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손정희(Junghee Son),황인걸(In Gul Hwang) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
쇄설성 저어콘 연령분포와 저어콘 입도 분포의 상관관계를 이용해 저어콘 운반과정에서 발생할 수 있는 수력학적 분급의 영향을 확인하고자 포항분지 도음산 선상지 삼각주에서 쓰나미 기원 학천-초곡 거대저탁류(Unit P3.m2) 사암의 쇄설성 저어콘 U-Pb 연대를 측정하였다. 선상지 중심에서 북동쪽으로 전진하는 거대 저탁류를 따라 총 8개의 사암 시료(수평적 4개: Ta, 수직적 4개: Ta~Td)를 채취하였고, 시료에서 분리한 저어콘 입자로부터 2286 Ma ~ 14 Ma의 범위를 보이는 424점의 일치연대(concordant age)를 얻었다. 저어콘 입자들은 고원생대(2286 Ma ~ 1811 Ma), 트라이아스기(264 Ma ~ 214 Ma), 백악기(80 Ma ~ 66 Ma), 팔레오세-에오세(66 Ma ~ 40 Ma) 피크로 구성되며, 각 시료에서 산출되는 저어콘 입자 중 가장 젊은 저어콘 입자의 연대로 보아 거대저탁류 퇴적체의 형성시기는 14 Ma 이후 인 것으로 추정된다. 거대저탁류에 의해 운반된 저어콘은 실트에서 중립질 사암의 입도 범위를 보인다. 일반적으로 U-Pb 연대가 오래된 저어콘일수록 입도가 작아지는 경향을 보이지만, 평균 190±48 ㎛의 입도 분포를 보이는 백악기 저어콘의 경우 평균 102±33 ㎛의 입도 분포를 갖는 팔레오세-에오세 저어콘 보다 입자 크기가 커지는 특징을 보인다. 또한 저어콘의 입자 크기는 같이 운반된 사암의 입자 크기와 밀접한 상관관계를 보인다. 일반적으로 중립질에서 조립질 사암은 저어콘의 입도와 양의 상관관계를 보이지만 세립질에서 극세립질 사암에서는 저어콘의 입도와 음의 상관관계를 갖는다. 거대저탁류의 상류에서 하류까지 수평적으로 채취된 4개의 시료에서 정규화된 저어콘 연령분포는 주로 백악기와 팔레오세-에오세 피크가 나타난다. 상류로 갈수록 상대적으로 입자가 큰 백악기 저어콘의 비율이 증가하고, 하류로 갈수록 입도가 작은 팔레오세-에오세 저어콘의 비율이 증가하는 경향을 보인다. 거대저탁류의 하류에서 수직적으로 채취된 4개의 저어콘 연령분포는 저탁류의 하부(조립질 사암)에서는 팔레오세-에오세 저어콘의 비율이 높은 반면, 중부(중립질 사암)로 갈수록 그 비율이 줄어드며, 상부(세립질 사암)에서는 팔레오세-에오세 피크와 백악기 피크의 비율이 거의 동일해지는 경향을 보인다. 이와 같은 쇄설성 저어콘의 연령분포 특성과 입자 크기의 상관성은 저어콘 연령분포가 유체역학적인 분급에 의해 조절됨을 시사한다.
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시추공과 육상노두에서의 열쇠층 대비를 통한 포항분지 연일층군의 퇴적환경 진화사
황인걸(In Gul Hwang),손정희(Junghee Son),조순미(Soonmi Cho) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
포항분지의 연일층군은 육상 노두와 시추공에서 확인되는 급격한 퇴적상 변화, 대규모 절단면 등의 열쇠층을 기준으로 4개의 퇴적단위로 구분되며, 각 퇴적단위는 시추공 대부분에서 확인되는 거대저탁류 퇴적층, 화산재 퇴적층 등의 열쇠층에 의해 세분된다. 분지형성 초기단계(Stage P1)인 초기 마이오세에는 분지 서쪽에서 조립질 퇴적물이 공급되어 천해형 선상지 삼각주가 발달하였으며, 분지가 침강함에 따라 길버트형 선상지 삼각주로 진화하였다. 이에 반해 분지 내부의 기반암 저지대에는 각력암, 이질 사암 및 사질이암, 탄질셰일과 재동된 화산재 퇴적층이 형성되었고(Stage P1.1) 기반암 고지대는 침식되었다. 분지가 침강함에 따라 분지 전체에는 반원양성 이암이 침전되었다(Stage P1.2). 초기 마이오세 말(Stage P2)에 들어와 분지 내부에서 침강이 일어나며 도음산 및 덕성 선상지 삼각주에서는 대규모의 절단면이 형성되었고 그 상부에는 조립질 선상지 삼각주가 퇴적되었다. 단층면의 불안정한 퇴적물은 재동되어 분지 내부에서는 두꺼운 이암 사이에 분포하는 사암군집이 퇴적되었고, 그 상부에는 두꺼운 이암만 퇴적되었다. 중기 마이오세(Stage P3)에 들어와 분지 서쪽에서 퇴적물 공급량은 급격히 감소하여 조립질 선상지 삼각주 상부에 세립질 선상지 삼각주가 형성되었다. 분지 내부에는 반원양성 이암과 저탁류에 의해 퇴적된 사암/이암이 교호한다. 시추공에서 이 구간의 최하부(Stage 3.1)는 상향 조립화 경향을 보이는 이암 및 사암이 특징이며, 이는 세립질 선상지 삼각주가 점차 분지 쪽으로 전진 구축하며 형성된 것으로 보인다. 두께 1.5 m ~ 18 m에 이르는 사암/이암으로 구성된 거대저탁류 퇴적층(Stage P3.m1.1)이 대부분의 시추공에서 확인되며, 이는 분지 주변의 대규모 지진에 의해 사면 퇴적물이 대부분 재동된 결과로 해석된다. 불안정한 침식면은 다시 재동되어 그 상부에 수 m 내외의 거대저탁류 사암/이암(Stage P3.m1.2) 퇴적되었다. 거대저탁류 퇴적층 상부는 반원양성 이암, 저탁류 사암/이암 및 혼합류(hybrid flow)에 의해 퇴적된 이질 역암이 퇴적되었으며(Stage P3.m2), 그 상부에는 분지 외곽의 화산 분출에 의한 데사이트질 화산재 퇴적층이 피복되었다(Stage P3.ash). 이후 분지 서측의 퇴적물 공급량이 점차 감소하면서 상향 세립화 경향을 보이는 반원양성 이암 및 저탁류 사암/이암이 퇴적었으며, 이 시기 후반부에 들어와 쓰나미에 의한 것으로 추정되는 2차 거대저탁류 사암/이암(Stage P3.m2)이 육상 노두에서 확인된다. 분지 형성 후기 인 중기 마이오세 후반부(Stage P4)에는 분지 서측에서 쇄설성 퇴적물 공급이 중단되어 두꺼운 규조질 이암이 퇴적되었다.
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황인걸(In Gul Hwang),손정희(Junghee Son),조순미(Soonmi Cho) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
포항분지 18개의 심부 시추공에서는 페름기에서 초기 마이오세에 이르는 다양한 기반암이 나타난다. A-, B- C-공의 심부에서는 (화강)섬록암이 확인되며, 저어콘 SHRIMP 연대측정결과 페름기(259.0±3 Ma, C-1,242 m; 276.2±6 Ma, C-1,453 m)에 형성되었음을 지시한다. (화강)섬록암은 각섬석 화강암에 의해 관입되었으며, 연대측정 결과는 쥬라기(199.0±2 Ma, C-2,347 m)를 지시한다. 이 연대측정결과는 Lee et al .(2008)이 측정한 Rb/Sr 연대측정 결과(60±12 Ma ~ 94±43 Ma)와 다르다. 대부분의 시추공에서 확인되는 백악기 화산암류는 저어콘 SHRIMP 연대측정 결과 초기 백악기 말(110 Ma, D-1,174 m; 105 Ma, E-1,184 m; 107 Ma, G-902 m)에서 후기 백악기 말(66.96 Ma, C-1,221 m; 66.52±0.55 Ma, PH-CLH-1-575 m)까지 분출하였음을 지시한다. 일부 화산암류는 재동되어 화산재 기질이 없는 역암 및 사암 또는 적색의 이암으로 나타나기도 한다. 백악기 화산암 내부에는 적색을 띠며, 행인상 구조를 보이는 안산암질 용암류도 분포한다. 백악기 화산암 사이에는 하성 및 호성 환경에서 퇴적된 백악기 퇴적암류도 분포한다. BH-1공의 876 m ~ 1100 m 구간의 하성 및 호성 사암 및 이암은 재동된 화산암이 거의 나타나지 않는 점으로 보아 신동층군 혹은 하양층군과 유사하다. 그러나, 470 m ~ 530 m 구간의 역암, 사암 및 이암도 하성 및 호성환경에서 퇴적되었으나 다량의 재동된 화산퇴적물을 포함하는 점으로 보아 유천층군과 대비된다. A, C, D, E 공 등에서도 다량의 화산 퇴적물을 포함하는 하성 및 호성 퇴적물이 분포하며, 특히 A-공과 C-공의 퇴적암은 열변성을 심하게 받았고 교란이 심하여 화구 인근에서 퇴적된 것으로 추정된다. B-공의 672.5 m ~ 950 m 구간과 E-공의 668 m ~ 890 m 구간의 고화가 심하지 않은 적색 및 녹색 이암, 사암 및 역암은 기존 연구에서 연일층군으로 기재되어 있으나 역의 원마도가 양호하고 부분적으로 고화된 점으로 보아 백악기 퇴적층으로 추정된다. PYDC-공에서는 불국사 화강암과 대비되는 화강암도 분포한다(65.9±1.4 Ma; PYDC–923 m). 백악기 화산암 및 퇴적암 상부는 팔레오세 ~ 에오세에 분출한 곡강동 유문암과 대비되는 화산암으로 구성되어 있다(49.4±3.7 Ma, PH-CLH-2-570 m). F-공 및 PYDC-공에서는 장기분지의 성동리층과 유사한 데 사이트질 화산재와 이암, 탄질셰일, 사암 및 역암도 분포하며, 영일만 내부의 탄성파 탐사 결과 주로 이암으로 구성되어 진폭이 약한 연일층군 하부에 분포하는 강한 진폭을 보이는 반사면은 화산 퇴적물이 교호하는 장기층군으로 추정된다. PH-CLH-3공에서는 시대 미상의 현무암질 안산암이 분포하며, 이는 장기분지의 뇌성산 현무암질암과 대비되는 것으로 추정된다.
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