진안 지역 중생대 화성활동 저어콘 U-Pb 연대와 야외조사에 기반한 진안 지질 해석

1. 서 론

전북특별자치도 진안군은 옥천변성대와 영남육괴 경계부에 위치한다(그림 1). 진안을 구성하는 암석은 선캄브리아시대(고원생대), 신원생대-고생대, 중생대 암석들로 분류되었다(Shimamura, 1924; Choi, 1995; Lee et al., 1997; Kee et al., 2019). 그러나 이들 암석들의 뚜렷한 절대연대가 학술논문을 통해 제시된 사례(Lee, B.C. et al., 2019; Lee, S.H. et al., 2020)가 제한적이고 조선총독부 1:5만 지질도폭 발행(Shimamura, 1924) 이후 진안군 전체에 대한 면밀한 지질조사가 이루어지지 않았다. 본 연구는 진안·무주국가지질공원 활성화와 진안 지질명소 확충의 일환으로 진안군 전역에 대한 전반적인 지질조사를 실시하였다. 그 결과로 선캄브리아시대 다양한 암석들을 재분류하고 중생대 쥐라기와 백악기의 화성암과 퇴적암류들의 지질학적 관계를 검토할 수 있었다. 이를 통하여 기존에 제시되었던 각 시대 별 암체들의 범위 수정과 화성암류의 정밀 연대측정이 필요함을 인지하였다.

Fig. 1.

Geological map of the Jinan area (Jinan-gun), Jeonbuk Province (modified from Shimamura, 1924; Lee and Nam, 1969; Kim and Lee, 1973; Hong and Choi, 1978; Hong and Yun, 1993), showing U-Pb zircon ages (this study and reference data), together with a simplified tectonic map of the Korean Peninsula. The geological map was broadly revised based on field surveys conducted in this study. Abbreviations: Cong., Conglomerate; DB, Dumangang Belt; Fm., Formation; GB, Gyeongsang Basin; GM, Gyeonggi Massif; IB, Imjingang Belt; KM, Kwangmo Massif; MB, Machollyong Belt; Neopr., Neoproterozoic; NM, Nangrim Massif; OMB, Okcheon Metamorphic Belt; Paleoprote., Paleoproterozoic; Paleoz., Paleozoic; PB, Pyeongnam Basin; TB, Taebaeksan Basin; YM, Yeongnam Massif.

본 연구는 진안군에서 확인되는 각 지질시대의 암상을 재분류하고 암상 분포에 대한 새로운 지질도를 제안한다(그림 1). 또한 각 시대별 암체가 가지는 지질학적 의미를 고찰하고 각 암체들 간의 상호관계를 토의하기 위해 자세한 야외조사와 함께 중생대 관입암 4개 시료의 절대연령을 측정한다. 이를 통해 기존에 확인되지 않았던 백악기 연성전단작용과 새로운 암석 연령들을 보고하고 본 논문에서 제시된 새로운 자료와 기존 자료를 종합하여 진안의 지질을 종합적으로 설명한다. 그러므로 본 연구는 진안의 지질을 명확하게 규명하여 추후 진안·무주국가지질공원 활성화와 향후 추가 지질명소 확충에 중요한 근거 자료가 될 것으로 기대된다.

2. 지질 개요

연구지역인 진안군은 옥천변성대와 영남육괴 경계부에 위치한다(그림 1). 진안군의 가장 고기 암석은 고원생대(혹은 원생누대)로 추정되는 원암연령의 변성퇴적암류, 편마암류, 변성화강암류, 변성섬록암 및 각섬암으로 연구지역 동부-남동부에서 산출된다(Lee, B.J. et al., 1997; Kee et al., 2019; Lee, B.C. et al., 2019; this study). 이들 암석은 영남육괴의 기반암에 해당하는 것으로 생각된다. 이들보다 젊은 암석으로 옥천층군의 마전리층과 이와 관련된 대리암이 진안군 북부에 나타난다(Hong and Choi, 1978; Lee et al., 1996). 옥천층군의 분포는 해당 지역 일대가 옥천변성대에 해당함을 지시한다(그림 1). 진안군 백운면-진안읍-상전면 일대에 북동(NE)-남서(SW) 방향의 연성 전단대가 나타난다. 이 전단대는 고원생대, 중생대 쥐라기 암체를 변형시키고 백악기 암체에 의해 가려지므로 쥐라기 연성전단대에 해당되고 호남전단대의 일부로 판단된다(그림 1). 화순-순창 지역에서 보고된 순창전단대(Kim and Kee, 1991; Kee and Kim, 1992; Lee, 1992; Kang, 2010)와의 연속성을 고려하여 이 전단대를 순창전단대라 지칭한다.

연구지역은 호남전단대(순창전단대)를 중심으로 동쪽의 고원생대 암석과 서쪽의 옥천층군 암석으로 분리되는 것으로 파악된다. 비록 연구지역에서 중생대 쥐라기 화강암류의 보고가 있었지만(Hong and Choi, 1978; Lee et al., 1997; Kee et al., 2019), 쥐라기 암체에 대한 설명이 미흡하거나 충분한 자료가 제시되지 못했다. 본 연구에서는 쥐라기 암체에 대한 자료 제시와 함께 연구지역의 쥐라기 화강암류의 존재와 분포를 명확히 밝혔다(그림 1). 특히 순창전단대 압쇄암에 대비될 수 있는 쥐라기 진안 압쇄암질 화강암류는 쥐라기-백악기 시기의 한반도의 지각 변형을 이해시킬 중요한 암체로 평가될 수 있다.

연구지역에서는 백악기 암체로 다양한 화성암과 퇴적암이 관찰된다(Shimamura, 1924; Kim and Lee, 1973; Hong and Choi, 1978; Hong and Yun, 1993; Lee et al., 1997; this study). 이 연구에서는 기존에 확인되지 않았던 백악기 중기의 용담 엽리상 화강암을 보고한다. 엽리가 발달하지 않은 알칼리장석 화강암류가 연구지역 북부에 나타난다. 이 화강암류는 진안 북부의 화산암류를 관입하는 것으로 기재되어 있는데(Kim and Lee, 1973), 이들 화강암류와 화산암류와의 접촉관계는 야외에서 확인되지 않는다. 본 연구에서는 이들 화강암류를 주천화강암과 운장산 화강암으로 명명하였다. 주천화강암과 운장산화강암은 진안층군 퇴적암 보다 오래된 암석으로 판단된다. 백악기 진안층군은 만덕산층, 달길층, 산수동층, 마이산역암으로 구성되며(Shimamura, 1924; Son, 1969; Kim and Lee, 1973; Chang, 1985; Lee, 1992), 화산암에 의해 피복 또는 다양한 심도의 반암류 및 암맥에 의해 관입된다(그림 1).

3. 고분해능 이차이온질량분석 저어콘 U-Pb 연대 및 분석 방법

3.1. 분석 방법

연구지역 중생대 암석의 절대연령 측정을 위해 고분해능 이차이온질량분석기(sensitive high resolution secondary ion microprobe, SHRIMP)를 이용한 저어콘 U-Pb 연대분석을 실시하였다. 분석을 위해 암석 시료를 파쇄한 후 비중선별을 하고 이후 자석으로 대자율이 높은 광물을 배제하였다. 핀셋을 이용하여 저어콘을 추려내고, 표준 저어콘과 함께 에폭시로 마운트 하였다. 한국기초과학지원연구원 오창본원의 주사 전자현미경(JEOL 6610LV)을 이용하여 저어콘 음극선발광과 후방산란전자 사진을 관찰하고 내부 구조를 파악하였다. 저어콘 U-Pb 연대분석은 Williams (1998)과 Ireland and Williams (2003)의 절차를 따랐다. 분석은 한국기초과학지원연구원 오창본원의 SHRIMP IIe를 이용하여 수행되었다. 분석을 위한 일차이온(O2-) 빔의 크기와 전류는 각각 20-25 μm(직경)와 4-6 nA였다. U 농도 측정을 위하여 SL13 저어콘이 사용되었고, U-Pb 동위원소비 측정을 위하여 FC1 저어콘이 표준시료로 사용되었다. 측정된 분석자료는 SQUID (v. 2.5)와 Isoplot (Ex 3.41) (Ludwig, 2003)을 통하여 연대가 계산되었다. 개별 분석치의 U-Pb 동위원소비와 연령은 1σ의 오차범위로 표현되었고 암석의 가중평균연대는 2σ의 오차범위로 제시되었다(표 1; 그림 2).

Table 1.

SHRIMP zircon U-Pb data for the Mesozoic intrusive rocks from the Jinan area.

Fig. 2.

Tera-Wasserburg concordia diagrams showing zircon igneous ages (weighted mean of 206Pb/238U age) of Mesozoic intrusive rocks: (a) Jinan mylonitic granodiorite (JA2408-8); (b) Yongdam foliated granite (JA2411-6); (c) Jucheon alkali feldspar granite (JA2408-10) and (d) granite porphyry (JA2407-2).

4. 고원생대 암석

4.1. 변성퇴적암류

진안군에 나타나는 변성퇴적암류의 경우 백운면 덕태산을 중심으로 NE-SW 방향으로 발달해 있다. 최근 발간된 1:100만 지질도에서는 이 지층의 남서 연장부(곡성-남원)에 해당하는 변성퇴적암에서 고생대에 해당하는 쇄설성 저어콘 U-Pb 연대가 확인된 것을 근거로 이 암체를 설옥리층으로 분류하였다(Kee et al., 2019). 그러나 진안군 백운면 일대에 분포하는 변성퇴적암류에서는 이를 뒷받침할 지질연대 자료가 직접 보고되지 않았고, 변성작용 특성을 토대로 이들이 영남육괴 기반암류로 해석 된 바 있다(Ahn et al., 1997). 그러므로 진안군 일대의 변성퇴적암류가 설옥리층에 대비되는 명확한 증거가 없어 본 논문에서는 기존 1:5만 및 1:25만 지질도에서 제시한 고원생대 지층으로 고려하였다(그림 1). 변성퇴적암류는 변성도 및 구성광물의 종류에 의해 크게 변성사암과 천매암으로 구분된다. 변성사암은 담회색을 띠며 주로 중립질의 석영으로 구성되어 있는 반면, 천매암은 변성사암에 비해 상대적으로 벽개(cleavage)의 발달이 뚜렷하며 일부 노두에서는 미소 습곡이 발달해 있다. 천매암의 주향과 경사는 각각 북동(~N35°E)과 북서(~30°NW)이다. 천매암은 세립의 석영, 흑운모, 녹니석 그리고 백운모로 구성되어 있다. 진안군 진안읍, 성수산 일대에서는 변성도가 높아져 다른 지역에 비해 운모 편암이 현저히 발달해 있다(그림 3a-3c; Ahn et al., 1997; this study). 운모 편암은 주로 흑운모, 백운모, 녹니석, 석영으로 구성되며(그림 4a), 일부 홍주석과 십자석이 관찰되어 녹니석대, 녹니석-흑운모대, 홍주석-흑운모대의 변성분대가 제시되었다(Ahn et al., 1997). 변성작용의 발생 시기는 원생누대 후기와 쥐라기로 추정되었으며 각각 영남육괴의 원생누대 광역변성작용과 쥐라기 전단운동과 관련된 것으로 해석되었다(Ahn et al., 1997). 또한 운모 편암은 쥐라기 진안 압쇄암질 화강암류 내부에서 작은 규모의 노두로도 발견되며(그림 1), 이들 편암에서는 쥐라기-백악기 연성전단운동의 변형 구조가 뚜렷하게 인지된다(그림 3a).

Fig. 3.

Representative outcrop photographs of Paleoproterozoic rocks: (a) biotite schist (Unsan-ri, Jinan-eup) showing crenulation within the Sunchang Shear Zone; (b) biotite gneiss partially interlayered with biotite schist (Seongsan-ri, Donghyang); (c) orthogneiss (amphibole (amp)-biotite (bt) gneiss) intruded by the Paleoproterozoic leucogranite (Hogye-ri, Yongdam) and (d) foliated metagranite with porphyritic texture (Sinam-ri, Baegun).

4.3. 변성화강암류 및 변성섬록암

변성화강암류(변성화강암, 변성우백질 화강암, 변성반정질 화강암)에서는 등립질 조직이 우세하게 발달해 있지만 부분적으로 반상조직이 나타나기도 한다. 또한 지역에 따라 후기에 발생한 변형 혹은 변성작용에 의한 엽리 및 압쇄조직이 관찰되기도 한다(그림 3d; Lee et al., 2019). 각 변성화강암류의 암상경계가 명확하지 않고 이들의 지화학 조성 또한 뚜렷이 구분되지 않으므로 이들을 하나의 변성화강암류로 설정하였다. 변성화강암류 중 변성화강암과 변성반정질 화강암은 주로 흑운모, 정장석, 사장석, 석영으로 구성되며(그림 4c), 변성우백질 화강암은 주로 정장석, 석영과 소량의 사장석과 백운모가 관찰된다. 한편, 변성섬록암은 주로 등립질 조직을 보이고 후기 변질작용에 의해 형성된 녹염석 노듈이 산발적으로 발달해 있다. 변성화강암류와 변성섬록암의 저어콘 U-Pb 연대측정 결과, 이들 암체는 대략 2000-1960 Ma에 형성되었고 약 1880-1860 Ma에 변성작용을 경험하였다(Oh et al., 2016; Lee et al., 2019; Cho et al., 2020).

Fig. 4.

Photomicrograph of Paleoproterozoic rocks: (a) mica schist (cross polarized light, xpl); (b) biotite gneiss (plane polarized light; ppl); (c) metagranite (xpl) and (d) amphibolite (ppl). Abbreviation: hbl, hornblende; ms, muscovite; op, opaque mineral; or, orthoclase; pl, plagioclase; qtz, quartz; sill, sillimanite.

5. 신원생대-고생대 암석

옥천층군의 암석들이 연구지역 북서쪽 금산군, 완주군 일대에 NE-SW 방향으로 넓게 나타난다. 연구지역에서 옥천층군 암석은 진안군 북쪽 끝 주천면 무릉리 일대에서 소규모로 나타나는 마전리층이다(그림 1). 마전리층은 석회규산염암과 대리암으로 구성된다(Hong and Choi, 1978; Lee et al., 1996). 기존 연구에서 옥천층군의 형성 시기가 신원생대에서 고생대 사이로 평가되므로(Lee et al., 1998; Lim et al., 2005; Choi et al., 2012; Cho et al., 2013), 본 연구에서는 마전리층의 지질시대를 신원생대-고생대로 설정하였다.

6. 중생대 암석

6.1. 쥐라기 관입암류

6.1.1. 진안 압쇄암질 화강암류

압쇄엽리를 가진 화강암류가 진안군을 NE-SW 방향으로 가로지르며 발달한다. 이 암체는 압쇄암질 화강암 및 압쇄암질 화강섬록암으로 이 연구에서는 진안 압쇄암질 화강암류로 명명한다(그림 1). 이 암체는 1:5만 진안도폭에서 선캄브리아 화강편마암으로 기재되었으며(Shimamura, 1924), 이후 1:100만 한국지질도에서는 시생누대 화강편마암으로(Choi, 1995), 1:25만 광주도폭에서는 쥐라기 엽리상 화강암으로 정정되었다(Lee et al., 1997). 그럼에도 불구하고 암체에 대한 절대연령 보고가 없으며 주변의 선캄브리아 편마암과 구분되지 않은 상태로 분포가 확정 되지 않았다. 본 연구에서 획득된 진안 압쇄암질 화강암류의 저어콘 U-Pb 연대는 185±2 Ma로 쥐라기 화성연령을 보인다(그림 2a). 해당 암체에서는 주로 북북동(NNE)-남남서(SSW) 주향의 압쇄엽리가 발달하는데(그림 5a, 5b), 이는 호남전단운동과 진안분지 형성과 관련된 백악기 전단운동의 복합적인 결과로 추정된다. 진안 압쇄암질 화강암류는 흑운모 화강암, 화강섬록암, 각섬석-흑운모 화강암, 우백질 화강암으로 구성된다. 이 중 흑운모 화강암이 가장 넓은 분포를 보인다. 흑운모 화강암은 장석류(사장석, K장석)가 반상쇄정(porphyroclast)으로 나타나고 재결정화된 석영이 압력 그늘을 차지하며, 흑운모, 스핀, 녹염석 등이 엽리를 따라 배열된다(그림 6a). 부귀면 일대에서 확인되는 동(E)-서(W) 방향으로 발달된 화강암질 암체의 일부도 진안 압쇄암질 화강암류에 해당한다. 이 화강암질 암체는 선캄브리아 혹은 시생누대 화강편마암(Shimamura, 1924; Choi, 1995), 쥐라기 엽리상 화강암(Lee et al., 1997)으로 기재된 바 있으며, 최근 1:100만 한국지질도에서는 백악기 화강암으로 보고되었다(Kee et al., 2019). 부귀면 일대의 화강암질 암체는 세 종류로 구분된다. 동쪽부의 엽리상 화강암은 쥐라기 진안 압쇄암질 화강암류에 해당한다. 서쪽부의 비변형 화강암질암은 백악기 반암류(화강반암)에 해당한다. 백악기 용담 엽리상 화강암이 부귀면 가장 동쪽 두남리 일대에서 소규모로 나타난다(그림 1). 백운면 일대의 NE-SW 방향으로 발달한 편마리 화강암질 암체는 고원생대 암석(압쇄암질 편마암)으로 분류된다. 기존 지질도는 이 암체를 선캄브리아 혹은 시생누대 화강편마암(Shimamura, 1924; Choi, 1995), 최근의 지질도는 쥐라기 엽리상 화강암으로 기재하였다(Lee et al., 1997; Kee et al., 2019). 그러나 현장 조사 결과 백운면의 압쇄암질 암체는 편마암에 해당하며 진안 압쇄암질 화강암류와는 형태적·시기적으로 뚜렷이 구분된다. 1:25만 광주도폭과 1:100만 한국지질도에서는 진안 압쇄암질 화강암류와 남서부의 쥐라기 순창화강암(압쇄암질)이 NE-SW 방향으로 연결되어 구분을 짓기 힘든 것으로 보여진다(Lee et al., 1997; Kee et al., 2019). 그러나 두 암체 사이에는 고원생대 편마암(압쇄암질 편마암)이 존재하므로 진안 압쇄암질 화강암류와 순창화강암은 지질학적으로 구분될 수 있다(그림 1).

Fig. 5.

Representative outcrop or thin section photographs of Jurassic intrusive rocks: (a, b) Jinan mylonitic granodiorite with NE-SW striking foliation (JA2404-8; Banwol-ri, Jinan-eup); (c) foliated granodiorite (Sinam-ri, Baegun) with NE-SW striking foliation and (d) biotite granite (Songpung-ri, Yongdam). The 020°and 200°orientations in (b) indicate the maximum stretching directions of the Jinan mylonitic granodiorite. Abbreviation: MME, mafic microgranular enclave.

Fig. 6.

Photomicrograph of Mesozoic intrusive rocks: (a) Jinan mylonitic granite (xpl); (b) Yongdam foliated granite (xpl); (c) Jucheon alkali feldspar granite (ppl) and (d) granite porphyry (ppl). Abbreviation: fds, feldspar.

6.1.2. 엽리상 화강섬록암

엽리상 화강섬록암의 상당 부분은 장수군 지역에 나타나며 진안쪽 관입암체는 백운면 남동부 끝에 나타난다(그림 1). 진안지역 관입암체는 보통각섬석과 흑운모를 포함하는 화강섬록암으로써 고원생대 암체(변성화강암류, 각섬암)를 관입한다. 엽리상 화강섬록암은 동시기로 생각되는 고철질 미립 포유암을 간직한다(그림 5c). 엽리상 화강섬록암은 주로 NE-SW 주향 및 NW 경사 방향을 갖는 엽리를 가지며, 절대연령 자료는 보고되지 않았다. 1:5만 오수도폭에서는 해당 암체가 시대 미상으로(Kim et al., 1984), 1:25만 광주도폭과 최근 발간된 1:100만 한국지질도에서는 쥐라기로 기재되었다(Lee et al., 1997; Kee et al., 2019).

6.1.3. 흑운모 화강암과 복운모 화강암

진안군 북쪽 용담면 일대에 엽리가 없거나 엽리 발달이 미약한 중립질 흑운모 화강암이 나타난다(그림 1, 5d). 이 암체는 금산군 영역으로 뻗어 있으며 진안 압쇄암질 화강암류와의 지질학적 관계는 불명확하다. 흑운모 화강암에서 압쇄엽리가 발달하지 않는 것으로 보아 이 암체의 영역은 호남전단대에서 벗어나 있는 것으로 추정된다. 이 암체는은 1:5만 장기리 도폭에서는 선캄브리아 편암류(Lee and Nam, 1969)로, 1:25만 광주도폭에서는 선캄브리아 편암류와 쥐라기 흑운모 화강암이 보고되었다(Lee et al., 1997).

주천면 북서쪽에 엽리가 없거나 엽리 발달이 미약한 복운모 화강암이 소규모 암주로 나타난다(그림 1). 이 암체는 옥천층군 마전리층을 관입하고 있으며, 금산군 쪽에 복운모 화강암이 추가적으로 더 존재할 가능성이 있다. 복운모 화강암은 1:5만 금산도폭에서 쥐라기 암체(흑운모 화강암)로 기재되었다(Hong and Choi, 1978). 복운모 화강암이 진안 압쇄암질 화강암류 및 흑운모 화강암과 어떠한 지질학적 관계에 놓여 있는지는 분명치 않다.

6.2. 백악기 관입암류

6.2.1. 용담 엽리상 화강암

압쇄엽리를 간직한 흑운모 화강암이 용담호 주변 용담면-안천면 일대에서 관찰되며 부귀면 두남리 일대에서도 소규모 암주로 확인된다(그림 1). 본 연구에서 암체의 화성연령은 백악기(109±2 Ma)로 확인되고(그림 2b) 용담 엽리상 화강암으로 명명한다. 용담 엽리상 화강암은 쥐라기 진안 압쇄암질 화강암류에 비해 엽리 발달이 미약하고, 압쇄엽리는 주로 동남동(ESE)-서북서(WNW) 주향을 보여준다(그림 7a). 엽리상 화강암에서는 K장석 반정이 나타나고 사장석과 함께 반상쇄정으로 산출된다(그림 6b, 7a). 암체의 대부분은 진안분지 퇴적암과 직접 접촉하지는 않으며, 부귀면 암주는 산수동층과 단층접촉을 하고 있다. 용담 엽리상 화강암은 진안분지의 기반암에 해당하는 것으로 추론된다.

Fig. 7.

Representative outcrop and rock slab (or thin section chip) photographs of Cretaceous intrusive rocks: (a) Yongdam foliated granite with ESE-WNW striking mylonitic foliation (Baekhwa-ri, Ancheon); (b) Jucheon alkali feldspar granite (JA2408-10; collected from the Yongduk-ri, Jucheon); (c) Unjangsan alkali feldspar granite (collected from the Daebul-ri, Jucheon) and (d) granite porphyry (JA2407-2; Guoseok-ri, Bugwi) hosting intermediate microgranular enclaves. Abbreviation: Kfs, K-feldspar.

6.2.2. 주천화강암

진안군 북부 주천면 일대에 알칼리장석 흑운모 화강암이 나타난다(그림 1). 본 연구는 주천면-용담면 사이의 알칼리장석 흑운모 화강암을 주천화강암이라 명명한다. 주천화강암은 엽리가 없거나 발달이 미약하며 중립질의 정장석, 석영, 사장석, 흑운모로 구성된 등립상 조직을 보인다(그림 6c, 7b). 주천화강암은 금산군, 무주군 쪽으로 연장되는 것으로 추정되나, 진안군 너머의 북쪽 경계는 확인하지 못하였다. 주천화강암 연령은 이번 연구를 통해 94±1 Ma로 확인되며(그림 2c), 이것은 주천화강암이 진안분지 퇴적암 보다 오래된 암석임을 지시한다.

6.2.3. 운장산화강암

진안군 북부 운장산 권역에서도 알칼리장석 흑운모 화강암이 나타난다(그림 1). 이 암체는 엽리가 발달되지 않으며 완주군 영역으로 뻗어 있다(그림 7c). 이 암체의 연령은 확인된바 없으나 1:5만 용담 도폭에서는 주천화강암과 같은 시기로 제시되었다(Kim and Lee, 1973). 본 논문에서는 운장산 권역의 알칼리장석 흑운모 화강암을 운장산 화강암으로 명명하고, 암체의 형성 시기를 주천화강암과 유사한 백악기로 판정하였다.

6.2.4. 반암류

중성질-규장질 반암류가 진안군 전반에 걸쳐 확인되며, 화강반암이 주류를 이룬다. 이들은 고원생대 암체, 쥐라기 화강암류, 백악기 화강암류와 진안층군을 관입한다(그림 1). 이들은 암주 내지 암맥의 형태로 관입하고 일부 암체는 암상(sill)의 형태를 보인다. 가장 규모가 큰 암체는 부귀면에서 확인되는 화강반암이다. 부귀면 화강반암은 중성질 미립포유암을 내포하며 동시기성 중성질 화성활동을 지시한다(그림 7d). 부귀면 화강반암의 관입연령은 89±1 Ma로 확인된다(그림 2d). 연대 분석된 화강반암은 보통각섬석과 장석류를 반정으로 갖고 전반적으로 열수 변질된 양상을 간직한다(그림 6d). 진안군 남서쪽 성수면 일대에서는 중성질 반암류가 분포하며 임실군 영역에서 획득된 현무암질 조면안산반암의 저어콘 U-Pb 연대는 85±1 Ma로 보고되었다(Lee, S.H. et al., 2020).

6.3. 백악기 퇴적암 및 화산암류

6.3.1. 백악기 퇴적암류

연구지역의 퇴적암류는 백악기 진안분지를 충진한 진안층군의 북동부에 해당한다(그림 1). 진안분지의 기반암은 선캄브리아(고원생대) 편마암 및 편암류, 쥐라기-백악기 화강암류로 구성된다. 분지는 백악기 주향이동 전단운동대 중 광주단층계(광주단층, 순창단층) 상에 발달하였다. 진안층군은 육성분지로, 충적 및 호소퇴적환경이 우세하다(Lee, 1992; Lee and Chough, 1999). 퇴적 시기는 식물화석 파편 및 화분 분석에 근거하여 약 129-113 Ma로 추정되어 왔으나(Chang, 1975; Reedman and Um, 1975; Yi et al., 1998), 진안층군 내 산수동층 및 달길층 사암의 쇄설성 저어콘 U-Pb 연대로 제한한 최대퇴적연대가 각각 약 98 Ma, 90 Ma로 확인되었고, 협재하는 화산암의 연대가 92-89 Ma로 보고됨에 따라 진안층군의 퇴적 시기는 후기 백악기로 여겨질 수 있다(Lee, 2017; Lee, S.H. et al., 2020). 또한 주천화강암(94±1 Ma), 달길층, 화산암류, 화강반암(89±1 Ma)의 상호관계를 볼 때 연구지역 진안층군의 주 퇴적 시기는 92-89 Ma 시기로 제한될 가능성이 있다.

진안층군은 암상에 따라 산수동층(이암상, 흑색 및 암회색 이암과 사암상), 마이산역암(역암상), 달길층(이암상, 응회암, 흑색 및 응회질 셰일), 만덕산층(사암상, 역암, 흑색셰일, 안산암, 응회질셰일, 응회암, 이암)으로 세분된다(그림 8a-8d; Shimamura, 1924; Lee, 1992). 이들 간의 층서적 선후 관계는 여러 차례 제안된 바 있으며(e.g., Shimamura, 1924; Son, 1969; Kim and Lee, 1973; Chang, 1975), 최근 많은 연구에서는 이들을 동시기 층으로 해석한 Lee, Y.Y. (1992)의 층서를 따른다(그림 9). 즉 분지 가장자리의 단층대 주변에는 역암 및 사암이 우세한 충적선상지 및 선상지삼각주 등의 퇴적환경에서 마이산역암 및 만덕산층이 형성되었으며, 분지 중앙부에서는 셰일 또는 이들과 교호하는 사암 및 실트암이 우세한 호소 환경의 산수동층과 달길층이 형성되었다는 해석이다(Oh et al., 2016, 2017; Lee, 2017; Lee, S.H. et al., 2020).

Fig. 8.

Representative field photographs illustrating key sedimentary features of the Jinan Group: (a) clast-supported, bouldery conglomerate (Maisan Conglomerate) exhibiting tafoni structures (dashed lines), exposed at the Mt. Maisan geosite; (b) crudely stratified conglomerate (Cg) and gravelly sandstone (gSS) of the Maisan Conglomerate (Pyeongjang-ri, Baegun); (c) Gilbert-type deltaic geometry displaying topset, foreset and bottomset sequences at the Ungyo-ri Fan Delta geosite, at the contact between the Maisan Conglomerate and Sansudong Formation and (d) laminated sandstone-mudstone (SS-MS) couplets characteristic of the Sansudong Formation (Yeonjang-ri, Jinan-eup).

Fig. 9.

Comparison of previously proposed stratigraphic frameworks for the Jinan Basin.

Lee, Y.Y. (1992)는 이러한 층들의 수평적 인접성을 기본 가정으로 하여, 진안층군의 퇴적암상을 충적선상지, 선상지삼각주, 선상지평원 및 호소 환경을 나타내는 퇴적상 조합으로 제안하였다. 또한 지역적으로 인지되는 상향조립화를 근거로 분지가 구조적으로 크게 두 번 확장되었다고 해석하였다. 한편 Lee and Chough (1999)는 진안분지의 동부 마이산역암층 및 산수동층의 전이지대 인근에서 보다 상세한 퇴적상 분석을 수행하여 퇴적상 조합을 충적선상지, 소규모 길버트형 삼각주, 가파른 삼각주 사면, 삼각주 사면의 기저부 또는 삼각주 전면, 호수 중앙부 등으로 세분하였으며, 차별적 분지 침강에 따른 순차적 퇴적상의 변화 및 전진발달 과정을 해석하였다.

진안층군 퇴적암의 화분/포자 변색도(palynomorphs colors) 및 일라이트 결정도 분석 결과, 진안분지는 약 200-300℃ 이상의 온도를 경험한 것으로 추정되었다(Yi et al., 1998; Choi and Lee, 2011). 이는 진안층군의 두께를 약 1.5 km로(Baag and Kwon, 1994), 백악기 동안 한반도의 비교적 높은 지온구배율(약 35℃/km; Lim and Lee, 2005)을 가정하고 계산한 진안층군의 하부 온도인 약 70℃를 크게 상회하며, 진안분지가 화산활동의 영향을 크게 받아 나타난 결과로 해석된다. 진안층군 내에는 다양한 종류의 화산암이 협재하며, 이들 내 저어콘 U-Pb 연령(약 90 Ma)은 퇴적암 내 쇄설성저어콘의 최소연령(약 90 Ma)과 매우 유사하다(Lee, S.H. et al., 2020). 더불어 분지 중앙 및 주변부 임실군에 분포하는 현무암질 조면안산반암과 유문암의 연대가 약 85 Ma로 보고되어(Lee, S.H. et al., 2020), 분지의 충진 및 그 이후에도 진안분지가 지속적인 화성활동의 영향을 받았음이 확인된다.

6.3.2. 백악기 화산암류

진안지역의 화산암은 안산암질-유문암질 화산암으로 응회암을 포함하며, 주로 유문암 및 유문암질 응회암이 우세하게 산출된다. 화산암류는 성분상으로 반암류의 구성과 유사하다. 화산암류는 진안군 북쪽 지역(구봉산-운일암반일암 일대; 용암류 우세)과 동쪽 지역(천반산 일대; 화산쇄설암 우세)에서 주로 나타나고 진안층군 퇴적 이후에 형성된 것으로 보고되었다(Kim and Lee, 1973; Lee, 1992). 그러나 진안층군 내 도처에서 쇄설성 퇴적암에 협재된 화산암이 확인된다. 진안층군에 협재된 유문암의 저어콘 U-Pb 연령(89±0.2 Ma, 90±0.4 Ma; Lee, S.H. et al., 2020)과 진안층군 북쪽 유문암의 저어콘 U-Pb 연령(90±0.4 Ma; Lee, 2017)이 동일하게 나타나므로(그림 1), 진안층군은 퇴적 당시 화산활동의 영향권에 있었으며 퇴적물 충진 이후에도 지속적인 화산활동의 영향으로 용암과 화산쇄설물로 피복되었을 것으로 추정된다. 또한 진안층군 형성 시 화산활동과 후기 화산활동 간 지질학적 시간차가 크지 않은 것으로 추정된다.

8. 토 의

진안지역에 대한 본 연구결과와 기존 연구를 종합하여 연구지역에서 일어난 지구조운동을 다음과 같이 해석하였다.

8.1. 진안지역의 원생누대

최근 연구에 따르면 진안과 무주지역에서 주목할 만한 새로운 지질학적 사건은 고원생대 오로세이라기(Orosirian, 2000-1960 Ma)에 발생한 화성활동이다(그림 10; Lee et al., 2019). 이 화성활동으로 인해 진안지역에서는 변성화강암류, 변성섬록암과 정편마암류의 원암이 형성되었다. 암석지화학분석과 동위원소 분석 결과에 의하면 이 암체들은 맨틀의 진화/부분용융을 통해 형성되기보다는 대부분 기존에 존재하던 지각물질의 부분용융에 의해 형성된 것으로 추정된다. 또한 이 암체들은 지구조환경 관점에서 화산호 환경에서 형성되었다(그림 11; Lee et al., 2019; Cho et al., 2020). 이러한 지구연대학적, 암석지구화학적 특징은 영남육괴 북동부에 분포하는 고원생대 화강암류(예: 분천화강암 및 홍제사화강암)와 유사하다(Lee et al., 2019, 2023; Kim et al., 2021, 2026). 이는 영남육괴 북동부의 고원생대 변성화성암류를 형성시킨 화산호 관련 화성활동이 진안 일대까지 발생했었음을 의미한다. 이들 고원생대 화성기원암은 약 1880-1860 Ma경에 변성작용을 경험한 것으로 보고되었으나(그림 10; Lee et al., 2019), 변성작용의 특성을 추정할 수 있는 광물군의 부재로 이들의 정확한 변성조건을 규명하기는 어렵다. 다만 이들 암체에서 확인된 변성연대(1880 -1860 Ma)가 진안 인접 지역인 무주에서 보고된 고원생대 고온-저압형 변성작용 시기와 일치한다는 점을 고려할 때, 진안 지역의 변성화성암류와 정편마암류 역시 무주지역에서 확인된 것과 유사한 조건에서 변성작용을 경험한 것으로 추정된다(Oh et al., 2013; Lee, B.C. et al., 2020). 한편 변성화강암에서 확인되는 고생대 후기 혹은 중생대 전기의 2차 변성작용(261±39 Ma)은 진안지역 전반의 현생누대 변성작용에 대한 단서를 제공하고 있다(그림 10; Lee et al., 2019).

진안군의 암석 연령 분포는 쥐라기 화강암류(진안 압쇄암질 화강암류, 흑운모 화강암)를 중심으로 그 동쪽으로 고원생대 암석과 서쪽으로 옥천층군 암석(신원생대-고생대)으로 구분될 수 있다(그림 12). 본 연구에서 제시하는 새로운 지질도는 호남전단대(순창전단대)를 중심으로 영남육괴와 옥천변성대가 구분될 가능성을 제안한다(그림 12, 13).

Fig. 10.

Wetherill concordia diagrams showing zircon igneous and metamorphic ages of Paleoproterozoic meta-igneous rocks: (a) porphyritic metagranite and (b) metadiorite. Data are from Lee et al. (2019).

Fig. 11.

Binary classification diagrams for Paleoproterozoic meta-igneous rocks: (a) total alkali-SiO2 plutonic rock classification diagram; (b) tectonic discrimination diagram; (c) diagram illustrating petrogenetic processes and (d) diagram showing results of zircon Lu-Hf isotope analyses. Data are from Lee et al. (2019) and references therein. Abbreviations: CH, concentration of highly incompatible element; CM, concentration of moderately incompatible element.

Fig. 12.

Distribution of major lithologies in the Jinan area and the extent of the Honam Shear Zone (Sunchang Shear Zone).

Fig. 13.

View from Mt. Bugwisan through Mt. Maisan toward Mt. Seongsusan, showing various lithologies and the Sunchang Shear Zone of the Jinan area. Locations and lithologies are indicated in Figs. 1 and 12.

9. 결 론

이상의 연구 결과로부터 다음의 결론을 얻을 수 있다. 호남전단대(순창전단대)를 기준으로 진안군의 동쪽은 주로 고원생대 암체로 구성되며 영남육괴에 해당하고, 서쪽은 옥천층군 마전리층의 존재에 의해 옥천변성대에 해당한다. 순창전단대는 고원생대 편마암과 중생대(쥐라기) 진안 압쇄암질 화강암류(185±2 Ma 화성연령)를 NE-SW 방향으로 관통하고 연구지역 북동부에서는 백악기 암체에 가려진다. 용담 엽리상 화강암(109±2 Ma 화성연령)은 백악기 중기의 화성활동과 이후의 백악기 연성전단운동의 결과로 형성되었다. 주천화강암(94±1 Ma)은 진안층군 퇴적암 보다 오래된 연령을 보여주고 엽리가 발달하지 않는다. 이는 백악기 연성전단운동이 109-94 Ma 사이에 일어났음을 지시한다. 화강반암(89±1 Ma)은 진안층군 퇴적암(달길층)을 관입하고 진안층군 퇴적시기의 하한을 규정하며 기존 연구결과와 함께 진안분지의 퇴적작용이 92-89 Ma 사이에 일어났음을 지시한다.

Acknowledgments

이 연구는 진안군 지질명소 가치 발굴 용역 과제(2025-0734-01)의 지원을 받았다. 저어콘 연대측정은 한국기초과학지원연구원의 전문연구지원과제(고분해능 이차이온질량분석기, SHRIMP) 분석으로 수행되었다. 저자는 야외조사와 자료 정리에 도움을 준 강민수 석사와 권예원, 황민정, 주현홍 그리고 전북대학교 퇴적시스템연구실, 암석학연구실 학생들에게 고마움을 전한다. 또한 저어콘 연대분석에 도움을 준 한국기초과학지원연구원의 이신애 연구원과 논문 리뷰 과정에서 건설적인 비평을 준 편집위원장, 편집위원, 심사위원들께 감사드린다.

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