Marine Terraces and Quaternary Faults in the Homigot and the Guryongpo, SE Korea

호미곶과 구룡포지역 해안단구와 신기지구조운동

최성자*

한국지질자원연구원 국토지질연구본부

Marine Terraces and Quaternary Faults in the Homigot and the Guryongpo, SE Korea

Sung-Ja Choi*

Geological Research Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, Daejeon 34132, Korea

요 약: 남동해안의 호미곶과 구룡포 인근지역의 해안단구에는 3조의 제4기 단층이 인지 되며, 이중 2조는 4 단구와 2단구의 평탄면을 자르고 있다. 호미곶 남쪽 하정리의 하정단층은 4단구를, 호미곶 구만리의 구만단 층은 2단구를 자르고 있다. 하정단층은 역단층운동을 하였으며 주향과 경사는 하부에서 N55°W/45°NE, 상부 에서 N45^oW/40^oNE로 수직 변위는 약 180 cm이다. 하정단층은 MIS 7~MIS 5c 동안 단층운동 시 형성된 4 조 붕적퇴적층이 발달하고 있어, 4회의 단층 운동이 있었음을 알 수 있다. 호미곶 구만리에 위치하고 있는 구 만단층은 3조의 역단층이 관찰되며 단층의 주향과 경사는 N80^oE~N70^oW/25^o-35^oSE~30^oSW로 수직이동거리는 9 cm~18 cm이다. 구만단층은 부정합면 직상위의 최하위 퇴적층만 이동시켰으며, MIS 5a의 80 ka 이후, MIS 4의 71 ka 이전 기간 동안 1회 운동하였다. 이 하정단층과 구만단층의 자세를 고려해 볼 때, 남동해안에는 후 기 플라이스토세 기간동안 동북동-서남서 압축력과 남북 압축력이 작용한 것으로 생각된다. 하정리의 4단구 퇴적층과 구만리의 2단구 OSL연대 결과, 대보 지괴의 4단구는 MIS 7, 2단구는 MIS 5a임을 재검증하였다.

핵심어: 하정리, 구만리, 제4기단층, 해안단구, MIS 7 & 5a

Abstract: Three Quaternary faults have been revealed in marine terraces nearby the Homigot and the Gurongpo in the southeastern offshore of Korean Peninsula. The Hajung fault cuts the 4^th marine terraces and the Guman fault the 2^nd, respectively. The Hajung fault strikes N55^o to 45^oW and dips 40^o to 45^oNE with reverse-displacement of 180cm vertically. There are four sets of colluvial sediment strata that would be produced by faulting and indicate four times of fault movements during MIS 7 and MIS 5c. The Guman fault site consists of three sets of reverse faults that strike N80^oE to N70^oW and dip 25^o~35^oSE to 30^oSW with vertical displacement of 9~18 cm. The Guman faulting occurred during 80 ka (MIS 5a) to 71 ka (MIS 4) but it extends only to the lowest bed, the pebble sand bed, lay just on the unconformity, and not to the upper. Considering the attitude of the faults, we inferred that the Hajung fault was activated under the ENE-WSW compression during MIS 7 to MIS 5c and the Guman under N-S trending compression during MIS 5a. Using the OSL age dating results, we reconfirmed that the 2^nd terrace is correlated to MIS 5a and the 4^th terraces to MIS 7.

Keywords: Hajung-ri, Guman-ri, Quaternary faults, marine terraces, MIS 7 & 5a

서 론

해안단구는 융기된 해안 혹은 융기된 해변으로 파

식대지라고 부르며, 해수면 하에서 파도에 의해 형성 된 지형이나 현재는 연안에 위치하고 있는 계단상 평 탄면 지형이다. 해안을 따라 발달하고 있는 해안단구 평탄면은 바다를 향하여 약 1~5^o로 완만하게 경사져 있다(Ritter et al., 2002; Wikipedia, 2016). 해안단 구는 간빙기와 빙기의 해수면 변동과 매우 밀접한 관

*Corresponding author Tel: +82-42-868-3034 E-mail: [email protected]

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계를 가지며, 융기 현상이 반복됨에 따라 계단상 구 조로 발달하게 된다. 해안단구지형은 단구 평탄면과 내륙 쪽에 위치하는 절벽 즉 단구애로 구성되며 단구 평탄면과 단구애의 접점이 만조시의 해수면인 단구 형성시의 구정선으로 간빙기의 해수면을 지시한다. 한 편, 융기에 의해 연안에 위치하고 있는 해안단구는 해수면 하강을 의미하며, 이는 지구조 운동 혹은 해 수면 변동 결과로 생각한다. 해수면은 지역에 따라 약간의 상대적 고도 차가 나지만, 지구조 운동과 융 기작용과 관련지을 경우 평균해수면을 기준으로 논의 한다. 그러므로, 평균해수면을 기준으로 할 때, 동일 시기에 형성된 해안단구는 동일한 구정선 고도를 가 지게 된다. MIS 5e 시기의 평균해수면은 현재보다 약 4 m 내지 6 m 상위에 있었으며(Chappell and Shackleton, 1986; Rohling et al., 2008). 이 시기동 안 형성된 해안단구는 현재의 평균해수면보다 약 4 m

~6 m 상위에 있어야 한다. 그러나 MIS 5e의 해안단 구 구정선 고도가 평균해수면 고도 약 40 m에 놓여 있다면 이 단구는 지구조 운동에 의한 것임을 짐작 할 수 있다.

우리나라의 남해안과 서해안은 리아스식 해안으로 해안단구 지형을 발견하기 어려우나, 동해안은 융기 해안으로 쉽게 해안단구 지형이 관찰된다. 동해안을 따라 해안단구는 구정선 고도가 다른 여러 조의 계단 형 지형으로 발달하고 있으며, 특히 남동해안지역에 서는 해안단구가 측방으로 연장·발달하고 있다(Kim, 1973; Oh, 1981; Choi et al., 2008). 남동해안의 해 안단구는 북에서 남으로 가면서 대보지괴, 월성지괴, 고리지괴 등 세구역으로 나누었으며, 대보와 고리지 괴의 융기율은 약 0.2 m/ky, 고리와 대보지괴 사이에 위치하고 있는 월성지괴의 융기율은 0.3 m/ky임을 제 시하였다(Choi et al., 2008). 지난 수 십 년 동안 동해안 해안단구에 대해 많은 연구(Kim, 1976; Oh, 1981; Choi et al., 2008)들이 수행되었으나, 현재까 지도 해안단구 지형 형성시기에 대해서는 논란이 되 고 있다.

제4기 지구조 운동과 밀접한 관계를 가지고 있는 해안단구의 구정선 고도변화가 동해안에서 잘 나타나 고 있다. 최소 3조 내지 4조의 해안단구가 동해안을 따라 발달하고 있으며, 이들의 구정선 고도는 지역에 따라 차이가 나므로 동해안은 제4기 동안 지구조 운 동이 활발하였음을 짐작할 수 있다. 해안단구의 구정 선 고도 변화는 단층과 습곡 등의 지구조 운동에 의

한 것이며, 고도변위를 일으킨 단층이나 습곡 등은 해안단구지형 인근에 발달하고 있어야 한다. 그러나 단구를 융기시키거나 변형시킨 단층이나 습곡 등을 발견하기는 쉽지 않다. 우리나라에서 발견되는 대부 분의 제4기 단층들이 양산단층과 울산단층에 집중적 으로 분포하고 있음은 매우 잘 알려져 있다. 그 이유 는 원자력발전소의 부지안전성과 관련하여 활성단층 연구가 처음으로 시작되었기 때문이다. 그리고, 동해 안의 해안단구 제4기 단층으로는 원자력발전소로부터 근거리에 위치한 읍천단층(Lee et al., 1999; Choi, 2005; Kee et al., 2007)과 수렴단층(Lee et al., 1999; Choi et al., 2010)등 두 곳이 있으며 이들에 대해서도 많은 연구결과들이 보고되어 있다.

이번 연구는 남동해안 지역 중 대보지괴에 해당되 는 호미곶 일대의 해안단구와 이를 자르고 있는 두 조의 단층을 기술하였다. 호미곶과 하정리에서 2단구 와 4단구의 해안단구를 자르고 있는 단층이 발달하고 있다. 호미곶의 단층은 2006년 2월 고지자기 시료 채 취를 위한 해안단구조사 시 발견된 단층이며, 구룡포 지역의 하정단층은 기원서 외(2009) 등에 의하여 발 견 및 보고되었다. 이곳의 해안단구지형은 측방 연장 성이 매우 좋을 뿐만 아니라 단구 평탄면 위에 두꺼 운 퇴적층이 형성되어 있다. 본 연구에서는 호미곶과 구룡포지역의 해안단구특성, 해안단구 형성시기, 해안 단구를 자르고 있는 두 조의 단층 등을 기술하였다.

연구대상지역의 해안단구도작성과 단구퇴적층의 연대 측정을 통하여 논란이 되고 있는 해안단구 형성시기 를 재검증하였다. 고지진 발생에 의하여 일어난 것으 로 추측되는 두 조의 단층들에 대한 단층특성, 단층 운동시기, 운동횟수 등을 기술하여 한반도에서 국지 적 혹은 광역적으로 일어난 신기 지구조운동의 정보 를 생산하였다.

2. 해안단구

구룡포 남쪽에 위치한 하정리 - 장길리와 호미곶일 대(Fig. 1)는 우리나라에서 해안단구지형이 가장 잘 발달하고 있는 곳들 중 한곳이다. 이곳의 해안 단구 지형은 최하위인 1단구를 포함하여 4조의 단구 평탄 면이 발달하고 있으며(Fig. 2 & 3) 그 순서는 가장 젊은 최하위 것부터 순차적으로 오름차순의 숫자를 주었다. 1단구는 현재 해수면 직상위에 형성되어 있 는 단구면으로 <1 m 내외의 구정선 고도를 보이고

있으며(Fig. 4), 불연속적이고 매우 간헐적인 분포와 소규모 면적으로 발달한다. 1단구는 매우 협소하여 도 면상으로 표현하기 어려워 단구도에서 제외하였다. 1 단구 상위에 발달하고 있는 단구 3조는 구정선 고도 가 각각 약 10-15 m 내외의 2단구, 약 30 m 내외의 3단구, 45 m 내외의 4단구로 각각 분류된다. 과거, 이 지역에 대한 단구 연구는 Oh(1981)와 Yoon et al.

(2000)등이 있으며, 본 논문에서 2, 3, 4 단구는 Oh (1981)의 산하리단구, 색천리단구, 감포단구에 각각 대 비되며, Yoon et al. (2000)의 저위면, 중위면, 고위 면에 대비될 것으로 생각된다. 그러나 Yoon et al.

(2000)은 각 단구의 구정선 고도에 대해 언급하지 않 아 명확하지 않았으며, 단지 감포읍 해안단구를 표본 지역으로 하여 각 단구면의 구정선 고도를 저위에서 고위로 가면서 실측치 4~5 m, 15~18 m, 36~43 m, 82~87 m임을 제시하였다. 한편, Oh (1981)에 의하면 구룡포와 호미곶 사이의 2, 3, 4단구 평탄면에서 1 m 이하의 단구퇴적층이 관찰되는 것으로 보고하였으나, 현재 대부분 단구 평탄면에는 단구 퇴적층인 해빈자 갈 혹은 모래층을 관찰하기 어렵다.

연구지역의 1단구(T1)는 일반적으로 홀로세 단구로 간주되며(Oh, 1981; Choi et al., 2008) 대표적으로

석병리 해안에 매우 협소하고 퇴적층이 결여된 단구 평탄면으로 발달하고 있다. 1단구는 Yoon et al.

(2000)의 저위 II면에 대비되는 것으로 생각되나, Yoon et al. (2000)이 제시한 구정선고도 4~5 m는 하정리와 장길리, 호미곶 일대에서 보여주는 실측치 의 구정선 고도보다 높으며, 월성지괴의 1단구에 대 비된다.

조사지역의 2단구(T2)는 현재의 해안선과 거의 유 사한 형태로 측방연장을 하고 있으나, 단구 평탄면은 좁고 길다(Fig. 2). 그러므로 현재 한반도 남동해안의 해안형태는 2단구 시기인 MIS 5a (Choi et al., 2008)에 이미 형성된 지형임을 알 수 있다. 2단구의 단애는 급경사를 보이고 있어 2단구의 구정선 위치를 쉽게 인지할 수 있다. 호미곶 일원의 단구 평탄면의 퇴적층은 대부분 모래로 구성되어 있는 풍성 사구층 으로 최대 약 2.5 m 층후를 보인다(Fig. 5).

연구지역의 3단구(T3)는 4조의 단구 평탄면 중 가 장 넓게 발달하고 있을 뿐만 아니라(Fig. 3) 2단구와 Fig. 1. Location map of studied area; red quadrangles.

The satellite map was captured from DAUM.

Fig. 2. Marine terrace map of Guryongpo and Jangil-ri showing a locality of Hajung fault outcrop.

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함께 해안단구 지형면 대비의 기준면이 될 수 있다.

3단구는 위치에 따라 2개의 단구 면으로 세분될 수 있어, 3단구 하위 면을 T3B, 3단구 상위 면을 T3A로 구분된다. T3B의 구정선 고도는 약 20 m이며, T3A의 구정선 고도는 약 30 m이다(Fig. 2 & 4). T3A와

T3B와의 단구애가 확실하지 않은 지역에서는 하나의 단구로 묶어 T3으로 표기하였다(Fig. 2 & 3). 예를 들어, 호미곶 등 대부분의 지역에서 T3B 단구애의 경사가 매우 완만하여 구정선의 위치를 인지하기 어 렵다. 단구면은 바다를 향해 경사져 있는 것이 특징 이나, 하정리와 장길리의 3단구면 경사방향은 바다쪽 으로 급경사 되어 있으면서 동시에 모두 남쪽으로 기 울어져 있어 북쪽 단구면은 들려 있는 형태를 보인다 (Fig. 2). 또한, 하정단층에 의하여 하정리의 단구 평 탄면의 외연부는 산사태가 일어나 완만한 골을 형성 하고 있다.

하정리, 장길리, 호미곶 일대의 4단구는 매우 협소 하고 개석되어 있어 골짜기가 형성되어 있으나 측방 으로 간헐적 연장을 보인다. 일반적으로 4단구의 단 구애로 보여지는 배후 산지와 단구 평탄면 간의 변환 점은 쉽게 관찰되지 않는다. 4단구의 단구 평탄면은 구릉지이며 단구 퇴적물도 드물어 해안단구로 인지하 기 어렵다. 그러나, 하정리에서는 4단구 평탄면에 최 대 약 2 m 층후의 퇴적층이 발달하고 있으며, 원마도 가 매우 좋고 분급도가 좋은 해빈역을 포함하고 있다 (Fig. 6).

3. 해안단구 단층

해안단구는 융기 연안의 파식대지로 연안에 계단상 지형을 형성한다. 이와 같은 해안단구는 상대적 해수 면 하강을 의미하며, 지구조 운동 혹은 해수면 변동 의 결과이다. 일반적으로 연안에서 관찰되는 해안단 구는 후기 내지 중기 플라이스토세에 형성된 것으로 Fig. 3. Marine terrace map of Homigot area including

a locality of Guman fault outcrop.

Fig. 4. Profile of former shoreline around Hajung-ri and Jangil-ri areas. They show difference of their elevations in the Hajung and Jangil-ri faults.

이 기간 동안의 해수면 변동은 잘 알려져 있는 편이 다. 평균해수면 0 m을 기준으로 측정된 해안단구의 구정선 고도는 간빙기의 해수면을 지시함과 동시에 그시기 간빙기의 평균해수면과 대비할 수 있다. 즉, 연안에서 관찰되는 해안단구의 구정선 고도가 지반 융기율과 지구조 운동을 파악할 수 있는 정보를 제공 한다.

남동해안의 하정리 - 장길리 지역에서는 해안단구 의 구정선 고도 변화를 일으킨 단층이 발달하고 있다.

하정리 - 장길리에서 측정된 단구의 구정선 고도를 그래프로 표시하여 보면 그래프 왼쪽에 구정선 고도 변화가 인지된다(Fig. 4). 그래프 왼쪽은 장길리 지역 으로 이 지역에서 4단구면의 구정선고도 차는 약 5 m 이상이며, 2단구면까지 연장되나 홀로세 단구까지는 연장되지 않는다. 이를 야기시킨 것은 지형 기복도에 서 인지된 N60^oW의 선구조로 예측되며, 본 논문에서 이 선구조를 장길단층으로 명명하였다. 장길단층이 통 과할 것으로 예상되는 곳은 산사태가 일어나 완만한 골을 형성하고 있으나, 단층 노두는 발견하지 못하였 다. 또한, 그래프 중앙 부분인 하정리 단구에서 구정 선 고도 차를 보이고 있다(Fig. 4). 하정리 4단구면에 서 약 4 m 내외 수직낙차를 보이며, 하위단구로 가면 서 낙차 폭은 2 m 내외로 감소 하나 최하위의 홀로

세 단구까지 연장 되지 않는다(Fig. 4). 4단구의 수직 낙차를 보이는 위치에서 단층 노두가 발달하고 있으 며, 이를 하정지점으로 명명하였으나(Kee, 2009), 본 논문에서는 이를 하정단층으로 하였다. 이외에, 호미 곶에서 2단구를 끊고 있으나 구정선고도의 단면도에 서는 인지되지 않는 단층이 구만리에 발달하고 있으 며, 본 논문에서 이를 구만단층이라 한다. Kee et al.

(2009)은 이 단층을 구만지점으로 명명한 바 있다.

구만단층(Fig. 5): 이 단층은 경상북도 포항시 남구 구만2리에 위치하고 있으며, 세조의 단층으로 구성되 어 있다. 세조의 단층 모두 해안단구지형을 자르고 있는 역단층성 운동감각을 보인다. 단층들은 모두 동 서 주향과 남쪽 경사를 하고 있다. 단층①의 주향과 경사는 N80^oE/25-35^oSE~N70^oW/30^oSW이며, 단층② 은 하부에서 상부로 가면서 N70^oW/27^oSW~N35°W/

30-37^oSW로 전이되고, 단층 조선은 200^o/27^o~315°/

30°이다. 세번째 단층은 첫번째 단층과 동일한 주향 과 경사를 보인다. 단층①의 수직이동거리는 9cm, 정 미이동(正味移動: net slip) 거리는 16cm이며, 단층② 의 수직이동거리는 18 cm, 정미이동거리는 37 cm이다.

구만단층은 평균해수면으로부터 고도 약 12 m 내 외의 구정선고도를 갖는 2단구(T2) 지형을 자르고 있 으나, 구정선 단면도(Fig. 4)에서는 인지되지 않는다.

Fig. 5. Outcrop photography and sketch of the Guman fault including the sampling spots for OSL dating. 1) yellow arrows; sampling spots, red lines; faults, 2) and 3) red dots; the fault, green dots; displacement of unconformity.

236 호미곶과 구룡포지역 해안단구와 신기지구조운동

해안단구 평탄면을 구성하고 있는 기반암은 신제3기 응회암이며 응회암 상위에 미고결 퇴적층이 퇴적되어 있고 층후는 약 1.5 m~2.5 m이다. 미고결 퇴적층은 역질층과 사질층으로 구분되며 부정합면 직상 위에 역질층이 놓이고 이를 사질층이 덮고 있다. 역질층은 각형의 극조립 자갈 내지 소형의 왕자갈로 구성되며 층후는 약 50 cm이다. 역질층을 덮고 있는 세립질 모 래층은 유기물을 포함하고 있는 흑색 내지 갈색층과 흑적색층으로 구성되어 있으며 역질층 직상위 모래층 은 직경 5 cm 이하 크기의 둥글고 납작한 역들이 간 간히 포함되어 있다. 모래층의 층후는 최대 약 2.2 m 이며 최소 1 m 내외이다. 단층은 기반암과 역질층까 지 발달되며, 즉 부정합면을 역단층 운동감각으로 이 동시켰으나 역질층 상부의 세립질 모래층은 이동되지 않았다. 따라서 단층운동은 1회로 생각된다.

호미곶의 구만단층에서는 단층 영향을 받지 않는 세립질 모래층준내 유기물이 함유된 흑색의 모래층으 로부터 OSL 연대측정 시료 3개를 채취하였으며 (Fig. 5), 하부에서 상부로 가면서 OSL연대가 71 ka, 60 ka, 56 ka로 각각 구해졌다(Table 1). 연대결과에 의하면, 구만단층이 자르고 있는 2단구의 형성시기는 82 ka의 MIS(Marine Isotope Stage) 5a이다. 그러므 로 1회의 단층운동은 82 ka 이후와 71 ka 이전에 활 동한 것으로 해석된다.

하정단층(Fig. 6):하정단층은 경상북도 포항시 남구 구룡포읍 하정리에 택지조성 단지에 위치하며 구룡포 읍에서 직선거리로 약 1.6 km 남쪽에 있다. 하정단층 은 고도 약 45 m의 4단구(T4)를 자르고 있으며, 북 쪽 지괴가 남쪽을 올라타고 있는 역단층성 운동감각 을 보이고 있다(Fig. 6). 단구 평탄면의 기반암은 안 산암이며, 안산암을 미고결 역질 및 사질 퇴적층이 덮고 있다. 단층의 주향과 경사는 하부에서 N55^oW/

45^oNE, 상부에서 N45^oW/40^oNE이며 단층 조선은 030^o/40^oN이다. 단층의 정미이동거리는 220 cm이며, 수직 변위는 약 180 cm이다. 그러나 단층 하반에서

부정합면은 단층면을 향하여 약 30^o정도 경사져 있어 단층 하반의 최하위 부정합과 상반의 부정합간 수직 거리 차이는 약 320 cm이다(Fig. 6). 단층상반의 부 정합면은 4단구 지표면에서 약 1 m 아래에 위치하고 있으며 부정합면 직상위 미고결층은 풍화가 심한 역 질층-⑦(Fig. 6-1) & -4))과 토양층-⑧(Fig. 6-1))로 구성되어 있다. 반면, 단층 하반의 부정합면은 단층주 변에서 경사져 있어 4단구 지표면으로부터 130 cm~

300 cm 아래 놓여 있으며 수평의 부정합면 위에는 미고결 퇴적물이 하부에서 상부로 가면서 잔자갈 내 지 모래, 점토로 구성되어 있다.

단층 상반과 하반의 부정합면 상위에 놓여 있는 미 고결 퇴적층들은 서로 대비되지 않는 것이 특징이다.

단층대를 따라서 쐐기형의 퇴적층이 단층 하반과 상 반에 각각 형성되어 있으며, 이 퇴적층들은 서로 대 비되지 않을 뿐만 아니라 측방으로 연장되지 않는 독 립체이다. 단층하반에는 쐐기형 퇴적층 두조와 수평 퇴적층 두조가 발달하고 있다. 단층과 함께 부정합면 이 경사져 있는 단층 하반에는 경사면을 따라 두 조 의 쐐기형 퇴적층이 형성되어 있다. 쐐기형 퇴적층준 중 하부 퇴적층은 해빈 역을 포함하는 역질층-⑥ (Fig. 6-1), -3))으로, 역의 크기는 5 cm~9 cm이고 최 대 26 cm, 최소 1 cm이다. 이 하부 퇴적층의 층리는 괴상으로 해빈 기원 원형의 역들과 각형의 육성 기원 역들이 혼재 되어 있는 것이 특징이다. 역들의 장축 방향은 수직으로 서있거나, 단층의 경사와 아평행하 게 약 40~60^o로 기울어져 있다. 이 쐐기층의 폭은 220 cm~55 cm, 층후는 98 cm~20 cm이다. 상위의 쐐 기형 퇴적층은 1 cm~3 cm 각력과 세립 내지 점토질 의 기질로 구성된 각력질 퇴적층-④A(Fig. 6-1) &- 2))로 괴상체이며 층후는 약 140 cm~180 cm이다. 이 퇴적층은 두조의 수평퇴적층(Fig. 6-1①, ②)과 수직으 로 접한다. 단층 하반의 수평퇴적층 중 기반암 직상 위 부정합면 위에 발달하고 있는 퇴적층-①(Fig. 6-1)) 은 함역 사질층으로 역의 크기는 대체로 1~2 cm 이 Table 1. OSL age dating results of marine terrace sediments

Sample Equivalent dose (Gy)

Gamma dose rate (mGy/yr)

Beta dose rate (mGy/yr)

Cosmic dose rate (mGy/yr)

Total dose rate (mGy/yr)

Age (ka)

628-C 137±7 0.80±0.01 1.56±0.03 0.10±0.01 2.46±0.03 56±3

628-E 162±10 0.76±0.01 1.42±0.03 0.10±0.01 2.28±0.03 71±5

628-4 144±7 0.84±0.01 1.40±0.03 0.15±0.01 2.39±0.03 60±3

HJ 1 232±14 1.00±0.01 1.17±0.03 0.15±0.01 2.32±0.03 100±6

HJ 2 243±22 0.75±0.01 1.04±0.03 0.10±0.01 1.89±0.03 128±12

며 원형과 각형의 역들이 혼재 되어 있다. 이층은 상 부로 가면서 세립화 되고 역의 량이 감소하면서 사질 층-②(Fig. 6-1) & -2))로 전이된다. 이 사질층-②의 층후는 약 70 cm~90 cm이고 약한 층리구조를 보이며, 단층대와 멀어지면서 층후는 두꺼워 진다. 단층 상반 에서도 기반암과 미고결퇴적층의 부정합면이 단층 가 까이에서 약 45°로 경사지면서 단층상반에 쐐기형 공 간을 형성하고 이 공간에 단층운동 후 생성된 퇴적물 (Fig. 6-1)④B)이 채워져 있다. 이층은 적갈색의 사질 층으로 10% 이하의 안산암질 잔자갈을 포함하고 있 으며 측방으로 연장되지 않는다. 그리고, 단층 상반 쐐기퇴적층-④B(Fig. 6-1))과 역질층-⑦(Fig. 6-1))은 단층 하반의 퇴적층과 대비되지 않는다. 그리고 단층 상반과 하반의 모든 퇴적층들은 토양층-⑧(Fig. 6-1)) 에 덮혀 있다.

강원대학교 한국연대측정연구소에서 하정단층 상반 (HJ1)과 하반의 미고결퇴적층(HJ2)에서 각각 OSL 연

대측정을 수행하였다(Fig. 6). 단층 상반의 미고결퇴 적층은 단층운동에 의하여 형성된 쐐기형 퇴적층-4B 에서 OSL 연대 100 ka, 그리고 단층 하반의 부정합 면으로 부터 약 90 cm 상위에 있는 수평퇴적층-② (Fig. 6-1))으로부터 128 ka 구하였다(Table 1). 그러 므로 하정단층이 자르고 있는 4단구(T4)는 243 ka의 MIS 7(Lorraine and Lisiecki, 2005)에 대비되며, 단 층운동은 128 ka에서부터 상반의 붕적퇴적층 형성시 기 100 ka 이전으로 추정된다. 그러므로, 하정단층은 128 ka~100 ka 기간 동안 단층운동이 있었음을 알 수 있다.

토 의

해안단구 형성시기

구룡포와 호미곶지역의 해안단구는 우리나라에서 가장 잘 발달한 곳 중 한곳이다. 이 곳의 해안단구는 Fig. 6. Outcrop photography and sketch of the Hajung fault including the sampling spots for OSL dating. 1) Black dash lines; unconformity, red lines; faults, red dotted line; discontinuity, Hatching area; fault plane, ① and yellow lines; strata, white circle; sampling spots, An; andesite. 2) close-view of strata discontinuity, 3) close –view of ⑥, 4) close-view of sediments at the hanging wall.

238 호미곶과 구룡포지역 해안단구와 신기지구조운동

하위의 가장 젊은 단구 평탄면으로부터 상위로 가면 서 단구 순서를 T1, T2, T3B, T3A 단구로 정한 바 있다(Choi, 2004; Choi et al., 2008). 그리고, 해안 단구 형성시기는 하위에서 상위로 가면서 각각 홀로 세, MIS 5a, MIS 5c, MIS 5e임을 규명하였다(Choi et al., 2008). 이번 연구에서 호미곶 2단구(T2)면에 퇴적된 사구층으로 부터 측정된 OSL 연대가 50 ka, 61 ka, 71 ka이므로, 2단구(T2) 형성시기는 Choi et al. (2008)이 규명한 바와 같이 간빙기인 82 ka의 MIS 5a임이 입증되었다. 그리고, 하정리의 제4단구면을 자 르고 있는 하정단층에서는 단층상반과 하반의 퇴적층 으로부터 OSL 연대측정 결과, 단층 하반의 퇴적층은 128 ka, 상반의 쐐기형 주입퇴적층은 100 ka이다. 그 러므로 하정리 제4단구면 형성시기는 128 ka 이전의 간빙기인 243 ka의 MIS 7임을 지시하고 있다.

호미곶 2단구와 하정리 4단구의 연대측정 결과로 3 단구의 형성시기를 유추 해석할 수 있다. 호미곶 2단 구 형성시기가 MIS 5a(82 ka), 하정리 4단구 형성 시기가 MIS 7에 대비되므로, 2단구와 4단구 사이에 위치하고 있는 3단구는 MIS 5c 혹은 MIS 5e에 대 비되며, 이는 기존 결과와도 잘 일치된다(Choi et al., 2008). 이를 뒷받침하는 또 다른 자료에 의하면, Shim (2006)은 대보 지괴 3단구의 상위 면인 30 m에서 고 지자기 분석 결과 MIS 5e를 지시하는 117.1±1.2 ka 부터 111.8±1.2 ka의 블래크 익스커션 사건(blake excursion event)를 발견·보고하였다. 최근, 수렴리의 해안단구 지형을 자르고 있는 수렴단층의 해빈 자갈 층으로부터 단일 결정 OSL 연대 측정을 하여 그 결 과로 수렴리의 구정선고도 약 48 m인 제3단구를 MIS 7로 해석하였다(Heo et al., 2014). 그러나, 수 렴리 지역에 발달하는 해안단구는 월성지괴에 해당되 며, 월성지괴는 대보지괴와 고리지괴보다는 높은 융 기율을 보이고 있기 때문에, 수렴리의 3단구 구정선 고도는 대보 및 고리 지괴의 3단구 구정선고도가 높 다(Choi et al., 2008). 그 예로, MIS 5a로 규명된 2단구 구정선 고도는 대보와 고리지괴에서는 10 m 내 외인 반면, 월성지괴는 20 m이다. 또한, 월성지역의 20 m 구정선 고도의 단구퇴적층에서 MIS 5a임을 입 증하는 OSL 연대측정결과도 다수 있다(Choi et al., 2008). 한편, 수렴리의 48 m 단구가 4단구라는 가정 하에서, 월성지괴의 단구별 융기율을 고려하여 볼 때 월성지괴의 2단구 융기율은 0.3 m/ka인 반면, 3단구와 4단구 융기율은 0.2 m/ka로 급격하게 낮아진다. 월성

지괴 3단구와 2단구 간에 급격한 융기율 차이는 MIS 5a와 MIS 7 간빙기 사이에 커다란 지구조 운 동이 있어야 할 것으로 예측되며, 이에 대한 신기지 구조적 해석이 뒤따라야 할 것이다. 또한, 타 지괴에 서는 이와 같은 동일한 현상을 보이고 있지 않는 것 도 해결해야 할 과제로 생각된다. 그러나, 현재까지 상기 간빙기간 지구조 운동에 대해 알려진 바 없다.

그러므로 연대측정을 한 수렴단층 노두는 상위 단구 의 외연부가 근거리에 위치하고 있어서, 4단구의 퇴 적물이 단층운동과 함께 주입되었을 가능성도 있음을 배제할 수 없다.

제4기 단층운동

조사지역에서 인지된 단층은 장길단층, 하정단층, 구만단층 등이 있다. 장길단층은 지형기복도에서 동 서방향의 선구조로만 인지된다. 선구조가 통과하는 곳 에서는 3단구 평탄면 경사가 남쪽으로 기울어져 있고 북쪽이 약간 들려 있는 지형이 형성되어 있어 이는 단층운동에 의한 것으로 추정하였다. 장길단층은 현 장지질조사를 통해 단층임을 입증해야 하는 선구조이 다. 반면에, 하정단층과 구만단층은 각각 4단구와 2단 구를 자르고 있는 노두 단층이다. 그리고, 하정단층은 해안단구의 구정선 고도 단면도상에서도 인지되지만, 구만단층은 인지되지 않는다. 하정단층은 단층 이동 거리가 크기 때문에 인지될 수 있었던 것으로 생각되 며, 구만단층은 단층 이동거리가 수십 cm이여서 단면 도상에서 인지되기 어려웠던 것으로 본다. 역사시대 동안 기록된 큰 규모의 지진들이 지표면 파열을 일으 켰다 하여도 소규모 이동거리를 보여주는 단층들에서 는 짧은 기간내에 쉽고 빠르게 단층운동의 흔적인 지 형 변형증거들이 사라진다(McCalpin, 2009). 따라서, 한반도에서도 지진과 직접 관련된 지진성 단층들이 작은 이동거리와 오랜 시간 경과로 인하여 지표상에 서 인지 되지 못하고 있을 뿐이라고 생각된다.

하정단층은 제4단구 평탄면을 자르고 있는 단층으 로 북서주향을 하고 있다. 이 단층 상반의 쐐기형 퇴 적층인 “④B”는 단층상반 애(fault scarp)로부터 붕락 된 붕적 퇴적층이며 최소 1회의 운동을 지시하고 붕 적층 퇴적층의 시기가 100 ka 이므로 단층운동의 최 후기 시기는 100 ka 이전이다. 단층하반에는 수평층 준의 퇴적층(Fig. 6) 2조가 형성되어 있으며, 이중 부 정합면 직상위의 수평 퇴적층은 육성기원의 각형 역 과 해성기원의 원형 역들이 혼재되어 있는 것으로 보

아 해빈퇴적층으로 보기 어렵다. 원래, 부정합면위의 해빈퇴적층은 왕자갈의 해빈역들을 다수 포함하고 있 는 쐐기형 퇴적층 “④A”와 유사해야 할 것이다. 이 수평퇴적층 ①(Fig. 6)은 역단층운동 후 상반에 위치 하고 있던 단층애의 퇴적물이 중력에 의하여 하반으 로 떨어져 쌓인 단층 붕적퇴적층과 해빈층의 혼합체 로 생각된다(McCalpin, 2009). 단층은 ④A층과 수평 층①, ②번층과 직각으로 접하고 있는 부분으로 추측 된다. 또한, 두조(Fig. 6)의 수평퇴적층과 직각으로 접 하는 쐐기퇴적층 “④A” 층과 “⑥”번층도 역시 단층 운동에 의하여 형성된 퇴적층으로 단층운동 시 단층 대를 따라 형성된 쐐기형의 공간에 주입된 층으로 해 석된다. 그 이유는 쐐기형 퇴적층 “④A”와 “⑥”번층 과 대비되는 층이 단층 하반 혹은 상반에는 없는 독 립체 퇴적층이기 때문이다. 45^o경사를 가진 역단층 운 동의 단층 진화와 구조(McCalpin, 2009)와 대비하여 볼 때, 단층 하반의 쐐기형 주입퇴적층은 약 30^o로 경사진 부정합면을 따라 일어난 단층운동의 결과물로 추측되며, 이후 단층운동이 재활되면서 현재의 단층 위치로 이동·발달하면서 단층상반에 쐐기형 주입형 퇴 적층이 만들어 진 것으로 생각된다. 그러므로 단층하 반에 있는 두조의 쐐기형 주입성 퇴적층은 2회의 단 층운동을 지시하고 있는 것으로 해석된다. 결론적으 로, 단층 하반의 한조의 수평퇴적층은 1회의 단층 운 동, 경사진 부정합면을 따라 발달된 2조의 쐐기형 주 입퇴적층은 2회의 단층운동, 단층 상반의 쐐기형 주 입퇴적층은 최후기 단층운동을 지시한다. 그러므로 하 정단층은 243 ka~100 ka 기간 동안 최소 4회의 단층 운동이 있었을 것으로 해석된다.

요약하면, 구만단층과 하정단층 모두 최근세에 움 직인 증거는 없으며, 구만단층은 70 Ka 이전에 1회, 하정단층은 MIS 7~5c 기간 동안 4회의 움직임이 있 었다. 그러나 이러한 사실은 지질학적인 근거만을 가 지고 논한 횟수 이므로 지질학적 증거가 없어진 지진 발생도 있었을 것이다. 이 논문에서 제시하는 단층시 기와 횟수는 최소한의 사건으로 보아야 할 것이다.

특히 구만단층은 지표면을 자르고 있지 못하고 있으 나, 세조의 역단층이 발달하고 있다. 구만단층은 지표 면까지 연장되지 못한 블라인드 충상단층(blind thrust fault)으로 해석될 수 있으며, 가까운 과거에 단층활동 이 있었을 가능성도 배제하지는 못한다.

한반도에 가해지는 현생지구조응력장은 지진 메커 니즘의 특성 분석을 통해 주응력 방향이 동북동-서남

서 방향이며 대부분 주향이동 단층에 의한 것으로 해 석하였다(Jun and Jeon, 2010). Choi et al. (2002, 2007)은 제4기 단층구조 분석에 의해서 동북동-서남 서 내지 동-서 압축력 → 북서-남동 내지 서북서-동 남동 압축력 → 남북 압축력으로 구분지었다. 그리고, 지금까지 발견된 단층들 중 가천단층, 읍천단층, 수렴 단층 등은 서북서-동남동 압축력의 단층작용, 말방단 층과 개곡리 일대의 단층들은 동북동-서북서 압축력 작용과 밀접한 것으로 보았다. 한편, Park et al.

(2006)은 24조의 제4기 단층 분석결과, 주 응력방향 이 동북동-서남서 방향임을 보고하였다. 하정단층은 북서 주향의 북동 경사를 하고 있으며 이동벡터는 북 동방향으로 측정되었다. Choi et al. (2002, 2007)에 의하여 보고된 제4기 단층들의 자세와 이동벡터를 고 려해 볼 때, 하정단층이 말방단층과 매우 유사한 단 층 자세와 이동벡터를 보이고 있어 하정단층의 주응 력장도 동북동-서북서 압축력과 관계 지을 수 있다. 한 편, 3조의 단층으로 구성된 구만단층은 각각 N80^oE/

25-35^oSE~N70^oW/30^oSW, N70^oW/27^oSW~N35^oW/30- 47^oSW으로 동서 주향에 남쪽 경사를 한다. 구만단층 은 일반적으로 알려진 동북동-서남서 압축력보다는 남 북압축력이 더 크게 작용한 것으로 보여지며, 그 시 기는 MIS 5a인 82 ka 이후이다. Choi et al. (2007) 이 제시한 현생 지구조 응력장이 동북동-서남서 압축 력에서 남북 압축력으로 진행 되었을 것으로 해석한 바와 같이, 구룡포와 호미곶 일원에서는 MIS 5e- 5c 기간에는 동북동-서남서 압축력, MIS 5a기간에는 남 북 압축력이 작용한 것으로 생각된다. 종합해 보면, 제4기 플라이스토세 후기 동안 한반도 남동부에는 횡 압력이 있었으며 동서방향의 압축력과 동시에 남북방 향의 압축력도 지엽적으로 일어난 것으로 해석된다.

결 론

1) 호미곶과 구룡포(하정리-장길리) 일원 해안단구 는 하위로부터 T1, T2, T3B, T3A, T4등 4조 내지 5조가 발달하고 있으며, T2와 T4는 OSL 연대 측정 결과 각각 MIS 5a, MIS 7임이 입증되었다.

2) 호미곶 2단구와 하정리 4단구에는 각각 구만단 층과 하정단층이 발달하고 있다. 구만단층은 동서방 향의 주향으로 수직변위는 약 9 cm~18 cm이며, 단층 운동은 1회로 MIS 5a이후 71 ka 이전으로 제한된다.

하정단층은 북서주향이며 수직변위는 180 cm로 단층

240 호미곶과 구룡포지역 해안단구와 신기지구조운동

운동의 산물인 퇴적층이 하반에 3조, 상반에 1조씩 각각 발달하고 있어 최소 4회의 단층운동이 일어 났 으며 운동시기는 243 ka 이후 100 ka 이전이다. 그러 나 이러한 사실은 지질학적인 근거만을 가지고 논한 것이므로 지질학적 증거가 소멸된 단층운동이 더 많 이 있었음을 고려해야 한다. 이 논문에서 제시하는 단층시기와 횟수는 최소한의 지구조 사건으로 보아야 할 것이다.

3) 플라이스토세 후기 동안 한반도 남동부에는 동 서방향의 압축력과 동시에 남북방향의 압축력이 작용 하였다.

사 사

이 연구는 한국지질자원연구원에서 수행한 “원전부 지 인근 신기지구조 및 해안단구 검증조사연구”

NP2010-005와 “지질박물관 기초학술 연구 및 전시 콘 텐츠 개발”GP2015-008”에 의해 이루어졌다. 많은 조 언과 토의를 해주신 익명의 심사위원께 감사드립니다.

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Received July 25, 2016 Review started July 28, 2016 Accepted September5, 2016