Aims & Scope

적성층은 본역 중앙부 일대에 분포하고 남서부에도 소규모로 분포하며 연장된다(그림 1). 중앙부 일대에서 적성층은 장락층군의 편암 상위에 분포하며, 보장산조면암이 관입하고 있다. 한편 남서부 일대의 적성층은 감악산변성섬장암 상위에 부정합적으로 쌓여 있으며, 북서측 경계는 초성드러스트로 인해 장락층군이 충상되어 있다(Kee et al., 2005).

적성층은 육상선상지를 포함한 하성-호성환경에서 형성된 함탄 쇄설암층으로, 주로 회색의 역암, 담회색~암회색 사암, 흑색 셰일 등으로 구성된다. 사암과 셰일은 호층을 이루며 드물게 역암이 협재된다. 적성층 중부에 무연탄층이 1~3매 협재하여 1990년대 초까지 전곡읍 양원리에서 채굴되기도 하였다(Kee et al., 2005). 역암에서 역들은 대개 3~12 cm 정도로서 대부분 규암이고 드물게 천매암과 편암 등을 함유하며 아각상에서 아원상이고 조립질 사질 속에 기질지지되어 있다. 사암은 대부분 석영으로 구성되고 여러 장석들과 고철질 광물을 소량 함유하며 이들은 아원상에서 아각상의 원마도를 가지고 일반적으로 좋은 분급도를 나타낸다. 또한 사암은 조립질에서 세립질로 상향세립화하는 점이층을 발달시키는 경우가 흔하다.

Chun et al. (1988)와 Yu et al. (1992)는 전곡읍 양원리의 중부 사암 우세대에서 식물화석을 발견함으로서 이 지층이 삼첩기 후엽 내지 쥬라기 전엽에 온난한 열대 내지 아열대 기후의 호소환경에서 퇴적된 것으로 해석한 바 있다. 그러나 중앙부 일대의 적성층에서는 아직 함탄층이 발견되지 않았지만 Podozamites sp.로 동정되는 식물화석이 산출된 바 있다(Kee et al., 2008).

신흥층은 본역 중앙부에 분포하며 적성층 위에 부정합적으로 놓이는 지 확실하지 않다. 이 층은 하부에 역암대가 분포하고, 주로 담회색 내지 담록회색의 조립사암 및 함력사암, 회색 내지 암회색 세립사암, 암회색 셰일로 구성된다(그림 2a). 그리고 이 층에는 수 m 두께의 흑색 셰일이 우세하게 산출되며, 20 cm 내외 두께의 석회암 또는 이회암이 연장성이 매우 불량한 렌즈상으로 협재되기도 한다. 역암은 국지적으로 노출되지만 원마도가 좋은 규암 및 변성암 역들로 구성되고 원마도가 불량한 사암 역을 함유하며, 그 크기가 전반적으로 3~10 cm이다(그림 2b). 이 역들은 원마도가 각상에서 아원상이고 분급도가 매우 불량하며 사질 기질 속에 기질지지되어 있다. 사암은 석영이 절반 이상을 차지하고 사장석, 알칼리장석과 고철질 광물이 소량 함유되며 처어트와 셰일편이 드물게 관찰된다. 이들은 원마도가 아원상에서 아각상을 나타내고 일반적으로 분급도가 양호한 편이다.

Fig. 2. 
Photoghaphs of Sinheung Formation and Bojangsan Trachyte. (a) Dark gray shales and sandstones in the Sinheung Formation; (b) Conglomerate in the Sinheung Formation; (c) Contact of the Bojangsan Trachyte with the Shinheung Formation; (d) Sandstone xenolith in the Bojangsan Trachyte; (e) Porphyritic texture of the Bojangsan Trachyte; (f) Photomicrograph of the Bojangsan Trachyte, showing phenocrysts of alkali feldspar, plagioclase and biotite in a trachytic to pilotaxitic groundmass under the cross nicol.

이 층은 화산성 퇴적물을 전혀 포함하지 않으며 본격적인 화산작용 발생 이전에 퇴적된 것으로 해석된다. 이 층의 서측부는 신고단층에 의하여 끊기며, 보장산조면암의 관입으로 역암대가 분리되어 분포한다. 관입 접촉부에는 국부적으로 셰일과 사암이 각력화된 모습(그림 2c)을 나타낼 뿐만 아니라 드물지만 보장산조면암 내에 포획체로 산출된다(그림 2d).

보장산조면암은 보장산 주변에서 반상 조면암으로만 구성되는 돔상 화산암체로 산출되며, 연천층군의 변성퇴적암류와 김포층군의 퇴적암류를 관입하기 때문에 이의 층서적 위치를 알 수 없었다. 따라서 이 조면암은 편의상 백악기 화산암 관입체로 간주되었다(Kee et al., 2008). 이 관입체는 주원소와 미량원소에 의한 분류도에서 모두 조면암 영역에 도시되기 때문에 보장산조면암으로 개칭되었다(Hwang and Ahn, 2017).

보장산조면암은 회색 내지 청회색을 띠고 큰 장석 반정을 많이 함유하는 현저한 반상조직을 보여주며(그림 2e), 주변의 변성암류의 엽리를 변형시키고 자르는 관입관계를 나타낸다. 이 조면암은 이 암체 서부의 풍화가 심한 곳에서 흔히 담회색 내지 회갈색을 띠는 경우도 있다(그림 2c). 장석 반정은 크기가 2x4 mm 내외가 일반적이며(그림 2e) 최대 10x15 mm 되는 것도 있다. 그리고 보장산 남쪽 임도에는 석영맥이 1~5 cm 두께로 형성되어 있고 석영들이 드물게 패취상으로 뭉쳐있는 경우도 있다.

경하에서 반정은 알칼리장석이 우세하고 그 외 소량의 사장석과 흑운모로 구성되며(그림 2f), 석기는 이들과 함께 소량의 석영, 각섬석, 저어콘, 인회석과 불투명광물로 구성된다. 이들은 종종 방해석, 녹염석, 견운모와 녹니석의 2차광물을 가진다. 알칼리장석은 여러 결정이 합쳐지거나 혹은 사장석 결정과 함께 취반정을 형성하는 경우도 있다. 사장석과 흑운모는 대개 미반정으로 나타난다. 알칼리장석 반정은 벌집 모양으로 재융식되어 봉소상 조직을 나타내는 것도 있으며, 모든 장석들은 흔히 견운모 혹은 작은 석영으로 변질되어 포이킬리틱 조직을 나타낸다(그림 2f). 흑운모는 녹니석과 산화철로 흔히 변질된 상태로 존재한다. 석기는 큰 반정 사이에서 장석 미정들이 조면상 조직(trachytic texture) 내지 양모배열상 조직(pilotaxitic texture)을 보여주고(그림 2f), 그 사이에 석영 미정들이 결정화되어 있으며, 부분적으로 고철질 광물들이 다소 변질된 상태로 간진상 조직(intersertal texture)을 나타낸다.

보장산조면암은 북측부와 동측부에서 연천층군의 미산층을 관입하고 남측부에서 김포층군의 적성층과 신흥층을 관입하고 있으며(그림 2c, 2d) 서측부에서 신고단층에 의해 절단되는 관계로 층서관계가 명확하지 않았다. 더군다나 지금까지 보장산조면암에 대한 정확한 연령이 밝혀진 바도 없었다. 따라서 이 보장산조면암은 통상적으로 백악기 화산암류의 천부관입체 일부로 여겨져 왔으며, 이와 더불어 신흥층은 백악기 철원층군의 최하부로 추정하였다(Kee et al., 2008). 이러한 해석은 보장산조면암이 그 당시 정확한 연대측정이 불가능하였고 인접한 화산암류와 유사하다는 가정에서 비롯되었으며, 궁평층과 신서각력암에서 협재되는 암회색 셰일층에서 발견되는 식물화석으로부터 추정된 퇴적시기(Chun et al., 1995)를 그대로 따른 결과에서 비롯되었다.

보장산조면암은 지금까지 연대측정이 전무하기 때문에 백악기 후엽에 해당하는 것으로 생각하게 되었다. 그러나 SHRIMP 저어콘 U-Pb 분석법에 의한 연령은 230.5± 1.5 Ma를 나타낸다. 이 연령은 아마도 보장산조면암이 돔상으로 천부에 관입했던 정치시기를 나타내는 것으로 생각된다. 그런데 이는 적어도 백악기 범주를 크게 벗어나기 때문에 일반적인 기대와는 상충되는 결과를 나타낸다. 따라서 보장산조면암은 지금까지와 전혀 다른 삼첩기 후엽에 속하고 인접하는 김포층군보다 후기라는 층서관계를 가진다는 것을 의미한다.

앞에서 말한 바와 같이, 보장산조면암은 김포층군을 관입하는 층서적 관계를 나타낸다. 이 관입관계는 보장산조면암과 김포층군이 공간적으로 서로 접하지만 시간적으로 삼첩기 후엽에 상당한 시간적 차이를 가지며 층서적으로 김포층군이 보장산조면암보다 젊다는 점에서 이 지역에서의 층서 재설정에 대한 새로운 시각을 제공한다. 즉 보장산조면암은 층서적으로 삼첩기 화산암류에 속하며, 이 때문에 김포층군은 임진강대에서 그 시기가 적어도 230.5 Ma보다 앞서는 삼첩기 카미안(Camian)에 속하는 것으로 봐야만 한다.

한편 김포층군의 적성층은 식물화석에 의해 삼첩기 후엽에서 쥬라기 전엽에 퇴적되었다고 보았기(Yu et al., 1992) 때문에, 그 퇴적 시기가 상당히 넓은 범위를 나타낸다. 그러나 위의 층서관계와 연령측정치에 의하면 임진강대에 분포하는 적성층과 신흥층은 퇴적작용이 보장산조면암이 관입되기 이전에 일어났음을 알 수 있었다. 따라서 임진강대에 분포하는 김포층군의 퇴적시기는 적어도 삼첩기 후엽 카미안에 퇴적되었던 것으로 해석해야만 한다. 왜냐하면 적성층의 식물화석이 삼첩기 후엽에서 쥬라기 전엽을 지시한다는 것은 적성층이 퇴적된 시기를 지정하는 것이 아니며 이 층에서 상당히 긴 시간적 발생범위를 가지는 식물화석이 산출된다는 사실에 기반을 두었다는 것을 의미하기 때문이다. 지금까지 김포층군의 퇴적시기를 식물화석의 넓은 시간적 발생범위로 짐작했지만, 보장산조면암의 연령측정치는 임진강대의 적성층과 신흥층의 퇴적시기가 이 넓은 시간적 범위로부터 보장산조면암의 관입 이전의 삼첩기 후엽 카미안으로 좁혀주는 역할을 하는 셈이다.

경기육괴는 삼첩기 전엽의 대륙충돌에 의한 대규모 충상단층운동을 경험한 이후 삼첩기 후엽에 충돌후 심성암 관입과 확장운동을 경험하였다(Williams et al., 2009; Kim et al., 2011; de Jong et al., 2015).

이 연구에서 김포층군은 삼첩기 후엽에 충돌후 확장운동(post-collisional extension)과 관련해 지표에 형성된 퇴적분지에 충전된 퇴적물의 잔존물로 해석된다(Hwang and Ahn, 2017). 왜냐하면 김포층군이 경기육괴의 원생누대 변성암류와 임진강대의 데본기 연천층군과의 경계부를 따라 북동-남서 방향으로 형성된 전곡단층을 따라 발달해 있기 때문이다. 이 단층은 경기전단대를 형성시킨 신장성 변형작용의 연장성 후기 산물로서 정경사이동의 운동학적 특성을 지닌다(Kee et al., 2008). 경기전단대와 전곡단층은 지각의 상승에 수반되는 남북 방향의 신장성 변형작용의 산물로서 김포층군의 적성층이 퇴적되기 전인 삼첩기 후엽에 임진강대의 남측 경계부를 따라 북측지괴를 하락시킨 연성전단작용에 의한 경기전단대가 먼저 형성되고, 물리적 특성이 후반으로 가면서 취성의 정단층인 전곡단층으로 전이된 것으로 해석되었다(Kee et al., 2008). 그러므로 김포층군은 230.5 Ma 이전의 퇴적층이며, 이는 경기전단대 혹은 전곡단층을 따라 먼저 분지가 형성되고 그 지층에 조면암이 관입한 것으로 해석된다.

이 연구에서 보장산조면암은 지구화학적 특징으로부터 삼첩기 후엽에 충돌후 확장운동(post-collisional extension)과 관련해 대륙열곡(continental rift)에서 발생된 마그마의 천부관입체의 잔존물로 해석되었다(Hwang and Ahn, 2017). 왜냐하면 보장산조면암은 주원소를 이용한 여러 구별도에서 후충돌 조구조적 위치에서 형성된 것으로 나타나기 때문이다. 한반도에서 중생대 화강암질암 중에 양적으로 가장 적지만, 삼첩기 후엽 화강암질암의 결정작용 연대는 시간적으로 송림조산운동과 동시기이다. 이들은 대부분 대륙연변부 혹은 충돌 후기 내지 후충돌 환경에서 형성된 것으로 해석되었다(Sagong and Jwa, 1997; Choe and Jwa, 1998; Sagong et al., 2005; Cho et al., 2008). 이들은 246~203 Ma 정치시기를 나타내며, 이중에서 옥천대를 경계로 북서부에 분포하는 것은 대륙충돌 후의 마그마작용과 관련된다(Kim et al., 2011). 결론적으로 보장산조면암은 신장성 변형 사건에 대해 후조구조이고 송림조산운동(삼첩기 심성암류 관입) 사건에 대해 동시조구조적이라고 할 수 있다. 그리고 한반도 내의 대표적 조산운동으로서 고려되는 송림조산운동의 후기에 일어난 조구조적 특성에 대한 새로운 시각을 부여한다.