지질환경

2.1. 한반도 남동부의 지구조

유라시아판의 동쪽 끝부분에 위치하는 한반도의 주변에는 동쪽으로 일본열도 뒤 에서 후열도해인 동해, 서쪽으로는 서해와 남중국해가 위치한다 (Fig. 3-1). 한반도 의 남동부는 백악기 이후 오랫동안 신장력의 지배를 받아 왔다. 먼저, 백악기 때에 Izanagi 판이 아시아의 대륙주변부 아래로 섭입하여 경상분지를 형성하였다 (Ree et al., 2003). 다음에, 올리고세 후기에서 마이오세 중기까지 큰 규모의 신장력에 의해 남서 일본열도가 한반도의 동쪽 주변부로부터 떨어져 나가 동해를 형성하였다 (Kim et al., 2015). 시코쿠분지의 암권이 북쪽으로 이동하여 약 15 Ma경에 남서 일본열도 와 부딪히면서 동해의 확장은 멈추었다 (Hibbard and Karig, 1990). 한반도의 남동 대륙주변부는 동해의 확장이 멈춘 이후 두 방향의 압축력을 받고 있다: 15 Ma부터 가장 후기 마이오세 전까지 NW-SE 그리고 플라이오세부터 현재까지 ENE-WSW 혹 은 E-W (Lee et al., 2011). 최근의 측지자료와 지진자료는 유라시아판의 남동 끝부 분이 아무리아판이라 불리우는 작은 판으로 분리되었음을 제시한다 (e.g., Zonenshain and Savostin, 1981). 아무리아판의 분리는 유라시아판과 인도판의 충돌 에 의한 결과로 해석된다. 아무리아판은 한반도와 남서 일본열도, 북동 중국, 그리 고 러시아의 극동지역으로 구성되는데 플라이오세 이후 유라시아판에 대해 상대적 으로 동-북동 혹은 동쪽 방향으로 이동하고 있다 (Taira, 2001) (Fig. 3-1). Lee et al. (2011)은 한반도의 남동 대륙붕 지역에서 유추되는 ENE-WSW 혹은 E-W 방향의 압축력이 플라이오세 이후 동쪽으로 이동하는 아무리아판 때문으로 해석하였다. 한 반도 남동부에서 발생한 미소지진의 단층면해는 ENE-WSW 방향의 응력장의 압축 을 지시하는데 (Lee and Chung, 1999) 아무리아판이 동쪽으로 이동하는 현상과 일 치한다.

양산단층계는 경상분지를 가로지르는 NNE 방향으로 분포하는 단층들로 구성된 다. 양산단층계는 팔레오세에 만들어져서 주로 SSW 방향으로 우수주향운동을 하며 활동하였다 (Chang and Chang, 1998). 양산단층계 중에서 양산단층은 길이가 190 km 이상으로 약 35 km에 달하는 우수주향 변위를 보인다 (Fig. 3-2). 양산단층은 약 45 Ma의 rhyolitic tuff를 자르고 마이오세 중기의 퇴적층에 덮혀 있으므로 40 - 20 Ma 동안 양산단층의 우수주향 이동에서 대부분이 발생했다고 볼 수 있다 (Chang

et al., 1990; Ree et al., 2003). 하지만 양산단층의 경우 넓은 폭의 파쇄대로 인하여 단층면의 지질 구조적인 특징을 인지하기가 쉽지 않다. 따라서 1970년대 초까지는 동편육괴가 하강한 경사이동단층으로 해석하기도 했지만 Reedman and Um (1975) 의 연구 이후부터 단층의 동편육괴가 하강한 우수주향 이동단층으로 해석하고 있 다. 양산단층에 비해 같은 단층계에 속하는 다른 단층의 경우 연대와 변위가 상대 적으로 연구되지 못 하였다. 최근에, 일광단층의 단층암의 electron spin resonance (EPR) 연대측정은 4기에 단층활동이 있었음을 지시한다 (Lee and Yang, 2005).

2.2. 연구지역의 층서

인근 육상의 기반암은 백악기 화산암으로 부분적으로 3기 화강암이 관입해 있다 (Kim et al., 2003). 이 암석은 대륙붕에서 퇴적층 하부의 기반암을 이룬다고 해석된 다 (Inoue, 1982).

Yoo et al. (2006)은 한반도의 남동대륙붕에 퇴적된 지층의 층서를 플라이오세부 터 4기로 분류하였다. 전체적으로, 각 단위는 층서가 잘 발달되거나 복잡한 sigmoid-oblique한 전진구축형 (progadational)의 특징을 보이는데 이것은 퇴적층이 해수면 변동에 대한 반응으로서 쌓이면서 바다쪽으로 확장된 것을 반영한다. 가장 아래에 있는 플라이오세 단위는 lowstand systems track으로서 퇴적되었다. 위의 플 라이스토세 단위들은 lowstand, transgressive-to-highstand, 그리고 regressive-to-lowstand systems track들로 이루어 진다. 플라이오세와 플라이스토세 단위들은 외해쪽으로 점차 두꺼워지는 쐐기모양을 가진다. 홀로세 단위들은 두 개 로서 하나는 중간 대륙붕에, 다른 하나는 내만의 대륙붕에 존재한다. 중간 대륙붕에 있는 홀로세 단위는 landward transgression 동안 shorefavce erosion의 결과로서 퇴 적된 transgressive deposits로 이루어져 있다. 내만 대륙붕에 있는 홀로세 단위는 주 로 transgressive-to-highstand systems track으로서 주로 mud로 이루어져 있다. 이들 플라이오세와 4기 층서들은 regression 기간 동안 전진구축하여 쌓인 lowstand wedge모양을 가진다 (Yoo et al., 2006) (Fig. 3-3)

Fig. 3-2. Geologic map of the southeastern Korean Peninsula (modified from Ree et al., 2006). The rentangle indicates the area in Fig. 3-2b. The solid lines indicate the locations of offshore seismic profiles collected in a reconnaissance mode.

Fig. 3-3. Schematic diagram representing buildup of the Plio-Quaternary shelf sequences on the southeastern continental shelf of Korea created in response to sea-level fluctuations (from Yoo et al., 2006).