습곡관련 구조요소들을 이용한 다양한 습곡축 측정방법의
실제적 적용성과 문제점: 충북 단양지역에서의 예
최호석 · 김영석*
부경대학교 지구환경과학과, 48513, 부산광역시 남구 용소로 45
Various Measurement Methods for Fold-axis from Fold-related Structural
Elements: An Example from Danyang, Chungcheongbuk-do
Ho-Seok Choi and Young-Seog Kim*
Department of Earth & Environmental Sciences, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
Abstracts: Fold axis of fold, a representative ductile deformation structure, is important for collecting information on the 3D fold structure and the orientation of maximum horizontal principal stress at the time of deformation. For this reason, several fold axis measurement methods based on the fold-related structural elements have been suggested and used even in areas where it is impossible to measure it directly. Thus, these various measurement methods are briefly introduced here, and the measured data with different methods are compared to estimate these methods’ reliability. For this purpose, we acquired fold axes at six sites across the Manhang formation of the Pyeongan supergroup and limestones of the Joseon supergroup in Danyang, Chungcheongbuk-do, where fold structures are well developed. The data from the different methods are generally consistent, indicating practical applicability. Most of the fold axes from the measured sites show N-NNE or NE trends indicating WNW-ESE or NW-SE trending maximum horizontal principal stress, except for the one site with a WNW trend. The WNW-ESE trending fold axis might be related to a different orogeny or secondary folding. The minor difference in the trends between N-NNE and NE was interpreted as being due to different scale; however, further research is needed to confirm this.
Keywords: fold structure, fold axis, fold axis measurement method, lineation
요 약: 대표적인 연성변형구조인 습곡에서 습곡축의 자세는 3차원 습곡구조의 발달양상뿐만 아니라 변형 당시의 최대 수평주응력 방향에 대한 정보를 수집하는데 중요한 역할을 한다. 이러한 이유로 습곡축의 자세를 파악하는 것은 매우 중요하나 습곡축이 노출되는 경우가 흔하지 않기 때문에 습곡과 관련된 구조요소들을 이용한 다양한 방법들이 제시되 고 이용되어 왔다. 따라서 이러한 다양한 측정방법에 대해 간략히 소개하고, 이들 방법들에 대한 신뢰성을 평가하기 위 하여 같은 습곡에 대해 다른 측정법을 사용하여 측정한 습곡축들을 비교분석 하였다. 이를 위해 습곡구조가 잘 발달해 있는 충북 단양지역 조선누층군의 석회암층들과 평안누층군의 만항층에 걸쳐 6곳의 노두에서 습곡구조의 습곡축 자세 를 측정하고 비교하였다. 비교결과 다른 방법에 의해 측정된 것들도 대부분 서로 잘 일치하는 양상을 보여 다양한 측 정방법들의 실제 활용이 가능함을 보여주었다. 또한 단양지역의 습곡구조는 서북서 방향의 습곡축을 가지는 한 곳을 제 외한 나머지 노두에서 모두 북-북북동 내지 북동 방향의 습곡축을 보였으며, 이는 서북서-동남동 내지 북서-남동 방향 의 최대수평주응력 환경에서 만들어진 습곡들로 판단된다. 서북서 방향의 습곡축은 다른 시기의 습곡작용을 지시하는 것으로 보이며, 북-북북동 방향의 습곡축을 가지는 습곡구조와 북동 방향의 습곡축을 가지는 습곡구조 사이의 주향 차
*Corresponding author: ysk7909@pknu.ac.kr
*Tel: +82-51-629-6633
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최호석·김영석 이는 하나의 습곡작용에서 습곡구조의 규모에 따라 다소 차이가 생긴 것으로 해석하였으나, 증거를 확인하는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 주요어: 습곡구조, 습곡축, 습곡축 측정법, 선구조서 론
대표적인 연성변형 지질구조인 습곡구조(fold structure)에서의 습곡축 자세는 3차원적 습곡의 발달 양상뿐만 아니라 변형 당시의 최대수평주응력 (horizontal principal stress) 방향을 추정할 수 있는 중요한 정보를 제공할 수 있다(Groshong, 1999; Hatcher and Bailey, 2020). 습곡구조의 단면(profile) 에서 가장 많이 굽은 만곡부를 ‘힌지점(hinge point)’ 라고 하며, 이를 이은 선을 ‘힌지선(hinge line)’이라 고 한다. 습곡구조가 원통형으로 발달한 경우 힌지선 이 직선상으로 발달하게 되고, 이를 ‘습곡축(fold axis)’이라고 한다(e.g. Dennis, 1967; van der Plunijm and Marshak, 2007). 야외조사 시 이러한 습곡축의 자세 측정은 필수적인 절차로 여겨지나, 실제 야외노 두에서 관찰되는 습곡구조의 대부분은 습곡축이 노출 되지 않은 2차원 면으로 관찰되기 때문에 직접적으 로는 측정하기가 쉽지 않다. 이러한 이유로 직접적인 습곡축의 측정이 불가한 경우 간접적으로 입체투영망 (stereonet)을 이용해 층리면이나 엽리면의 교차선구조 를 투영하거나 파랑습곡 등 습곡구조 발달과 연관된 다른 구조요소들을 이용하여 간접적으로 구하는 다양 한 방법들이 고안되었다(e.g. Ramsay, 1967; Bengtson, 1980).또한 파랑습곡(crenulation fold)과 같이 높은 차수 의 작은 습곡은 낮은 차수의 큰 습곡과 함께 수반되 어 발달하기 때문에(e.g. Groshong, 1999; Fossen, 2010; Hatcher and Bailey, 2020), 작은 습곡의 자세 를 다수 얻음으로써, 연구지역 내에 발달한 더 큰 습 곡의 경향을 추정할 수도 있다. 대규모의 습곡은 노 출되지 않거나, 야외규모에서의 관찰이 용이하지 않 기 때문에 층리와 엽리의 교차선구조를 통해 습곡축 을 간접적으로 추정하는 측정방법들을 이용하면 습곡 축이 노출되지 않은 지역에서도 습곡축에 대한 정보 를 얻어 큰 규모의 지질구조를 해석할 수 있다. 그러 나 이러한 과정은 야외노두에서 관찰할 수 있는 규 모의 습곡구조들이 기본적으로 원통형으로 발달한다 는 가정에 기초한다. 따라서 습곡구조를 연구할 때 습곡축의 자세에 대한 정보를 얻기 위해 다양한 습 곡축의 측정방법을 습득하는 것은 매우 중요하며, 연 성변형 지역에서 발달하는 구조요소들 간의 상관성을 이해하는데 큰 도움이 될 수 있다. 본 연구에서는 이 전의 연구를 통해 이미 알려진 다양한 측정방법들을 간략히 소개하고, 우리나라에서 습곡구조가 잘 관찰 되는 충북 단양지역에서 이러한 다양한 측정방법을 이용하여 자료를 획득하고 이를 서로 비교분석 하였 다. 이를 통해 이러한 측정방법의 실제적 활용에서 발생할 수 있는 문제점을 검토하고자 하였다. 충북 단양에서는 좌굴습곡(buckling fold)과 전단습 곡(shear fold)이 함께 분포하고 있다(Uhmb, 2018). 전자는 지층이 층리면에 평행한 횡압력(horizontal stress)을 받아 만들어지는 형태이며, 물성에 좌우되기 는 하지만 평행습곡(parallel fold)으로 잘 발달하고 습곡날개(limb)를 따라 절리가 발달하기도 한다. 후자 는 얇은 습곡날개에 비해 두꺼운 힌지를 가지는 유 사습곡(similar fold)의 형태로 많이 만들어진다 (Ramsay, 1967). 본 연구에서는 이러한 습곡들의 형 성기작은 고려하지 않고 연구지역에서 관찰되는 다양 한 습곡들의 생성과정에서 함께 발달하는 구조요소들 을 이용한 습곡축의 측정에 초점을 맞추어 연구를 수행하였다.
연구지역 개관
충북 단양은 동편의 선캄브리아 흑운모 화강암질 편마암을 기반암으로, 상부에 고생대 조선누층군이 발달하고 있으며, 이를 평안누층군이 부정합으로 덮 고 있다. 평안누층군은 쥐라기에 퇴적된 반송층군에 의해 부정합으로 피복되고, 이후 기반암 및 퇴적암 모두에 백악기 불국사 화강암체가 관입하고 있다 (Won and Lee, 1967; Kim, 2005; Lee et al., 2016a; Chough et al., 2016; Lee et al., 2016b; Jung et al., 2020; Fig. 1). 단양지역에 발달한 조선누층군과 평안 누층군의 지층 자세는 주로 북동-남서 방향의 주향에 북서 방향의 경사를 가지고 있어 동에서 서로 갈수 록 지층의 연대가 젊어지지만, 충상단층(thrust fault)에 의해 부분적으로 오래된 층이 반복되어 나타난다 (Won and Lee, 1967; Kim, 2005; Lee et al., 2016a; Chough et al., 2016; Lee et al., 2016b; Jung et al., 2020; Fig. 1).
단양지역은 한반도 중남부의 북동-남서 방향으로 발달하고 있는 옥천대(Okcheon belt)에 위치하고 있 어, 연·취성환경의 지질구조가 잘 발달하고 있다. 옥 천대는 이러한 지질구조와 암상을 통해 지체구조 연 구(Cluzel et al., 1990; Cho and Kim, 2005; Kang et al., 2012)가 과거부터 활발히 이루어져 왔다. 단양 지역에서는 1960년대 이후로 석탄 및 석회석과 관련 하여 층서학적 해석을 바탕으로 단층 및 습곡구조 등의 지질구조와 변형사 연구(Kim, 1972; Cho et al., 1986; Kim and Koh, 1992)가 진행되어 단양지역의 지질구조에 대한 전반적인 해석이 이루어졌다.
Kim and Koh (1992)는 지질구조 및 층서학적 해 석에 기초하여 단양지역에서 총 4번의 변형작용(D1, D2, D3, 그리고 D4)이 있었던 것으로 해석하였다. D1 시기에 북동-남서 방향의 주향을 가지는 옥동단 층 및 압쇄대와 지층에 평행한 인장구조들의 발달, D2 시기에는 북서 방향의 습곡축을 가지는 습곡구조 및 선구조가 발달한 것으로 해석하였다. 이후 반송층 군이 퇴적되고 D3 (대보조산운동) 시기에 북동-남서 방향의 주향을 가지는 수 매의 충상단층이 습곡구조 를 동반하여 만들어졌으며, 최후기 변형작용인 D4 시기에는 동-서 방향의 주향을 가지는 죽령단층과 서 북서 방향의 습곡축과 익간각(interlimb angle)이 120o-180o인 완만한(gentle) 습곡구조가 발달한 것으로 해석하였다. 단양지역은 특히 연성환경에서 만들어진 습곡구조가 넓게 분포하고 있으며, 대규모 습곡구조 에 동반되어 만들어진 기생습곡(parasitic fold), 교차 선구조(intersection lineation), 그리고 파랑선구조 (crenulation lineation) 등이 다수 발달하고 있어 본 연구에 적합한 지역이다.
연구 방법
본 연구에서 고려한 습곡구조의 습곡축 자세를 구 하는 방법은 크게 3가지로 습곡축의 자세를 직접적 으로 측정하는 방법, 습곡작용에 수반된 구조요소들 간의 관계를 이용하여 입체투영망 상에서 값을 간접 적으로 추정하는 방법, 그리고 습곡구조와 동반되어 만들어진 소습곡 이나 선구조의 자세를 측정하는 방 법 등이 있다(Fig. 2). 이미 잘 알려진 방법들이지만 이러한 방법들에 대해 본 장에서 간략히 소개하고자 한다.178
최호석·김영석 직접적인 습곡축 자세 측정 습곡구조에서 직접적인 습곡축 자세 측정은 노두에 서 습곡구조의 습곡축이 노출되어 있어야 적용 가능 하다. 습곡축이 노출된 경우 측정기구(클리노미터, 실 바컴파스 등)를 이용하여 침강각(plunge)과 선주향 (trend)을 직접 측정하거나 선주향과 선주각(pitch)을 측정하여 입체투영망(stereonet)에서 침강각을 구한다. 습곡날개의 자세를 이용한 습곡축 자세 측정 습곡구조의 기하학적 특성을 이용한 방법인 β-axis 와 π-axis는 습곡날개의 층리면 자세를 이용하여 얻 는 방법이다(Ramsay, 1967). β-axis는 양쪽 습곡축의 날개가 만나는 교차선의 방향이 습곡축과 평행하다는 원리를 이용하는 것으로 하나의 습곡구조 내에서 습 곡날개의 층리면 자세를 각기 다른 두 개 지점에서 측정하여 입체투영망에 도시한 후 교점을 찍어서 구 하는 방법이다. 입체투영망 상에서의 교점은 층리면 사이의 교차선이며, 이는 원통형 습곡에서 습곡축과 평행한 자세를 가진다. 그러나 하나의 교차선만 구하 는 것은 측정상의 오차가 발생할 가능성이 있기 때 문에 가능한 여러 면의 자세를 측정한 후 각기 다른 면구조들과의 교점들을 찍어 교점의 밀도 중심을 구 하면 측정오차를 최소화할 수 있다. 또 다른 방법인 π-axis는 층리면의 각 위치에서의 극점(pole)들은 하나의 면상에 위치하고 이 면(profile plane)은 습곡축에 수직하다는 원리를 이용하는 것으 로 각 층리면 자세의 극점을 찍은 후, 극점을 입체투 영망 상에서 연결하면 하나의 대원이 나오는데 이를 π 대원(great circle)이라고 하고, 이 대원의 극점을 찍어 구한다. 이상적인 원통형 습곡(cylindrical fold) 일 경우 β-axis는 모든 층리면의 자세가 하나의 점에 서 교차하며, π-axis는 모든 층리면에 대한 극점이 하 나의 π 대원에 놓이게 되어 이들에 대한 하나의 극 점(습곡축)이 나와 두 측정방법의 결과가 같게 나온 다. 그러나 노두에서 층리면이 명확하게 인지되지 않 는 경우 측정값의 오차가 발생하기 때문에, 신뢰도를 높이기 위해서는 두 측정방법을 함께 적용하여 비교· 확인하는 것이 오차를 줄일 수 있는 방법이다. 습곡날개의 층리면 자세를 이용하는 두 방법을 적 용하는데 있어 가장 중요한 점은, 층리면의 자세를 정확하게 측정하는 것이다. 층리면의 자세 측정에서 의 오차는 습곡축의 값을 구하는데 있어 오차를 발 생시키는 직접적인 요인이기 때문에, 올바른 자세 측 정이 필수적이다. 본 연구에서는 층리면의 경사가 드 Fig. 2. Schematic diagram of fold and related structures showing various measurement methods for fold axis.러난 노두와 그렇지 않은 노두를 측정하였는데, 후자 의 경우 습곡구조의 일부분을 뜯어내어 층리면의 경 사 방향을 확인하였다. 층리면의 경사가 노출되지 않 는 경우 편평한 야장 등을 층리면의 연장선상에 두 고 측정하면 오차를 줄일 수 있다. 습곡구조에 동반되어 만들어진 선구조 자세 측정 습곡구조에서 습곡축 자세를 구하는 또 다른 방법 은 습곡구조와 동반되어 만들어진 선구조의 자세를 측정하는 방법으로, 대표적으로 교차선구조(intersection lineation)와 파랑선구조(crenulation lineation)가 있으 며, 이들은 습곡축과 평행 내지 유사한 자세로 발달 한다(e.g. Fossen, 2010). 후기에 만들어진 엽리(S1)와 기존 층리면(S0)이 교차하여 만들어진 교선을 교차선 구조라고 하며, 일반적으로 엽리는 습곡작용과 관련 되어 있기 때문에 교차선구조는 습곡축과 평행하게 발달한다. 또한 큰 습곡구조의 발달 시 물성에 의해 내부에 소습곡이 연속적으로 평행하게 발달하는 경우 가 있는데 이를 파랑습곡이라고 하며, 파랑습곡의 축 을 파랑선구조라고 한다. 파랑선구조는 같은 습곡작 용에 수반되었다면 습곡축 및 교차선구조와 평행한 관계를 가진다(e.g. Fossen, 2010).
연구 결과
본 연구에서는 우리나라에서 습곡구조가 매우 잘 발달하고 다양한 3차원적 습곡구조의 인식이 가능한 단양지역을 연구대상 지역으로 선정하였다. 습곡축의 자세를 측정하기에 용이한 연구위치 6개 지점을 선 정하고, 죽령단층의 남부 3개 지점과 북부 3개 지점 에서 층서적으로 하부에서 상부로 가며 각각의 위치 에서 적용 가능한 측정방법을 적용하여 그 결과를 서로 비교하였다. 죽령역 인근 대규모 향사형 습곡 대강면 용부원리 죽령역 인근의 도로변(36o 55'03"N, 128o22'56"E)에 위치한 노두에서는 사암과 셰일이 교 호하는 천동리층에서 대규모의 향사형 습곡(synformal fold)이 관찰된다. 이 노두에서는 습곡축이 노출되어 있지 않아, 직접 측정이 어려워 습곡날개의 층리면 자세를 측정하여 β-axis (58o/N40oE)와 π-axis (59o/ N42oE)를 확인하였다(Fig. 3a, c). 또한 대규모의 습곡 내부에서 수 cm 규모의 소습 곡이 발견되어, 앞서 측정한 방법과 마찬가지로 β-axis (58o/N48oE)와 π-axis (59o/N46oE)를 확인하였다 (Fig. 3b, d). 큰 습곡 내부에서 발달하고 있으며 유 사한 습곡축을 가진다는 점을 미루어 보아, 이 소습 곡은 대규모 습곡에 수반되어 만들어진 기생습곡으로 판단하였다. 이 노두에서 관찰되는 두 습곡구조의 습 곡축은 북동 방향의 선주향을 가지는 것으로 확인하 였다. 대강농공단지 소습곡 대강면 두음리 대강농공단지(36o 55'14"N, 128o21'47"E) 에서는 막골층의 담회색 셰일에서 파랑선구조의 측정 이 가능한 파랑습곡 및 소규모 습곡이 다수 발달하 는데, 특히 3차원적으로 잘 노출된 습곡구조를 관찰 할 수 있다. 본 위치에서는 파랑선구조의 자세, 그리 고 2개의 소규모 습곡에서 습곡축의 자세를 측정하 였다. 첫 번째 노두에서는 파랑선구조의 자세를 측정하여 30o/N-S의 값을 얻었으며(Fig. 4a, d), 두 번째 노두인 3차원으로 관찰되는 소규모 습곡에서는 습곡축을 직 접 측정하여 38o /N7oE의 값을 얻었고, 습곡날개의 층 리면 자세를 측정하여 β-axis (40o /N10oE)와 π-axis Fig. 3. (a) Synformal fold in site 4.1, (b) Parasitic fold within synformal fold, (c) Projection of synformal fold data on equal areal stereonet, β-axis=58o/N40oE, π-axis=59o/ N42oE, (d) Projection of parasitic fold data on equal areal stereonet, β-axis=58o/N48oE, π-axis=59o/N46oE.180
최호석·김영석 (39o/N9oE)를 확인하였다(Fig. 4b, e). 습곡구조가 원 통형에 가깝게 발달하여 세 측정값이 모두 유사하게 나왔다. 이 노두는 특히 학생들이 습곡의 3차원적인 형태를 이해하고 다양한 습곡축의 측정방법을 실습해 볼 수 있는 매우 좋은 위치이며, 측정결과를 통해 하 나의 습곡구조에서 여러 측정방법의 적용이 가능함을 확인할 수 있다. 그리고 세 번째 노두에서는 또 다른 소규모 습곡의 습곡날개에서 층리면 자세를 측정하였 으며, β-axis (27o /N3oE)와 π-axis (27oo/N2oE)를 확인 하였다(Fig. 4c, f). 세 구조 모두 북 내지 북북동 방 향의 선주향을 가지는 유사한 양상을 보여 하나의 습곡작용에 의해 만들어진 것으로 판단하였다. 북상교 인근 소습곡 단성면 북상리 북상교 인근(36o55'27"N, 128o20'35"E) 에 위치한 노두에서는 두무골층의 단괴상 석회암에서 교차선구조 및 소규모 습곡이 관찰된다(Fig. 5a, b). 교차선구조의 자세를 측정하여 34o/N11oE의 값을 얻 었으며, 소규모 습곡에서는 습곡날개의 층리면 자세 를 측정하여 β-axis (29o /N11oE)와 π-axis (28o/N15oE) 를 확인하였다(Fig. 5c, d). 두 구조 모두 북북동 방 향의 선주향을 가지는 유사한 양상을 보여 하나의 습곡작용에 의해 만들어진 것으로 판단하였다. 솔티천 하상 소습곡 단양읍 금곡리 솔티천 하상(36o 58'32"N 128o24'53"E) 에 위치한 노두에서는 엽리가 발달하는 두무골층의 Fig. 4. (a) Crenulation lineation in site 4.2, (b) 3-dimensional fold, (c) Minor fold, (d) Projection of crenulation lineation data on equal areal stereonet, 30o/N, (e) Projection of 3-dimensional fold data on equal areal stereonet, fold-axis=38o/N7oE, β-axis=40o/ N10oE, π-axis=39o/N9oE, (f) Projection of a minor fold data on equal areal stereonet, β-axis=27o/N3oE, π-axis=27o/N2oE.Fig. 5. (a), (b) Intersection lineation and fold in site 4.3, (c) Projection of intersection lineation data on equal areal stereonet, 34o/N11oE, (d) Projection of fold data on equal areal stereonet, β-axis=29o/N11oE, π-axis=28o/N15oE.
담회색 내지 암회색의 석회암에서 소규모 습곡이 관 찰된다(Fig. 6a). 습곡날개의 층리면 자세를 측정하여 β-axis (61o/N85oW)와 π-axis (62o/N77oW)를 확인하 였다(Fig. 6b). 이러한 결과는 본 연구에서 관찰한 단 양지역 내 다른 습곡구조의 습곡축 방향과는 다른 양상으로, 다른 습곡들과는 다른 기작 혹은 시기의 습곡작용에 의해 만들어진 것으로 판단하였고, 서북 서 방향의 선주향을 가지는 것으로 확인하였다. 노동리 배사형 침강습곡 단양읍 노동리(36o 57'47"N, 128o23'20"E)에 위치한 노두에서는 막골층의 암회색 셰일에서 중대규모의 배 사형 침강습곡(antiformal plunging fold)이 3차원적으 로 관찰된다. 이 습곡구조는 습곡축이 비교적 잘 노 출되어 직접적인 측정이 가능하고, 습곡날개의 층리 면 또한 경사를 쉽게 확인할 수 있어 정확한 β-axis 와 π-axis를 구할 수 있다. 또한 교차선구조도 함께 측정할 수 있어 측정방법들 간의 비교검증에 매우 좋은 노두이다(Fig. 7). 이러한 측정을 실시한 결과 습곡축은 42o/N22oE, β-axis와 π-axis는 각각 51o/N30oE와 50o/N30oE로 나 왔으며, 교차선구조는 36o /N19oE의 값을 얻었다(Fig. 7d). 측정값에서 미소한 차이는 있으나 대체적으로 각기 다른 방법으로 습곡축의 자세를 구해도 유사한 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 노두에 서의 습곡구조는 북북동 방향의 선주향을 가지는 것 으로 확인하였다. 만항층 소습곡 단양읍 다리안로(36o58'33"N, 128o23'35"E)에 위치 한 노두에서는 조선누층군 최상부의 막골층과 평안누 층군 최하부의 만항층이 부정합으로 만나는 곳으로, 서편에 위치한 만항층은 보라색의 셰일과 녹색의 사 암이 호층으로 나타나는 층이 보이며, 셰일층 내부에 소규모 습곡이 발달하고 있다(Fig. 8a). 습곡날개의 층리면 자세를 측정하여 β-axis (29o /N14oE)와 π-axis (32oo/N13oE)를 확인하였고(Fig. 8b), 만항층에서의 습 곡은 다른 지층들과는 달리 평안누층군에 해당하는 지층에서의 습곡구조이지만 다른 조선누층군에 속하 는 지층들에서의 습곡들과 유사한 북북동 방향의 선 주향을 지시하고 있어, 북북동 방향의 우세한 습곡작 용이 평안누층군의 퇴적 이후에 발생하였다는 것을 지시하는 것으로 판단하였다.
Fig. 7. (a) Antiformal plunging fold in site 4.5, (b), (c) Trace of fold-axis and intersection lineation of an antiform plunging fold, (d) Projection of fold data on equal areal stereonet, fold-axis=42o/N22oE, β-axis=51o/N30oE, π-axis=50o/N30oE, intersection lineation=36o/N19oE.
Fig. 8. (a) Fold in site 4.6, (b) Projection of fold data on equal areal stereonet, β-axis=29o/N14oE, π-axis=32o/N13oE. Fig. 6. (a) Fold in site 4.4, (b) Projection of fold data on
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최호석·김영석토 론
단양지역은 우리나라에서 습곡구조가 가장 잘 발달 하는 지역 중 하나로 학생들이 습곡구조를 직접 관 찰하고 실습을 진행하기에 매우 좋은 지역이다. 대규 모 습곡작용에 의해 만들어진 구조들이 다수 발달하 고 있어, 하나의 습곡 노두에서 여러 측정방법을 적 용하는 실습을 실시하거나, 각 노두에서 측정한 데이 터를 정리하여 지역 전체의 전반적인 습곡작용에 대 해 해석해보는 실습을 수행할 수 있다. 특히 3차원인 습곡구조가 잘 노출된 노두가 다수 발달하여 다양한 측정방법을 적용하고, 결과들을 비교하고 검증하기에 적합하다. 같은 노두에서 다른 측정방법으로 획득한 습곡축들의 자료들은 대부분 유사한 측정값을 보여주 었으며, 이는 습곡축의 직접 측정이 불가능한 지역에 서도 다른 방법들을 활용하여 습곡축의 자세를 얻을 수 있고, 이들을 신뢰할 수 있음을 실질적으로 보여 준다. 습곡날개의 층리면 측정을 통해 습곡축을 얻는 측 정방법의 경우, π-axis는 측정한 다수의 극점을 대원 으로 연결하는 과정에서 근삿값을 얻을 수 있으며, β-axis의 경우 기본적인 방법은 습곡날개의 층리면 두 개를 구하여 교차선을 구하는 방법이지만, 측정의 오 차를 고려하여 다수의 측정값을 얻어서 교차선들의 최빈값을 사용하는 것이 더욱 정확도를 높일 수 있음 을 확인하였다. 즉, 측정한 각각의 β-axis는 다소 차이 를 보였으며, 입체투영망 상에서 β-axis의 밀도분포를 확인한 결과 밀도의 중심점은 같은 습곡에서 측정한 π-axis와 매우 근사한 값을 보임을 확인하였다. 이러 한 과정은 층리면의 경사를 확인하기 어려운 노두에 서의 측정오차를 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 단양지역 내 습곡축에 대한 전반적인 데이터를 정 리한 결과, 북-북동 방향의 선주향을 보이는 다수의 습곡구조와 Site 4.4에서 서북서 방향의 선주향을 보 이는 습곡구조를 확인하였다(Fig. 9). 좌굴습곡이라 가정하였을 경우 최대수평주응력 방향과 수직한 방향 으로 습곡축이 형성되기 때문에, 북-북동 방향의 선 주향을 보이는 습곡의 경우 동-서 내지 북서-남동 방 향의 최대수평주응력 환경에서 만들어진 것으로 판단 하였으며, 서북서 방향의 선주향을 보이는 습곡의 경 우 북북동-남남서 방향의 최대수평주응력 환경에서 만들어진 것으로 판단하였다. 본 연구에서 북-북동 방향의 습곡축을 가지는 습곡 구조는 N-N48o E 사이의 범위에서 선주향의 차이를 보였는데, 규모가 크고 층이 두꺼운 노두일수록 북동 방향으로 발달하는 양상을 보였다. 물론 물성의 차이 를 고려해야 하겠지만, 이는 규모가 작은 소습곡구조 와 선구조는 습곡작용의 초기 단계에 형성되며 이후 의 습곡작용에 더 쉽게 반응하고, 규모가 큰 습곡구 조의 경우 습곡작용의 후기단계에 형성되는 양상을 보이기 때문에(Fossen, 2010), 선주향의 차이가 나타 난 것으로 판단하였다. 그러나 본 연구에서 고응력 Fig. 9. Result of fold axes with various locations and measurements in the study area. The general trend of the fold axes shows N-NE, except a set of WNW-trending axis. The data support that various measurements for fold axis are practically applicable to natural folds with caution.방향을 판단하고 규모 및 층의 두께와 습곡축 간의 상관관계를 해석하기에는 표본이 부족하기 때문에, 이를 확인하기 위해서는 추가적인 자료가 필요하다. 또한, 시기에 따른 습곡축의 생성방향에 대한 해석도 북동방향의 습곡이 평안누층군의 퇴적 이후까지 우세 했던 것으로 보이지만, 지층별로 좀 더 상세히 다양 한 구조요소를 분석하는 추가적인 연구가 필요할 것 으로 보인다.
결론 및 제언
이번 연구는 야외조사를 기반으로 단양지역 6곳의 노두에서 다양한 방법으로 습곡축의 자세를 측정하여 그 결과를 비교하고 토론하였다. 과거 선행연구들에 의해 알려진 측정법들을 실제로 적용하며 문제점을 확인한 결과 실제로 노두에서 명확한 습곡축 자세를 측정하기 위해서는, 올바른 층리면의 자세를 구하는 방법에 대한 습득과 가능한 많은 자료를 측정한 후 평균값을 통해 측정오차를 줄여나가는 것이 중요하다 고 판단하였다. 노두에서의 측정 시 가장 문제가 되 는 것은 β-axis와 π-axis를 구할 때 층리면이 드러나 지 않아 층리면의 경사를 알 수 없는 경우로, 이러한 경우 층리면을 인위적으로 일부 노출시키거나 편평한 물건을 보조적으로 이용하여 가능한 층리면과 평행한 연장면상에서 측정하는 것이 좋다. 또한 β-axis의 경 우 측정오차를 줄이기 위하여 교차선을 다수 측정하 여 최빈값을 구하는 방법이 오차를 줄이는데 효과적 임을 확인하였다. 단양지역의 이번 연구에서 다양한 측정방법으로 도 출된 습곡축은 대부분 북-북동으로 잘 일치하지만 N-N48oE 사이에서 선주향의 차이를 다소 보이는 습 곡구조가 발달하고, 주 방향과 달리 서북서 방향의 선주향을 가지는 습곡구조가 일부 발달하는 것을 확 인하였다. 이들은 다른 조산운동이나 2차적인 습곡작 용과 연관되었을 것으로 판단되지만 이번 연구에서는 습곡축의 다양한 측정방법을 야외자료에서 실질적으 로 적용하고 검토하는데 초점을 맞추었기 때문에 이 들의 원인에 대한 분석은 정밀하게 실시하지 않았다. 따라서 이후 추가적인 정밀조사를 통해 더 많은 습 곡축 자세를 수집하고, 중복변형 지역에서 습곡작용 의 중첩을 고려한 연구가 추가적으로 수행될 필요가 있을 것으로 사료된다.사 사
본 연구는 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지 기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구과제 입니다(No.20201510100020).References
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Manuscript received: February 10, 2021 Revised manuscript received: February 26, 2021 Manuscript accepted: February 28, 2021
