Original Article

Econ. Environ. Geol. 2019; 52(5): 395-407

Published online October 31, 2019

https://doi.org/10.9719/EEG.2019.52.5.395

© THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY

Understanding of the Duplex Thrust System - Application to the Yeongwol Thrust System, Taebaeksan Zone, Okcheon Belt

Yirang Jang*

Geology Division, Korea Institute of Geosciences and Mineral Resources, Daejeon 34132, Republic of Korea

Correspondence to : yirang@kigam.re.kr

Received: September 10, 2019; Revised: October 11, 2019; Accepted: October 11, 2019

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

The duplex system has been considered as an important slip-transfer mechanism to evaluate the evolution of orogenic belts. Duplexes are generally found in the hinterland portion of fold-thrust belts and accommodate large amounts of total shortening. Thus, understanding its geometric and kinematic evolution can give information to evaluate the evolution of the entire orogenic belt. Duplexes are recognized as closed-loop thrust traces on map view, indicating higher connectivity than imbricate fans. As originally defined, a duplex is an array of thrust horses which are surrounded by thrust faults including the floor and roof thrusts, and imbricate faults between them. Duplexes can accommodate regional layer-parallel shortening and transfer slip from a floor thrust to a roof thrust. However, an imbricate fault is not the only mean for layer-parallel shortening (LPS) and displacement transfer within duplexes. LPS cleavages and detachment folds can also play the same role. From this aspect, a duplex can be divided into three types; 1) fault duplex, 2) cleavage duplex and 3) fold duplex. Fault duplex can further be subdivided into the Boyer-type duplex, which was firstly designed duplex system in the 1980s that widely applied most of the major fold-thrust belts in the world, and connecting splay duplex, which has different time order in the emplacement of horses from those of the Boyer-type. On the contrary, the cleavage and fold duplexes are newly defined types based on some selected examples. In the Korean Peninsula, the Yeongwol area, the western part of the Taebaeksan Zone of the Okcheon Belt, gives an excellent natural laboratory to study the structural geometry and kinematics of the closed-loops by thrust fault traces in terms of a duplex system. In the previous study, the Yeongwol thrust system was interpreted by alternative duplex models; a Boyer-type hinterland-dipping duplex vs. a combination of major imbricate thrusts and their connecting splays. Although the high angled beds and thrusts as well as different stratigraphic packages within the horses of the Yeongwol duplex system may prefer the later complicate model, currently, we cannot choose one simple answer between the models because of the lack of direct field evidence and time information. Therefore, further researches on the structural field investigations and geochronological analyses in the Yeongwol and adjacent areas should be carried out to test the possibility of applying the fold and cleavage duplex models to the Yeongwol thrust system, and it will eventually provide clues to solve the enigma of formation and its evolution of the Okcheon Belt.

Keywords Boyer-type hinterland-dipping duplex, connecting splay duplex, cleavage duplex, fold duplex, Yeongwol thrust system

듀플렉스 트러스트시스템의 이해 - 옥천대 태백산 지역 영월트러스트시스템에의 적용

장이랑*

한국지질자원연구원 국토지질연구본부

요 약

듀플렉스 시스템(duplex system)은 조산대의 진화에서 슬립을 전달하는 중요한 매커니즘 가운데 하나로 고려되어왔다. 이들은 일반적으로 습곡-단층대의 후방지(hinterland)에 발달하며, 조산대를 이루는 총 수축의 많은 부분을 수용한다. 그러므로 듀플렉스의 구조기하학 및 키네마틱 진화에 대해 이해하는 것은 전체 조산대의 진화를 평가하는데 있어 중요한 정보를 제공할 수 있다. 듀플렉스는 지질도 상에서 트러스트들에 의한 폐곡선 형태의 단층 자취에 의해 인지되는데, 이들은 인편팬(imbricate fan) 시스템의 경우보다 높은 연결성을 보인다. 원래의 정의에 따르면, 듀플렉스는바닥트러스트(floor thrust)와 지붕트러스트(roof thrust) 및 이들 사이의 인편상 트러스트(imbricate thrust)들에 의해사방이 둘러싸인 포로암(horse)들로 구성된다. 이들은 광역적인 지층-평행 수축(layer-parallel shortening)을 수용하며,바닥트러스트로부터 지붕트러스트로 단층을 따라 발생하는 슬립을 전달하는 역할을 한다. 그러나 인편상 단층이 바닥및 지붕 트러스트 사이에서 발생하는 지층-평행 수축이나 변위 전달의 유일한 수단은 아니다. 지층-평행 수축 벽개(LPS cleavage)와 분리단층습곡(detachement fold) 또한 동일한 역할을 수행할 수 있다. 이러한 견지에서, 듀플렉스는1) 단층 듀플렉스, 2) 벽개 듀플렉스, 3) 습곡 듀플렉스의 3가지 유형으로 나눌 수 있다. 단층 듀플렉스는 다시Boyer-type 듀플렉스와 커넥팅-스플레이(connecting splay) 듀플렉스로 세분된다. 전자는 1980년대에 트러스트시스템의 개념을 적용하여 최초로 정의된 듀플렉스 형태이고, 후자는 듀플렉스 형성 시 포로암들의 발달 순서에 있어 전자의 듀플렉스와 차이를 가진다. 이들 단층 듀플렉스 유형은 전 세계적으로 주요 습곡-단층대의 구조진화 연구에 널리적용되어왔다. 반면에, 벽개 듀플렉스 및 습곡 듀플렉스는 몇몇의 노두에서 선택적으로 보고된 내용에 기반하여 최근에 새롭게 제안된 듀플렉스 유형이다. 한반도 옥천대 내 태백산 분지 서쪽의 영월지역은 높은 연결성을 보이는 트러스트들에 의한 폐곡선 형태의 단층 자취가 잘 보존되어 있는 곳으로, 국내에서 습곡-단층대 내에서 트러스트시스템에듀플렉스 모델을 적용시켜 볼 수 있는 최적의 연구지역이다. 이 지역 지질구조에 대한 구조기하학 및 키네마틱스 해석을 바탕으로 영월트러스트시스템은 ‘Boyer-type 후방지로 경사진 듀플렉스(hinterland-dipping duplex)’ 및 ‘주요 인편상 트러스트와 커넥팅-스플레이로 구성된 듀플렉스(connecting splay duplex)’의 두 가지 모델로 해석된 바 있다. 영월지역 내에 고각의 지층과 트러스트들이 반복되고, 듀플렉스를 구성하는 각 포로암 내에 서로 다른 층서 패키지가포함되는 등 여러 간접적인 증거들이 후자의 모델을 지지함에도 불구하고, 직접적인 야외 증거나 단층 활동에 대한시간 정보 등이 부족하기 때문에 두 모델 중 어느 것이 더 적합한지를 판단하기에는 어려움이 따른다. 게다가 최근새롭게 제안된 습곡 듀플렉스와 벽개 듀플렉스 모델 또한 영월트러스트시스템의 구조 해석에 적용될 수 있는 가능성이 있기 때문에, 향후 영월 및 주변 지역에 대한 추가 야외 지질조사 및 다양한 지구연대학적 연구가 추가적으로 요구된다. 이러한 후속 연구들의 결과는 옥천대의 형성 및 구조진화와 관련된 그간의 난제를 풀 수 있는 중요한 정보를제공할 수 있을 것으로 기대한다.

주요어 Boyer-type 후방지로 경사진 듀플렉스, 커넥팅-스플레이 듀플렉스, 벽개 듀플렉스, 습곡 듀플렉스, 영월트러스트시스템

Article

Original Article

Econ. Environ. Geol. 2019; 52(5): 395-407

Published online October 31, 2019 https://doi.org/10.9719/EEG.2019.52.5.395

Copyright © THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY.

Understanding of the Duplex Thrust System - Application to the Yeongwol Thrust System, Taebaeksan Zone, Okcheon Belt

Yirang Jang*

Geology Division, Korea Institute of Geosciences and Mineral Resources, Daejeon 34132, Republic of Korea

Correspondence to:yirang@kigam.re.kr

Received: September 10, 2019; Revised: October 11, 2019; Accepted: October 11, 2019

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

The duplex system has been considered as an important slip-transfer mechanism to evaluate the evolution of orogenic belts. Duplexes are generally found in the hinterland portion of fold-thrust belts and accommodate large amounts of total shortening. Thus, understanding its geometric and kinematic evolution can give information to evaluate the evolution of the entire orogenic belt. Duplexes are recognized as closed-loop thrust traces on map view, indicating higher connectivity than imbricate fans. As originally defined, a duplex is an array of thrust horses which are surrounded by thrust faults including the floor and roof thrusts, and imbricate faults between them. Duplexes can accommodate regional layer-parallel shortening and transfer slip from a floor thrust to a roof thrust. However, an imbricate fault is not the only mean for layer-parallel shortening (LPS) and displacement transfer within duplexes. LPS cleavages and detachment folds can also play the same role. From this aspect, a duplex can be divided into three types; 1) fault duplex, 2) cleavage duplex and 3) fold duplex. Fault duplex can further be subdivided into the Boyer-type duplex, which was firstly designed duplex system in the 1980s that widely applied most of the major fold-thrust belts in the world, and connecting splay duplex, which has different time order in the emplacement of horses from those of the Boyer-type. On the contrary, the cleavage and fold duplexes are newly defined types based on some selected examples. In the Korean Peninsula, the Yeongwol area, the western part of the Taebaeksan Zone of the Okcheon Belt, gives an excellent natural laboratory to study the structural geometry and kinematics of the closed-loops by thrust fault traces in terms of a duplex system. In the previous study, the Yeongwol thrust system was interpreted by alternative duplex models; a Boyer-type hinterland-dipping duplex vs. a combination of major imbricate thrusts and their connecting splays. Although the high angled beds and thrusts as well as different stratigraphic packages within the horses of the Yeongwol duplex system may prefer the later complicate model, currently, we cannot choose one simple answer between the models because of the lack of direct field evidence and time information. Therefore, further researches on the structural field investigations and geochronological analyses in the Yeongwol and adjacent areas should be carried out to test the possibility of applying the fold and cleavage duplex models to the Yeongwol thrust system, and it will eventually provide clues to solve the enigma of formation and its evolution of the Okcheon Belt.

Keywords Boyer-type hinterland-dipping duplex, connecting splay duplex, cleavage duplex, fold duplex, Yeongwol thrust system

듀플렉스 트러스트시스템의 이해 - 옥천대 태백산 지역 영월트러스트시스템에의 적용

장이랑*

한국지질자원연구원 국토지질연구본부

Received: September 10, 2019; Revised: October 11, 2019; Accepted: October 11, 2019

요 약

듀플렉스 시스템(duplex system)은 조산대의 진화에서 슬립을 전달하는 중요한 매커니즘 가운데 하나로 고려되어왔다. 이들은 일반적으로 습곡-단층대의 후방지(hinterland)에 발달하며, 조산대를 이루는 총 수축의 많은 부분을 수용한다. 그러므로 듀플렉스의 구조기하학 및 키네마틱 진화에 대해 이해하는 것은 전체 조산대의 진화를 평가하는데 있어 중요한 정보를 제공할 수 있다. 듀플렉스는 지질도 상에서 트러스트들에 의한 폐곡선 형태의 단층 자취에 의해 인지되는데, 이들은 인편팬(imbricate fan) 시스템의 경우보다 높은 연결성을 보인다. 원래의 정의에 따르면, 듀플렉스는바닥트러스트(floor thrust)와 지붕트러스트(roof thrust) 및 이들 사이의 인편상 트러스트(imbricate thrust)들에 의해사방이 둘러싸인 포로암(horse)들로 구성된다. 이들은 광역적인 지층-평행 수축(layer-parallel shortening)을 수용하며,바닥트러스트로부터 지붕트러스트로 단층을 따라 발생하는 슬립을 전달하는 역할을 한다. 그러나 인편상 단층이 바닥및 지붕 트러스트 사이에서 발생하는 지층-평행 수축이나 변위 전달의 유일한 수단은 아니다. 지층-평행 수축 벽개(LPS cleavage)와 분리단층습곡(detachement fold) 또한 동일한 역할을 수행할 수 있다. 이러한 견지에서, 듀플렉스는1) 단층 듀플렉스, 2) 벽개 듀플렉스, 3) 습곡 듀플렉스의 3가지 유형으로 나눌 수 있다. 단층 듀플렉스는 다시Boyer-type 듀플렉스와 커넥팅-스플레이(connecting splay) 듀플렉스로 세분된다. 전자는 1980년대에 트러스트시스템의 개념을 적용하여 최초로 정의된 듀플렉스 형태이고, 후자는 듀플렉스 형성 시 포로암들의 발달 순서에 있어 전자의 듀플렉스와 차이를 가진다. 이들 단층 듀플렉스 유형은 전 세계적으로 주요 습곡-단층대의 구조진화 연구에 널리적용되어왔다. 반면에, 벽개 듀플렉스 및 습곡 듀플렉스는 몇몇의 노두에서 선택적으로 보고된 내용에 기반하여 최근에 새롭게 제안된 듀플렉스 유형이다. 한반도 옥천대 내 태백산 분지 서쪽의 영월지역은 높은 연결성을 보이는 트러스트들에 의한 폐곡선 형태의 단층 자취가 잘 보존되어 있는 곳으로, 국내에서 습곡-단층대 내에서 트러스트시스템에듀플렉스 모델을 적용시켜 볼 수 있는 최적의 연구지역이다. 이 지역 지질구조에 대한 구조기하학 및 키네마틱스 해석을 바탕으로 영월트러스트시스템은 ‘Boyer-type 후방지로 경사진 듀플렉스(hinterland-dipping duplex)’ 및 ‘주요 인편상 트러스트와 커넥팅-스플레이로 구성된 듀플렉스(connecting splay duplex)’의 두 가지 모델로 해석된 바 있다. 영월지역 내에 고각의 지층과 트러스트들이 반복되고, 듀플렉스를 구성하는 각 포로암 내에 서로 다른 층서 패키지가포함되는 등 여러 간접적인 증거들이 후자의 모델을 지지함에도 불구하고, 직접적인 야외 증거나 단층 활동에 대한시간 정보 등이 부족하기 때문에 두 모델 중 어느 것이 더 적합한지를 판단하기에는 어려움이 따른다. 게다가 최근새롭게 제안된 습곡 듀플렉스와 벽개 듀플렉스 모델 또한 영월트러스트시스템의 구조 해석에 적용될 수 있는 가능성이 있기 때문에, 향후 영월 및 주변 지역에 대한 추가 야외 지질조사 및 다양한 지구연대학적 연구가 추가적으로 요구된다. 이러한 후속 연구들의 결과는 옥천대의 형성 및 구조진화와 관련된 그간의 난제를 풀 수 있는 중요한 정보를제공할 수 있을 것으로 기대한다.

주요어 Boyer-type 후방지로 경사진 듀플렉스, 커넥팅-스플레이 듀플렉스, 벽개 듀플렉스, 습곡 듀플렉스, 영월트러스트시스템

    KSEEG
    Apr 30, 2024 Vol.57 No.2, pp. 107~280

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    Economic and Environmental Geology

    pISSN 1225-7281
    eISSN 2288-7962
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