직탕폭포는 1:50000 지질도폭 중 김화도폭에 해당하는 지역으로 강원도 철 원군 동송읍 장흥리(경도 127.15.56E, 위도 38.12.34N)에 위치한다. 직탕폭포 일대의 신생대 제4기 지층은 고기하성층으로 구성되어 있으며 하천의 양안과 상부면은 모두 현무암이며, 하부 기반암층은 화강암으로 구성되어 있다. 도폭 서남부 지역인 갈말읍 삼성리 풍전 지역과 내대리와 상사리, 동송읍 장흥리 한탄강변에 수직 절벽 형태로 노출되어있는 대상 지역의 제4기 현무암은 충 적층에 피복된 형태로 분포한다. 이 현무암과 추가령 열곡대에 관한 연구는 이대성 외(1983), 김규한 외(1984), 원종관 외(1990), 이형호 외(1992), Wee(1996), 송무영 외(1998), 이윤수 외(2001) 등에 의해 많은 암석학적, 구조 지질학적 연구가 이루어진 바 있다. 직탕폭포에서 관찰되는 현무암은 치밀 혹은 다공질의 암회색 “Alkali olivine basalt”로서, 감람석, 단사휘석, Fe-Ti 산화광물의 반정, 같은 종류의 광물과 사정석의 미반정, 그리고 사장석 레쓰 가 주를 이루는 석기로 구성된다(한국지질자원연구원, 김화도폭 지질보고서, 송교영 등, 2007). 직탕폭포 일대에서 채취한 암석 박편 사진을 보면 주 구성 광물은 사장석, 휘석, 감람석 등이며 서브오피틱조직을 관찰할 수 있다(Fig.
21). 사장석은 알바이트 쌍정이 잘 관찰된다.
또한 주변의 고기하성층은 근남면 육단리와 잠곡리 사이의 남북방향 하천 가에 하안단구로 판단되는 지형적으로 편평한 대지 위에 분포하며, 충적층은 도폭 중부 남대천과 서부 한탄강 주변부 일대의 평야 지대에 매우 광범위하 게 분포한다(한국지질자원연구원, 김화도폭 지질보고서, 송교영 등, 2007).
김화도폭에서 발견되는 제4기 충적층은 중부 남대천과 서부 한탄강 주변부 일대의 평야 지대에 광범위하게 분포한다. 한탄강 주변의 충적층은 현무암 용암대지 위를 비교적 얇게 덮으며 분포한다. 충적층의 대부분은 사질물 또 는 역질로 이루어져 있으며 점토질 물질은 이에 비하여 소량 분포한다.
직탕폭포 일대에서는 화강암으로 구성된 기반암 위에 분포하는 현무암 주 상절리 윗면을 관찰하였으며, 사각형에서 거의 원형에 이르기까지 불규칙한 다각형이 나타난다. 그 크기는 한 변이 수 cm에서 수십cm에 이른다.
이 지역의 주상절리는 직탕폭포에서 태봉대교까지 약 550m에 걸쳐 분포하
며, 수직 방향의 컬러네이드 구조가 주로 관찰된다.
Fig. 22은 직탕폭포와 태봉대교 사이에서 기반암인 화강암을 피복하는 주상 절리 단면구조를 잘 파악할 수 있는 곳을 도시한 것이다. 직탕폭포에서 관찰 되는 주상절리대는 화강암을 기반암으로 하고 높이 약 8m이며, 1개의 용암 흐름으로 정의할 수 있다(Fig. 23). 주상절리는 하부 컬러네이드와 엔테블러춰 로 구성되며, 상부 컬러네이드는 풍화되어 관찰되지 않는다. 수면 아래 위치 한 하부 컬러네이드의 높이는 약 2m이고, 엔테블러춰는 약 6m이다. 이러한 구성은 상부 컬러네이드가 풍화된 형태이며, 용암류 단위를 정의하기 위한 기준 증거가 관찰되지 않았으므로 1개의 용암류로 해석된다. 하부 컬러네이 드는 대부분 수면 아래에 위치하며 전체적인 주상절리 세트 구조에서 얇은 두께로 관찰되는 반면, 엔테블러춰는 절반 이상을 차지한다. 내부에서는 클링 커나 기공이 관찰되지 않았다. 또한 관찰된 엔테블러춰의 다각형 단면의 변 은 약 10~45cm의 크기이다.
주상절리 측정은 2곳에서 총 32개의 단면을 1곳에서 측면 형태를 조사하였 다.
JT-01 지역의 주상절리 다각형의 수(N)는 5각형이 71%, 6각형이 29%로 5각 형이 절반 이상 차지한다(Fig. 24(a)). 단면 사이 내각()은 61°~70°가 3%, 71°~80°가 5%, 81°~90°가 11%, 91°~100°가 22%, 101°~110°가 13%, 111°~120°
가 11%, 121°~130°가 19%, 131°~140°가 13%, 141°~150°가 3%의 빈도율로 91°~130°가 65%로 절반 이상을 차지하고 있다.
JT-02 지역의 주상절리 다각형의 수(N)는 4각형이 20%, 5각형이 60%, 7각 형이 20%로 5각형이 절반 이상 차지한다(Fig. 24(b)). 단면 사이 내각()은 71°~80°가 4%, 81°~90°가 8%, 91°~100°가 26%, 101°~110°가 20%, 111°~120°
가 26%, 121°~130°가 8%, 131°~140°가 4%, 141°~150°가 4%의 빈도율로 91°~120°가 72%로 절반 이상을 차지하고 있다.
JT-03 지역의 기둥면의 폭(L)은 대부분 30~60cm내에 분포한다(Fig. 25(d)).
JT 지역의 측정값을 종합적으로 나타내면 다각형의 수(N)는 5각형이 가장 높은 빈도율을 보이며, 단면 사이 내각()은 91°~130°가 가장 높은 빈도율을 보인다(Fig. 26).
● JT-01
● JT-02
● JT-03
주상절리의 단면은 다양한 크기의 형태로 정출된다. 주상절리의 형태는 외 부 요인이 없을 경우, 용암의 냉각속도와 연관 있으며, 용암의 초기 온도가 낮은 경우 지표와의 온도차가 크지 않기에 서서히 냉각하여 큰 모양의 주상 절리로 정출된다. 반면 초기 용암의 온도가 상대적으로 고온인 경우 지표와 의 온도차가 크므로 급하게 냉각되어 비교적 작은 주상절리의 단면으로 정출 된다. 그 외에도 JT-02 지역에서 추가적으로 관찰된 주상절리 단면은 다음과 같다(Fig. 25(a),(b),(c)).
Fig. 21. Microphotographs of rock in JT-01 on Basalt.
(A): open nicol (B): cross nicol.
Fig. 22. Geology map of the Jik-Tang Fall showing sample location.
Fig. 23. Photograph of columnar joint in Jik-Tang Fall.
Fig. 24. Photograph and sketch of measured columnar joint in Jik-Tang Fall. (a): JT-01, (b): JT-02
Fig. 24. Continued.
Fig. 25. Photograph and sketch of measured columnar joint in Jik-Tang Fall. (a), (b), (c): JT-02, (d): JT-03
Fig. 25. Continued.
Fig. 25. Continued.
Fig. 25. Continued.
Fig. 26. Percentage(%) of measurement to columnar joint Jik-Tang Fall.