Aims & Scope

기재: 퇴적상조합 1은 장기 1, 4, 6호공에서 우세하게 나타난다. 주로 괴상의 역암(Gm)과 희미한 층리 역암(Gs)으로 구성되어있으며, 점이층리 사암(Sn), 층리 사암(Ss), 괴상 사암(Sm), 괴상 이암(Mm)이 협재되어있고, 전반적으로 상향세립화 경향을 보인다(그림 3). 괴상 역암(Gm)은 수십 cm에서 수 m의 두께를 보이며, 내부 침식면과 하부 침식경계가 특징이다. 역은 주로 기반암인 유문암질 내지 데사이트질 화산암류로 구성되어 있으며, 때때로 사암 또는 이암으로 구성된 뜯어올림역편(rip-up clast)도 발견된다. 크기는 왕모래(granule)부터 잔자갈(pebble)이 대부분이지만, 왕자갈(cobble) 크기의 역도 관찰된다. 역들은 아각형(sub-angular)에서 아원형(sub-rounded)의 원마도를 보이고, 분급이 불량하며 대체로 입자지지(clast-supported)되어 있다. 역암의 기질은 세립 내지 조립질 사암으로 구성되어있다. 희미한 층리 역암(Gs)은 왕모래 또는 잔자갈 크기의 역이 평행층리 혹은 사층리를 보이며 수 cm에서 최대 1 m 내의 두께를 가진다. 또한 괴상 역암(Gm) 혹은 사암(Sm, Sn, Ss)과 교호하기도 하며 희미한 층리는 입도의 변화 및 역의 장축 배열을 통해 인지할 수 있다. 사암(Sm, Sn, Ss)은 주로 역암과 교호하거나 그 상부에 위치하며, 그 경계는 점이적이거나 뚜렷하다. 대체로 수십 cm 이내의 두께를 보이지만, 일부는 수 m에 달하는 것도 발견된다. 입도는 세립부터 조립까지 다양하고, 분급은 대체로 불량하거나 보통이다. 괴상 이암(Mm)은 점토와 실트로 구성되어있고 회색 내지 암회색을 띠며, 역암이나 사암의 상부를 덮고 있다.

Fig. 3. 
Columnar section and photograph of the Facies Association 1 (FA-1). Note a fining-upward trend from conglomerate, sandstone to mudstone.

해석: 퇴적상조합 1은 하부 침식경계와 내부 침식면을 보이고 상부로 갈수록 입자 크기가 감소하는 상향세립화 경향을 바탕으로 역질 하도 퇴적물로 해석된다(Miall, 1977; Nichols, 2009; Sohn et al., 2013). 퇴적상조합 1을 주로 구성하는 두꺼운 괴상 역암(Gm)과 이와 교호하는 희미한 층리 역암(Gs)은 하도에서 강한 유수에 의해 형성된 역질 판상체(gravel sheet) 또는 역질 사주(gravel bar) 퇴적물 혹은 충적선상지에서 퇴적된 쇄설류 혹은 고밀도류 퇴적물로 해석될 수 있다. 그러나 역암의 기질이 사암으로만 구성되어 있고, 이질성분이 전혀 관찰되지 않는 것으로 보아 망상하천에서 퇴적된 것으로 해석된다(Miall, 1985; Whiting et al., 1988; Jo et al., 1997; Hadlari et al., 2006; Lee and Hwang, 2012). 또한 하부 역암과 점이적인 경계를 보이는 사암들(Sm, Sn, Ss)은 홍수기 이후 유속이 감소함에 따라 역질 사주의 상부 혹은 하도의 측면에서 사질 퇴적물이 퇴적된 것으로 해석하였다(Miall, 1985; Jo et al., 1997; Son et al., 2013). 역암이나 사암을 덮고 있는 괴상의 이암(Mm)은 뜬짐으로 공급되던 실트 및 점토 퇴적물이 범람원 환경에서 침전된 것으로 추정된다(Todd, 1989; Potter et al., 2005).

기재: 퇴적상조합 2는 주로 괴상 이암(Mm), 탄질 셰일(Mo), 괴상 사암(Sm), 점이층리 사암(Sn), 층리 사암(Ss)으로 구성되어있다(그림 4). 수십 cm부터 최대 4 m 내외의 두께로 나타나며, 퇴적상조합 1 혹은 3과 교호한다. 괴상 이암은 검은색에서 암회색을 보이고 탄질물이 곳곳에 분포한다. 또한 탄질 셰일(Mo)에는 탄층이 수 cm에서 수십 cm의 두께로 발달하고 있다. 곳에 따라 이암(Mm, Mo)과 교호하는 사암(Sm, Sn, Ss)이 나타나는데, 입도는 세립에서 조립까지 다양하고 두께는 수 cm에서 수십 cm이다. 주로 괴상이지만 곳에 따라 사층리나 엽층리가 발견되며, 하부경계는 침식면이고 상부는 이암으로 덮힌다.

Fig. 4. 
Columnar section and photograph of Facies Association 2 (FA-2). This association is characterized by coaly shale (Mo) indicating deposition on floodplain or swamp environments.

해석: 흑색 내지 암흑색을 보이는 괴상의 이암에 탄질 셰일(Mo)과 탄층이 협재해 있는 것을 바탕으로, 망상하천으로 해석되는 퇴적상조합 1과 교호하는 경우는 습윤한 범람원 환경으로 해석된다. 호수주변부 환경으로 해석되는 퇴적상조합 3과 교호하는 경우는 배수가 불량한 저습지에서 퇴적된 것으로 해석될 수도 있다(Viseras and Fernàndez, 1992; Miall, 1996; Roberts, 2007; Nichols, 2009). 이암과 교호하는 얇은 사암(Sm, Sn, Ss)은 하천퇴적체와 교호하는 것으로 보아, 간헐적으로 발생하는 홍수에 의한 틈상퇴적체(crevasse splay)로 해석된다. 그중 조립질 괴상 사암이 하부 침식경계를 보이며 나타나는 것은 하도 인근에서 상대적으로 강한 유속에서 형성된 것으로 보이고, 세립질의 사암이 사층리 또는 엽층리를 보이는 것은 하도에서 멀리 떨어진 곳에서 홍수류의 유속이 점차 감소하며 퇴적된 것으로 해석하였다(Choi, 1986; Miall, 1996; Bristow et al., 1999; Roberts, 2007).

기재: 퇴적상조합 3은 괴상 이질 사암(Smf)이 수십 cm에서 수 m 내외로 두껍게 퇴적되어 있는 것이 특징이다(그림 5). 이 사암은 뚜렷한 하부경계를 보이고 식물 뿌리나 낙엽 파편이 혼재해 있다. 또한 퇴적상조합 2와 유사한 특징을 보이는 괴상 이암(Mm)과 탄질 셰일(Mo)이 교호하고 있다. 일부 퇴적상조합 3은 상부로 갈수록 점차 역암(Gm, Gs)이나 조립질 사암(Sm, Sn, Ss) 교호층이 발달하고 최상부에는 퇴적상조합 1이 우세해지며, 수 m 두께의 상향 조립화 경향을 보이기도 한다(그림 6).

Fig. 5. 
Columnar section and photograph of Facies Association 3 (FA-3). Note thick massive muddy sandstone with intercalating mudstone, suggesting deposition in mouth-bar environment.

Fig. 6. 
Columnar section and photograph of Facies Association 3 (FA-3) showing a coarsening-upward trend, suggesting progradation of a delta lobe.

해석: 하부 지층과 뚜렷한 경계를 보이는 괴상 이질 사암(Smf)이 두껍게 퇴적된 것은, 강의 하류 또는 호수 주변부에서 유속이 급격히 감소함에 따라 유수의 운반능력이 급격히 상실되어 뜬짐으로 공급되던 세립의 모래와 실트, 점토, 유기물 등이 빠른 속도로 침전되어 형성된 하구사주 퇴적물로 해석된다(Choi, 1986; Sohn et al., 2013). 또한, 괴상 이질 사암과 교호하는 이암(Mm, Mo)에 탄층이 분포하는 것으로 보아 강의 하류 내지 습지환경이었음을 지시한다(Sohn and Son, 2004). 즉, 하구사주 퇴적물에 습지 퇴적물이 교호하는 것을 통해, 퇴적상조합 3은 호수 주변부에서 퇴적된 것으로 해석하였다. 일부 퇴적상조합 3이 상부로 갈수록 역암(Gm, Gs) 및 조립질 사암(Sm, Sn, Ss)이 우세해지며 상향조립화 경향을 보이는 것은, 지속적으로 공급되는 퇴적물에 의해 삼각주가 호수로 전진구축하며 형성된 것으로 해석하였다(Kenyon and Turcotte, 1985; Lee and Hwang, 2012; Sohn et al., 2013).

기재: 퇴적상조합 4는 괴상 이암(Mm)과 엽층리 이암(Ml), 점이층리 사암(Sn)으로 구성되어있으며, 수 m에서 수십 m의 두께로 나타난다(그림 7). 괴상 이암(Mm)은 퇴적상조합 4의 대부분을 차지하고 있으며, 회색(N5)에서 암회색(N3)을 띠고 생교란의 흔적이 발견된다. 엽층리 이암(Ml)은 실트가 우세한 밝은 부분과 점토가 우세한 어두운 부분이 반복적으로 나타난다. 수 cm 두께의 세립질 점이층리 사암(Sn)이 교호하는 것이 관찰되는데, 이 사암은 하부가 침식면이며 상부로 가면서 입자크기가 줄어들면서 연흔 사층리, 평행 엽층리가 발달하며, 최상부에는 이암이 피복하고 있다.

Fig. 7. 
Columnar section of the Facies Association 4 (FA 4) and photograph of normally graded sandstone showing a Bouma sequence (Tc: ripple cross-laminated fine sandstone. Td: parallel-laminated very fine sandstone to siltstone. Te: massive mudstone).

해석: 퇴적상조합 4의 엽층리를 보이는 이암(Ml)은 점토와 실트암이 엽층리를 이루고 있는 점으로 보아, 육상에서 공급되는 부유퇴적물의 공급량 변화에 따른 퇴적물의 입도 변화에 의한 것으로 보인다(Anderson and Dean, 1988; Gruszka, 2007). 이는 홍수기에 다량의 실트암이 침전되고, 갈수기에 점토암이 퇴적되는 호성 엽층리(varve)와 유사한 것으로 추정된다(Benvenuti, 2003). 두꺼운 괴상 이암은 생교란에 의해 퇴적구조가 사라진 것으로 보인다. 하부 침식 경계를 보이는 점이층리 사암(Sn)에서 나타나는 연흔 사층리와 평행 엽층리, 이암 피복은 부마시퀀스(Bouma sequence)의 Tc, Td, Te 구간에 해당하는 것으로, 이는 호수 환경에서 간헐적으로 공급된 저탁류 또는 홍수류에 의한 저층류에 의해 퇴적되었음을 지시한다(Bouma, 1962; Nichols, 2009; Talling et al., 2012).

기재: 장기역암의 최하부 구간인 퇴적단위 J-1은 기반암 상부의 퇴적물로서, 장기 4호공과 6호공에서는 상향세립화 경향을 보이는 역암으로 구성된 퇴적상조합 1이 우세하고 장기 3호공에서는 주로 이질 퇴적물인 퇴적상조합 2가 분포하고 있으며, 장기 1호공과 5호공에서는 나타나지 않는다(그림 9). 분지 서쪽에 위치한 장기 4호공의 하부는 퇴적상조합 1의 역질 퇴적물이 수차례 중첩되어 두껍게 분포하고 이질퇴적물인 퇴적상조합 2가 협재하지만, 상부로 갈수록 퇴적상조합 2가 두꺼워진다. 장기 6호공의 전반적인 퇴적상조합 분포 경향은 장기 4호공과 유사하나, 상대적으로 역의 크기가 작고 퇴적상조합 2가 두껍게 분포한다. 동쪽에 위치한 장기 3호공은 주로 이질 퇴적물인 퇴적상조합 2가 우세하고 일부 구간에 수 m 두께의 퇴적상조합 1의 역질 퇴적물이 발달해 있으며, 상부에는 퇴적상조합 4가 협재하고 있다.

Fig. 9. 
Columnar sections of depositional unit J-1. The western part (JG-4) is dominated by FA-1, whereas the eastern part (JG-3) is represented by FA-2. For location of wells, see Fig. 1.

해석: 퇴적단위 J-1은 하부구간에 두꺼운 역질 하천퇴적물(퇴적상조합 1)이 분포하고 상부로 갈수록 습지 퇴적물(퇴적상조합 2)이 우세해지는 것으로 보아, 이 시기에는 퇴적수용공간이 점차 증가하였던 것으로 보인다. 기반암 상부의 두꺼운 역질 퇴적체는, 역의 조성이 대부분 기반암 기원이며 원마도가 양호한 것으로 보아, 분지형성 초기에 역질 하천 퇴적물이 유입된 것임을 지시한다. 또한 분지 서쪽인 장기 4호공에서 동쪽인 장기 3호공으로 갈수록 퇴적상조합 1은 감소하고 퇴적상조합 2와 4의 이질퇴적물이 우세해지는 것은, 분지 동쪽에 상대적으로 저지대인 습지 또는 호수 환경이 형성되었던 것으로 보인다. 퇴적물이 나타나지 않은 장기 1, 5호공은 퇴적단위 J-1의 퇴적시기에 고지대였던 것으로 보인다. 즉, 장기분지 확장 초기인 퇴적단위 J-1 시기에는 빠른 분지 침강으로 퇴적수용공간이 형성되었고 서쪽의 역질 하천 퇴적물이 동쪽의 호수로 유입되는 퇴적계가 형성되었으며, 분지 일부는 고지대로 남아있었던 것으로 해석된다(그림 10).

Fig. 10. 
Schematic depositional model of Unit J-1. During the early stage of basin evolution, the southwestern part of the basin (JG-4 and –6 wells) was deposited in braided stream environment, whereas the eastern part (JG-3 well) is represented by a lacustrine environment.

기재: 퇴적단위 J-2는 괴상 또는 상향세립화 경향을 보이는 퇴적상조합 1의 역질 퇴적체가 내부 침식면을 보이며 모든 시추공에서 두껍게 분포하고, 퇴적상조합 2가 드물게 교호한다(그림 11). 장기 1, 4, 6호공은 퇴적상조합 1의 역질 퇴적체가 우세하게 분포하며, 일부 구간에서 퇴적상조합 2가 협재한다. 장기 3호공은 다른 시추공에 비해 역질 퇴적물의 두께가 얇으며, 상대적으로 퇴적상조합 2가 두껍게 발달해 있으나 상부로 갈수록 역질 퇴적체인 퇴적상조합1이 우세해지는 상향 조립화 경향을 보인다.

Fig. 11. 
Columnar sections of depositional unit J-2. This unit is represented by thick and stacked conglomerate (FA-1) with internal erosional surface. For location of wells, see Fig. 1.

해석: 모든 시추공에서 퇴적단위 J-2는 퇴적상조합 1의 역질 퇴적물이 두껍게 누적된 것으로 보아, 분지 전반에 걸쳐 퇴적수용공간이 감소함에 따라 하천퇴적물이 여러 차례 누적 및 침식되었고, 이 과정에서 범람원 퇴적체는 잘 보존되지 못했던 것으로 해석된다. 또한, 분지 서쪽의 장기 1, 4, 6호공에서 동쪽의 장기 3호공으로 갈수록 퇴적상조합 1은 얇아지고 퇴적상조합 2가 두꺼워지는 것을 통해, 장기 1, 4, 6호공 인근이 퇴적물 공급지에 인접한 것으로 추정된다. 즉, 퇴적단위 J-2가 퇴적되는 시기에는 침강운동으로 인해 고지대였던 장기 1호공 지역에도 퇴적이 시작되었으나, 퇴적물 공급량에 비해 분지 침강률이 낮아 퇴적수용공간의 형성이 느렸고, 분지 동쪽의 3호공 지역은 습지 또는 호수 환경에서 점차 하천 환경으로 바뀌는 전진퇴적이 발생한 것으로 해석된다(그림 12).

Fig. 12. 
Schematic depositional model during the second stage of Janggi Conglomerate deposition (Unit J-2). Most of the wells are dominated by thick, stacked units of conglomerate, deposited in braided stream environment.

기재: 퇴적단위 J-3의 하부에는 퇴적상조합 2, 3, 4의 이질퇴적물이 우세하나, 상부로 갈수록 퇴적상조합 1의 사질 또는 역질 하천퇴적물이 두껍게 발달하면서 전반적으로 상향조립화 경향을 보인다(그림 13). 장기 1호공의 하부는 퇴적상 조합 2와 3의 이암 또는 세립질 사암에 얇은 역질 퇴적체가 교호하고 있다. 상부로 갈수록 역질 퇴적체의 두께와 빈도가 증가하며 최상부에서는 약 13 m 두께의 중첩된 역암 또는 역질사암체가 나타난다(그림 13). 장기 4호공과 6호공 역시 장기 1호공과 유사한 퇴적상의 변화를 보이지만, 상대적으로 퇴적상조합 1의 두께가 얇고 퇴적상조합 2가 더 두껍다. 장기 5호공은 퇴적단위 J-3부터 퇴적이 시작되며, 하부에는 퇴적상조합 3의 퇴적체가 우세하고 상부로 갈수록 퇴적상조합 1의 퇴적체가 주로 분포하지만, 전반적인 역의 크기는 장기 1, 4, 6호공보다 세립이다. 장기 3호공의 하부는 퇴적상조합 4가 우세하며, 부분적으로 퇴적상조합 1의 역질 사암체가 얇게 발달해 있다. 상부로 갈수록 퇴적상조합 2와 3의 이질퇴적체가 증가하며, 최상부에는 약 6 m의 퇴적상조합 1의 역질 퇴적체가 분포한다(그림 13).

Fig. 13. 
Columnar sections of depositional unit J-3. The lower part of this unit is represented by FA-2 and -4, whereas the upper part is dominated by FA-1, showing a coarsening-upward trend. For location of wells, see Fig. 1.

해석: 퇴적단위 J-3의 하부에 퇴적상조합 2, 3의 습지 혹은 호수 주변부 퇴적물과 일부 퇴적상조합 4의 호수 퇴적물이 발달해 있는 것으로 보아, 퇴적단위 J-3의 퇴적 초기에는 퇴적수용공간이 빠르게 형성된 것으로 보인다. 그러나 퇴적단위 J-3의 후기는, 모든 시추공에서 전반적으로 상향조립화 경향을 보이며 하성 퇴적환경이 우세해지는 것으로 보아, 점차 퇴적수용공간의 형성이 줄어들었던 것으로 해석된다. 장기 1호공에서 장기 4, 6호공으로 갈수록 퇴적상조합 1의 두께가 얇아지는 것은, 장기 1호공 인근이 퇴적물 공급지에 더 가까웠던 것을 지시하고, 장기 5호공의 전반적인 역의 크기가 장기 1, 4, 6호공보다 세립인 것을 통해, 상대적으로 장기 5호공 지역이 하류에 위치했던 것으로 추정된다. 장기 3호공 인근은 퇴적단위 J-3의 초기에 호수 환경이 조성되었고, 후기에도 하천 퇴적물이 얇게 분포한 것으로 보아, 다른 시추공보다 분지 내부에 가깝게 위치했던 것으로 보인다. 즉, 퇴적단위 J-3의 퇴적시기에는 다시 분지 침강운동이 가속화됨에 따라 장기 5호공 지역에도 퇴적이 시작되었고, 분지 남서쪽의 역질 하천환경이 동쪽의 호수로 유입되는 퇴적계가 조성되었다(그림 14). 그러나 점차 퇴적물의 입도가 증가하고, 상부에는 역질 하천퇴적물이 두껍게 분포하며 수십 m 규모의 상향조립화 경향(coarsening-upward trend)을 보이는 것으로 보아, 점차적으로 분지 침강속도가 느려짐에 따라 분지가 충진되면서 퇴적계가 분지 내부를 향해 전진 구축한 것으로 보인다(Kenyon and Turcotte, 1985; Nichols, 2009) (그림 15).

Fig. 14. 
Schematic depositional model of the early stage of Unit J-3. Rapid subsidence of the basin resulted in the formation of lake (JG-3 well) and lake margin (JG-4, -5 and –6 wells) environments.

Fig. 15. 
Schematic depositional model of late stage of depositional unit J-3. Gradual decrease in accommodation space resulted in progradation of braided streams into lake environment.

기재: 퇴적단위 J-4는 장기역암의 최상부 구간으로 상부경계는 성동리층 최하부의 데사이트질 응회암층으로 구분된다(그림 16). 이 퇴적단위 내에 분포하는 화산재 또는 변질된 화산물질 밀집층은 모든 시추공에서 나타나 정밀한 대비가 가능하므로, 이 층을 기준으로 퇴적단위 J-4를 상하부로 구분하였다. 퇴적단위 J-4의 하부는 장기 1호공에서 퇴적상조합 1이 상향세립화 경향을 보이며 수차례 반복되어 나타나고, 점차 퇴적상조합 2 또는 3의 이질 퇴적물이 우세해진다(그림 16). 장기 4, 5, 6호공 역시 장기 1호공과 유사한 퇴적상조합 분포를 보이지만, 상대적으로 퇴적상조합 2, 3의 비율이 높고, 장기 4호공에서 장기 5, 6호공으로 갈수록 퇴적상조합 1의 두께가 얇아진다. 장기 3호공은 퇴적상조합 2, 3이 우세하다가 점차 퇴적상조합 4로 바뀐다. 퇴적단위 J-4의 상부 구간은 장기 1, 4호공에서 퇴적상조합 1의 퇴적체가 상향세립화 경향을 보이고 수차례 중첩되어 두껍게 퇴적되어 나타난다(그림 16). 그러나 장기 3, 5, 6호공은 퇴적상조합 3과 4가 우세하게 분포한다. 특히, 장기 6호공은 장기 4호공과 시추공간 거리가 약 300 m에 불과하지만, 퇴적상조합 1의 퇴적체가 전혀 발견되지 않고 퇴적상조합 4가 10 m 이상 두껍게 발달해 있다.

Fig. 16. 
Columnar sections of depositional unit J-4. Wide spread ash rich layers act as a key bed for detailed correlation. Note abrupt change in facies associations between JG-4 and JG-6 wells.

해석: 퇴적단위 J-4에서 소규모로 화산물질 밀집층이 분포하고 최상부에 데사이트질 응회암층이 분포하는 것으로 보아, 하부의 퇴적단위들과 달리 이 시기부터 분지 내부 혹은 인근에서 화산활동이 있었던 것으로 추정된다. 퇴적단위 J-4의 하부는 장기 1, 4, 5, 6호공에서 퇴적상조합 1이 우세하다가 점차 퇴적상조합 2, 3으로 바뀌는 것으로 보아, 하천환경이 점차 습지 또는 호수 인근 환경으로 변한 것으로 해석된다. 장기 3호공은 퇴적상조합 2, 3이 우세하다가 점차 퇴적상조합 4로 바뀌는 것을 통해, 퇴적환경이 호수 주변부에서 호수로 바뀐 것으로 추정된다. 이를 통해, 이 시기에는 모든 시추공 지역에서 퇴적수용공간의 형성이 증가한 것으로 보인다. 퇴적단위 J-4의 상부는 장기 1, 4호공에서 퇴적상조합 1이 중첩되어 두껍게 나타나는 것으로 보아, 퇴적수용공간의 형성이 적은 상태에서 역질 하천 퇴적환경이 발달한 것으로 보인다. 그러나 장기 3, 5, 6호공은 퇴적상조합 3, 4가 우세한 것으로 보아, 퇴적수용공간의 빠른 형성으로 호수 또는 호수 인근 환경이 형성된 것으로 추정된다(그림 17). 특히 장기 6호공은 하천퇴적환경이 우세한 장기 4호공의 인근에 위치하지만, 하천의 영향을 받지 않으며 호수 퇴적환경이 오랜 시간 동안 유지되었던 것으로 보인다. 이를 통해 장기 4호공과 6호공 사이에서 퇴적물의 공급을 차단하고, 퇴적환경의 급격한 차이를 만든 단층운동이 있었던 것으로 추정된다. 또한 이러한 구조운동이 화산재 밀집층과 성동리층 최하부의 데사이트질 응회암 사이에 일어난 것으로 보아, 데사이트질 화산활동과 관련된 것으로 보인다. 즉, 퇴적단위 J-4 시기에는 점차 분지 침강이 가속화됨에 따라 하천퇴적환경이 습지 또는 호수 인근환경으로 변하게 되었다(그림 17). 중반부에 이르러서는 소규모 화산활동으로 화산재 밀집층이 발달하고 퇴적단위 J-4의 상부경계에는 데사이트질 응회암이 분포하는데, 그 사이의 퇴적층에서는 하성퇴적환경을 보이는 서쪽의 장기 1, 4호공과 호성퇴적환경을 보이는 동쪽인 장기 3, 5, 6호공 사이에 급격한 퇴적상의 변화가 나타난다. 이는 데사이트질 화산활동에 의해 분지의 침강이 급격하게 일어났고, 이에 따라 장기 4호공과 6호공 사이에 정단층이 형성되었거나, 재활성화 되었기 때문으로 추정된다(그림 17).

Fig. 17. 
Schematic depositional model during the late stage of the deposition of Janggi Conglomerate (Unit J-4). Between JG-4 and JG-6 wells, abrupt change in depositional environment occurred, probably related to the activation of a normal fault, due to volcanic activity.

연구 지역인 장기분지의 뇌성산 지괴는 서쪽 혹은 북서쪽에 위치한 정단층으로 인해 장기분지 북서쪽의 오천 지괴와 구분된다. 기존의 야외지질조사와 시추코어 분석 결과, 이 정단층은 뇌성산 지괴의 경계단층으로 추정되며 장기분지의 분지 충전물은 이 단층을 향해 북서쪽으로 경동되어있고, 단층운동에 따라 단층면과 인접한 상반 부분이 많은 침강을 받아 가장 깊은 곳이 된 것으로 해석된다(Kim et al., 2015). 이는 확장형 분지(extensional basin)의 구조적-퇴적학적 진화 모델과 유사하다(Gawthorpe and Leeder, 2000). 그러나 장기역암은 상대적으로 경계단층에 인접한 장기 1, 4호공보다 멀리 떨어져있는 장기 3호공에 호수 또는 호수 주변 퇴적환경이 우세하게 조성된 것으로 보아 장기 3호공 인근이 분지 내에서 깊은 곳이었던 것으로 추정되고, 이는 Gawthorpe and Leeder (2000)의 확장형 분지 진화 모델 초기에 분지 내부단층의 활동으로 인해 부분적으로 나타나는 호수와 유사하다. 또한, 경계단층의 운동으로 인한 분지 내부 퇴적환경이 단층면 인근에서 나타나지 않는 것으로 보아, 장기역암이 퇴적된 장기분지 형성 초기에는 분지 경계단층보다 분지 내부에 여러 정단층이 활발히 움직였던 것으로 추정된다. 이러한 분지 구조운동의 특징은 장기역암이 퇴적되던 분지 형성 초기에는 분지 북서쪽의 정단층 보다는 뇌성산 지괴의 북동, 남서에 위치하는 북서-남동 방향의 주향이동단층이 분지의 주 경계단층 역할을 하였을 가능성을 제시한다. 즉, 분지 형성초기에는 북서-남동 방향의 주향이동단층에 의해 분지 내부에 북동-남서 방향의 정단층이 형성되었고, 분지 내부로부터 침강이 시작되어 점차 분지의 외곽으로 침강지가 이동한 것으로 추정된다.

퇴적분지에서 퇴적상 및 퇴적환경의 변화는 퇴적수용공간의 변화와 퇴적물 공급의 변동 그리고 기후변화에 의해 조절된다(Wescott, 1993; Shanley and McCabe, 1994; Ethridge et al., 1998). 그중 퇴적수용공간은 해수면의 변동과 분지 구조운동에 의해 증가 혹은 감소한다(Blair and Bilodeau, 1988). 육상 퇴적분지인 장기분지는, 해수면의 변동에 영향을 받지 않으므로 퇴적수용공간의 형성에 영향을 미치는 주 요소는 분지 구조운동으로 추정된다(Cleveland et al., 2007). 기존의 고생물학적 연구를 통해 분지충전물의 퇴적시기 동안에는 기후가 일정하게 유지되었던 것으로 보고되었으므로, 기후변화에 따른 퇴적물 공급량의 변화 혹은 해수면의 변동은 분지 충전물 변화에 큰 영향을 주지 않았을 것으로 생각된다(Chung and Choi, 1993; Kim et al., 2008; Paik et al., 2011). 또한 뇌성산 지괴의 북서쪽에 위치하는 분지경계단층의 운동이 미약했던 것으로 보아, 단층운동으로 인한 퇴적물 공급지의 침식 정도 차이에 따른 퇴적물 공급량의 변화도 미미했던 것으로 추정된다(Gawthorpe et al., 1994; Jackson and Leeder, 1994; Eliet and Gawthorpe, 1995). 즉, 장기역암 퇴적시기에는 기후에 의한 퇴적물 공급량의 변화 없이, 분지 내부의 침강률 변동에 따른 퇴적수용공간의 변화로 퇴적환경의 수직적, 수평적 변화가 발생한 것으로 보인다.

장기역암의 퇴적환경은 퇴적단위 J-1부터 J-3의 퇴적시기에는 모든 시추공에서 하천, 호수 주변부 그리고 호수로 이어지는 점진적인 퇴적환경 및 퇴적수용공간의 변화를 보인다. 그러나 퇴적단위 J-4의 중간부에 분포한 화산재 밀집층과 성동리층 최하부의 데사이트질 응회암이 퇴적될 시기 사이에 분지 서쪽에 위치한 장기 1, 4호공과 동쪽에 위치한 장기 3, 5, 6호공 사이에서 퇴적환경이 급격히 변화한다. 특히, 장기 4호공과 6호공은 시추공간 거리가 300 m임에도 불구하고, 장기 4호공에서는 역질하천 퇴적물이 우세하고 장기 6호공은 호성환경 퇴적물로 구성된 것으로 보아, 장기 4호공과 6호공 사이에 정단층이 형성되었거나 재활된 것으로 추정된다. Sloan and Williams (1991)는 화산활동과 연관된 구조운동 연구에서, 화산 분출 이후 마그마 챔버의 붕괴에 따라 정단층이 형성 및 재활되면서 분지 침강이 발생하고, 이로 인해 해침이 일어나는 것을 연구하였다. 장기역암의 퇴적단위 J-4에서 관찰되는 변화 역시, 이러한 연구결과와 유사하지만, 약 20 m의 소규모 구간에서만 관찰되므로, 데사이트질 화산퇴적층이 두껍게 발달한 성동리층의 화산퇴적학적, 구조적 연구가 추가로 필요하다.