한반도 남동부 제4기 단층운동 특성 : : 양산단층과 곡강단층을 중심으로 = Characteristics of the Quaternary Faults in SE Korea: Insight from the Yangsan Fault and Gokgang Fault

국문 초록 (Abstract)

한반도 남동부에 분포하는 주요 구조선인 양산단층과 마이오세 포항분지 내 가장 규모가 곡강단층을 중심으로 고지진학적 정보를 수집하고 제4기 단층운동의 특성을 이해하고자 하였다. 양산단층에서는 기존에 보고된 반곡단층, 유계단층, 보경사 단층이 분포하는 중북부를 대상으로 조사를 수행하였고, 곡강단층은 2017년 포항지진으로 지표변형이 집중된 흥해지역을 연구지역으로 설정하였다.
먼저 양산단층에서 제4기 단층운동이 확인된 구간은 반곡분절과 유계분절로 명명하였고, 이들 각 분절에 대한 고지진학적 정보를 요약하면 다음과 같다. 반곡분절은 북북동-남남서 방향에 동쪽으로 경사진 기하를 가지며, 총 2.1 ㎞의 길이를 가지는 것으로 해석된다. 굴착조사를 통해 반곡분절은 제4기 동안 최소 2회의 역이동성 우수향 주향이동운동을 겪은 것으로 밝혀졌으며. 최후기 운동시기가 0.99±0.04-3.2±0.3 ka로 홀로세(Holocene)에 활동한 제4기 단층이다. 이 분절에서 확인된 취후기 단층운동의 실변위는 0.57-0.78 m로 최소 2회의 단층운동이 있었던 것으로 판단된다. 유계분절은 유계분절-1과 유계분절-2로 구분되며 각각 0.76 ㎞와 6.8 ㎞의 길이를 가진다. 두 소분절은 모두 북북동-남남서 방향을 가지나 유계분절-1은 동쪽으로 경사지며, 유계분절-2는 서쪽으로 경사진다. 유계분절-1은 발생한 누적수직변위는 1.4-1.6 m이며, 최소 1회의 단층운동을 겪은 것으로 보고되었다. 또한 최후기 운동시기는 1,314 yr BP(AD 636) 이후로 홀로세(Holocene)에 활동한 제4기 단층이으로 기존에 보고된 제4기 단층 중 가장 최근에 활동한 단층이다. 유계분절-2에서 야외조사와 굴착조사를 통해 확인된 누적실변위는 1.1 m이며, 제4기 동안 최소 1회의 단층운동을 겪었을 것으로 판단된다. 유계분절-2는 최후기 운동시기가 0.9±0.1-154±13 ka로 중기 플라이스토세(Middle Pleistocene) 이후에 활동한 제4기 단층이다. 반곡분절과 유계분절은 모두 동북동-서남서 방향의 현생응력장 하에서 기존 양산단층의 주단층대가 역단층성 우수향주향이동으로 재활된 결과로 해석된다.
곡강단층의 곡강분절은 두 개의 소분절(곡강분절-1, -2)로 구분되며, 곡강분절-1은 북북동-남남서 방향에 서쪽으로 경사지는 기하를 가지며 총 2.5 ㎞의 길이를 가지고, 곡강분절-2는 북동-남서 방향에 동쪽으로 경사지는 기하를 가지며 총 3.3 ㎞의 길이를 가진다. 단층조선은 우수향 주향이동 성분을 포함하는 역이동성 운동이 우세함을 지시한다. 곡강분절의 최후기 단층운동의 실변위는 곡강분절-1이 1.37 m, 곡강분절-2가 0.09 m로 확인되며, 두 개의 분절은 제4기 동안 최소 2회의 단층운동을 겪었을 것으로 판단된다. 곡강분절-1의 최후기 운동시기는 0.17±0.01 ka 이후, 곡강분절-2의 최후기 운동시기는 148±7 ka 이후에 활동한 제4기 단층이다.
양산단층의 반곡분절과 유계분절 그리고 마이오세 포항분지 내 곡강단층의 곡강분절은 기하, 연장, 운동학적 특성 등에서 큰 차이를 보인다. 양산단층을 따라 확인된 분절들은 직선적으로 긴 연장성을 보이며 단층운동 관련 지형적 증거가 뚜렷하게 발달하는 반면, 곡강분절은 단층운동을 지시하는 지형발달이 미약하고 직선적으로 분포하지 않는다. 또한 단층조선으로 복원된 고응력장은 양산단층에서 동북동-서남서 방향의 최대수평응력과 R`값이 1.79로 주향이동환경을 지시한다. 반면 곡강분절에서는 북서-남동 방향의 최대수평응력과 R`값이 2.5로 순수압축환경을 지시한다. 뿐만 아니라 제4기 단층의 분포과 재활 특성에서도 차이를 보인다. 양산단층의 반곡분절과 유계분절은 기존 양산단층의 단층핵의 서편 경계부를 따라 재활되는 양상을 보이며, 지형분석을 통해 제4기 단층이 있었을 것으로 추정되는 구간 또한 양산단층의 분포와 일치한다. 또한 노두나 굴착단면에서 확인된 제4기 단층의 자세는 기존의 양산단층의 자세와 유사한 북북동 방향의 주향과 반곡분절은 동쪽으로, 유계분절은 서쪽으로 경사지는 특징을 보인다. 반면 마이오세 포항분지 내 곡강분절은 연장성이 불량하며 노두나 굴착단면에서 확인되는 제4기 단층의 자세도 지점별로 큰 차이를 보인다. 양산단층과 곡강단층에서의 제4기 단층의 기하와 운동학적 차이는 기존 단층대의 구조에 의해 규제되며, 각 단층대의 성숙도에 따라 재활특성의 차이를 보이는 것으로 해석된다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• II. 지질학적 배경 4
• 1. 동아시아 일원의 지구조 환경 4
• 2. 한반도 신기지각변형 8
• 3. 한반도 남동부 주요 구조선 12
• 가. 양산단층계 12
• 1) 개요 12
• 2) 변형사 14
• 3) 분절 17
• 4) 제4기 단층운동 19
• 나. 연일구조선과 마이오세 분지경계 단층 21
• 1) 개요 21
• 2) 기하적운동학적 특징과 분포 24
• 3) 연일구조선 및 울산단층을 따라 분포하는 제4기 단층 25
• 4) 마이오세 분지 인근 제4기 단층 26
• III. 연구방법 42
• 1. 조사지역 설정 42
• 가. 양산단층 42
• 나. 곡강단층 (마이오세 분지 내부 단층) 42
• 2. 고지진학적 연구방법 45
• 가. 기존문헌 조사 45
• 나. 지형분석 45
• 다. 지표지질조사 47
• 라. 지구물리탐사 47
• 마. 굴착조사 및 연대분석 47
• IV. 양산단층의 제4기 단층운동 특성 50
• 1. 개요 50
• 2. 양산단층의 제4기 단층 52
• 가. 반곡분절 52
• 1) 개요 52
• 2) 지형분석 54
• 3) 굴착조사 및 연대측정 55
• 4) 고지진학적 분석 60
• 나. 유계분절 62
• 1) 개요 62
• 2) 지형분석 66
• 3) 지표지질 조사 68
• 4) 지구물리탐사 70
• 5) 굴착조사 및 연대측정 71
• 6) 고지진학적 분석 75
• V. 곡강단층의 제4기 단층운동 특성 79
• 1. 개요 79
• 2. 지표지질 조사 83
• 가. 층리 83
• 나. 절리 85
• 다. 기반암 단층 분석 88
• 3. 지형분석 결과 93
• 4. 지구물리탐사 및 시추조사 97
• 5. 제4기 단층추적을 위한 지표지질조사 99
• 6. 굴착조사 및 연대측정 결과 107
• 7. 고지진학적 해석 117
• VI. 토의 119
• 1. 기존 구조와 제4기 단층 119
• 2. 분절별 지진규모 산정 126
• 3. 변형분할 129
• 4. 단층의 성숙도와 분절화 131
• VII. 결론 138

참고문헌 (Reference)

1. Segmentation of the Yangsan fault system: Geophysical studies on major faults in the Kyeongsang basin: 지질학회지, v. 27, no. 4, p. 434-449, Jin, Y. G, Lee, K., Segmentation of the Yangsan fault system: Geophysical studies on major faults in the Kyeongsang basin: 지질학회지, v. 27, no. 4, p. 434-449, , 1991