[논문]태백산분지 캠브리아 중기 대기층 내의 탄산염 각력암

장휘민; 손미라; 유인창

doi:10.9719/eeg.2019.52.5.381

태백산분지 캠브리아 중기 대기층 내의 탄산염 각력암
Carbonate Breccias of the Middle Cambrian Daegi Formation, Taebaeksan Basin 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.52 no.5, 2019년, pp.381 - 393

장휘민 (경북대학교 자연과학대학 지질학과) , 손미라 (경북대학교 자연과학대학 지질학과) , 유인창 (경북대학교 자연과학대학 지질학과)

초록
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태백산분지 백운산 향사대의 남쪽 경계부를 따라 대상으로 분포하는 캠브리아 중기 대기층 내에는 탄산염 각력암들이 국부적으로 발달한다. 대기층 내에 발달하는 탄산염 각력암들은 그동안 단층과 연계되어 발달하는 단층 각력암, 또는 퇴적 당시의 요인에 의한 퇴적 각력암 등으로 해석되어 왔다. 그러나 최근의 연구결과는 이러한 탄산염 각력암들의 대부분이 고기 카르스트의 형성과 성인적으로 연계되어 발달하는 용식 붕락 각력암이라는 것을 지시한다. 카르스트의 형성은 탄산염 대지의 장기간에 걸친 대기 노출에 기인하며 탄산염 대지에 있어서 퇴적작용의 중단을 의미한다. 대기 노출 과정 동안 카르스트의 발달과 연계되어 형성된 이러한 퇴적층들은 층서 기록상 천수에 의한 속성작용, 고토양층 및 용식 붕락 각력암 등으로 인지될 수 있다. 특히, 대기 노출면 하부에 발달하는 용식 붕락 각력암들은 비교적 보존이 잘 되기 때문에 탄산염 대지의 대기 노출에 대한 증거로 삼고 있으며, 층서 기록상 부정합과 밀접한 관계를 가지며 부정합면 직하부의 탄산염암층에 잘 나타난다. 캠브리아 중기 대기층 내에 발달하는 탄산염 각력암들의 대부분은 이러한 고기 카르스트의 형성과 연관된 용식 붕락 각력암의 예를 잘 보여준다. 대기층 내에 발달하는 용식 붕락 각력암들의 존재는, 곧 대기층 내에 고기 카르스트의 형성과 성인적으로 연계되는 대기 노출면 및 이에 따른 층서적 불연속면(부정합)의 존재를 시사한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Carbonate breccias occur sporadically in the Middle Cambrian Daegi Formation on the southern limb of the Baegunsan Syncline, Taebaeksan Basin. These carbonate breccias have been largely interpreted either as sedimentary breccias or as tectonic, fault-related breccias. Recent study, however, indicates that the majority of these breccias are a solution-collapse breccia which is causally linked to the paleokarstification. Extensive karstification is attributed to prolonged subaerial exposure of the carbonate platform. The exposed surface is a record of interruption in sedimentation on the carbonate platform. In the stratigraphic record, such karst-related post-depositional features are recognized as meteoric diagenetic features, paleosols, and solution-collapse breccias. Solution-collapse breccias are particularly well preserved and most profound in the carbonate rocks below the major unconformities, which also are evidence of prolonged subaerial exposure. The Middle Cambrian Daegi Formation provides an example of solution-collapse breccias. The formation and preservation of the solution-collapse breccias imply that a stratigraphic discontinuity surface (unconformity) can be designated within the Daegi Formation.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Simplified tectonic map of the Korean Peninsula (inset) and geological map of the Taebaeksan Basin (modified from GICTR, 1962). NM: Nangrim Massif, PB: Pyeongnam Basin, IB: Imjingang Belt, GM: Gyeonggi Massif, OB: Ogcheon Basin, TB: Taebaeksan Basin, YM: Youngnam Massif, GB: Gyeongsang Basin.
그림 Fig. 2. Lithostratigraphy of the Joseon Supergroup.
그림 Fig. 3. Biozones and lithostratigraphic subdivision of the Daegi and Myobong formations.
그림 Fig. 4. Lithofacies of the Myobong and Daegi formations. (a) Laminated mudstone (Myobong Formation). (b) Ooid/oncoid limestone capped by hummocky cross-bedded fine-grained sandstone blocks. (c) Siliceous sponge-Epiphyton buildups. (d) Anastomosing limestone.
그림 Fig. 5. Aerial photograph of the carbonate breccias developed in the middle part of the Daegi Formation (younging to the left) and simplified geological map along the Nakdong River near the Dongjeom area. In the aerial photograph, the upper boundary of breccia zone is relatively planar but the lower is irregular (men for scale; dotted circle).
그림 Fig. 6. Stratigraphic columnar section measured along the Nakdong River near the Dongjeom area.
$Fig. 7. Occurrences of the carbonate breccias in the middle part of the Daegi Formation. (a) Extensional fractures are formed within a boulder-size carbonate breccia and filled with micrite. (b, c) Large and small scale mosaic breccias represent clastsupported and jigsaw textures, and extensional fractures are also formed within framework clasts. Mosaic breccias differ from fracture breccias in that relative rotation and movement of each clast. Void-fillings include matrix composed of coarse sand-size micritic grains with minor siliciclastic mud. (d) Clast-supported chaotic breccias displaying random orientation of dolomitic clasts with the abundant micritic matrix. Clasts are more rounded than other type of breccias.$ 그림 Fig. 7. Occurrences of the carbonate breccias in the middle part of the Daegi Formation. (a) Extensional fractures are formed within a boulder-size carbonate breccia and filled with micrite. (b, c) Large and small scale mosaic breccias represent clastsupported and jigsaw textures, and extensional fractures are also formed within framework clasts. Mosaic breccias differ from fracture breccias in that relative rotation and movement of each clast. Void-fillings include matrix composed of coarse sand-size micritic grains with minor siliciclastic mud. (d) Clast-supported chaotic breccias displaying random orientation of dolomitic clasts with the abundant micritic matrix. Clasts are more rounded than other type of breccias.
그림 Fig. 8. Stratigraphic subdivision of the Daegi Formation based on vertical variations of CaO and MgO contents (wt.%) (modified from Kim et al., 2017). Asterisks in right represent stratigraphic level where photographs are taken (see figure 9).
그림 Fig. 9. Photographs of three stratigraphic subdivisions which are divided by vertical variations of CaO and MgO contents (wt.%) from drilling core IG16-3. Note that carbonate breccias show jigsaw textures in the middle dolomite zone.

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 최근의 층서학적 연구결과에 의하면, 대기층 중부 구간에서 대기 노출을 지시하는 파이프(pipe) 형태의 테라로사(terra rossa)의 고토양이 발견되었으며(Sim and Lee, 2006), 이러한 연구결과는 대기층 내에도 광역적 해수면 하강에 따른 고기 카르스트의 발달과 관련한 용식·붕락 기원의 탄산염 각력암과 함께 부정합면과 같은 층서적 불연속면이 존재할 가능성을 시사한다. 본 연구는 대기층의 층내 부정합면 가능성을 검토하기 위하여 동점 단면의 대기층 중부 구간에서 나타나는 탄산염 각력암층에 대해 집중적으로 기재하고, 그 결과를 바탕으로 탄산염 각력암의 성인과 층서적 의미를 고찰하였다.

가설 설정

2. 대기층 내 용식·붕락 각력암층들의 존재는 대기층 내에 해수면 하강에 의한 대기 노출면과 이에 따른 층서적 불연속면(부정합)의 존재를 시사한다.
(a) Extensional fractures are formed within a boulder-size carbonate breccia and filled with micrite. (b, c) Large and small scale mosaic breccias represent clastsupported and jigsaw textures, and extensional fractures are also formed within framework clasts. Mosaic breccias differ from fracture breccias in that relative rotation and movement of each clast.

제안 방법

5. Aerial photograph of the carbonate breccias developed in the middle part of the Daegi Formation (younging to the left) and simplified geological map along the Nakdong River near the Dongjeom area. In the aerial photograph, the upper boundary of breccia zone is relatively planar but the lower is irregular (men for scale; dotted circle).
3 and 6). 이에 따라 대기층의 암층서적 하부 경계에 대해 여러 견해가 존재하나(Han, 1969; Cheong, 1969; Fig. 3), 본 연구에서는 묘봉층의 흑회색 슬레이트로부터 층서적 상부로 가면서 처음으로 나타나는 석회암층(어란상 및 온코이드 입자암)의 하부 경계면을 대기층의 하부 경계로 정하였다(Figs. 4 and 6). 대기층의 하부 구간은 주로 어란상 및 온코이드 입자암, 생쇄설물 입자암, 괴상 또는 초상 석회암과 셰일로 구성되며 중부 구간에는 백운암화 과정을 거친 괴상 또는 초상 석회암이 탄산염 각력암과 함께 나타난다(Figs.

대상 데이터

본 연구의 대상층인 캠브리아기 대기층은 Kobayashi (1930)에 의해 최초로 대기석회암(Daegi Limestone)으로 명명되었다. 이후, GICTR(1962)이 동일한 지층을 풍촌석회암(Pungchon Limestone)으로 개칭하였으며, 결과로 그동안 연구자들 사이에서는 대기석회암 또는 풍촌석회암으로 두 지층명이 혼용되어 왔다(Fig.
연구지역 대기층의 총 두께는 약 332.6m이며, 탄산염 각력암층은 총 101.7m의 두께로 중부 구간에 집중적으로 나타난다(Figs. 5 and 6). 노두 단면의 제한된 노출로 각력암층의 횡적 연장은 정확히 알 수 없으나, 연구지역과 가까운 북서쪽 인근 시추코어에서도 탄산염 각력암이 나타난다(Park and Han, 1987b, 1987c).

이론/모형

탄산염 각력암의 조직과 배열상태 등과 같은 기재적 (descriptive) 특징에 기초한 Kerans(1988, 1993)의 분류법을 인용하여 동점 단면 대기층의 탄산염 각력암을 파 쇄 각력암(fracture breccia), 모자이크 각력암(mosaic breccia) 및 난상 각력암(chaotic breccia)으로 분류하였다. 각 각력암은 서로 수직적으로 연관되어 산출되는 것이 일반적이지만(Kerans, 1988, 1993), 대기층의 각력암들은 수직적으로 연관되어 나타나지 않고 함께 혼재되어 나타나는 것이 특징이다.

성능/효과

1. 동점 지역 대기층 내에 발달하는 탄산염 각력암층은 그 산출상태를 기준으로 캠브리아 중기에 전 세계적으로 일어난 해수면 하강에 의해 발달된 고기 카르스트와 연계되어 형성된 용식·붕락 각력암층으로 판단된다.
3. 수직 층서상 단순한 해퇴에 이은 해침의 퇴적윤회로 해석되어져 왔던 대기층과 직상부의 세송층과의 층서 관계는 재조명되어야한다. 즉, 캠브리아 중기 동안에 탄산염 대지 환경 하에서 퇴적된 대기층은 계속되어진 해퇴에 의해 대기 중에 노출되었던 것으로 판단되며, 대기노출에 의한 고기 카르스트의 발달과 용식·붕락 각력암의 형성 및 이에 따른 층서적 불연속면 (부정합)이 해퇴상의 대기층 위에 기록되었고, 이후 해침상의 대기층과 세송층이 층서적 불연속면(부정합) 위에 차례로 퇴적되었던 것으로 재해석되어야 한다.
5. 대기층 내에 존재하는 층서적 불연속면(부정합)은 북미 대륙의 캠브리아 중기 퇴적층 내에 발달하는 부정합면(sub-Sauk I/II sequence boundary)과 대비된다. 따라서 대기층 내의 용식·붕락 각력암들은 지역 간 층서 대비뿐만이 아니라 광역적 층서대비에 있어서 층서적 불연속면(부정합)을 지시하는 중요한 건층으로 사용될 수 있기 때문에 이들의 중요성이 강조되어야 한다.
따라서 이러한 증거들은 대기층 내의 부정합면과 같은 층서적 불연속면이 태백산분지 전 지역에 걸쳐 존재할 가능성을 뒷받침한다. 결론적으로 야외 증거 및 지화학적 증거에 기초하여 대기층의 탄산염 각력암은 태백산분지의 지역 간 캠브리아기 층서 대비에 있어 새로운 건층으로 활용될 수 있다는 층서적 중요성을 내포한다.
셋째, 탄산염암에는 주로 폭풍이나 퇴적물 중력류와 같은 퇴적기원으로 각력암이 발달할 수 있으며, 그에 따라 평력암(flat-pebble conglomerate)이나 암설류 퇴적물(debris flow deposit)로 나타날 수 있다. 먼저 평력암은 수직 단면상에서 주로 원마도가 좋은 판상 입자들이 무질서하게 배열된 조직을 보이며 수 cm 내지 수십 cm의 두께로 나타나는 것으로, 일반적으로 탄산염 대지에서 덜 고화된 퇴적층이 폭풍의 영향으로 침식된 후 이동 및 재퇴적 된 것으로 해석된다(Choi et al.
첫째, 단층 각력암은 지각의 취성(brittle) 영역에서 작용하는 응력에 의해 형성된 단층으로 형성된다. 이러한 단층 각력암은 단층면에 규제되면서 입간 경계를 따른 회전이나 미끌림(granular flow) 또는 입내 파괴 (transgranular fracturing) 등과 같은 마찰 작용으로 인해 뚜렷한 엽리 없이 무질서하게 발달하는 것이 일반적이다(Knipe, 1989; Sibson, 1977).

후속연구

4. 대기층 내에 발달하는 용식·붕락 각력암층들은 태백산분지 내 태백, 영월, 정선, 평창 및 문경 등지에 분포하는 캠브리아기 탄산염 퇴적층들의 층서적 상이성 및 연관성 등 태백산분지의 분지발달사를 비교 연구하는데 있어서 새로운 층서적 규범으로 사용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	카르스트의 형성은 무엇을 의미하는가?	그러나 최근의 연구결과는 이러한 탄산염 각력암들의 대부분이 고기 카르스트의 형성과 성인적으로 연계되어 발달하는 용식 붕락 각력암이라는 것을 지시한다. 카르스트의 형성은 탄산염 대지의 장기간에 걸친 대기 노출에 기인하며 탄산염 대지에 있어서 퇴적작용의 중단을 의미한다. 대기 노출 과정 동안 카르스트의 발달과 연계되어 형성된 이러한 퇴적층들은 층서 기록상 천수에 의한 속성작용, 고토양층 및 용식 붕락 각력암 등으로 인지될 수 있다.
	탄산염 각력암의 어떻게 분류되는가?	탄산염 각력암의 조직과 배열상태 등과 같은 기재적 (descriptive) 특징에 기초한 Kerans(1988, 1993)의 분류 법을 인용하여 동점 단면 대기층의 탄산염 각력암을 파 쇄 각력암(fracture breccia), 모자이크 각력암(mosaic breccia) 및 난상 각력암(chaotic breccia)으로 분류하였다. 각 각력암은 서로 수직적으로 연관되어 산출되는 것이 일반적이지만(Kerans, 1988, 1993), 대기층의 각력암들은 수직적으로 연관되어 나타나지 않고 함께 혼재되어 나타나는 것이 특징이다.

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