강 편마암으로 구성된 서산층 군과 충남지역에 분포하는 중.후기 트라이아스기 암석인 대동누층군에 대한특성잔류자화 방향 측정을 통하여 일차 자화방향과 변성.
- 이 논문의 완성도를 높이기 위하여 세심하고 건설적인 의견을 제시해 주신 부산대학교 김인수 교수님과 한국지질자원연구원이윤수 박사님께 감사드린다.
제안 방법
- 과거에 충남지역의 대동누층군과 김포지역의 김포 층 군은 서로 다른 고지 자기극의 위치를 보임으로써 충남의 대동 누층군은 옥천대에, 김포층군은 경기육괴에 속한다는 해석도 있었으나(민경덕 등, 1992) 본 연구 결과를 포함하는 최근의 자료는 이 두 지역이 대동누층군의 형성 시기에는 같은 지구조단위임을 지시하고 있다. 또한 충남지역 대동누층군의 북중국지괴/남중국 지괴와의 연관성을 밝히기 위해 충남지역 대동 누층군의 고지자기극의 위치 (208.0°E, 24.5°N, n=14, K=67.5, A95=4.9º)와 북중국지괴/남중국 지괴에 대한 연구 결과와 비교하였다(Eble 3, Fig. 6b). 북중 국지괴/남중국 지괴에 대한 연구결과는 김성욱 (1998)의 자료로부터 전기·중기·후기 트라이아스기의 시대별 고지자기극의 위치를 계산하여(Tible 3) Fig.
- 서산층 군에 대해서는 총 319개의 정향 시료로부터 279개의 측정시료를 준비하였으나 자화 강도가 낮은 시료를 제외한 197개의 시료에 대하여 단계적 소자실험을 실시하였다. 모든 시료들에 대하여 자연잔류자화(natural remanent magnetization: NRM)방향을 측정하고, 대표시료(pilot sample)의 소자양상을 근거로 나머지 시료들에 대한 최적의 소자 방법을 결정하였다. 열소자는 Magnetic Measurement사의 Model MMTD-80 열소자기를 사용하였고, 자화방향 측정은 FINO AG 사의 SQUID-based spinner magnetometer 및 Molspin사의 spinner magnetometer를 사용하였다.
- 8°)로계산되었다. 백운사층과 아미산층의 시료 채취 지점의 수가 각각 두 개로써 각층들의 평균 방향의 의미는 없으나, 연구지역 대동 누층군의 평균 방향을 계산하기 위해서 백운사층과 아미산층을 포함한 14개 지점의 특성 잔류 자화 방향을 사용하였다. 14개 지점에 대한 경사보정 전의 특성잔류자화 방향은 D/I=61.
- 그러나 그 후 우리나라 중부 서해안 일대에 분포하는 규암 및 편암류를 통칭하여 서산층 군이라 부르고 있다. 본 연구에서는 1:250, 000 대전 지질도 폭설명서(이병주 등, 1996)에 근거해 당진 부근의 호상편마암, 태안반도 및 안면도 일대에 분포하는 규암과 석회암을 포함하는 편암류 및 이를 관입한 화강 편마암과 이두암체를 부정합으로 덮고 있는 태안층으로 분류하였다 (Fig. 1b). 서산층 군의 생성연대는 화강 편마암의 절대 연령이 약 2,300Ma(주승환, 1983)으로 보고됨으로써 상부시생대 내지 최하 부 원생대로 유추할 수 있다.
- 서산층 군 암석 시료는 전반적으로 약한 자화 강도와 불안정한 자화 방향으로 인하여 자화 방향이 심하게 분산되는 양상을 나타냄으로써 양질의 특성잔류자화 방향의 결정은 불가능하였으며, 33개의 시료채취 지점에서 채취한 시료 중지점 평균 분산도(α95)의 값이 40° 미만인 6개 지점으로부터 평균 방향을 결정하였다. 또한 변성암에 대한 경사 보정은 퇴적암기원의 변성암인 경우 원래의 층리면 이 관찰되는 경우에는 가능하겠으나, 본 연구지역에서는 이러한 층리면은 관찰할 수 없었고 각 시료 채취 지점에서 관찰한 엽리면의 방향을 기준으로 엽리면의 형성과 특성잔류자화 방향 획득 과정의 체계적인 연관성의 확인을 위하여 경사보정을 실시하였다.
- 서산층 군의 재자화 시기와 원인을 이해하기 위하여 지층경사보정 이전의 방향으로부터 고지자기극의 위치를 계산하여(195.0ºE 51.6°N, K=20.8, A95=12.4°)트라이아스기, 쥬라기, 백악기의 한반도와 유라시아 대륙의 고지 자기극들과 비교하였다(Table 4, Fig. 7). 본연구지역에서 추출한 고지자기극의 위치는 대동누층군의 극과는 통계학적으로 다르게 비교되는 반면, 김광호 등(1990)의 경기육괴와 영남 육괴에 분포하는 쥬라기 화강암 및 퇴적암으로부터 구한 고지자기극의 위치(200.
- 열소자는 Magnetic Measurement사의 Model MMTD-80 열소자기를 사용하였고, 자화방향 측정은 FINO AG 사의 SQUID-based spinner magnetometer 및 Molspin사의 spinner magnetometer를 사용하였다. 열소자는 300ºC까지는 100ºC 단계, 500ºC까지는 50ºC 단계, 700ºC까지는 20ºC 단계로 각 시료의 잔류자화를 기록하는 자성광물의 큐리온도(Curie Temperature)까지 수행하였다. 고지자기자료처리는 직교소자도(Zijderveld, 1967)상에 나타나는 방향 변화로부터 주성분 분석법(Kirschvink, 1980)을 이용하여 각 방향 성분을 추출하였으며, 주성분 분석법 적용 시에는 일직 선상에 나타나는 최소한 3점 이상의 점들과 원점을 이용하여 Anchored Line Fit Method* 적용하였다.
- 5) 연구지 역에서는 이들 간의 체계적 관계는 없는 것으로 해석하였다. 엽리면의 형성과 수반된 지 구조운동이 대상 암석의 특성 잔류자화 방향을 분산시키는 것도 체계적 연관성의 하나이지만, 이런 경우에는 이들 간의 정량적 해석이 불가능함으로 본 연구에서는 단순히 이들 간의 체계적 연관성은 없는 것으로 간주하였으며, 따라서 변성암 체인 서산층군의 경사보정전의 방향은 서산층 군의 변성·변형 이후에 획득된 재자 화성분으로 해석하였다.
- 야외에서 채취한 블록시료는 실험실에서 주향과 경사를 포함한 평면이 실내 시추기의 비트에 수직이 되도록 고정시킨 후 천공하였다. 천공하여 얻은 코어시료를 비자성 암석 절단기를 이용하여 2.2cm 길이로 절단하여 측정시료를 얻었다.
- 충남지역 대동 누층군의 특성잔류자화 방향으로부터 계산된 고지자기극의 위치는 208.0ºE, 24.5°N (n=14, K=67.5, A95=4.9°)이며(Table. 2), 충남지역과 김포지역에 분포하는 대동 누층군에 대해 선행된 연구결과(민경덕 등, 1992; 김인수 등, 1993; 김성욱, 1998; Uno and Chang, 2000; 김수현, 2002)의 고지 자기극의 위치와 비교하였다(Fig. 6a). 본 연구 결과는 민경덕 등(1992)의 고지 자기극의 위치와는 매우 상이한 반면 충남지역의 Uno and Chang (2000)과 김포지역에서의 김수현(2002)의 선행연구 결과와는 통계적으로 다르지 않음을 나타낸다.
- 대해 실시한 고지자기 연구이다. 충남지역 대동누층군에 대한 고지자기 연구는 대동누층군의 특성 잔류자화 방향은 암석 생성 당시에 획득된 일차자화임을 지시하며 이로부터 구한 고지자기극의 위치는 2O8.0°E, 24.5°N(n=14, K=67.5, A95=4.9°)로서 북중국지괴의 고지자기 극의 위치와는 상이하며 남중국지괴의 중기 트라이아스기의 고지 자기극과 유사함으로 충남지역 대동누층군을 포함한 경기육괴는 중기 트라이아스기 동안 남중국 지괴와 동일한 지구조단위였던 것으로 해석하였다.
- 분포하는 중.후기 트라이아스기 암석인 대동누층군에 대한특성잔류자화 방향 측정을 통하여 일차 자화방향과 변성.변형 작용에 의해 분산된 이차 자화방향의 확인과 분류 및 충남지역 대동 누층군의 남중국 지괴/북중국지괴와의 귀속 문제를 밝힘으로써 경기육괴에 분포하는 암석의 지구조적 진화특성을 밝히고자 한다.
대상 데이터
- 대동 누층군의 26개 지점에서 채취한 283개의 시료에 대해 단계별 열소자를 실시하였으나 오직 14개 지점 187개 시료 중 106개 시료에서 열소자를 통한 일차 잔류자화 방향을 획득하였다. 하조층과 성주리 층의 시료는 자화강도가 약하여 저온의 소자단계에서 방향이 불규칙해짐으로써 특성잔류자화 방향의 결정이 불가능하였으며, 일부 시료 중 원점을 향해 자화 강도가 감소하는 경향을 나타내는 시료도 있으나 각각의 시료가 나타내는 방향이 시료 채취 지점의 평균을 산출하지 못할 정도의 산발된 자화방향을 보임으로써 특성 잔류자화 방향 결정을 못하였다.
- 6b)이들과 충남지역 대동 누층군의 극과는 서로 같지 않음을 나타내고 있다. 따라서 본 연구의 대상인 충남지역 대동 누층군과 함께 유사한 고지자기 극의 위치를 보이는 김포지역을 포함한 경기육괴는 중기트라이아스기 동안 남중국 지괴와 지구조적으로 동일했던 것으로 해석된다. 이는 대동 누층군이 중기 트라이아스기의 지층 형성 당시의 특성잔류자화를 기록하고 있으며 암석 생성 당시에는 남중국 지괴에 포함되었다는 김성욱(1998) 및 Uno and Chang(2000)의 연구 결과와도 일치하고 있다.
- 본 연구는 경기육괴에 포함되어 있으며 중부 옥천대의 서남부에 위치하는 충남 탄전지역의 대동누층군과 태안반도를 중심으로 중부 서해안에 분포하는 서산층군을 대상으로 하였다. 충남 탄전지역의 대동누층군은 심한 습곡과 단층 작용을 받아 변형되었으며 서산층군과 경기변성 암 복합체 및 화강편마암과 편암 위에 부정합으로 놓여 있다.
- 본 연구를 위해 대동누층군에서는 하조증 1개 지점, 아미산층 6개 지점, 조계리 층 13개 지점, 백운사층 5개 지점, 그리고 성주리층 1개 지점 등 총 26개 지점(site)에서 239개의 독립된 정향 시료를 채취하였다. 한편 서산층 군에서는 호상 편마암(banded gneiss) 4개 지점, 편 암류(schists) 25개 지점, 화강편마암(granite gneiss) 2개 지점, 그리고 태안층 2개 지점 등 33개의 지점에서 총 319개의 정향 시료를 채취하였다.
- 본 연구의 또 다른 대상 암석인 서산층 군은 편암(schists)과 편마암(gneiss)이주를 이루는 변성암으로써 자연잔류자화(NRM)의 깅도는 0.5~3000mA/m로서 다양한 값을 보인다. Fig.
- 측정하였다. 서산층 군에 대해서는 총 319개의 정향 시료로부터 279개의 측정시료를 준비하였으나 자화 강도가 낮은 시료를 제외한 197개의 시료에 대하여 단계적 소자실험을 실시하였다. 모든 시료들에 대하여 자연잔류자화(natural remanent magnetization: NRM)방향을 측정하고, 대표시료(pilot sample)의 소자양상을 근거로 나머지 시료들에 대한 최적의 소자 방법을 결정하였다.
- 모든 시료들에 대하여 자연잔류자화(natural remanent magnetization: NRM)방향을 측정하고, 대표시료(pilot sample)의 소자양상을 근거로 나머지 시료들에 대한 최적의 소자 방법을 결정하였다. 열소자는 Magnetic Measurement사의 Model MMTD-80 열소자기를 사용하였고, 자화방향 측정은 FINO AG 사의 SQUID-based spinner magnetometer 및 Molspin사의 spinner magnetometer를 사용하였다. 열소자는 300ºC까지는 100ºC 단계, 500ºC까지는 50ºC 단계, 700ºC까지는 20ºC 단계로 각 시료의 잔류자화를 기록하는 자성광물의 큐리온도(Curie Temperature)까지 수행하였다.
- 한편 서산층 군에서는 호상 편마암(banded gneiss) 4개 지점, 편 암류(schists) 25개 지점, 화강편마암(granite gneiss) 2개 지점, 그리고 태안층 2개 지점 등 33개의 지점에서 총 319개의 정향 시료를 채취하였다. 대동 누층 군과 서상층 군의 시료 채취 지점은 각각 Fig.
이론/모형
- 고지자기자료처리는 직교소자도(Zijderveld, 1967)상에 나타나는 방향 변화로부터 주성분 분석법(Kirschvink, 1980)을 이용하여 각 방향 성분을 추출하였으며, 주성분 분석법 적용 시에는 일직 선상에 나타나는 최소한 3점 이상의 점들과 원점을 이용하여 Anchored Line Fit Method* 적용하였다. 각 암석 시료로부터 추출된 특성잔류자화 방향에 대하여 Fisher의 구면통계법 (Fishsei; 1953)을 이용하여 노두별, 층별 평균값을 산출하였다.
- 열소자는 300ºC까지는 100ºC 단계, 500ºC까지는 50ºC 단계, 700ºC까지는 20ºC 단계로 각 시료의 잔류자화를 기록하는 자성광물의 큐리온도(Curie Temperature)까지 수행하였다. 고지자기자료처리는 직교소자도(Zijderveld, 1967)상에 나타나는 방향 변화로부터 주성분 분석법(Kirschvink, 1980)을 이용하여 각 방향 성분을 추출하였으며, 주성분 분석법 적용 시에는 일직 선상에 나타나는 최소한 3점 이상의 점들과 원점을 이용하여 Anchored Line Fit Method* 적용하였다. 각 암석 시료로부터 추출된 특성잔류자화 방향에 대하여 Fisher의 구면통계법 (Fishsei; 1953)을 이용하여 노두별, 층별 평균값을 산출하였다.
- 충남 탄전지역 대동누층군의 층서는 여러 연구자에 의해 구분되었으나 본 연구에서는 서해 길 등(1980)의 층서 구분을 따랐다. 연구지역의 대동 누층군은 (Fig.
성능/효과
- 10개 지점에서 추출된 조계리층의 평균 방향은 경사 보정 전이 D/I=71.2°/63.2°(k=6.5,α95=20.4º)이며경사보정 후는 D/I=75.9°/35.8° (k=70.3, α95=5.8°)로계산되었다. 백운사층과 아미산층의 시료 채취 지점의 수가 각각 두 개로써 각층들의 평균 방향의 의미는 없으나, 연구지역 대동 누층군의 평균 방향을 계산하기 위해서 백운사층과 아미산층을 포함한 14개 지점의 특성 잔류 자화 방향을 사용하였다.
- 백운사층과 아미산층의 시료 채취 지점의 수가 각각 두 개로써 각층들의 평균 방향의 의미는 없으나, 연구지역 대동 누층군의 평균 방향을 계산하기 위해서 백운사층과 아미산층을 포함한 14개 지점의 특성 잔류 자화 방향을 사용하였다. 14개 지점에 대한 경사보정 전의 특성잔류자화 방향은 D/I=61.9°/52.8°(k=4.4, α95=21.5°)이며 경사보정 후의 방향은 D/I=74.5°/36.7°(k=60.7,α95=5.1º)로써 경사보정 후의 방향이 보다 집중 분포함을 관찰할 수 있었으며 (Table. 1,Fig. 3)이 방향을 충남지역 대동 누층군의 대표 평균 방향으로 사용하였다.
- 변형 작용 이후에 획득된 이 차점을 종합해보면서 산층군의 재자화는 연구지역의 변성 . 변형 작용 이후에 획득된 이차 자화라는 점을 종합해보면 서산층군의 재자화 획득 시기는 고지 자기극의 위치 비교에서 해석한 것 중 쥬라기에 연구지역의 대보화강암의 정치와 연관이 있는 것으로 해석된다.
- 민경덕 등(1992)의 선행연구에서는 백운 사단 층대를 중심으로 서북측 지괴와 남동 측 지괴의 특성 잔류 자화의 방향이 약 45° 정도 차이가 있음을 보고하였으며 이는 백운사 단층대의 형성에 따른 지괴 간 상대적 회전 운동에 기인 한다고 해석하였다. 본 연구에서 구한 충남지역 대동누층군의 특성잔류자화 방향은 대부분 조계리층의 제한된 지역에서 얻어진 것(Table 1, Fig. la)으로써 연구결과의 충남지역 대동 누층군에 대한 대표성은 제한되나 앞에 언급한 지역간의 특성잔류자 화 방향의 차이는 인지되지 않았다.
- 본 연구에서 얻어진 충남지역에 분포하는 대동 누층 군의 특성잔류자화 방향은 경사보정전이 D/I=61.9º/52.8°(k=4.4, α95=21.5°)이며 경사보정 후의 방향은 D/I=74.5º/36.7°(k=60.7, α95=5.1°)로써 경사보정 후의 방향이 보다 집중 분포함을 관찰할 수 있었다(Table 1, Fig. 3). 이와 같은 결과는 특성잔류자화 방향이 연구지역의 단층 및 습곡 형성 등의 지질구조 형성에 영향을 미쳤던 쥬라기의 대보조산운동 또는 백악기의 불국사조산운동 이전인 대동 누층군의 생성 시기인 중기~후기 트라이아스기에 획득된 일차 자화임을 지시하고 있으며 김성욱과 김인수(1998)와 Uno and Chang(2000)51 연구 결과와도 잘 일치하고 있다.
- 서산층 군의 특성잔류자화 방향은 연구지역 전체 또는 층별 평균 방향의 결정이 불가능할 정도로 분산되는 양상을 나타냄으로 지점 평균 분산도(α95)의 값이 40° 미만인 6개 지점으로부터 평균 방향을 구하였으며, 평균 방향은 경사보전전이 D/I=45.7°/60.1°(k=41.2, α95=10.6°), 경사보정 후의 방향은 D/I=38.8º/32.2° (k=7.5,α95=26.1°)로 계산되었다(Table 2, Fig. 5). 암석 생성 이후의 변성·변형작용은 암석에 영향을 미치며, 그 영향은 암석 내의 특성잔류자화 방향의 변화로써 기록되는 한편 지체 구조운동을 유발시킨 응력은 암석의 엽리, 습곡, 단층 등의 형성 원인이 될 뿐만 아니라 암석 내의 자성 광물의 변형 및 재배 열을 유발시킴으로써 대자율 이방성을 증가시킨다.
- 5에 도시하였다. 참고로 이와 함께 33개 사이트 중 낮은 자화 강도로 인해 최소 3개 미만의 시료에서만 방향이 추출된 8개 지점의 결과를 제외한 25개 지점 각각의 평균 방향을 평균한 전체 평균 방향은 지층 경사 보정 전이 D/I=356.0º/49.8º(k=5.6, α95=13.4º)이며 경사 보정 후의 방향은 D/I=355.0º/22.5º(k=2.6,α95=23.1º)로 계산되며, 25개 지점 197개 시료의 방향을 평균한 방향은 지층경사보정전이 D/I=5.3º/51.8°(k=1.8, α95=10.9º)이며 경사보정 후 방향은 D/I=0.3º/10.5°(k=1.5, α95=13.9°)로써 평균방향의 신뢰도가 매우 낮게 나타나고 있다(Table 2).
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