Facies and Architectural Analysis of the Jeokgakri Formation (Cretaceous), Tongri Basin, Korea = 통리 분지 적각리층의 퇴적상 및 퇴적구성요소 분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Sedimentary facies and architectural element analysis of the Cretaceous Jeokgakri Formation in the Tongri Basin, Taebaek and Samcheok cities, central eastern Korea, were conducted to reconstruct depositional processes. Thirteen facies, including six subfacies, were identified. These comprise: (1) Mud-matrix massive gravelstone (Facies Gm1/Gm2), (2) Sand-matrix massive gravelstone (Facies Gs1/Gs2), (3) Horizontally stratified gravelstone (Facies Gh), (4) Cross-bedded gravelstone (Facies Gx), (5) Patch of gravelstone (Facies Gp1/Gp2), (6) Gravelly sandstone (Facies gS), (7)-(10) Massive- to crudely stratified sandstone/muddy sandstone/sandy mudstone/mudstone (Facies S/mS/sM/M), (11)-(12) Patch of sandy mudstone/muddy sandstone (Facies sMp/mSp), (13) Cross-stratified sandstone (Facies Sx). These facies are interpreted as the products of cohesive debris flow (Gm), cohesionless debris flow or hyper-concentrated flow (Gs, gS), streamflow (Gh, Gx, Gp2, Sx), and overland flooding or mudflow (Gp1, S, mS, sM, M, sMp, mSp). Based on the facies, internal and external geomorphic architecture, three architectural elements, Scour Fills (Element SCF), Stacked Gravel Sheets (Element SGS), and Stacked Fines (Element SF) were identified. These are interpreted as a scour-and-fill process, aggradation of low-relief gravel sheets, and aggradation of overflooding flows, respectively, indicating deposition within an alluvial fan environment.
Analysis of the spatial distribution and vertical stacking patterns of architectural elements and their constituent facies reveals three key findings. (1) SF element distribution and maximum clast size, together with paleo current data, collectively indicate that the Jeokgakri Formation was an east-to-west developed alluvial fan depositional system, (2) Down-fan trends are process-dependent, likely associated with infiltration and related flow characteristics, and (3) Large-scale retrogradation-progradation patterns are recognized, which might indicate involvement of structural movements during the basin evolution. The facies-architectural model of an alluvial fan based on the Jeokgakri Formation may provide a more detailed framework for interpreting an alluvial fan that comprises various processes.

국문 초록 (Abstract)

한반도 중동부 태백 및 삼척지역에 분포하는 통리분지의 백악기 적각리층의 퇴적환경 복원을 위해 퇴적상 및 퇴적구성요소 분석을 수행하였다. 6개의 아퇴적상을 포함한 전체 13개의 퇴적상이 인지되었으며, 이는 (1) 점토 기질 괴상 역암(Facies Gm1/Gm2), (2)사질 기질 괴상 역암(Facies Gs1/Gs2), (3) 수평층리 역암(Facies Gh), (4) 사층리 역암(Facies Gx), (5) 패치 형태의 역암(Facies Gp1/Gp2), (6) 역질사암 (Facies gS), (7)-(10) 괴상내지 희미한 층리의 사암, 니질 사암, 사질 이암, 이암(Facies S/mS/sM/M), (11)-(12) 패치상 니질 사암 및 사질 이암(Facies mSp/sMp), (13) 사층리 사암 (Facies Sx)으로 구성된다. 이러한 퇴적상들은 점성 암설류(Gm), 비점성 암설류 및 고농도 홍수류(Gs, gS), 하천류(Gh, Gx, Gp2, Sx) 및 범람류 또는 머드플로우(Gp1, S, mS, sM, M, mSp, sMp)의 과정으로 퇴적된 것으로 해석된다. 퇴적상의 특성과 내외부의 지형학적인 구조를 바탕으로, 세 가지 퇴적구성요소, 하도충진(SCF), 판상역암중첩SGS), 그리고 세립질 중첩(SF)이 확인되었으며, 각각은 침식 및 퇴적, 낮은 지형기복의 판상 및 엽상의 역암의 중첩, 그리고 범람성 세립퇴적물의 중첩과정을 지시하고, 이는 적각리층이 선상지 환경에서 퇴적되었음을 시사한다.
퇴적구성요소와 이를 이루는 퇴적상의 수평적 분포 및 수직적 적층 양상의 분석 결과, 다음과 같은 세 가지 주요 결론이 도출되었다: (1) 세립질 중첩 요소의 분포, 최대 역 크기, 그리고 고수류 방향 자료는 적각리층이 동에서 서로 퇴적물을 공급하는 환경이었음을 지시하며, (2) 선상지의 근위부에서 원위부로의 퇴적경향이 퇴적 작용 유형에 따라 달라지며, 이는 유수의 침투 및 퇴적 과정의 유체 특성 차이와 관련된 것으로 해석되고, 마지막으로 (3) 통리협곡에서 나타나는 대규모 후퇴 및 전진 퇴적 양상은 분지 진화 과정에서의 구조적 영향에 대한 가능성을 암시한다.
적각리층을 기반으로 구축된 본 연구의 선상지 퇴적상 및 퇴적구성요소 모델은, 다양한 퇴적과정이 공존하는 선상지 체계를 보다 정밀하게 해석하기 위한 유용한 해석 틀을 제공해 줄 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• 1. Introduction 1
• 2. Geological settings 3
• 3. Methods 6
• 4. Facies and architectural element analysis 8
• 4.1 Facies Analysis 8
• 4.1.1 Mud-matrix massive gravelstone (Facies Gm) 12
• 4.1.2 Sand-matrix massive gravelstone (Facies Gs) 23
• 4.1.3 Horizontally stratified gravelstone (Facies Gh) 31
• 4.1.4 Cross-bedded gravelstone (Facies Gx) 34
• 4.1.5 Patch of the gravelstone (Facies Gp) 38
• 4.1.6 Gravelly sandstone (Facies gS) 42
• 4.1.7 Massive- to crudely stratified- sandstone/muddy sandstone/sandy mudstone/mudstone (Facies S/mS/sM/M). 44
• 4.1.8 Patch of sandy mudstone / muddy sandstone (Facies sMp/mSp) 50
• 4.1.9 Cross-stratified sandstone (Facies Sx) 51
• 4.2 Architectural element analysis 54
• 4.2.1 Framework 54
• 4.2.2 Scour Fills (Element SCF) 56
• 4.2.3 Stacked Gravel Sheets (Element SGS) 59
• 4.2.4 Stacked Fines (Element SF) 62
• 4.3 Distribution of the architectural element and sedimentary facies 63
• 4.3.1 Relative proximity of the measured sections in the alluvial fan system 63
• 4.3.2 Proximal sectors description 65
• 4.3.3 Medial sectors description 69
• 4.3.4 Distal sectors description 100
• 4.3.5 Horizontal distribution of the architectural element and constituent facies 111
• 4.3.6 Vertical stacking patterns 114
• 5 Discussion 123
• 5.1 Depositional environment 123
• 5.2 Architectural elements and facies distribution 127
• 5.3 Vertical stacking patterns 131
• 6. Conclusion 135
• Acknowledgements 137
• References 138
• 국문초록 148