Tectonic history of Jeju Island

1. 서 언

제주도는 대한해협의 서남측 입구에 위치하는 섬으로(그림 1), 화산도라고 알려져 왔다. 제주도의 지질에 관한 연구는 일본인 지질학자 Haraguchi (1930, 1931)에 의하여 최초로 조사되었는데, Haraguchi (1931)는 제주도의 화산활동을 다음과 같이 3단계로 구분하였다.

Fig. 1.

Index map of Jeju Island with its topographic division.

(1) 제주도의 최초의 화산활동은 제3기 후기에 조면암질trachytic) 마그마의 분출로 시작하였으며, 많은 돔상의 화산체가 형성되었다. 이 조면암질 마그마의 화산활동이 있은 후 휴식기에 서귀포층이 천해에서 퇴적되었다.

(2) 플라이스토세 초에 화산활동이 점차로 증가하였으며 조면-안산암질 용암들이 분출하였다. 이 화산활동 후 화산활동은 크게 쇠퇴하였다.

(3) 그 후 다시 화산활동은 격렬하여졌으며, 제주도 전역에 분포하는 많은 분석구들을 형성하였다. 이 화산활동은 다량의 현무암질(basaltic) 마그마를 분출하였다.

1965년과 1966년에 건설부에 제출한 (주)한국지하자원조사소의 제주도 지하수탐사를 위한 지질조사보고서(대표저자: 김옥준)는 지질층서에 있어서 최하위의 표선리현무암의 용암들을 제외한 모든 용암들은 한라산 정상의 백록담을 형성한 분화구로부터 분출하였으며, 많은 곳에 산재하여 있는 분석구들은 제주도 화산활동의 최후기에 형성되었다고 설명하였다(Yoon, 1970).

(주)한국지하자원조사소는 제주도의 용암들의 층서에 있어서 용암의 명칭에 지명을 사용하였으나 이 지질조사보고서를 인수한 농업진흥공사(현 한국농어촌공사)는 용암의 명칭을 조직에 바탕을 둔 암석명으로 바꾸었을 뿐 용암들의 층서는 (주)한국지하자원 조사소의 용암들의 층서와 기본적으로 동일하게 작성하였다(ADC, 1971).

Won (1975)와 Lee (1982)는 (주)한국지하자원조사소의 지질도와 농업진흥공사의 지질도(ADC, 1971)에 기초하여 화산암의 암석화학적 연구를 시행하였으며 용암들의 분출순서는 농업진흥공사의 결론(ADC, 1971)과 같다고 하였다.

Won et al. (1993, 1995), Park et al. (1998, 2000a, 2000b)에 의하여 작성된 1:50,000 축척의 제주도 지질도들에서는 용암들이 백록담 분화구에서뿐만 아니라 많은 분석구에서도 분출하였다고 하였다. 서귀포-하효리지질도(Park et al., 2000b)에는 한라산 정상 서측 해발고도 1700 m의 윗세오름 부근에 만세동산역암이라고 명명된 역암층이 화산층서에서 최상위에 놓여 있다. Park et al. (2000b)은 만세동산역암은 애추성 역암이며, 최후기의 암석으로 한라산 주변에 광활하게 분포하고 있으며 이전에 분출한 모든 암석을 피복한다고 하였다.

Brenna et al. (2012)은 제주도는 약 1.8 Ma에서 홀로세에 이르기까지 현무암질 화산활동이 일어난 화산지대의 드러난 일부라고 하였으며, Koh et al. (2013)은 제주도의 화산활동은 서귀포층을 층준으로 크게 퇴적동시기(약 1.88~0.5 Ma)와 퇴적이후 화산활동기(0.5 Ma~홀로세)로 구분된다고 하였다. 즉 약 0.5 Ma를 전후로 하여 그 전의 수성화산활동과 산발적인 육상화산활동시기와 그 후 전면적인 육상화산활동시기로 정의할 수 있다고 하였으며, 이러한 연구 결과는 제주도는 하와이섬과 같은 해양화산도인 하나의 순상화산체가 아니고 복합화산체론(Yoon et al., 2009) 및 현무암질 화산지대론(Brenna et al., 2012)과 부분적으로 부합한다고 하였다.

이러한 조사가 진행되는 동안에, Yoon et al. (2002, 2003)은 제주도의 지표에는 해안에서 한라산 정상에 이르기까지 탐라층이라고 하는 라하르(lahar) 기원의 하성 쇄설성 퇴적층이 넓게 분포하고 있는 데, 이 탐라층에 수많은 암맥들이 관입하여 있으며, 한라산은 백록담조면암군을 형성한 마그마의 관입에 의하여 탐라층이 돔상으로 융기되어 형성된 돔상 융기산체라고 하였다. 이러한 연구 결과를 근거로 하여 Yoon et al. (2005, 2006, 2009)은 제주도의 지질을 새로운 관점에서 정립하였으며, 본 논문은 이를 기초로 하여 제주도의 구조운동사를 편찬한 것이다.

2. 지 형

3. 지질개요

제주도의 지질층서는 하위로부터 상위로 기반암, 고제주화산암, 서귀포층, 표선리현무암군, 탐라층, 현무암질 암맥복합체, 한라산현무암군, 백록담조면암군, 화산성 암설사태층, 신양리층 및 고해빈-내만사층으로 구분된다(표 1). 이들 중에서 기반암과 고제주화산암은 해수면하에 분포하고 있으며, 특히 고제주화산암은 서귀포층에 들어있는 현무암질과 조면암질의 화산암력들에 의하여 그 존재를 알 수 있을 뿐이며 심부시추 자료에 의해서도 아직까지 그 활동지역과 분출규모에 관하여서는 알려진 바가 없다. 따라서 고제주화산활동이 제주도지역의 기반암 위에서 일어났었는 가, 혹은 제주도지역의 인근지역 기반암 위에서 일어났었는 가는 확언할 수가 없으므로 제주도 지질단면도에 그 위치를 표시하지 못하였다.

Table 1.

Geologic stratigraphy of Jeju Island, Korea. (modified from Yoon et al., 2006).

서귀포층(Haraguchi, 1930; Yoon et al., 2004)은 지표에는 서귀포시 해안을 비롯하여 해안을 따라 점점히 소규모로 분포하고 있으나 지하에는 제주도 전역에 걸쳐 분포하고 있다. 연체동물화석 등 해양생물화석들이 산출하는 해성층이다.

표선리현무암군(Yoon et al., 1995)은 서귀포층을 부정합으로 피복하고 있는 현무암질의 파호에호에 용암들로 구성되어 있다. 본 용암들은 다공질이며, 침상의 장석과 직경 약 1 mm의 감람석 반정이 특징적이다. 침상의 장석 반정의 유무에 따라 함침상장석감람석현무암과 감람석현무암의 2종류로 구분할 수 있다.

탐라층(Yoon et al., 2002, 2005)은 표선리현무암군을 부정합으로 피복하며, 역암, 함력 사질 이암, 사암, 사질 이암, 이암 등으로 구성되어 있다. 역들은 현무암질과 조면암질이다. 본 층은 해안에서부터 한라산 정상부에 이르기까지 제주도 전역에 걸쳐 넓게 분포하고 있으며, 해안지역에서는 수 m에서 수십 m의 비교적 얇은 층후를 나타내지만 한라산에 접근할 수록 두꺼워져 정상 직하(해발고도 1500 m 부근)에서는 약 200 m 이상에 이른다.

현무암질 암맥복합체(Yoon et al., 2002, 2005)는 탐라층을 관입하고 있으며, 이들의 관입상은 크게 나누어, 저경사 내지 수평한 자세로 관입한 쉬트(sheet)상의 단독암맥들과 다수의 암맥들로 구성되어 암맥군을 이루고 있는 것들로 구분할 수 있다. 암맥군을 이루고 있는 암맥들은 대부분 수직 내지 고경사의 자세를 취하고 있으며 두께는 0.5~1.5 m이다. 쉬트상 단독암맥들은 두께가 수 m 내지 10여 m이다.

한라산현무암군(Yoon et al., 2002, 2005)은 탐라층을 부정합으로 피복하며, 파호에호에 용암과 아아 용암의 산상을 나타내는 현무암과 조면현무암으로 구성되어 있다. 파호에호에 용암에 속하는 용암들은 한라산의 고지대에 분포하고 있으며, 아아 용암에 속하는 용암들은 중산간지대로부터 해안지대를 향하여 분포하고 있다. Song and Yoon (2002)은 아아 용암을 “곶자왈 용암”이라고 부르고자 하였으나 그 후의 조사 결과 소위 “곶자왈” 지대에는 아아 용암 뿐만 아니라 파호에호에 용암도 분포하고 있음이 확인되어 “곶자왈 용암”이라는 명칭은 사용하지 않기로 하였다.

백록담조면암군(Yoon et al., 1995, 2005)은 한라산 정상 부근에 용암정구를 형성하고 있는 것을 비롯하여, 영실, 선작지왓 남측 능선 등에 분포하고 있으며, 99계곡의 산체, 모슬포의 산방산체를 이루고 있는 조면암들도 이에 속하는 것으로 생각된다.

화산성 암설사태층은 분석구의 산체붕괴로 생성된 것들로서 제주도 북동부지역에 주로 분포하고 있다(Yoon et al., 2001).

신양리층(Kim, 1969)은 제주도 동단의 신양리와 성산 일출봉 사이의 해안에 분포하는데, 세력~소력 역암층과 조립사암층의 호층으로 이루어진 내만성 퇴적층이며 연체동물화석의 방사성 동위원소 연령(¹⁴C)은 4780±60 y.B.P. (Sameshima et al., 1988)이다.

고해빈-내만사층(Yoon et al., 2006)은 동북해안의 세화리 부근과 서북해안의 협재 부근에 분포하고 있는 패사층(貝砂層, Haraguchi, 1930)인데, 농업진흥공사의 제주도 지질도(ADC, 1971)에서 사구층으로 기재한 후 Won et al. (1993)와 Park et al. (2000a)에 이르기까지 사구층으로 기재되어 왔다. 이 층은 그 연변은 사구의 요소를 가지고 있으나 중심부에는 패각층을 협재하여 내만의 퇴적층임을 보여준다. 방사성 동위원소 연령(¹⁴C)은 약 3500 y.B.P. (Woo and Kim, 2005)이다.

4. 지질각론

4.1 기반암

제주도의 제4기 화산암류와 퇴적암류의 기반암은 지표에는 분포하고 있지 않으며, 심부시추에 의하여서만 확인할 수 있다. Koh (1997)에 의하면, 기반암은 화성쇄설암류와 화강암으로 구성되어 있으며, 해수면 하 -210 m에서 -312 m에 걸쳐 분포하고 있다. Koh (1997)는 화성쇄설암류는 화산성 사암 및 이암, 용결응회암, 화산력응회암으로 이루어져 있으며 백악기의 유천층군에 대비되는 것으로 추정하였다. Son et al. (1998)에 의하면, 화강암은 -321 m (연동), -679 m (종달), -805 m (중문)과 -950 m (덕천)에서 확인 되었으며, 응회암의 분포심도는 -177 m에서 -317 m 범위라고 하였다.

화강암의 방사성 동위원소 연령에 의하면, 기반암에는 두 시대의 화강암이 분포하고 있다. Ahn et al. (1995)은 만장굴 부근의 시추코아의 화강암은 미문상화강암이며 방사성 동위원소(K-Ar) 연령이 58.1± 1.4 Ma로서 남해안의 미문상화강암(불국사화강암)에 대비된다고 하였다. Kim et al. (2002)은 별도봉의 화성쇄설물에 들어 있는 흑운모화강암의 방사성 동위원소(K-Ar) 연령이 172.4±5.2 Ma로서 쥬라기의 대보화강암에 대비되며, 옥천대가 제주도의 기반을 이루고 있다고 하였다.

미문상화강암(불국사화강암)과 흑운모화강암(대보화강암) 및 백악기의 용결응회암과 같은 화성쇄설암이 함께 분포하는 지역은 남해안에서도 옥천대의 서남단에 해당하는 해남~강진지역으로서 이 지역의 옥천대가 제주도까지 연장되어 있음을 시사한다. 이러한 추정은 후술하는 바와 같이 탐라층에서 맥석영의 역들이 산출하는 것으로서도 뒷받침된다.

Fig. 2.

Geologic map of Jeju Island, Korea. (modified from Yoon et al., 2006).

4.3 표선리현무암군(Pyoseolli Basalt Group)

표선리현무암군(表善里玄武岩群; Yoon et al., 1995)은 서귀포층을 부정합으로 덮고 있는 현무암질의 파호에호에 용암으로 구성되어 있으며, 북부해안의 외도와 남부해안의 화순을 잇는 선과 북부해안의 일도와 남부해안의 위미를 잇는 선으로 둘러싸인 사다리꼴 형태의 제주도 중부지역을 제외하고 동부지역과 서부지역에 넓게 분포하고 있다. 그러므로 제주도를 표선리현무암군의 분포로 서부지역, 중부지역 및 동부지역으로 구분할 수 있다. 농업진흥공사의 제주도 지질도(ADC, 1971)에서 침상장석감람석현무암(FOB)으로 표기된 Suh et al. (1964)의 표선리현무암이 대표적인 용암으로서 알칼리 현무암(Lee, 1982)이다. 본 용암들은 다공질이고 침상의 장석 반정과 직경 약 1 mm의 감람석 반정이 있는 조직이 특징적인데, 침상의 장석 반정의 함유 여부에 따라 함침상장석감람석현무암(acicular feldspar-olivine basalt)과 감람석현무암(olivine basalt)의 두 종류로 분류할 수 있다. 표선리현무암군의 방사성 동위원소(K-Ar) 연령은 0.63±0.13 Ma (제주도 남동부 해안지역의 시료; Yun et al., 1987)와 0.60±0.13 Ma (제주도 서부 해안지역의 시료; Yun et al., 1987)이다.

표선리현무암군의 용암들에는 파호에호에 용암의 특징인 유동단위(flow unit; 그림 3), 새끼줄구조(ropy structure), 용암관(lava tube), 튜뮬러스(tumulus), 압축릉(pressure ridge) 등이 발달되어 있다. 이러한 특징을 갖는 5~10여 m 정도 두께의 용암들이 겹겹이 쌓여 넓은 범위에 걸쳐 평탄하게 분포되어 있다.

Fig. 3.

Lava section of the Pyoseolli Basalt Group. Site: 2 in the quarry of Buil Industrial Co. Photograph Sun Yoon on November 22, 2001.

4.4 탐라층(Tamna Formation)

탐라층(耽羅層; Yoon et al., 2005)은 제주도의 동부지역과 서부지역에서는 표선리현무암군을 부정합으로 피복하고 있으며 중부지역에서는 서귀포층을 부정합으로 피복하고 있다. 라하르(lahar) 기원의 하성 쇄설성 퇴적층으로 역암, 함력 사암, 사암, 함력 사질 이암, 사질 이암, 이암 등으로 구성되어 있으며, 역들은 현무암질과 조면암질이다. 본 층은 해안에서부터 한라산 정상부에 이르기까지 제주도 전역에 걸쳐 넓게 분포하고 있으며, 해안지역에서는 두께가 수 미터에서 수십 미터로 비교적 얇지만, 한라산에 접근할수록 두꺼워져 정상 직하(해발고도 1500 m 부근)에서는 약 200 m 이상에 이른다. Park et al. (1998)의 일도동퇴적층, 거로교퇴적층, 서김녕리퇴적층, 교래교퇴적층, 탐라교퇴적층과 하성자갈층, Park et al. (2000a)의 고산층, Park et al. (2000b)의 굴전동역암, 법호천역암과 만세동역암, Won et al. (1993)의 토양층, Yoon et al. (1995)의 탐라역암과 금덕층, Yoon et al. (2001)의 Seongeup epiclastic sedi-ments가 본층에 포함된다.

Smith and Lowe (1991)는 라하르의 운반과 퇴적작용을 (1) 저농도수류, (2) 고농도수류, (3) 암설류, (4) 암설사태로 구분하였다. 제주도의 라하르 퇴적물에는 이 4 종류의 퇴적물이 모두 분포하고 있는데, 이들 중 암설사태 퇴적물을 제외한 퇴적물을 총괄하여 탐라층으로 명명하였다. 탐라층에 있어서 Smith(1986, 1987)와 Smith and Lowe (1991)가 제시한 이들 각 퇴적층의 특징을 기술하는데 있어서 퇴적물의 역의 크기는 대력(boulder), 중력(cobble), 소력(pebble) 및 세력(granule)으로 구분하여 사용하고자 한다.

4.4.1 암설류 퇴적층(Debri flow deposit)

대력 역암(boulder conglomerate): 아각력~원력의 대력과 이질 사암의 기질로 구성되어 있으며, 기질지지(matrix-supported) 조직을 이루고 있다(그림 4, 5). 대력들이 다량 밀집하게 퇴적된 것에서는 입자지지(clast- supported) 조직도 보인다. 층리의 발달은 매우 불량하며, 대력의 거친 평행배열에 의한 미약한 층리를 간혹 볼 수 있을 뿐이다. 역점이층리를 이루고 있기도 하다.

Fig. 4.

Debris flow boulder conglomerate of the Tamna Formation. Site: 7 in Eorimok Valley. Altitude: about 920 m. Photograph by Sun Yoon on August 1, 1993.

Fig. 5.

Debris flow boulder conglomerate of the Tamna Formation. Site: 7 in Eorimok Valley. Altitude: about 920 m. Photograph by Sun Yoon on June 5, 1994. D: Dyke.

함력 사질 이암(gravelly sandy mudstone): 층리가 없는 사질 이암에 소력 내지 중력들이 산재하여 있는 퇴적층이다(그림 6). 성판악 등산로의 대부분을 이루고 있으며, 한라산의 많은 부분이 이러한 퇴적층으로 구성되어 있다고 추정된다.

Fig. 6.

Debris flow gravelly sandy mudstone of the Tamna Formation. Site: 5 in Ipseok-dong. Altitude: about 470 m. Photograph by Sun Yoon on February 26, 2002.

4.4.2 고농도수류 퇴적층(Hyperconcentrated flow deposit)

고농도수류 사암(hyperconcentrated flow sand-stone): 사층리가 없고 수평층리가 발달하여 있는 데, 이 층리는 분급이 양호 내지 불량한 수 mm 내지 5 cm 두께의 조립 사층(砂層)과 세립 사층(砂層)의 호층으로 이루어져 있다(그림 7). 층리의 접촉면은 세립 입자들이 조립의 층들에도 많이 들어 있어서 정의(定義)하기가 어려우며, 층리는 명확하게 선으로 구분되는 층들의 호층에 의한 것이 아니고 조립의 입자들의 존재 여부에 의하여 정의 된다.

Fig. 7.

Hyperconcentrated flow sandstone of the Tamna Formartion. Site: 3 on Road 1136 in Tosan-ri. Altitude: about 70 m. Photograph by Sun Yoon on April 29, 2005.

4.4.3 저농도수류 퇴적층(dilute streamflow deposit)

판상 층리가 잘 발달되어 있는 함소력 중립~조립 사암층과 렌즈상의 세력~소력 역암층으로 구성되어 있는 층이다(그림 8).

Fig. 8.

Dilute streamflow plane bedded, pebble-bearing medium- to coarse-grained sandstones with granule-pebble conglomerate lenses of the Tamna Formation. Site: 6 on the south slope of Bulgeunoreum in Witseoreum. Altitute: about 1680 m. Photograph by Sun Yoon on September 17, 2003 (Yoon et al., 2005; Fig. 14).

4.4.4 탐라층의 지질시대

탐라층에서는 아직 화석이 발견 되지 않아 그 지질시대를 정확히 알 수가 없으나, 탐라층의 하위의 용암과 상위의 용암의 연령을 사용하여 추정할 수 있다. 탐라층 하위에 있는 표선리현무암군의 방사성 동위원소(K-Ar) 연령이 0.63±0.13 Ma (제주도 남동부 해안지역의 시료; Yun et al., 1987)와 0.60±0.13 Ma (제주도 서부 해안지역의 시료; Yun et al., 1987)이고, 탐라층 상위에 있는 백록담현무암용암의 방사성 동위원소(K-Ar) 연령이 0.47±0.07 Ma (Tamanyu, 1990)이므로, 탐라층의 연령은 약 50~60만년 전후이고 지질시대는 플라이스토세 중기이다.

4.4.5 탐라층에서 맥석영 산출의 고환경적 의의

제주도 동남부에 있는 표선면 토산리의 탐라층의 고농도수류 사암층(그림 7)에서 맥석영의 역들이 산출하고 있는데, 맥석영과 함께 규암의 역들도 산출한다(Hyun et al., 2005). 역들의 크기는 세력들이 대부분이나 가장 큰 것들은 10~15 mm에 달하여 소력인 것들도 있다. 탐라층이 퇴적되기 이전의 제주도를 구성하는 암석들 즉 서귀포층과 표선리현무암군으로 이루어져 있던 제주도지역에는 석영맥과 규암은 전혀 분포하고 있지 않았으므로 맥석영과 규암의 역들은 제주도가 아닌 다른 지역으로부터 운반되어져 온 것이 틀림없다. 석영맥과 규암이 분포하는 지역으로서 제주도에서 가장 가까운 지역은 전라남도 해남~강진지역이며, 이 지역은 옥천대의 서남단에 해당한다. 그러므로 하천에 의하여 퇴적된 탐라층에서 맥석영과 규암의 역들이 다량 산출한다는 사실은 탐라층이 퇴적될 당시 약 50만년전에는 옥천대가 제주도에서 해남~강진지역에 이르는 지대에 넓게 육지로 존재하였으며, 이 육지에서 제주도지역으로 흐르는 하천들이 있어서 이 하천들에 의하여 맥석영과 규암의 역들이 토산리로 운반되어 왔다는 것을 제시하여 준다. 이 역들과 함께 현무암질의 세력과 소력들이 산출하고 있는 것으로 보아 이 육지에는 현무암질 화산활동이 있었다.

토산리에서 맥석영과 규암의 역들의 산출은 다음 두가지 중요한 사항을 제시하여 준다. 하나는 약 50만년전에는 제주도는 섬이 아니었고 넓은 육지의 일부였으며, 다른 하나는 그 당시에는 한라산은 형성되어 있지 않았었다는 것이다. 토산리지역은 한라산의 남쪽에 있으므로 제주도의 북쪽에서 남쪽으로 흘렀던 하천은 한라산이 있었으면 그 산체를 가로질러 토산리지역에 도달하는 것은 불가능하였었기 때문이다. 제주도에서 남쪽으로 향하여서는 지형고도가 계속하여 낮아지므로 이 하천들이 제주도의 남쪽으로부터 흘러왔을 수는 없다.

4.5 현무암질 암맥복합체(Basaltic dyke complex)

수많은 현무암질 암맥들이 탐라층을 관입하고 있는데 이들을 총괄하여 현무암질 암맥복합체(玄武岩質 岩脈複合体; Yoon et al., 2002, 2005)라고 지칭한다. 현무암질 암맥의 산출상태는 크게 나누어 쉬트(sheet)상의 단독암맥(solitary dyke)인 것들과 암맥군(dyke swarm)을 이루는 것들로 구분할 수 있다. 쉬트상 단독암맥(그림 9, 10)들은 저경사 내지 수평한 자세로 관입하고 있으며 두께가 수 m 내지 10여 m 정도에 이르며, 특히 그 상위면에서 암맥이 가지를 쳐서 탐라층 속으로 관입하고 있어서 용암과 구별할 수 있다.

Fig. 9.

Solitary dyke of the Basaltic dyke complex. Site: 4 in the quarry of Gyeongil Industrial Co. Photograph by Sun Yoon on November 3, 2008.

Fig. 10.

Solitary dyke of the Basaltic dyke complex. Site: 4 in the quarry of Gyeongil Industrial Co. Photograph by Sun Yoon on November 3, 2008. This photo is the right end part of the dyke of Fig. 9.

암맥군(그림 11)은 밀집하여 산출하는 다수의 암맥들로 구성되어 있으며, 각 암맥들은 대부분 수직 내지 고경사의 자세를 취하고 있으며 두께는 0.5~1.5 m이다.

Fig. 11.

Dyke swarm of the Basaltic dyke complex. Site: 8 at the entrance to Gwangnyeong-2ri on Road 1136. Photograph by Sun Yoon on March 19, 2000.

4.10 고해빈-내만사층(Paleobeach-embayment sand deposit)

고해빈-내만사층(古海濱-內灣砂層; Yoon et al., 2006)은 동북해안의 세화(細花) 부근과 서북해안의 협재(挾才) 부근에 분포하고 있는 패사층(貝砂層; Haraguchi, 1930)인데, 농업진흥공사의 제주도 지질도(ADC, 1971)에서 사구층으로 기재한 후 Won et al. (1993)와 Park et al. (2000a)에 이르기까지 사구층으로 기재되어 왔다. 본 층은 그 내륙에 접한 연변은 사구의 요소를 가지고 있으나, 협재고해빈-내만사층에는 패각층이 협재되어 있고(그림 12), 세화고해빈-내만사층에는 현무암질 대각력이 산재하고 있어(그림 13) 본 층이 해빈-내만의 퇴적층임을 제시하여 준다.

Fig. 12.

Shell bed intercalated in the Hyupjae Paleobeachembayment sand deposit. Site: 9 in Hyupjae Beach. Photograph by Sun Yoon on November 17, 2004.

Fig. 13.

Basaltic boulders in the Sehwa Paleobeach-embayment sand deposit. Site: 1 in Hanmosal. Photograph by Sun Yoon on November 16, 2004.

Woo and Kim (2005)에 의하면, 협재고해빈-내만사층은 중립질 모래로 구성되어 있는데 모래를 구성하는 성분은 약 80% 이상이 연체동물과 홍조류의 파편이며 저서성 유공충, 성게류와 태선동물의 파편과 화산암편을 소량 포함하고 있다. 본 층의 탄산염퇴적물의 방사성 동위원소(¹⁴C) 연대는 약 3500 y.B.P. (3280~3890 y.B.P.)이다(Woo and Kim, 2005). Lee (2005)에 의하면 남해해역의 최종빙하기 이후 해수면의 변동은 (1) 약 15,000년전 최종빙하기에는 현재 해수면보다 약 -150~ -160 m, (2) 약 9,000년전에는 -60 m, (3) 약 5,000~ 4,000년전에는 -60~-50 m, (4) 4,000~3,000년전에는 -10~-20 m이었다. 이와 같은 남해해역의 해수면을 기준으로 하면, 고해빈-내만사층은 현재의 해발고도에 도달하기 위하여서 약 15 m 융기하였다고 해석된다. 그러므로 제주도에는 3500년전부터 현재에 이르는 기간 중에 융기운동이 있었다.

5. 한라산의 돔상 융기구조

한라산은 백록담으로부터 분출한 용암이 쌓여 이루어진 성층화산이라고 알려져 왔으나, Yoon et al. (2005)은 한라산은 성층화산으로서의 구조를 갖고 있지 않고 상승하는 마그마에 의하여 돔(dome)상으로 융기된 돔상(dome-like) 융기산체(uplifted edi-fice)라고 하였다. 이러한 사실은 백록담의 지질구조로 밝혀졌다. 또한 상승하는 마그마에 의하여 돔상 융기산체가 이루어진 것을 윗세오름의 붉은오름에서도 잘 볼 수 있다(Yoon et al., 2005).

Yoon et al. (2005)에 의하면, 백록담의 동릉과 서릉의 구성암석은 서로 다르다. 동릉은 그 정상에 두께 약 2 m 정도의 용암(백록담현무암용암)이 덮고 있으며 그 하위에는 탐라층의 퇴적층이 놓여 있는 반면에, 서릉은 용암돔(백록담조면암군)으로 되어 있다. 화산분화에 의하여 형성된 화구벽은 용암, 분석, 스패터 등으로 구성되어 있어야 하나, 동릉은 하성 쇄설성 함력 퇴적층으로 구성되어 있으므로 용암 분출에 의한 분화구가 아니고 함몰구(pit crater)이다. 백록담조면암군을 형성한 조면암질 마그마의 상승에 의하여 탐라층이 돔상으로 융기하였으며 조면암질 마그마는 그 정상부에 용암돔을 형성하였다. 그 후 지하의 마그마가 다른 곳으로 이동하므로서 용암돔과 탐라층과의 경계 부근이 함몰되어 원형의 함몰지형이 형성된 것이 백록담이다. 한라산 정상으로부터 북측으로 2개와 남측으로 1개의 방향으로 발달한 깊고 긴 3개의 방사상 협곡들은 단순한 침식곡이 아니고 돔상 융기산체의 정상에서 방사상으로 형성된 단열곡들이다.

한라산 정상에서의 탐라층의 주향과 경사는 백록담 북쪽 아래 계곡에 있는 과거 용진각(대피소) 부근의 해발고도 1,580 m 부근에서 측정한 것은 주향 N10W, 경사 30NE이다.

Fig. 14.

Schematic diagram of the tectonic history of Jeju Island, Korea.

6. 구조운동사

제주도의 지질층서는 하위로부터 상위로의 순서로 기반암, 고제주화산암, 서귀포층, 표선리현무암군, 탐라층, 현무암질 암맥복합체, 한라산현무암군, 백록담조면암군, 화산성 암설사태층, 신양리층 및 고해빈-내만사층으로 구분된다. 이들 중에서 기반암과 고제주화산암은 해수면하에 분포하고 있고, 고제주화산암은 서귀포층에 들어있는 화산암력들에 의하여 그 존재를 알 수 있을 뿐이며 제주도지역에서 실시된 심부시추에 의하여 확인되지 않고 있다. 따라서 고제주화산활동이 제주도지역 직하의 기반암 위에서 일어났었는가, 혹은 제주도지역의 인근지역 기반암 위에서 일어났었는가는 확언할 수가 없다. 그러므로 제주도지역의 구조운동사는 서귀포층의 퇴적시대부터 편찬하고자 한다.

• I 단계 분지의 형성과 해침: 서귀포층 시대

제주도지역에 분지가 형성되고 해침이 일어나 연안성~천해성 서귀포층이 퇴적되었는데, 서귀포층의 상부에 유리쇄설암과 응회환층이 협재되어 있는 것으로 보아 서귀포층 퇴적 후기에는 해저화산활동이 일어났었으며 일부분은 융기되어 해안지대로 노출되었었다. 서귀포층의 두께는 371 m이며, 지질시대는 플라이오세 후기~플라이스토세 전기이다.

• II 단계 현무암질 화산활동-1: 표선리현무암군 시대

제주도지역은 융기하여 육화되었으며, 표선리현무암군의 파호에호에 용암들이 분출하여 제주도의 동부지역(일도~위미선 이동 지역)과 서부지역(외도~화순선 이서 지역)에 분포하고 있다. 표선리현무암군의 용암이 중부지역에 분포하지 않는 것으로 보아 중부지역은 지형이 높았던 것으로 추정된다. 표선리현무암군의 연대는 약 0.6 Ma이다. 이 시기에 전기분석구가 형성되었다.

• III 단계 하성환경: 탐라층 시대

II 단계의 화산활동이 끝난 후 제주도지역은 하성환경에 놓이게 되어 탐라층이 퇴적되었는데, 특히 중부지역은 침강하여 넓은 하곡을 이루었다. 이 시대에는 제주도에서 한반도 서남단의 해남~강진지역에 이르는 지역에 옥천대의 지질로 이루어진 넓은 육지가 존재하였었다. 탐라층의 연대는 약 0.5 Ma이며, 이 시대에는 한라산은 존재하지 않았다.

• IV 단계 현무암의 화산활동-2: 한라산현무암군 시대

한라산현무암군의 파호에호에 용암과 아아 용암이 분출하였고, 후기분석구가 형성되었다. 현무암질 암맥들(현무암질 암맥복합체)이 탐라층에 관입하였다.

• V 단계 조면암질 마그마의 관입: 한라산의 돔(dome)상 융기 시대

조면암질 마그마가 제주도의 중심부에 관입하여 백록담조면암용암돔, 영실조면암, 오백라한조면암용암돔 등 백록담조면암군을 형성하였다. 이 조면암질 마그마의 관입은 제주도의 중심부를 돔상으로 융기시켜 한라산을 형성하였는데, 정상부가 소규모적으로 함몰하여 백록담이 형성되었다. 한라산 정상으로부터 북측으로 2개와 남측으로 1개의 방향으로 발달한 깊고 긴 3개의 방사상 협곡들은 돔상 융기산체의 정상에서 방사상으로 형성된 단열곡들이다. 백록담조면암용암돔의 연대는 0.07 Ma이다.

위와 같은 구조운동사를 갖는 제주도는 화산도도 아니고 순상화산도 아니다. 화산도(volcanic island)는 해저화산이 성장하여 해수면 위로 나타난 것이고, 순상화산(shield volcano)은 심해저의 해저화산과 그 성장체인 화산도에서 형성되거나 미국 아이다호(Idaho)주의 Snake River Plain과 같은 대륙의 열곡대(rift zone)에서 형성되며, 기타 대륙부와 그 연변에서는 복합화산(composite volcano)이 형성된다(Macdonald et al., 1983; Schmincke, 2004). 제주도는 해저화산이 성장하여 해수면 위에 노출된 섬도 아니고 대륙의 열곡대에서 형성되지도 않았다. 화산은 지하의 마그마가 화도를 통하여 지표에 분출되는 장소를 일컫는다. 그러므로 제주도는 조면암질 마그마의 관입과 분출에 의하여 중심부가 융기되어 한라산을 형성한 융기화산체가 해수에 의하여 침수되어 만들어진 섬으로서 침수화산(submerged volcano)이라고 지칭할 수 있을 것이다. 제주도는 또한 복합화산(composite volcano, 성층화산은 동종이명)이 아니지만 형체는 복합화산과 유사하다.

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