듀플렉스트러스트시스템의이해 - 옥천대태백산지역영월트러스트시스템에의 적용

장이랑,Jang, Yirang 대한자원환경지질학회 2019 자원환경지질 Vol.52 No.5

듀플렉스 시스템(duplex system)은 조산대의 진화에서 슬립을 전달하는 중요한 매커니즘 가운데 하나로 고려되어 왔다. 이들은 일반적으로 습곡-단층대의 후방지(hinterland)에 발달하며, 조산대를 이루는 총 수축의 많은 부분을 수용한다. 그러므로 듀플렉스의 구조기하학 및 키네마틱 진화에 대해 이해하는 것은 전체 조산대의 진화를 평가하는데 있어 중요한 정보를 제공할 수 있다. 듀플렉스는 지질도 상에서 트러스트들에 의한 폐곡선 형태의 단층 자취에 의해 인지되는데, 이들은 인편팬(imbricate fan) 시스템의 경우보다 높은 연결성을 보인다. 원래의 정의에 따르면, 듀플렉스는 바닥트러스트(floor thrust)와 지붕트러스트(roof thrust) 및 이들 사이의 인편상 트러스트(imbricate thrust)들에 의해 사방이 둘러싸인 포로암(horse)들로 구성된다. 이들은 광역적인 지층-평행 수축(layer-parallel shortening)을 수용하며, 바닥트러스트로부터 지붕트러스트로 단층을 따라 발생하는 슬립을 전달하는 역할을 한다. 그러나 인편상 단층이 바닥 및 지붕 트러스트 사이에서 발생하는 지층-평행 수축이나 변위 전달의 유일한 수단은 아니다. 지층-평행 수축 벽개(LPS cleavage)와 분리단층습곡(detachement fold) 또한 동일한 역할을 수행할 수 있다. 이러한 견지에서, 듀플렉스는 1) 단층 듀플렉스, 2) 벽개 듀플렉스, 3) 습곡 듀플렉스의 3가지 유형으로 나눌 수 있다. 단층 듀플렉스는 다시 Boyer-type 듀플렉스와 커넥팅-스플레이(connecting splay) 듀플렉스로 세분된다. 전자는 1980년대에 트러스트시스템의 개념을 적용하여 최초로 정의된 듀플렉스 형태이고, 후자는 듀플렉스 형성 시 포로암들의 발달 순서에 있어 전자의 듀플렉스와 차이를 가진다. 이들 단층 듀플렉스 유형은 전 세계적으로 주요 습곡-단층대의 구조진화 연구에 널리 적용되어왔다. 반면에, 벽개 듀플렉스 및 습곡 듀플렉스는 몇몇의 노두에서 선택적으로 보고된 내용에 기반하여 최근에 새롭게 제안된 듀플렉스 유형이다. 한반도 옥천대 내 태백산 분지 서쪽의 영월지역은 높은 연결성을 보이는 트러스트들에 의한 폐곡선 형태의 단층 자취가 잘 보존되어 있는 곳으로, 국내에서 습곡-단층대 내에서 트러스트시스템에 듀플렉스 모델을 적용시켜 볼 수 있는 최적의 연구지역이다. 이 지역 지질구조에 대한 구조기하학 및 키네마틱스 해석을 바탕으로 영월트러스트시스템은 'Boyer-type 후방지로 경사진 듀플렉스(hinterland-dipping duplex)' 및 '주요 인편상 트러스트와 커넥팅-스플레이로 구성된 듀플렉스(connecting splay duplex)'의 두 가지 모델로 해석된 바 있다. 영월지역 내에 고각의 지층과 트러스트들이 반복되고, 듀플렉스를 구성하는 각 포로암 내에 서로 다른 층서 패키지가 포함되는 등 여러 간접적인 증거들이 후자의 모델을 지지함에도 불구하고, 직접적인 야외 증거나 단층 활동에 대한 시간 정보 등이 부족하기 때문에 두 모델 중 어느 것이 더 적합한지를 판단하기에는 어려움이 따른다. 게다가 최근 새롭게 제안된 습곡 듀플렉스와 벽개 듀플렉스 모델 또한 영월트러스트시스템의 구조 해석에 적용될 수 있는 가능성이 있기 때문에, 향후 영월 및 주변 지역에 대한 추가 야외 지질조사 및 다양한 지구연대학적 연구가 추가적으로 요구된다. 이러한 후속 연구들의 결과는 옥천대의 형성 및 구조진화와 관련된 그간의 난제를 풀 수 있는 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대한다. The duplex system has been considered as an important slip-transfer mechanism to evaluate the evolution of orogenic belts. Duplexes are generally found in the hinterland portion of fold-thrust belts and accommodate large amounts of total shortening. Thus, understanding its geometric and kinematic evolution can give information to evaluate the evolution of the entire orogenic belt. Duplexes are recognized as closed-loop thrust traces on map view, indicating higher connectivity than imbricate fans. As originally defined, a duplex is an array of thrust horses which are surrounded by thrust faults including the floor and roof thrusts, and imbricate faults between them. Duplexes can accommodate regional layer-parallel shortening and transfer slip from a floor thrust to a roof thrust. However, an imbricate fault is not the only mean for layer-parallel shortening (LPS) and displacement transfer within duplexes. LPS cleavages and detachment folds can also play the same role. From this aspect, a duplex can be divided into three types; 1) fault duplex, 2) cleavage duplex and 3) fold duplex. Fault duplex can further be subdivided into the Boyer-type duplex, which was firstly designed duplex system in the 1980s that widely applied most of the major fold-thrust belts in the world, and connecting splay duplex, which has different time order in the emplacement of horses from those of the Boyer-type. On the contrary, the cleavage and fold duplexes are newly defined types based on some selected examples. In the Korean Peninsula, the Yeongwol area, the western part of the Taebaeksan Zone of the Okcheon Belt, gives an excellent natural laboratory to study the structural geometry and kinematics of the closed-loops by thrust fault traces in terms of a duplex system. In the previous study, the Yeongwol thrust system was interpreted by alternative duplex models; a Boyer-type hinterland-dipping duplex vs. a combination of major imbricate thrusts and their connecting splays. Although the high angled beds and thrusts as well as different stratigraphic packages within the horses of the Yeongwol duplex system may prefer the later complicate model, currently, we cannot choose one simple answer between the models because of the lack of direct field evidence and time information. Therefore, further researches on the structural field investigations and geochronological analyses in the Yeongwol and adjacent areas should be carried out to test the possibility of applying the fold and cleavage duplex models to the Yeongwol thrust system, and it will eventually provide clues to solve the enigma of formation and its evolution of the Okcheon Belt.

임진강대 문산지역의 구조기하, 키네마틱스 및 미세구조 연구

이현서,장이랑,권상훈,Lee, Hyunseo,Jang, Yirang,Kwon, Sanghoon 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.2

한반도 중서부에 위치한 임진강대는, 페름기-트라이아스기에 북중국판과 남중국판이 충돌하여 형성된 친링-다비-술루 대륙충돌대와 지구조적으로 대비되고 있는 지역으로, 지각규모의 전단대, 트러스트 및 습곡 등의 충돌조산운동 관련 지질구조들이 보존되어 있는 것으로 알려져 왔다. 본 연구는 경기육괴와 접하는 임진강대의 남쪽 경계지역인 문산지역에서 수행한 구조지질 연구결과를 종합하고, 이를 바탕으로 기존에 이 지역에서 일부 연구자들에 의해 대륙충돌로 형성된 조산대 후기 붕괴 단계에 형성된 것으로 제안되었던 지각규모 신장성 경기전단대의 존재와 변형 특성에 관해 검토하고자 하였다. 이를 위해, 야외조사를 통해 획득한 지질요소 자료를 바탕으로 문산지역의 구조기하학적 형태를 해석하였고, 노두 및 박편 상에서 확인한 전단감각 지시자로부터 암석 이동과 관련된 키네마틱스를 해석하였다. 이 지역의 가장 주된 지질구조는 동북동-서남서 주향의 광역규모 임진강단층의 상반 및 하반에 발달한 대략 남-북 주향의 힌지를 가지는 지질도규모의 습곡이다. 이 습곡에 대한 키네마틱스 해석 결과는 전단감각들이 습곡의 힌지를 중심으로 양쪽 익부에서 서로 반대 방향으로 대략 동쪽 내지 서쪽을 향함을 지시한다. 또한 문산지역 흑운모편마암과 변성섬장암의 광물 미세변형구조 관찰 결과로부터 유추한 암석의 변형조건은 전형적인 석영-장석질 암석들의 중부지각 소성변형조건에 해당한다. 따라서 본 연구를 통해 획득한 문산지역의 구조기하, 키네마틱스 및 미세구조 분석결과는 이 지역에 발달한 전단대가 기존 연구들에서 제안된 대륙충돌 후기에 형성된 지각규모의 신장성 경기전단대보다는, 요굴습곡작용에 의한 지질도규모 습곡의 발달과 관련된 전단운동의 결과일 가능성이 높은 것으로 제안한다. 이와 같은 임진강대 내 대륙충돌의 증거들에 대한 상세한 구조지질학적 검증은 향후 한반도 충돌조산운동에 있어 임진강대의 지구조적 역할에 대한 난제들을 해결하는데 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. The Imjingang Belt in the middle-western Korean Peninsula has tectonically been correlated with the Permo-Triassic Qinling-Dabie-Sulu collisional belt between the North and South China cratons in terms of collisional tectonics. Within the belt, crustal-scale extensional ductile shear zones that were interpreted to be formed during collapsing stage with thrusts and folds were reported as evidence of collisional events by previous studies. In this study, we tried to understand the nature of deformation along the southern boundary of the belt in the Munsan area based on the interpretations of recently conducted structural analyses. To figure out the realistic geometry of the study area, the down-plunge projection was carried out based on the geometric relationships between structural elements from the detailed field investigation. We also conducted kinematic interpretations based on the observed shear sense indicators from the outcrops and the oriented thin-sections made from the mylonite samples. The prominent structures of the Munsan area are the regional-scale ENE-WSW striking thrust and the N-S trending map-scale folds, both in its hanging wall and footwall areas. Shear sense indicators suggest both eastward and westward vergence, showing opposite directions on each limb of the map-scale folds in the Munsan area. In addition, observed deformed microstructures from the biotite gneiss and the metasyenite of the Munsan area suggest that their deformation conditions are corresponding to the typical mid-crustal plastic deformation of the quartzofeldspathic metamorphic rocks. These microstructural results combined with the macro-scale structural interpretations suggest that the shear zones preserved in the Munsan area is mostly related to the development of the N-S trending map-scale folds that might be formed by flexural folding rather than the previously reported E-W trending crustal-scale extensional ductile shear zone by Permo-Triassic collision. These detailed examinations of the structures preserved in the Imjingang Belt can further contribute to solving the tectonic enigma of the Korean collisional orogen.

국내 기반암 및 단층계 내 자연 방사성물질 분포 조사 기획연구

김성원(Sung Won Kim),장이랑(Yirang Jang),배한경(Han Kyung Bae),이병춘(Byung Choon Lee) 대한지질학회 2019 대한지질학회 학술대회 Vol.2019 No.10

옥천대 북서부 태백산지역 평창 일대의 클리페 모델 기반 구조기하 형태 해석 예비 연구

이흥기(Heunggi Lee),장이랑(Yirang Jang),권상훈(Sanghoon Kwon) 대한자원환경지질학회 2023 자원환경지질 Vol.56 No.6

한반도의 대표적인 습곡-단층대 중 하나인 옥천대의 주천-평창지역에는 경기육괴 기반암을 고생대 조선누층군 및 시대미상의 방림층군 상위로 충상시키는 다수의 트러스트 단층이 발달한다. 이 지역의 트러스트들은 상반의 암체가 하반의 암체로 완전히 둘러싸인 폐곡선 형태의 독특한 자취를 보이며, 이는 전형적인 클리페의 지질도 상 특징으로 해석될 수 있다. 특히, 연구 지역과 같이 트러스트 상반에 기반암을 포함하는 클리페의 경우에는 습곡-단층대 배후지의 구조 발달을 이해하는데 중요하다. 그러나 클리페 구조가 잘 정의되기 위해서는 층서적으로 오래된 암체가 트러스트를 경계로 상대적으로 젊은 암체의 상위에 구조적으로 완전히 고립된 형태를 보여야 하기 때문에, 연구지역에 넓게 분포하는 시대미상 방림층군의 지질연대가 매우 중요하다. 본 연구에서는 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대측정을 통해 획득한 방림층군의 최대 퇴적시기와 야외조사 결과 및 기존 연구를 종합하여, 방림층군을 아래로는 선캄브리아시대 화강편마암과 위로는 전기 고생대 조선누층군 양덕층군(장산층, 묘봉층)의 지층 사이에 놓이는 고생대 캄브리아기 최하부 지층에 대비하였다. 이를 바탕으로 평창지역에 대한 구조기하 형태 연구를 수행한 결과, 운교리트러스트와 방림트러스트는 하나의 습곡된 트러스트이며 운교리트러스트 상반의 암체들이 하반 암체들에 의해 완전히 고립된 특징을 보이는 클리페 모델로 해석이 가능함을 확인하였다. 향후 주천-평창지역에 대한 구조지질학적 측면의 후속 연구들을 통해 클리페 모델에 대한 추가적인 테스트가 이루어진다면, 옥천대의 구조 진화에 있어서 기반암을 포함하는 변형 기작의 역할에 대해 중요한 정보를 획득할 수 있을 것이다. The Jucheon-Pyeongchang area in the northwestern Taebaeksan Zone of the Okcheon fold-thrust belt preserved several thrust faults placing the Precambrian basement granite gneisses of the Gyeonggi Massif on top of the Early Paleozoic Joseon Supergroup and the age-unknown Bangrim Group. Especially, the thrust faults in the study area show the closed-loop patterns on the map view, showing older allochthonous strata surrounded by younger autochthonous or para-autochthonous strata. These basement-involved thrusts including Klippes will provide important information on the hinterland portion of the foldthrust belt. For defining Klippe geometry in the thrust fault terrains of the Jucheon-Pyeongchang area by older on younger relationship, the stratigraphic position of the age-unknown Bangrim Group should be determined. The Middle Cambrian maximum depositional age by the detrital zircon SHRIMP U-Pb method from this study, together with field relations and previous research results suggest that the Bangrim Group overlies the Precambrian basement rocks by nonconformity and underlies the Cambrian Yangdeok Group (Jangsan and Myobong formations). The structural geometric interpretation of the Pyeongchang area based on newly defined stratigraphy indicates that the Wungyori and Barngrim thrusts are the same folded thrust, and can be interpreted as a Klippe, having Precambrian hanging wall granite gneisses surrounded by younger Cambrian strata of the Joseon Supergroup and the Bangrim Group. Further detailed structural studies on the Jucheon-Pyeongchang area can give crucial insights into the basement-involved deformation during the structural evolution of the Okcheon Belt.

태백산분지 내 새로운 행매층 분포 확인

송윤구(Yungoo Song),박채원(Chaewon Park),김남수(Namsoo Kim),최성자(Sung-Ja Choi),최위찬(Ueechan Chwae)권상훈(Sanghoon Kwon),장이랑(Yirang Jang) 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.3

행매층은 정선석회암과 회동리층 사이에 위치하며 회동리층의 존재 및 지질시대를 결정하게 하는 중요한 역할을 하는 지층이다. 행매층의 분포조사를 통해 정선 및 옥계 일원에서 쇄설성 탄산염암이 확인되었으며 이들에 대한 암석학적 및 광물학적 특성을 규명하였다. 쇄설성 탄산염암의 암상 특성은 함돌로마이트역-미사질 백운암, 혹은 입자암(Dolomite-pebble bearing fine sand-sized dolostone, or grainstone)으로 정의할 수 있다. 광물조성 및 미세구조적 특징으로는 단결정 돌로마이트와 Mg-펜자이트의 존재, 그리고 입자 사이를 충진하는 교질물질로 나타나는 방해석의 생성이다. 이 같은 특성은 정선군 미탄면 행매동 일원의 전형적인 행매층의 특성과 일치하고 있어, 정선과 옥계 일원의 쇄설성 탄산염암이 행매층임을 지시한다. 본 연구결과는 태백산분지내에서 행매층은 독립 암층서단위일 뿐만 아니라 평안누층군 홍점층 직하부의 조선누층군인 정선석회암과 석병산석회암 상부에 분포하고 있음을 제시해 준다. Pebble-bearing clastic carbonate rock which has been found in and around the Jeongseon and Okgye through the field survey was studied in petrological and mineralogical characteristics. We define the clastic carbonate rocks as Dolomite-pebble bearing fine sandsized dolostone, or grainstone , which are characterized by the existence of dolomite single grains and Mg-phengite, and by the subsequent formation of secondary calcite cements. These attributes correspond well with those of the typical Haengmae Formation from Haengmae-dong, Mitan-myeon, Jeongseon-gun, thus the carbonate rocks in the Jeongseon and Okgye areas must belong to the Haengmae Formation. The result suggests that the Haengmae Formation is an independent unit among the Paleozoic lithostratigraphic units in Taebaek basin and lies in the upper part of Jeongseon and Sukbyungsan Formations under the Hongjeom Formation of Pyeongan Supergroup.