두위봉층 - 지구사 기록과 공백 태백 일대의 불일치

두위봉층

김세진/연세대 김홍우/서울대 같은 과정설의 제창자인 영국의 지질학자 제임스 하튼은 1788년 스코틀랜드의 시카 포인트(Siccar point)에서 부정합을 관찰했다. 이윽고 하튼은 부정합에 대해 이러한 지질구조가 형성되려면 오랜 시간이 걸린다고 판단하고 심원한 지질학적 시간의 개념과 동일 과정설의 개념을 떠올리며 주장하는데 중요한 증거로 이용했다.

 

암석을 통해 지구의 역사를 연구하는 지질학자의 입장에서 부정합은 기록의 공백을 의미한다. 그러나 동시에 부정합은 지각 변동과 같은 현상을 지시함으로써 계층에서 좋은 구분점이며, 기준점이 될 수도 있다. 따라서 부정합은 지질학에서 매우 중요한 지질 구조이다. 그래서 우리는 이번 취재에서 한국의 불일치를 탐구하기 위해, 그리고 하튼이 그렇듯이 불일치를 통해 심오한 시간을 느끼기 위해 강원도 태백에서 야외 조사를 떠났다. 불일치란? 부정합이란, 지층의 시간적인 불연속으로, 상당한 기간의 퇴적의 중단을 의미하고, 상부와 하부의 지층 사이에서 이러한 불연속을 지시하는 면을 부정합면이라고 한다. 부정합은, 일반적으로 퇴적이 일어난 지역이 지각 변동 등의 환경적 변화를 경험하고, 융기하여 퇴적이 중단된 후, 풍화에 의해 깎여, 그 후 재퇴적이 시작되어, 기존의 지층 위에 다시 지층이 적층되어 형성된다. 부정합은 부정합을 이루는 상부와 하부 지층암의 종류와 상부, 하부 지층과의 관계에 따라 크게 4종류로 나뉜다.

 

경사 부정합(Angular unconformity): 경사진 지층이나 습곡의 날개의 침식면 상에 새로운 지층이 적층되어 형성된 부정합으로, 부정합면을 기준으로 하부 지층과 상부 지층 사이의 기울기에 차이가 생긴다. 2. 비정합(Disconformity): 평행부정합(Parallel unconformity)의 일종으로 부정합면을 기준으로 상부지층과 하부지층이 평행이지만 부정합면이 뚜렷한 풍화면의 흔적을 나타낸다. 3. 준정합(Paraconformity): 비정합과 함께 평행부정합의 일종으로 부정합면을 기준으로 상부지층과 하부지층이 평행하고 부정합면이 풍화면의 흔적을 나타내지 않는다. 주로 유기된 하도에 오랜 시간이 경과한 후, 다시 강이 흘러 형성된다. 4. 난정합(Nonconformity): 부정합면의 하부지층이 퇴적암이 아닌 화성암, 변성암인 부정합으로, 이들 암석이 지표에 노출된 것은 상당히 오랜 시간 침식된 것을 의미하기 때문에 부정합면을 기준으로 특히 긴 시간 간격을 나타낸다. 그렇다면 부정합은 야외에서 어떻게 구별될 수 있는가? 가장 간단한 방법은 상부층과 하부층 사이의 명백한 시간차를 나타내는 구조를 확인하는 것이다. 이것은, 어느 지역에서 연속적으로 형성할 수 없는 암상이 붙어 있는 경우, 양지층에서 지질사의 복잡도의 차이가 관찰될 때, 풍화/침식면 혹은 풍화/침식의 증거 등에서 확인할 수 있다. 태백 일대 불일치 우리는 이번 옥외 조사에서 두 가지 불일치를 발견할 수 있었다. 최초의 부정합은 태백시 구문소에서 발견된 조선루층 군두위봉층과 헤이안루층군 만항층 사이의 부정합이다.

 

이 부정합의 하부지층은, 조선루층군두위봉층으로서 태백층군의 최상부지층이며, 올드비스기에 퇴적한 석회암층이다. 한편, 상부 지층은 평안 누층군 만항층으로서 평안 누층군의 최하부 지층이며, 석탄기에 퇴적된 지층이다. 해당 부정합의 상부 지층에서는 사암과 역암으로 구성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 2개의 지층의 암상이 석회암과 사암에 차이가 있어, 퇴적 환경상의 2개는 연속적으로 형성할 수 없기 때문에, 해당 지층의 경계가 부정합면인 것을 알 수 있다. 또한, 해당 부정합면은 각 지층의 형성시기라고 추정하면, 약 1억년 이상의 시간적 공백을 나타낸다.

 

또한 부정합면 근처에서 우리는 기저력 암으로 추정되는 암석을 발견할 수 있었다. 사진으로 나타낸 역은 부정합면 하부의 어두운 색의 지층이 풍화하고 형성된 역이 그 후 상부의 지층이 퇴적되어 기저역암으로 남아 있다고 추정할 수 있다. 우리가 조사한 두 번째 불일치는 첫 번째 불일치에서 그리 멀지 않은 곳에서 발견된 조선 누층군 장산층과 홍제사 화강암 사이의 불일치이다. (강원고생대국가지질공원 T 표지) 천연기념물로 지질공원의 지질명소로 선정된 구문소에 위치하여 접근이 용이했던 최초의 부정합과 달리 두 번째 부정합 은산길로의 조금의 도보가 필요한 위치에 존재했다.

 

이 부정합의 하부 암석은 홍제사 화강암으로, 선 캄브리아 시대의 화강편 마암이다. 한편, 상부지층은 조선루층군 장산규암층으로서 태백층군의 최하부지층이며, 연대에는 논의가 있지만, 주로 캄브리아기에 퇴적한 지층으로 추정되고 있다. 즉 해당 부정합면을 기준으로 상부와 하부에는 약 15억년의 시간차가 존재할 것으로 보인다. 이때 양지층의 암상이 화강편 마암과 역암으로 차이가 있고, 해당 지층의 경계가 부정합면인 것을 알 수 있고, 하부에 변성암, 상부에 퇴적암이 존재하기 때문에 난정합인 것을 알 수 있다. 또한, 상기 부정합의 경우, 부정합면이 거의 수직으로 가깝게 발달하는 것을 확인할 수 있었다. 단어 이번 기사에서 우리는 태백지역의 전기고생대지층에 해당하는 조선누층군 태백층군의 상한과 하한에 해당하는 각각의 부정합을 조사했다. 그리고 이번 기사에서 다룬 노두들로 아는 사실을 기존에 연구된 한반도 태백지역의 고생대 지사를 바탕으로 쉽게 추론해 보았다. 그 결과를 말해 보면 다음과 같다. 우선, 과거의 캄브리아기 이전까지, 태백 지역은 퇴적이 잘 일어나지 않는 환경이었을 것이다. 이후 캄브리아기에 들어서 모종의 이유로 태백지역에는 얕은 바다가 생겨 나가야마규암층을 시작으로 태백층군을 퇴적하기 시작했을 것이다. 잠시 후 올드비스기의 두부봉층이 퇴적된 후, 태백지역에서는 다시 잠시 퇴적이 일어나지 않았을 것이다. 많은 경우 중기 고생대 대결층이라고 불리는 한반도 전체에서 그 시기에 형성된 퇴적암을 발견할 수 없는 이 기간 동안 지표에 나타난 두위봉층은 풍화를 받았을 것이고, 그 후 다시 태백지역에 만항층을 시작으로 평안 누드군이 퇴적했을 때 우리가 보았다. 지질학은 지구의 역사에 관한 조사입니다. 암석 자체에 대해 구조 그 자체를 조사하는 것도 중요하지만 지질학의 궁극적 인 목표 중 하나는 지구 역사의 복원입니다. 따라서 기사를 읽고 있는 여러분도 야외에서 암석을 보게 되면 표면적인 구조뿐만 아니라 마치 하튼이 부정합을 보고 생각한 것처럼 그 안에 숨겨진 토지의 장대한 역사를 생각해 보길 바란다.