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Econ. Environ. Geol. 2023; 56(6): 831-846

Published online December 29, 2023

https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.831

© THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY

Preliminary Structural Geometry Interpretation of the Pyeongchang Area in the Northwestern Taebaeksan Zone, Okcheon Belt: A Klippe Model

Heunggi Lee1,2, Yirang Jang3,*, Sanghoon Kwon1

1Department of Earth System Sciences, Yonsei University, Seoul 03722, Republic of Korea
2Gajaeul High School, Seoul 03709, Republic of Korea
3Department of Earth and Environmental Sciences, Chonnam National University, Gwangju 61186, Republic of Korea

Correspondence to : *yirang@jnu.ac.kr

Received: December 15, 2023; Revised: December 20, 2023; Accepted: December 21, 2023

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 Jucheon-Pyeongchang area in the northwestern Taebaeksan Zone of the Okcheon fold-thrust belt preserved several thrust faults placing the Precambrian basement granite gneisses of the Gyeonggi Massif on top of the Early Paleozoic Joseon Supergroup and the age-unknown Bangrim Group. Especially, the thrust faults in the study area show the closed-loop patterns on the map view, showing older allochthonous strata surrounded by younger autochthonous or para-autochthonous strata. These basement-involved thrusts including Klippes will provide important information on the hinterland portion of the fold-thrust belt. For defining Klippe geometry in the thrust fault terrains of the Jucheon-Pyeongchang area by older on younger relationship, the stratigraphic position of the age-unknown Bangrim Group should be determined. The Middle Cambrian maximum depositional age by the detrital zircon SHRIMP U-Pb method from this study, together with field relations and previous research results suggest that the Bangrim Group overlies the Precambrian basement rocks by nonconformity and underlies the Cambrian Yangdeok Group (Jangsan and Myobong formations). The structural geometric interpretation of the Pyeongchang area based on newly defined stratigraphy indicates that the Wungyori and Barngrim thrusts are the same folded thrust, and can be interpreted as a Klippe, having Precambrian hanging wall granite gneisses surrounded by younger Cambrian strata of the Joseon Supergroup and the Bangrim Group. Further detailed structural studies on the Jucheon-Pyeongchang area can give crucial insights into the basement-involved deformation during the structural evolution of the Okcheon Belt.

Keywords Okcheon Belt, Bangrim Group, Bangrim thrust, Wungyori thrust, Klippe Model

옥천대 북서부 태백산지역 평창 일대의 클리페 모델 기반 구조기하 형태 해석 예비 연구

이흥기1,2 · 장이랑3,* · 권상훈1

1연세대학교 이과대학 지구시스템과학과
2가재울고등학교
3전남대학교 자연과학대학 지구환경과학부 지질환경전공

요 약

한반도의 대표적인 습곡-단층대 중 하나인 옥천대의 주천-평창지역에는 경기육괴 기반암을 고생대 조선누층군 및 시대미상의 방림층군 상위로 충상시키는 다수의 트러스트 단층이 발달한다. 이 지역의 트러스트들은 상반의 암체가 하반의 암체로 완전히 둘러싸인 폐곡선 형태의 독특한 자취를 보이며, 이는 전형적인 클리페의 지질도 상 특징으로 해석될 수 있다. 특히, 연구 지역과 같이 트러스트 상반에 기반암을 포함하는 클리페의 경우에는 습곡-단층대 배후지의 구조 발달을 이해하는데 중요하다. 그러나 클리페 구조가 잘 정의되기 위해서는 층서적으로 오래된 암체가 트러스트를 경계로 상대적으로 젊은 암체의 상위에 구조적으로 완전히 고립된 형태를 보여야 하기 때문에, 연구지역에 넓게 분포하는 시대미상 방림층군의 지질연대가 매우 중요하다. 본 연구에서는 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대측정을 통해 획득한 방림층군의 최대 퇴적시기와 야외조사 결과 및 기존 연구를 종합하여, 방림층군을 아래로는 선캄브리아시대 화강편마암과 위로는 전기 고생대 조선누층군 양덕층군(장산층, 묘봉층)의 지층 사이에 놓이는 고생대 캄브리아기 최하부 지층에 대비하였다. 이를 바탕으로 평창지역에 대한 구조기하 형태 연구를 수행한 결과, 운교리트러스트와 방림트러스트는 하나의 습곡된 트러스트이며 운교리트러스트 상반의 암체들이 하반 암체들에 의해 완전히 고립된 특징을 보이는 클리페 모델로 해석이 가능함을 확인하였다. 향후 주천-평창지역에 대한 구조지질학적 측면의 후속 연구들을 통해 클리페 모델에 대한 추가적인 테스트가 이루어진다면, 옥천대의 구조 진화에 있어서 기반암을 포함하는 변형 기작의 역할에 대해 중요한 정보를 획득할 수 있을 것이다.

주요어 옥천대, 방림층군, 방림트러스트, 운교리트러스트, 클리페 모델

  • Structures preserved in the Pyeongchang area of the northwestern Taebaeksan Zone indicate structural similarity with those of the hinterland portion of fold-thrust belts.

  • The newly obtained SHRIMP U-Pb detrital zircon age suggests the Middle Cambrian maximum deposition age for the Bangrim Group.

  • The closed-loop pattern of the folded Bangrim thrust in the Pyeongchang area can be interpreted based on a Klippe model

한반도의 대표적인 습곡-단층대(fold-thrust belt) 중 하나인 옥천대는 기반암인 경기육괴와 영남육괴 사이에서 북동-남서 방향의 대상으로 발달하며, 분포하는 암석들의 종류에 따라 북동부의 태백산지역(Taebaeksan Zone)과 남서부의 옥천지역(Okcheon Zone)으로 구분된다(e.g. Cluzel, 1991; Yin and Nie, 1993; Chough et al., 2000; Ree et al., 2001; Fig. 1a). 영남육괴와 접하는 태백산지역의 남쪽 경계는 기반암 상위로 태백산지역의 고생대 퇴적층이 부정합으로 놓이는 것으로 비교적 잘 정의되는 반면, 경기육괴와 접하는 북쪽 경계는 중생대 화강암류의 관입으로 인해 강원도 주천-평창 일대를 제외한 대부분의 지역에서 기반암과의 정확한 경계를 인지하기 힘들다. 주천-평창지역에서는 경기육괴의 선캄브리아시대 화강편마암이 현재까지 시대 미상으로 보고되고 있는 방림층군 및 전기 고생대 조선누층군과 직접 접하며, 방림트러스트를 포함하는 북북동-남남서 내지 북동-남서 주향의 트러스트들에 의해 반복되는 양상을 보인다(Fig. 1b). 이들 트러스트는 상반의 암체가 하반의 암체로 완전히 둘러싸인 폐곡선(closed-loop) 형태의 독특한 자취를 보이는데, 이는 전형적인 클리페(klippe)의 지질도 상 특징으로 해석될 수 있다(Cheong et al., 1979; Yoon, 1994; Hong et al., 1995; Jin, 2006; Kihm et al., 2010). 클리페는 층서적으로 오래된 암체가 트러스트를 경계로 젊은 암체의 상위에 놓이며 구조적으로 완전히 고립되어야 성립될 수 있는 지질구조로, 트러스트 주변부에서 침식작용이 하반의 심도까지 도달할 때 발달할 수 있다. 트러스트 상반 암석에 대한 정보뿐만 아니라 구조적으로 하부에 놓이는 하반 암석에 대한 정보도 획득할 수 있기 때문에, 클리페의 존재는 습곡-단층대의 구조 발달을 이해하는데 중요한 단서가 된다(e.g. Bucher, 1957; Naha and Ray, 1970; Rodgers, 1970; Mukhopadahyay et al., 1997; Antolin et al., 2013). 특히, 주천-평창지역과 같이 트러스트 상반에 기반암을 포함하는 클리페의 경우에는 습곡-단층대의 배후지(hinterland)에서의 구조 발달을 이해하는 데 중요한 정보를 제공할 수 있다.

Fig. 1. (a) Tectonic map of the Korean Peninsula (modified after a 1:1,000,000 tectonic map of Korea; Kee et al., 2019). (b) Geologic map of the Jucheon-Pyeongchang area in the northwestern Taebaeksan Zone of the Okcheon Belt (modified after Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995). CN-Chungdaegalbong nappe; TK-Turuanji klippe; WK-Wachon klippe.

이와 같은 지구조적 중요성에도 불구하고, 주천-평창지역에서는 선캄브리아시대 기반암과 조선누층군 사이에 분포하는 시대 미상 방림층군의 층서적 문제로 인해 제한된 구조지질 연구만 진행되어왔으며, 이들 대부분의 연구는 기반암 및 방림층군을 조선누층군 상위로 충상시키는 방림트러스트의 구조적 특성에 대해서만 집중되었다(e.g. Son and Cheong, 1971; Park et al., 1978; Cheong et al., 1979; Lee et al., 1985; Yoon, 1994; Hong et al., 1995; Ryoo, 1995; Kim et al., 1999; Jin, 2006; Kihm et al., 2010). 따라서 본 연구에서는 방림층군의 층서적 문제를 해결하기 위한 새로운 연대 증거를 제시하고, 이를 바탕으로 수행한 평창지역의 구조기하 형태 예비 연구결과에 대한 고찰을 통해, 향후 주천-평창지역의 광역 지질구조 특성 및 옥천대 북서부 경계의 지구조 진화에 관한 후속 연구의 필요성에 대해 제언하고자 한다.

본 연구의 대상 지역인 태백산지역 북서부의 주천-평창지역은 1:50,000 평창·영월도폭(Cheong et al., 1979)의 서부 영역과 창동도폭(Hong et al., 1995)의 남부 영역에 해당하며(Fig. 1b), 기반암인 선캄브리아시대 화강편마암, 시대 미상의 변성퇴적암류로 분류된 방림층군 및 전기 고생대 조선누층군에 대비되는 지층들이 분포한다(Fig. 1b). 방림층군은 주천-평창지역이 표식지로, 주천지역에서는 전반적으로 녹회색 운모류 편암 내부에 석영맥과 석영노듈(nodule)이 심하게 습곡되어 나타나며, 그 상부와 하부에 걸쳐 결정질 석회암과 규암이 운모류 편암과 교호하는 것이 특징적이다(Yoon, 1994; Jin, 2006; Kihm et al., 2010). 평창지역의 방림층군은 습곡된 석영맥과 석영노듈을 포함하는 녹회색 운모류 편암 외에도, 석영맥을 포함하지 않는 암회색 편암에 회색의 결정질 석회암이 부분적으로 교호하는 암상을 보인다. 이 지역의 전기 고생대 지층은 방림트러스트 상반에 분포하는 양덕층군(장산층, 묘봉층)과 하반에 분포하는 평창층군(입탄리층, 정선층)으로 구분된다(Cheong et al., 1979). 양덕층군의 지층들은 태백지역의 조선누층군과 구분하여 안미리층군(행화동층, 방학동층)으로 사용해야 한다고 제안된 바 있으나(Son and Jeong, 1971; Kwon et al., 2019), 본 연구에서는 기존 연구와의 비교를 위해 Cheong et al. (1979)의 층서명을 따르기로 한다. 방림층군을 비롯한 화강편마암 및 양덕층군의 지층들은 북북동-남남서 방향으로 길게 연장된 방림트러스트에 의해 평창층군의 석회암층 상위로 충상된다(Cheong et al., 1979; Lee et al., 1985; Kim et al., 1999, 2001)(Fig. 1b). 방림트러스트는 평창지역 북부에서 중생대 화강암의 관입에 의해 절단되며, 주천지역 서부에서는 1:50,000 신림도폭(Won et al., 1974)의 영역으로까지 연장된다.

한편, 주천-평창지역에서는 연성전단대 내지 트러스트에 의해 완전히 둘러싸인 독특한 지질도 상 분포를 보이는 화강편마암체도 다수 인지된다(Fig. 1b). 주천지역의 방림트러스트 상반에서는 화강편마암이 연성전단대(와촌전단대)에 의해 방림층군 상위에 놓이며 구조적으로 완전히 고립된 형태로 분포하는데, 이러한 지질도 상 특징은 클리페 구조(와촌클리페; Wachon klippe)로 해석된 바 있다(Yoon, 1994). Ryoo (1995, 1997)는 주천지역의 와촌클리페 외에도 북쪽의 평창지역에도 방림트러스트 상반에 화강편마암이 연성전단대를 경계로 방림층군 상위에 놓이는 구조들이 더 존재함을 인지하고, 이들을 두루안지클리페(Turuanji klippe)와 중대갈봉나페(Chungdaegalbong nappe)로 제안하였다(Fig. 1b). Kim et al (1999)는 평창지역 개수리 1,045m 고지와 거문산 일대에서 방림트러스트 하반에서도 선캄브리아시대 화강편마암이 고생대 조선누층군의 석회암층 상위에 놓이는 클리페 구조가 존재함을 보고하였다(Fig. 1b).

기 발간된 1:50,000 평창·영월도폭(Cheong et al., 1979) 및 창동도폭(Hong et al., 1995)을 중심으로 야외조사를 수행한 결과와 기존 연구자들의 연구결과(e.g. Yoon, 1994; Kim et al., 1999; Jin, 2006, Kihm et al., 2010)를 종합하면, 주천-평창지역에 보존된 주요 지질구조는 주로 수축 변형작용에 의해 형성된 트러스트와 그 상반에 발달한 습곡 구조들로 대표될 수 있다. 광역 규모의 방림트러스트를 비롯하여, 주천지역 상반에 발달한 와촌클리페와 둔전향사 및 평창지역 상반에 발달한 운교리트러스트 등이 이에 포함된다(Fig. 1b). 이들 구조는 대부분 북북동-남남서 방향의 경향성을 보이며, 주천-평창지역에 분포하는 화강편마암, 방림층군 및 조선누층군의 지층들을 지질도 상에 반복시킨다(Fig. 1b).

3.1. 방림트러스트

방림트러스트는 주천-평창지역 전역에 걸쳐 보존된 광역 규모의 트러스트 단층으로, 전체적으로 북북동-남남서 내지 북동-남서의 주향 방향을 따라 서쪽 내지 북서쪽으로 경사하며, 조선누층군 평창층군의 오르도비스기 석회암층 상위로 그보다 오래된 지층들을 충상시킨다.

주천지역에서의 방림트러스트는 북동-남서 주향을 가지며, 상반에는 선캄브리아시대 화강편마암과 방림층군이, 하반에는 평창층군의 입탄리층이 분포한다(Cheong et al., 1979; Yoon, 1994; Jin, 2006; Kihm et al., 2010)(Fig. 1b). 이 트러스트는 주천지역에서 서쪽으로 계속 연장되다가 강원도 원주시 신림면 일대에서 당골단층에 의해 절단된다(Won et al., 1974). 북쪽으로는 평창군 평창읍 임하리와 방림면을 지나 대화면 일대까지 연장되다가 외솔배기 일대에서 개수리단층에 의해 분절되며(Kim et al., 1999), 더 북쪽에서 중생대 각섬석-흑운모 화강섬록암에 의한 관입으로 절단된다(Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995)(Fig. 1b). 평창지역에서의 방림트러스트는 북북동-남남서의 주향을 가지며 서쪽으로 경사하는 양상으로 나타나며, 상반에는 화강편마암, 방림층군과 함께 구조적으로 상위에 놓이는 양덕층군의 장산층과 묘봉층이, 하반에는 평창층군의 정선층이 분포한다(Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995).

본 연구에서는 주로 평창지역에 보존된 방림트러스트에 대한 야외조사를 수행하였다. 평창지역 남부의 임하리 일대에서 방림트러스트는 북동-남서 주향과 20° 정도의 북서 경사를 보인다(Cheong et al., 1979). 이 지역에서는 서에서 동으로 가면서 방림트러스트 하반의 정선층 석회암 상위로 상반의 방림층군 운모류 편암이 놓이는데, 그 구조적 상위에는 선캄브리아시대 화강편마암이 존재한다. 평창지역 중부의 방림면 일대에서부터 방림트러스트는 북북동-남남서 주향과 40° 정도의 서쪽 경사를 보이며 개수리단층까지 이어진다(Cheong et al., 1979). 방림면 일대의 방림트러스트 하반에는 평창층군의 정선층이 분포하며, 상반에는 임하리에는 분포하지 않는 양덕층군의 장산층과 묘봉층이 분포한다. 방림면 북쪽에 위치한 상안미리의 소개동 계곡과 상개수 계곡에서 북서쪽으로 경사하는 양덕층군 묘봉층의 암회색 슬레이트 내지 천매암이 정선층의 담회색 엽리상 석회암 상위에 놓이는 것이 관찰된다(Fig. 2). 평창지역 북부의 개수리단층 북쪽에서는 방림트러스트가 거의 남북 방향에 가까운 북북동-남남서 주향을 가지며, 고각의 경사를 보인다(Cheong et al., 1979; Kim et al., 1999). 하반에는 평창층군의 정선층이 분포하며, 상반에서는 단층 주변에서부터 서쪽으로 가면서 양덕층군의 묘봉층과 장산층, 방림층군, 화강편마암이 차례로 나타난다. 야외에서 지층의 자세를 관찰하는 것이 쉽지는 않으나, 이들의 엽리와 층리는 북북동-남남서 주향을 지니며 다소 동쪽으로 경사한다.

Fig. 2. Field photographs of the Bangrim thrust in the central part of the Pyeongchang area showing (a) dark gray schist of the Myobong Formation (Location: N37°30′15.9″, E128°24′43.4″) lying on (b) light gray laminated limestone of the Jeongseon Formation (Location: N37°30′15.7″, E128°24′40.7″) in the Sogaedong valley, and (c) dark gray schist of the Myobong Formation (Location: N37°29′09.3″, E128°24′26.1″) lying on (d) light gray laminated limestone of the Jeongseon Formation (Location: N37°29′14.6″, E128°24′33.8″) in the Sanggaesu valley. Geological hammer for scale (32 cm).

3.2. 와촌클리페 및 둔전향사

주천지역의 방림트러스트 상반에는 선캄브리아시대 화강편마암을 구조적으로 방림층군의 상위로 올려놓는 역단층성 연성전단대(와촌전단대; Yoon, 1994)가 존재한다. 이 전단대를 경계로 화강편마암체가 방림층군에 의해 둘러싸여 고립된 지질도 상 특징을 보이는데, 이를 하반의 암체가 상반의 암체를 완전히 둘러싸고 있는 클리페 구조로 해석하여 ‘와촌클리페’로 명명한 바 있다(Yoon, 1994; Jin, 2006; Kihm et al., 2010). 기존의 연구에서는 지질도 상에서 본래 완전한 폐곡선 형태를 이루던 와촌클리페가 후기에 발달한 우수향의 누루하지주향이동단층에 의해 변위되어 현재는 온전한 클리페의 형태를 유지하지 못하고 있으며, 주향이동단층에 의해 절단된 와촌전단대 상반의 화강편마암체가 방림트러스트 하반의 지층과 바로 접하는 것으로 해석하였다(Yoon, 1994; Jin, 2006; Kihm et al., 2010).

본 연구에서 수행한 야외조사에서도 와촌전단대를 경계로 방림층군 상위로 화강편마암이 놓이는 와촌클리페의 노두들이 확인되었다. 클리페 북서쪽의 당거리 계곡에서 북동-남서 주향과 남동 경사를 지니는 방림층군의 구조적 상위에 존재하는 화강편마암을 관찰하였으며, 클리페 북동쪽의 판운 계곡에서도 북동-남서 주향과 북서 경사를 지니는 방림층군의 구조적 상위에 존재하는 화강편마암을 관찰하였다(Fig. 3). 뿐만아니라, 기존 해석에서 누루하지주향이동단층에 의해 화강암체가 절단되는 것으로 해석된 클리페 남쪽의 명마동 계곡에서도 와촌전단대 상반의 화강편마암의 구조적 하위에 접하는 방림층군의 녹색 운모류 편암이 존재하는 것을 확인하였다(Fig. 4). 따라서 와촌클리페는 현재 상태로 화강편마암이 방림층군 상위에 놓이며 지질도 상에서 완전한 폐곡선을 형태를 보이는 클리페 구조로 존재하는 것으로 해석된다(Fig. 1b).

Fig. 3. Field photographs of the Wachon klippe showing (a) the Precambrian granite gneiss (Location: N37°18′51.2″, E128°17′39.1″) lying on (b) the younger Bangrim Group (Location: N37°18′55.0″, E128°17′34.8″) in the Danggeori Valley, and (c) the Precambrian granite gneiss lying on (d) the younger Bangrim Group in the Panunri area (Location: N37°19′06.5″, E128°18′56.1″). Geological Hammer for scale (32 cm).

Fig. 4. (a) Field photograph of the Wachon klippe. Outcrop photographs showing (b) greenish mica schist of the younger Bangrim Group overlain by (c) mylonite of the Precambrian granite gneiss in the Myeongmadong Valley (Location: N37°17′48.6″, E128°17′42.0″). Pen for scale (14 cm). Insets in (a) indicate the areas for (b) and (c).

한편, 와촌클리페 및 방림트러스트 상반의 방림층군은 지질도 규모의 습곡에 의해 대칭적으로 반복되는 양상을 보인다(Fig. 1b). 대체로 북동-남서 방향의 주향을 가지는 화강편마암의 엽리와 방림층군 내 지층들의 자세가 북서-남동 방향을 따라 전체적으로 남동 경사에서 북서 경사로 바뀌는 것으로부터 향사 형태의 습곡구조가 쉽게 인지된다(Yoon, 1994; Jin, 2006; Kihm et al., 2010). 이 습곡에 대해 기존 연구자들이 ‘둔전향사(Yoon, 1994)’ 또는 ‘판운리향사(Kihm et al., 2010)’라고 명명한 바 있으며, 본 연구에서는 최초의 이름인 둔전향사로 통일하여 기술하고자 한다. 둔전향사는 습곡을 이루는 지층들의 자세를 하반구 등면적 투영(equal-area stereographic projection)을 통해 확인한 힌지의 방향 및 양쪽 익부에서 관찰되는 중규모 습곡의 힌지의 방향으로부터 남서쪽으로 약하게 침강하는 습곡구조로 해석되었다(Yoon, 1994; Jin, 2006).

3.3. 운교리트러스트

평창지역의 방림트러스트 상반에서는 방림트러스트와 접하며 남쪽의 주천지역에서부터 연장되어 오던 방림층군이 지질도 상에서 두 갈래로 갈라져 화강편마암체 사이에서 남-북 방향으로 길고 좁은 대형의 분포를 보이는 것이 인지된다(Fig. 1b). 이 방림층군이 동쪽의 화강편마암체와 접하는 경계는 남에서 북으로 평창군 평창읍 원당리에서 방림면 운교리와 계촌리, 대화면 개수리, 그리고 봉평면 유포리에 이르는 지역까지 연장되는데, 기존 연구에서 이 경계를 따라 트러스트가 발달하는 것이 제안된 바 있다(Ryoo, 1995). 단층의 이름이 구체적으로 명명되지는 않았으므로, 본 연구에서는 해당 경계의 노두를 가장 잘 관찰한 방림면 운교리의 지역명으로부터 이 단층을 ‘운교리트러스트’로 명명하여 기술하고자 한다(Fig. 1b).

기 발간된 1:50,000 평창·영월도폭과 창동도폭 및 1:250,000 강릉지질도(Kim et al., 2001)의 정보와 본 연구에서 수행한 예비 야외조사에서 관찰한 내용을 종합하면, 남-북 방향의 운교리트러스트를 따라 대략 동쪽으로 경사하는 방림층군 상위에 역시 동쪽 경사의 엽리를 보이는 선캄브리아시대 화강편마암이 놓이는 것으로 해석된다. 실제로, 방림면 운교리의 원터골 계곡에서 방림층군의 전형적인 암상인 석영맥이 우세한 운모류 편암과 이의 구조적 상위에서 압쇄암의 조직을 보이는 화강편마암이 관찰되며(Fig. 5a and b), 하위의 방림층군과 상위의 화강편마암의 엽리는 모두 북서-남동 주향 및 북동 경사의 자세를 보인다. 또한 대화면 개수리의 항골 계곡에서도 방림층군의 녹색 운모류 편암과 이의 구조적 상위에 놓이는 선캠브리아기 화강편마암의 압쇄암이 관찰되며(Fig. 5c and d), 방림층군과 화강편마암의 엽리가 대략 동-서 주향에 남쪽 경사를 보이는 것이 확인된다. 운교리트러스트 하반의 방림층군의 분포 양상 및 트러스트의 구조적인 특성에 관해서는 향후 정밀 야외조사를 통한 추가 연구가 필요할 것으로 보인다.

Fig. 5. Field photographs of the Wungyori thrust, showing (a) mica-schist of the Bangrim Group is overlain by (b) mylonite of the Precambrian granite gneiss in the Weonteogol valley (Location: N37°26′11.1″, E128°19′50.8″), and (c) quartz veined mica-schist of the Bangrim Group is overlain by (d) mylonite of the Precambrian granite gneiss in the Hanggol valley (Location: N37°31′00.9″, E128° 22′10.1″). Geological hammer for scale (32 cm).

4.1. 기존의 해석

주천-평창지역에 분포하는 방림층군의 지질연대에 대해서는 그동안 많은 연구자들에 의해 다양한 해석들이 제시되어 왔다(e.g. Hukasawa, 1943; Kobayashi, 1953; Son and Cheong, 1971; Cheong et al., 1979; Lee, et al., 1985, 1990; Kim et al., 1999; Kihm et al., 2010; Song et al., 2011; Gwak et al., 2017). Hukasawa (1943)Kobayashi (1953)에 의해 처음으로 주천지역의 변성퇴적암류들이 송봉편암층으로 명명되어 조선누층군 최하부층에 대비되었고, 이후 Son and Cheong (1971)은 송봉편암층을 변성 정도와 주요 함유 광물을 기준으로 셰일, 천매암, 녹니석 편암, 운모 편암 및 견운모 편암으로 분대하여 선캄브리아시대의 방림층군으로 개칭하였다. Park et al. (1978)는 평창지역 서부에 분포하는 변성퇴적암류를 녹색편암층이라 명명하고 선캄브리아시대 지층으로 해석하였으며, Cheong et al. (1979)는 이들과 주천지역의 송봉편암층을 합쳐서 방림층군으로 해석하였다. Kim et al. (1999) 역시 평창지역에 분포하는 변성사질암 및 변성이질암에 대해 방림층군이라는 명칭을 따르며 선캄브리아시대 지층으로 해석하였다. 한편 Yoon (1994)은 주천지역의 방림단층 상반과 와촌전단대의 하반에 분포하는 녹니석 편암, 규암 및 결정질 석회암을 방림층군으로 묶고, 층서적으로 기반암인 화강편마암과 고생대 조선누층군 사이에 놓이는 시대 미상의 변성퇴적암류로 기재하였다. Kihm et al., (2010)는 이들을 다시 송봉층으로 개칭하고 캄브리아기 최하부 지층으로 해석하였다. 최근 Gwak et al. (2017)는 평창지역의 방림층군에 대한 쇄설성 저어콘 SHRIMP U-Pb 연대 측정을 시도하고 이들의 퇴적시기를 후기 오르도비스기 이후로 제안하기도 하였다. 이와 같이 방림층군의 지질연대에 대해 다양한 의견이 제시되어 온 것은, 방림층군의 절대연령을 결정할 수 있는 데이터가 부족한 가운데 주변 암체와의 선후 관계만을 근거로 상대연령을 한정하는 데 한계가 있었기 때문이다. 방림층군과 이에 접하는 화강편마암의 관계는 화강암질화 작용 내지 관입 관계(Cheong et al., 1979; Kim et al., 1997; Jin, 2006) 및 부정합 관계(Kihm et al., 2010; Song et al., 2011)로의 해석이 모두 보고된 바 있다.

정리하자면, 방림층군의 지질연대에 대해서는 선캄브리아시대(Son and Cheong, 1971; Park et al., 1978; Cheong et al., 1979; Kim et al., 1999), 고생대(Hukasawa 1943; Kobayashi, 1953; Kihm et al., 2010; Gwak et al., 2017; Kwon et al., 2019; Kee et al., 2019) 또는 시대 미상(Yoon, 1994; Song et al., 2011)으로 보는 견해로 크게 구분할 수 있다. 방림층군을 선캄브리아시대 지층으로 해석하는 경우에도 화강편마암보다 오래된 지층이라는 견해(Son and Cheong, 1971; Cheong et al., 1979; Kim et al., 1999)와 이들을 부정합으로 덮고 있다는 견해(Lee et al., 1985), 또 부정합 관계이지만 일부 화강편마암은 관입이라는 견해(Lee et al., 1990) 등이 다양하게 제시되었고, 고생대 지층으로 해석하는 경우에도 캄브리아기 최하부 지층이라는 견해(Kihm et al., 2010; Kwon et al., 2019; Kee et al., 2019)와 오르도비스기 지층이라는 견해(Gwak et al., 2017) 등이 제시되었다. 방림층군의 지질연대에 대한 이러한 상반된 의견들은 주천-평창지역 지질구조를 해석하는데 다양한 기하학적 모델을 가능하게 할 수 있으므로, 이 지역 지질구조를 정확하게 이해하기 위해서는 방림층군의 층서적 위치를 결정하는 것이 반드시 우선되어야 한다. 이에, 본 연구에서는 방림층군의 암석 시료에서 분리한 쇄설성 저어콘들에 대해 SHRIMP U-Pb 연대 측정을 수행하였고, 이를 통해 획득한 방림층군의 지질연대에 대한 새로운 증거 제시하고자 한다.

4.2. 시료 취득 및 분석 방법

방림층군의 지질연대를 밝히기 위해 강원도 주천면 판운 계곡을 따라 노출된 노두에서 암석 시료 BR-3A (N37°20'51.72", E128°18'29.04")를 채취하였다(Fig. 1b). 시료는 방림층군의 주된 암석으로 알려진 녹회색의 운모류 석영편암과 호층을 이루는 얇은 규암층에서 채취되었다(Fig. 6a and b). 채취한 시료들은 분쇄 후 체질(sieving), 수 선별(water panning), 중액분리 및 자성분리 과정을 거쳤고, 농집·회수된 광물들로부터 수작업(hand-picking)을 통해 분리된 저어콘 입자들은 표준 시료(SL13-U: 238 ppm; Claoué-Long et al., 1995; TEMORA-417 Ma; Black et al., 2004)들과 함께 직경 3.5 cm의 에폭시 메가 마운트로 제작하여 연마 후 분석에 이용하였다. 분석 전에 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 연마편의 음극발광(CL) 및 후방산란전자(BSE) 이미지를 획득하였고, 이를 통해 저어콘 내부 구조를 확인하고 분석점의 위치를 결정하였다(Fig. 6c). 저어콘의 SHRIMP (Sensitive High-Resolution Ion Micro Probe) U-Pb 연대 측정은 스페인 그라나다대학 IBERSIMS 연구실(IBERSIMS laboratory of the CIC-University of Granada, Spain)의 SHRIMP-IIe/MC 장비를 이용하여 수행되었다. 모든 동위원소 분석은 직경 약 25 µm의 산소 이온빔을 사용하였다. 분석을 통해 획득한 데이터는 SHRIMPTOOLS 소프트웨어(www.ugr.es/~fbea에서 사용 가능)와 ISOPLOT 3.75 프로그램(Ludwig, 2012)을 이용해 처리하였다(Table 1). 분석된 총 80개의 쇄설성 저어콘 U-Pb 동위원소 분석 결과는 1σ 오차로, 가중 평균 연령은 95% 신뢰 수준으로 계산하여 Tera-Wasserburg diagram에 도시하였다(Fig. 6d). 또한 저어콘 연대의 Probability Density diagram에서는 1.0 Ga를 기준으로 오래된 저어콘에는 207Pb/206Pb 연대를, 젊은 저어콘에는 206Pb/238U 연대를 사용하였고, 분석 편견을 피하기 위해 불일치 값(discordance)이 10% 이하인 연대만 반영하였다(Fig. 6e).

Fig. 6. (a) and (b) Outcrop photographs of the collected sample from the quartzite layer within the Bangrim Group. (c) Scanning electron microscope cathodoluminescence (CL) image of sectioned zircon grains. (d) Tera–Wasserburg concordia and (e) probability density plots of the SHRIMP U-Pb isotopic data of zircons from the Bangrim Group (sample BR-3A).


U-Pb zircon isotopic data of the analyzed samples from the Bangrim Group.


Grain spotU (ppm)Th (ppm)Th/U238U/206Pb*± (%)207Pb*/206Pb± (%)Apparent ages (Ma)Discordant (%)
206Pb/206Pb±207Pb/238U±
BR-3A
BR3A-1.19831250.138.9179221.2195610.0623000.783576685.18.6684.516.6-0
BR3A-10.11316700.058.3547552.1224250.0688953.769206723.817.2895.775.8+8
BR3A-11.14952120.443.6809251.2380610.0965390.3952801547.919.51558.37.4+0
BR3A-12.14612320.515.1170271.7918810.0820011.0829061144.921.11245.521.2+9
BR3A-13.17033670.546.1483190.3642820.0725350.423630970.13.81001.18.4+2
BR3A-14.14052570.653.6397250.9560980.0972930.2455371563.415.11572.94.6+1
BR3A-15.1375820.228.0679953.0272890.0671950.871574750.222.3843.918.0+1
BR3A-16.1557850.166.1235000.6659180.0726590.569994973.86.81004.511.4+0
BR3A-17.1621650.117.7564281.2041780.0652910.530438781.59.4783.711.2-0
BR3A-18.11941480.785.3596843.7584570.0763210.1850871102.340.01103.53.8-16
BR3A-19.112802570.219.2863861.1134010.0628630.287133658.27.3703.76.0-2
BR3A-2.14575241.183.3682620.6752290.1083460.2228781663.011.61771.94.0-2
BR3A-20.11343230.025.2615241.4924580.0774930.3403151120.916.51133.96.8+1
BR3A-21.11008620.062.3271381.0253860.1528200.1661702280.626.52377.72.8+3
BR3A-22.16731860.289.6235901.2432230.0606060.496304637.58.0625.310.6-2
BR3A-23.111663720.3312.2568282.1855640.0579950.307059505.110.9529.76.6-3
BR3A-24.110761080.108.8960310.9179810.0618150.212246687.16.3667.74.6-1
BR3A-25.1360540.153.5129592.4006190.0981930.2793271617.538.81590.15.2-1
BR3A-26.114291230.098.3220300.7768280.0663350.331424729.05.7816.97.0-6
BR3A-27.12331530.675.2456100.9907540.0775930.4634191123.911.21136.59.2-2
BR3A-28.12821640.6012.3651271.5566210.0574300.673008501.27.9508.114.8+1
BR3A-29.176180.243.3009352.0928790.1197383.1758481669.642.71952.355.6+6
BR3A-3.16574110.643.7074721.3824640.0958290.3415761538.521.41544.56.4+1
BR3A-30.11732271.354.6502401.1405640.0824351.0390921255.115.01255.920.2+1
BR3A-31.19261460.165.7925520.9962490.0733920.4484261026.610.31024.99.0-0
BR3A-32.14451940.459.2406750.7953260.0606400.364065663.25.3626.57.8-0
BR3A-33.14582900.6510.2020151.1414930.0604310.472278602.47.0619.110.2-4
BR3A-34.15341370.264.9039070.7189270.0802993.2173691195.612.21204.362.2+1
BR3A-35.15611780.334.4140571.6201000.0884840.0833261310.320.71393.11.6+1
BR3A-36.11532440.039.5789700.9157400.0614940.513204639.76.0656.511.0+1
BR3A-37.13541480.434.5159450.9001320.0841880.5083771288.711.91296.99.8+0
BR3A-38.11521100.745.5628421.0741510.0760160.8986931063.912.01095.517.8+1
BR3A-39.110552400.238.6118061.4274240.0631540.675219708.010.2713.514.2-1
BR3A-4.15327561.464.9774851.0268250.0794560.5659391179.912.51183.511.2-1
BR3A-40.12991770.614.1563851.7145250.0929810.4901341380.823.71487.59.2+2
BR3A-41.11882131.169.6841371.6779610.0608320.908471633.410.7633.319.4+1
BR3A-42.14272830.689.1076720.8979620.0615360.084585671.96.0658.11.8-2
BR3A-43.14153220.803.1469660.9846320.1099620.1292821775.517.81798.72.4+1
BR3A-44.12642821.105.9891021.2065880.0726990.487844994.712.01005.79.8+1
BR3A-45.16042880.492.8826420.7912710.1235250.5131901903.417.12007.79.2+2
BR3A-46.1138940.7012.2155950.4522950.0574471.500692507.22.9508.732.8-2
BR3A-47.17451640.239.2669791.0353720.0618990.402772660.36.8670.78.6-0
BR3A-48.146330.758.9337002.7434940.0624813.283363683.820.0690.768.4+5
BR3A-49.1919950.119.7592720.7231130.0609430.917678628.64.9637.319.6+1
BR3A-5.11234820.078.7504011.1348220.0640650.405059696.27.9743.78.6+2
BR3A-50.1873330.048.6676492.1240850.0630030.489392703.714.8708.310.4+0
BR3A-51.18644740.565.7363380.9146360.0750390.8378131034.110.01069.516.8+10
BR3A-52.11582121.373.9981062.6386180.0932503.0697511433.441.81492.957.0+2
BR3A-53.15336631.2812.3781041.1978040.0572340.863574500.86.2500.519.00
BR3A-54.13231520.484.6010991.2739290.0830340.3208801267.516.11270.16.2-2
BR3A-55.15671030.193.0752190.9882950.1089160.3528401819.919.01781.36.6-1
BR3A-56.113612840.214.6883950.9602160.0813630.2936581247.311.91230.35.6-1
BR3A-57.13203141.004.5894921.7082090.0829870.4612991270.621.61268.99.0-1
BR3A-58.13962480.645.0342191.3219760.0787920.3033701167.915.21166.96.0-1
BR3A-59.1445650.159.1126530.7073060.0619871.439194671.15.4673.730.4-2
BR3A-6.1951350.042.8451551.5975720.1301870.8284271910.733.92100.514.4+4
BR3A-60.11118650.065.3495810.6804610.0753460.1219841106.17.41077.72.6-1
BR3A-61.17654550.615.5394850.8634400.0756540.5790201068.89.51085.911.6+10
BR3A-62.14332470.584.3668581.6203580.0837144.0637681332.526.81285.977.2+1
BR3A-63.12672490.9612.0998242.1303560.0562630.724886512.610.9462.716.0+4
BR3A-64.13032130.724.1515941.4198580.0889870.5920851389.820.01403.911.2+0
BR3A-65.11841300.726.2760062.4779870.0709610.590775952.623.2956.312.0-1
BR3A-66.1284120.045.9542520.9768720.0724511.9628461000.911.3998.739.40
BR3A-67.12061200.6012.3289090.9641080.0559772.999855503.55.8451.565.2-4
BR3A-68.12764421.647.5464070.8805220.0648081.171000803.27.6768.124.4-9
BR3A-69.13172400.787.6784351.0584420.0646601.215951789.98.8763.325.4-5
BR3A-7.12771720.646.1485210.6093000.0726391.086723969.86.61003.922.0+1
BR3A-70.12752871.077.1879211.4555970.0642980.421758842.612.2751.58.8-9
BR3A-71.12102061.0112.4499471.0612830.0564611.312896498.55.7470.528.8-7
BR3A-72.122351.635.2506532.4782920.0771143.5677331123.830.81124.169.6+4
BR3A-73.164811.304.7445371.3513100.0822410.3704001231.016.51251.37.2+2
BR3A-74.158113102.3110.3004791.6520530.0591770.750025597.79.9573.716.20
BR3A-75.11961470.778.5451291.0813950.0642591.243911712.38.1750.126.2+1
BR3A-76.1154850.5712.1919551.2464570.0575831.243845508.06.6513.927.2-4
BR3A-77.194710.774.4050990.7379030.0832521.0788551321.911.01275.121.0-2
BR3A-78.1202970.496.3531011.0387190.0705781.316581942.210.7945.326.6-0
BR3A-79.184931.143.3925461.0431330.1022320.1913491665.217.61665.13.4-2
BR3A-8.120771350.0711.7964160.9032280.0581520.346784524.34.8535.57.6+2
BR3A-80.11381280.953.6208761.3018860.0971870.6132601572.121.41570.911.4+0
BR3A-9.1830440.058.6572404.0481260.0665882.522466701.028.6824.951.8+6

Errors are 1-sigma; Pbc and Pb* indicate the common and radiogenic portions, respectively.



4.3. 연대 분석 결과

방림층군 내 규암층 시료(BR-3A)에서 분리된 쇄설성 저어콘 입자들은 무색에서 연한 노란색 또는 보라색을 띠며 대부분 투명하다. 대부분의 입자들은 마모된 타원체 형태이지만, 일부 저어콘들은 주상 내지 마모된 단주상으로 나타나며, 자형을 보이기도 한다(Fig. 6c). 입자의 크기는 장축이 ~30-100 μm, 종횡비는 1:1에서 1:4까지로 다양하게 나타난다(Fig. 6c). 음극선발광 이미지 상에서 대부분의 저어콘은 진동형(oscillatory) 또는 영역형(sector) 누대구조를 보이며, 일부는 입자 가장자리에 밝거나 어둡게 나타나는 얇은 과성장도 확인된다(Fig. 6c). 이와 함께, 분석된 저어콘 Th/U 값(0.02-2.31)의 상당수가 0.1보다 큰 값을 보이는 것(Table 1) 역시 대부분의 저어콘이 화성기원일 가능성이 높지만, 일부 변성기원 저어콘이 포함되어 있음을 시사한다(e.g. Corfu et al., 2003; Linnemann et al., 2011).

Tera-Wasserburg diagram과 Probability Density diagram에 도시된 SHRIMP U-Pb 동위원소 분석 결과는 각각의 저어콘들이 전기 고원생대에서 중기 캄브리아기에 이르는 넓은 연령분포를 보임을 지시한다(Fig. 6d and e). 분포 양상을 자세히 살펴보면, 한반도 기반암에서 가장 흔하게 산출되는 고원생대 1.8-2.0 Ga 연대는 드물게 확인되는 반면, 약 80%의 저어콘 연대가 중원생대에서 신원생대 사이의 다양한 연령에 집중되어 나타나는 특징을 보인다. 또한 분석된 데이터 중 일치곡선(concordia) 상에 놓이는 가장 젊은 연대의 집중군이 498.5-524.3 Ma의 분포를 나타내는데, 이들로부터 504.9±3.2 Ma (n= 8, MSWD= 1.9)의 가중 평균 연령을 구할 수 있다(Fig. 6d). 해당 저어콘들이 높은 Th/U 값과 진동누대구조를 가지는 전형적인 화성기원 저어콘의 특징을 보인다는 것을 고려할 때(Table 1; Fig. 6c), 약 505 Ma의 연대가 방림층군 퇴적시기의 상한을 지시하는 것으로 해석할 수 있다.

본 연구에서 새롭게 얻은 방림층군의 쇄설성 저어콘 U-Pb 연대로부터 해석된 지층의 최고 퇴적시기는 이전 연구들 중 유일하게 저어콘 U-Pb 절대연령 측정을 시도했던 Kwak et al. (2017)가 보고한 450.3±4.2 Ma (n= 3, MSWD= 0.81)의 연대와는 다소 차이를 보인다. 하지만, 곽무성 외(2017)가 서로 다른 지점에서 취득한 두 개 샘플의 데이터를 하나로 합쳐서 단 3개의 저어콘 분석값으로부터 가중 평균 연령을 구했다는 점과 상당량의 분석값들이 일치곡선에서 벗어난 불일치를 보여 저자들 스스로도 후기의 납 손실(Pb loss) 현상이 있었을 가능성을 언급했다는 점을 고려하면, 본 연구에서 단일 시료로부터 분석한 80개 데이터 중 불일치도 10% 이내 데이터 79개를 사용하여 보고하는 중기 캄브리아기의 연대가 방림층군의 퇴적시기의 상한을 지시하는 결과로 보다 신뢰도가 높을 것으로 기대한다.

5.1. 방림층군의 층서적 위치

본 연구에서 새롭게 보고한 약 505 Ma의 방림층군 U-Pb 저어콘 연대와 야외조사 결과를 기존 연구의 해석들과 종합하면, 방림층군의 층서적 위치는 아래로는 선캄브리아시대 화강편마암과 위로는 전기 고생대 조선누층군 양덕층군(장산층, 묘봉층)의 지층 사이에 놓이는 고생대 캄브리아기 최하부 지층으로 해석될 수 있다.

방림층군이 기반암인 화강편마암 상위에 놓이는 지층이라는 해석은 기존 연구들에서 이미 다수 제안된 바 있다(e.g. Lee et al., 1985; Kihm et al., 2010; Kwon et al., 2019; Kee et al., 2019). 특히, Kihm et al. (2010)는 주천지역의 판운 계곡에서 화강편마암 위에 부정합으로 방림층군이 직접 접하고 있는 노두를 보고한 바 있다(Fig. 7a). 본 연구에서도 해당 노두를 통해 부정합 경계를 확인하였고, 이의 남쪽 연장으로 생각되는 당거리 계곡의 임도에서도 화강편마암 상위로 방림층군의 운모류 편암이 놓이는 것을 확인하였다(Fig. 7b). 방림층군이 전기 고생대 지층들의 하위에 놓이는 지층이라는 것 역시 기 발간된 지질도폭을 포함한 대부분의 기존 연구들에서 받아들여지고 있는 해석이다(e.g. Son and Cheong, 1971; Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995; Kim et al., 1999, 2001). 다만, 두 층서 사이의 경계가 부정합이냐 정합이냐 하는 것에는 이견이 있다. 이는 방림층군의 지질연대에 대한 논란과 일맥상통하는 것으로, 방림층군을 선캄브리아시대 화강편마암보다 오래된 지층으로 보는 관점에서는 방림층군과 상위의 고생대 지층의 관계를 부정합으로 보았다(Son and Cheong, 1971; Cheong et al., 1979; Kim et al., 1999). 그러나 본 연구에서 수행한 야외조사에서는 이들 사이의 뚜렷한 부정합의 증거를 확인할 수는 없었다. 평창지역 대화면 상안미리의 금당 계곡 강변과 개수리 외솔배기 일대에서 방림층군과 이들 상위에 놓이는 양덕층군의 지층들이 잘 관찰되는데, 이들 모두가 한결같이 대략 동쪽 경사의 지층 자세를 가지며 연속적으로 발달하는 것을 볼 때, 두 층서 사이에 뚜렷한 경사부정합이나 단층 경계는 존재하지 않을 가능성이 높은 것으로 해석된다. 따라서 본 연구에서 보고한 방림층군의 최대 퇴적시기가 중기 캄브리아기인 것을 고려한다면, 현재로서는 방림층군을 양덕층군의 장산층보다 하위에 놓이는 고생대 캄브리아기 최하부 지층으로, 하위의 선캄브리아시대 화강편마암과는 난정합 관계를 가진다고 보는 것이 타당하다.

Fig. 7. Field photograph of the unconformity between the Precambrian granite gneiss and the Bangrim Group showing (a) the outcrop of the unconformity (005°, 25°SE) from the Panun valley (Kihm et al., 2010; Location: N37°21′07.2″, E128°18′23.7″). (b) Field photograph of the Precambrian granite gneiss (048°, 24°SE) under the unconformity from the Danggeori Valley (Location: N37°19′11.4″, E128°17′11.5″). Geological hammer for scale (32 cm).

5.2. 태백산지역 북서부 평창 일대의 구조기하 형태 해석

상기 서술한 방림층군의 층서적 위치를 고려하여 해석한 평창지역에 보존된 주요 지질구조들 사이의 구조적 관계는 하향 투영법(down-plunge projection)을 이용하여 작성한 단면에 잘 반영된다(Fig. 8). 수정된 지질도를 바탕으로 주요 지질구조들의 기하학적 형태가 잘 반영되도록 방림트러스트 및 운교리트러스트의 주향 방향에 수직한 북서-남동 내지 서북서-동남동 방향의 단면도를 작성하였고, 주향 방향을 따라 나타나는 변화를 확인하기 위해 북부, 중부 및 남부의 3개의 단면도를 구성하였다(Fig. 8b-e).

Fig. 8. (a) Previously published 1:50,000 geologic map (after Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995) and (b) modified geologic map, showing the major structures of the Pyeongchang area. Profiles of the Pyeongchang area along (c) northern (A-A’), (d) central (B-B’), and (e) southern (C-C’) parts based on cross-section interpretation following a Klippe model. BT-Bangrim thrust; WT-Wungyori thrust.

지질도와 단면도 상에서 확인할 수 있는 북서부 태백산지역 평창 일대 지질구조의 가장 주된 특징은 과거 ‘중대갈봉나페’로 명명되었던 선캄브리아시대 화강편마암체의 양쪽에 발달하고 있는 서편의 운교리트러스트와 동편의 방림트러스트 사이의 기하학적 관계로 설명될 수 있다. 본 연구에서는 이들 두 단층이 평창지역 남부의 평창읍 하일리 일대에서 연결되는 자취를 보인다는 점과 상반에 동일한 화강편마암체를 포함하는 점을 고려하여 하나의 연결된 트러스트로 해석하였다(Fig. 8b-e). 이 경우 평창지역의 방림트러스트는 습곡 된 운교리트러스트가 지표에 재노출된 것으로 해석될 수 있고, 이에 따라 평창지역의 주된 지질구조는 운교리트러스트 상반의 암체들이 하반 암체들에 의해 완전히 고립된 특징을 보이는 클리페 구조로 해석 된다(Fig. 8b). 이는 옥천대 태백산지역이 경기육괴와 접하는 북서부 경계부 전역에 걸쳐 와촌클리페 및 두루안지클리페를 비롯한 클리페 구조가 발달하고 있음을 지시한다.

한편, 각 단면도에 반영된 전체적인 구조 형태는 방림트러스트의 경사각 및 상반 습곡의 모양이 유발하는 작은 차이를 제외하면, 평창지역 전역에 걸쳐 일정하게 유지된다(Fig. 8c-e). 평창지역 북부에서 방림트러스트는 고각의 서쪽 경사를 보인다. 외솔배기부터 금당산 일대에서 확인된 방림트러스트 상반 지층들이 대부분 일관되게 동쪽으로 경사하는 것을 고려할 때, 상반 배사가 대규모로 발달하지 않는 것으로 해석된다. 서편의 운교리트러스트의 상반에 놓이는 화강편마암의 엽리는 대부분 30-40°의 남동 경사를 보이는 것으로 보고된 바 있다(Cheong et al., 1979; Ryoo, 1995)(Fig. 8c). 평창지역 중부에서 방림트러스트는 서서히 저각의 서쪽 경사로 변한다. 중부의 지질도 상 특징은 방림면 중대갈봉 일대에서 화강편마암 및 양덕층군의 장산층, 묘봉층이 반복 분포하는 것인데, 기존 연구들에서 이들의 반복 양상은 중대갈봉의 향사 구조와 동편 능선의 소규모 단층에 의한 것으로 해석된 바 있다(Cheong et al., 1979; Kim et al., 1999)(Fig. 8a). 특히 방림트러스트에 인접한 상반 지층들이 대체로 동쪽으로 경사하는 양상을 보이고 있어, 이들을 향사 구조 동편에 발달한 북북동 방향의 힌지를 가지는 방림트러스트의 상반 배사의 동익부로 해석하였다(Fig. 8d). 평창지역 남부에서의 방림트러스트는 주천지역에서와 동일하게 저각의 경사를 가지며 화강편마암과 방림층군을 동쪽의 조선누층군 평창층군 상위로 충상시킨다. 북부 및 중부와는 달리, 임하리 일대에서는 방림트러스트 상반에 접하는 방림층군이 서쪽으로 경사하며 그 구조적 상위에 화강편마암이 놓이는 것이 인지되는데, 이는 층서의 역전을 지시하므로 남부의 방림트러스트 상반의 습곡은 역전된 배사구조로 해석된다. 남부에서도 운교리트러스트에 접하는 상반의 화강편마암 엽리는 저각의 동쪽 경사로 보고되었다(Cheong et al. 1979; Ryoo, 1995)(Fig. 8e).

5.3. 클리페 모델의 한계점 및 후속 연구에 대한 제언

상술한 북서부 태백산지역 평창 일대 지질구조의 구조기하 형태는 예비 연구결과로, 향후 상세한 야외조사를 통한 지질도 수정이 이루어지고 이를 바탕으로 한 구조기하 분석 및 키네마틱스 해석이 수행된다면 보다 개선된 구조 모델을 제안할 수 있을 것으로 기대한다. 현재의 클리페 모델이 가지는 구조지질학 측면의 한계점 및 이를 극복하기 위한 후속 연구에 대한 제언은 다음과 같다. 1) 본 연구에서 새롭게 명명한 운교리트러스트에 대한 야외 증거가 부족하다는 점이 클리페 모델의 가장 큰 한계점이 될 수 있다. 현재 제안된 층서 상, 방림층군은 선캠브리아시대 화강편마암 직상위에 부정합으로 놓이는 고생대 최하부 지층이므로, 현재의 운교리트러스트에 의해 충상된 구조적인 반복 패턴이 아닌 침식 수준(erosion level)의 차이에서 야기된 지질도 상 특징으로 해석될 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 평창지역 운교리트러스트 하반에 좁고 긴 대상의 분포를 보이는 것으로 해석된 방림층군에 대한 추적 및 운교리트러스트의 구조적 특성에 관한 정밀 야외조사가 수행될 필요가 있다. 2) 평창읍 하일리를 기준으로, 남쪽으로 단일한 자취를 보이는 주천지역 방림트러스트와 북쪽으로 운교리트러스트와 분기하는 평창지역 방림트러스트의 구조적 관계에 따라 또 다른 형태의 클리페 모델이 가능할 수도 있다. 현재 활용 가능한 데이터로는 평창지역의 운교리트러스트와 방림트러스트는 하나의 단층이며, 이 단층의 하반에 노출된 광역 규모 배사 구조(임하리배사)는 하부에 존재하는 은둔단층(blind thrust)에 의한 것으로 해석하였다. 그러나 이러한 구조기하학적인 형태가 남부의 주천지역까지 일관되게 유지되는지 여부는 후속 연구를 통해 추가적으로 밝혀야 할 것이다. 따라서 고생대 평창층군이 분포하는 방림트러스트 하반의 지질구조 및 단층이 분기하는 하일리 지역에 대한 정밀 야외조사와 이를 바탕으로 한 구조지질 연구가 추가적으로 필요하다. 향후 주천-평창지역에 대한 이러한 후속 연구들이 수행된다면, 해당 지역에 분포하는 지질구조들의 기하학적 형태를 설명할 수 있는 더 적합한 구조 모델을 제안할 수 있을 것이며, 나아가 옥천대 북서부 태백산지역의 구조 진화 과정 동안 발생한 기반암을 포함하는 변형기작(basement-involved deformation)의 역할 및 조산대 배후지에서의 구조 발달에 대한 정보를 제공할 수 있을 것이다.

본 논문은 이흥기의 연세대학교 석사학위 연구내용의 일부를 포함하고 있습니다. 추가 연구수행 및 원고의 작성은 한국연구재단 우수신진연구과제(2021R1C1C101057011)의 지원으로 책임저자에 의해 수행되었습니다. 또한 한국연구재단 중점연구소 과제(2017R1A6A1A07015374) 및 중견연구과제(2019R1A2C1002211)와 원자력환경공단 과제(2021040101003B)의 일부 지원에 의해 수행되었습니다. 시료 취득에 도움을 주신 한국지질자원연구원 진광민 박사님을 비롯하여, 본 논문을 심사해 주신 두 분의 심사위원과 책임편집위원, 편집위원장께 감사드립니다.

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Article

Short Note

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Published online December 29, 2023 https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.831

Copyright © THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY.

Preliminary Structural Geometry Interpretation of the Pyeongchang Area in the Northwestern Taebaeksan Zone, Okcheon Belt: A Klippe Model

Heunggi Lee1,2, Yirang Jang3,*, Sanghoon Kwon1

1Department of Earth System Sciences, Yonsei University, Seoul 03722, Republic of Korea
2Gajaeul High School, Seoul 03709, Republic of Korea
3Department of Earth and Environmental Sciences, Chonnam National University, Gwangju 61186, Republic of Korea

Correspondence to:*yirang@jnu.ac.kr

Received: December 15, 2023; Revised: December 20, 2023; Accepted: December 21, 2023

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Abstract

The Jucheon-Pyeongchang area in the northwestern Taebaeksan Zone of the Okcheon fold-thrust belt preserved several thrust faults placing the Precambrian basement granite gneisses of the Gyeonggi Massif on top of the Early Paleozoic Joseon Supergroup and the age-unknown Bangrim Group. Especially, the thrust faults in the study area show the closed-loop patterns on the map view, showing older allochthonous strata surrounded by younger autochthonous or para-autochthonous strata. These basement-involved thrusts including Klippes will provide important information on the hinterland portion of the fold-thrust belt. For defining Klippe geometry in the thrust fault terrains of the Jucheon-Pyeongchang area by older on younger relationship, the stratigraphic position of the age-unknown Bangrim Group should be determined. The Middle Cambrian maximum depositional age by the detrital zircon SHRIMP U-Pb method from this study, together with field relations and previous research results suggest that the Bangrim Group overlies the Precambrian basement rocks by nonconformity and underlies the Cambrian Yangdeok Group (Jangsan and Myobong formations). The structural geometric interpretation of the Pyeongchang area based on newly defined stratigraphy indicates that the Wungyori and Barngrim thrusts are the same folded thrust, and can be interpreted as a Klippe, having Precambrian hanging wall granite gneisses surrounded by younger Cambrian strata of the Joseon Supergroup and the Bangrim Group. Further detailed structural studies on the Jucheon-Pyeongchang area can give crucial insights into the basement-involved deformation during the structural evolution of the Okcheon Belt.

Keywords Okcheon Belt, Bangrim Group, Bangrim thrust, Wungyori thrust, Klippe Model

옥천대 북서부 태백산지역 평창 일대의 클리페 모델 기반 구조기하 형태 해석 예비 연구

이흥기1,2 · 장이랑3,* · 권상훈1

1연세대학교 이과대학 지구시스템과학과
2가재울고등학교
3전남대학교 자연과학대학 지구환경과학부 지질환경전공

Received: December 15, 2023; Revised: December 20, 2023; Accepted: December 21, 2023

요 약

한반도의 대표적인 습곡-단층대 중 하나인 옥천대의 주천-평창지역에는 경기육괴 기반암을 고생대 조선누층군 및 시대미상의 방림층군 상위로 충상시키는 다수의 트러스트 단층이 발달한다. 이 지역의 트러스트들은 상반의 암체가 하반의 암체로 완전히 둘러싸인 폐곡선 형태의 독특한 자취를 보이며, 이는 전형적인 클리페의 지질도 상 특징으로 해석될 수 있다. 특히, 연구 지역과 같이 트러스트 상반에 기반암을 포함하는 클리페의 경우에는 습곡-단층대 배후지의 구조 발달을 이해하는데 중요하다. 그러나 클리페 구조가 잘 정의되기 위해서는 층서적으로 오래된 암체가 트러스트를 경계로 상대적으로 젊은 암체의 상위에 구조적으로 완전히 고립된 형태를 보여야 하기 때문에, 연구지역에 넓게 분포하는 시대미상 방림층군의 지질연대가 매우 중요하다. 본 연구에서는 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대측정을 통해 획득한 방림층군의 최대 퇴적시기와 야외조사 결과 및 기존 연구를 종합하여, 방림층군을 아래로는 선캄브리아시대 화강편마암과 위로는 전기 고생대 조선누층군 양덕층군(장산층, 묘봉층)의 지층 사이에 놓이는 고생대 캄브리아기 최하부 지층에 대비하였다. 이를 바탕으로 평창지역에 대한 구조기하 형태 연구를 수행한 결과, 운교리트러스트와 방림트러스트는 하나의 습곡된 트러스트이며 운교리트러스트 상반의 암체들이 하반 암체들에 의해 완전히 고립된 특징을 보이는 클리페 모델로 해석이 가능함을 확인하였다. 향후 주천-평창지역에 대한 구조지질학적 측면의 후속 연구들을 통해 클리페 모델에 대한 추가적인 테스트가 이루어진다면, 옥천대의 구조 진화에 있어서 기반암을 포함하는 변형 기작의 역할에 대해 중요한 정보를 획득할 수 있을 것이다.

주요어 옥천대, 방림층군, 방림트러스트, 운교리트러스트, 클리페 모델

Research Highlights

  • Structures preserved in the Pyeongchang area of the northwestern Taebaeksan Zone indicate structural similarity with those of the hinterland portion of fold-thrust belts.

  • The newly obtained SHRIMP U-Pb detrital zircon age suggests the Middle Cambrian maximum deposition age for the Bangrim Group.

  • The closed-loop pattern of the folded Bangrim thrust in the Pyeongchang area can be interpreted based on a Klippe model

1. 서 론

한반도의 대표적인 습곡-단층대(fold-thrust belt) 중 하나인 옥천대는 기반암인 경기육괴와 영남육괴 사이에서 북동-남서 방향의 대상으로 발달하며, 분포하는 암석들의 종류에 따라 북동부의 태백산지역(Taebaeksan Zone)과 남서부의 옥천지역(Okcheon Zone)으로 구분된다(e.g. Cluzel, 1991; Yin and Nie, 1993; Chough et al., 2000; Ree et al., 2001; Fig. 1a). 영남육괴와 접하는 태백산지역의 남쪽 경계는 기반암 상위로 태백산지역의 고생대 퇴적층이 부정합으로 놓이는 것으로 비교적 잘 정의되는 반면, 경기육괴와 접하는 북쪽 경계는 중생대 화강암류의 관입으로 인해 강원도 주천-평창 일대를 제외한 대부분의 지역에서 기반암과의 정확한 경계를 인지하기 힘들다. 주천-평창지역에서는 경기육괴의 선캄브리아시대 화강편마암이 현재까지 시대 미상으로 보고되고 있는 방림층군 및 전기 고생대 조선누층군과 직접 접하며, 방림트러스트를 포함하는 북북동-남남서 내지 북동-남서 주향의 트러스트들에 의해 반복되는 양상을 보인다(Fig. 1b). 이들 트러스트는 상반의 암체가 하반의 암체로 완전히 둘러싸인 폐곡선(closed-loop) 형태의 독특한 자취를 보이는데, 이는 전형적인 클리페(klippe)의 지질도 상 특징으로 해석될 수 있다(Cheong et al., 1979; Yoon, 1994; Hong et al., 1995; Jin, 2006; Kihm et al., 2010). 클리페는 층서적으로 오래된 암체가 트러스트를 경계로 젊은 암체의 상위에 놓이며 구조적으로 완전히 고립되어야 성립될 수 있는 지질구조로, 트러스트 주변부에서 침식작용이 하반의 심도까지 도달할 때 발달할 수 있다. 트러스트 상반 암석에 대한 정보뿐만 아니라 구조적으로 하부에 놓이는 하반 암석에 대한 정보도 획득할 수 있기 때문에, 클리페의 존재는 습곡-단층대의 구조 발달을 이해하는데 중요한 단서가 된다(e.g. Bucher, 1957; Naha and Ray, 1970; Rodgers, 1970; Mukhopadahyay et al., 1997; Antolin et al., 2013). 특히, 주천-평창지역과 같이 트러스트 상반에 기반암을 포함하는 클리페의 경우에는 습곡-단층대의 배후지(hinterland)에서의 구조 발달을 이해하는 데 중요한 정보를 제공할 수 있다.

Figure 1. (a) Tectonic map of the Korean Peninsula (modified after a 1:1,000,000 tectonic map of Korea; Kee et al., 2019). (b) Geologic map of the Jucheon-Pyeongchang area in the northwestern Taebaeksan Zone of the Okcheon Belt (modified after Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995). CN-Chungdaegalbong nappe; TK-Turuanji klippe; WK-Wachon klippe.

이와 같은 지구조적 중요성에도 불구하고, 주천-평창지역에서는 선캄브리아시대 기반암과 조선누층군 사이에 분포하는 시대 미상 방림층군의 층서적 문제로 인해 제한된 구조지질 연구만 진행되어왔으며, 이들 대부분의 연구는 기반암 및 방림층군을 조선누층군 상위로 충상시키는 방림트러스트의 구조적 특성에 대해서만 집중되었다(e.g. Son and Cheong, 1971; Park et al., 1978; Cheong et al., 1979; Lee et al., 1985; Yoon, 1994; Hong et al., 1995; Ryoo, 1995; Kim et al., 1999; Jin, 2006; Kihm et al., 2010). 따라서 본 연구에서는 방림층군의 층서적 문제를 해결하기 위한 새로운 연대 증거를 제시하고, 이를 바탕으로 수행한 평창지역의 구조기하 형태 예비 연구결과에 대한 고찰을 통해, 향후 주천-평창지역의 광역 지질구조 특성 및 옥천대 북서부 경계의 지구조 진화에 관한 후속 연구의 필요성에 대해 제언하고자 한다.

2. 지질개요

본 연구의 대상 지역인 태백산지역 북서부의 주천-평창지역은 1:50,000 평창·영월도폭(Cheong et al., 1979)의 서부 영역과 창동도폭(Hong et al., 1995)의 남부 영역에 해당하며(Fig. 1b), 기반암인 선캄브리아시대 화강편마암, 시대 미상의 변성퇴적암류로 분류된 방림층군 및 전기 고생대 조선누층군에 대비되는 지층들이 분포한다(Fig. 1b). 방림층군은 주천-평창지역이 표식지로, 주천지역에서는 전반적으로 녹회색 운모류 편암 내부에 석영맥과 석영노듈(nodule)이 심하게 습곡되어 나타나며, 그 상부와 하부에 걸쳐 결정질 석회암과 규암이 운모류 편암과 교호하는 것이 특징적이다(Yoon, 1994; Jin, 2006; Kihm et al., 2010). 평창지역의 방림층군은 습곡된 석영맥과 석영노듈을 포함하는 녹회색 운모류 편암 외에도, 석영맥을 포함하지 않는 암회색 편암에 회색의 결정질 석회암이 부분적으로 교호하는 암상을 보인다. 이 지역의 전기 고생대 지층은 방림트러스트 상반에 분포하는 양덕층군(장산층, 묘봉층)과 하반에 분포하는 평창층군(입탄리층, 정선층)으로 구분된다(Cheong et al., 1979). 양덕층군의 지층들은 태백지역의 조선누층군과 구분하여 안미리층군(행화동층, 방학동층)으로 사용해야 한다고 제안된 바 있으나(Son and Jeong, 1971; Kwon et al., 2019), 본 연구에서는 기존 연구와의 비교를 위해 Cheong et al. (1979)의 층서명을 따르기로 한다. 방림층군을 비롯한 화강편마암 및 양덕층군의 지층들은 북북동-남남서 방향으로 길게 연장된 방림트러스트에 의해 평창층군의 석회암층 상위로 충상된다(Cheong et al., 1979; Lee et al., 1985; Kim et al., 1999, 2001)(Fig. 1b). 방림트러스트는 평창지역 북부에서 중생대 화강암의 관입에 의해 절단되며, 주천지역 서부에서는 1:50,000 신림도폭(Won et al., 1974)의 영역으로까지 연장된다.

한편, 주천-평창지역에서는 연성전단대 내지 트러스트에 의해 완전히 둘러싸인 독특한 지질도 상 분포를 보이는 화강편마암체도 다수 인지된다(Fig. 1b). 주천지역의 방림트러스트 상반에서는 화강편마암이 연성전단대(와촌전단대)에 의해 방림층군 상위에 놓이며 구조적으로 완전히 고립된 형태로 분포하는데, 이러한 지질도 상 특징은 클리페 구조(와촌클리페; Wachon klippe)로 해석된 바 있다(Yoon, 1994). Ryoo (1995, 1997)는 주천지역의 와촌클리페 외에도 북쪽의 평창지역에도 방림트러스트 상반에 화강편마암이 연성전단대를 경계로 방림층군 상위에 놓이는 구조들이 더 존재함을 인지하고, 이들을 두루안지클리페(Turuanji klippe)와 중대갈봉나페(Chungdaegalbong nappe)로 제안하였다(Fig. 1b). Kim et al (1999)는 평창지역 개수리 1,045m 고지와 거문산 일대에서 방림트러스트 하반에서도 선캄브리아시대 화강편마암이 고생대 조선누층군의 석회암층 상위에 놓이는 클리페 구조가 존재함을 보고하였다(Fig. 1b).

3. 주천-평창지역의 주요 지질구조

기 발간된 1:50,000 평창·영월도폭(Cheong et al., 1979) 및 창동도폭(Hong et al., 1995)을 중심으로 야외조사를 수행한 결과와 기존 연구자들의 연구결과(e.g. Yoon, 1994; Kim et al., 1999; Jin, 2006, Kihm et al., 2010)를 종합하면, 주천-평창지역에 보존된 주요 지질구조는 주로 수축 변형작용에 의해 형성된 트러스트와 그 상반에 발달한 습곡 구조들로 대표될 수 있다. 광역 규모의 방림트러스트를 비롯하여, 주천지역 상반에 발달한 와촌클리페와 둔전향사 및 평창지역 상반에 발달한 운교리트러스트 등이 이에 포함된다(Fig. 1b). 이들 구조는 대부분 북북동-남남서 방향의 경향성을 보이며, 주천-평창지역에 분포하는 화강편마암, 방림층군 및 조선누층군의 지층들을 지질도 상에 반복시킨다(Fig. 1b).

3.1. 방림트러스트

방림트러스트는 주천-평창지역 전역에 걸쳐 보존된 광역 규모의 트러스트 단층으로, 전체적으로 북북동-남남서 내지 북동-남서의 주향 방향을 따라 서쪽 내지 북서쪽으로 경사하며, 조선누층군 평창층군의 오르도비스기 석회암층 상위로 그보다 오래된 지층들을 충상시킨다.

주천지역에서의 방림트러스트는 북동-남서 주향을 가지며, 상반에는 선캄브리아시대 화강편마암과 방림층군이, 하반에는 평창층군의 입탄리층이 분포한다(Cheong et al., 1979; Yoon, 1994; Jin, 2006; Kihm et al., 2010)(Fig. 1b). 이 트러스트는 주천지역에서 서쪽으로 계속 연장되다가 강원도 원주시 신림면 일대에서 당골단층에 의해 절단된다(Won et al., 1974). 북쪽으로는 평창군 평창읍 임하리와 방림면을 지나 대화면 일대까지 연장되다가 외솔배기 일대에서 개수리단층에 의해 분절되며(Kim et al., 1999), 더 북쪽에서 중생대 각섬석-흑운모 화강섬록암에 의한 관입으로 절단된다(Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995)(Fig. 1b). 평창지역에서의 방림트러스트는 북북동-남남서의 주향을 가지며 서쪽으로 경사하는 양상으로 나타나며, 상반에는 화강편마암, 방림층군과 함께 구조적으로 상위에 놓이는 양덕층군의 장산층과 묘봉층이, 하반에는 평창층군의 정선층이 분포한다(Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995).

본 연구에서는 주로 평창지역에 보존된 방림트러스트에 대한 야외조사를 수행하였다. 평창지역 남부의 임하리 일대에서 방림트러스트는 북동-남서 주향과 20° 정도의 북서 경사를 보인다(Cheong et al., 1979). 이 지역에서는 서에서 동으로 가면서 방림트러스트 하반의 정선층 석회암 상위로 상반의 방림층군 운모류 편암이 놓이는데, 그 구조적 상위에는 선캄브리아시대 화강편마암이 존재한다. 평창지역 중부의 방림면 일대에서부터 방림트러스트는 북북동-남남서 주향과 40° 정도의 서쪽 경사를 보이며 개수리단층까지 이어진다(Cheong et al., 1979). 방림면 일대의 방림트러스트 하반에는 평창층군의 정선층이 분포하며, 상반에는 임하리에는 분포하지 않는 양덕층군의 장산층과 묘봉층이 분포한다. 방림면 북쪽에 위치한 상안미리의 소개동 계곡과 상개수 계곡에서 북서쪽으로 경사하는 양덕층군 묘봉층의 암회색 슬레이트 내지 천매암이 정선층의 담회색 엽리상 석회암 상위에 놓이는 것이 관찰된다(Fig. 2). 평창지역 북부의 개수리단층 북쪽에서는 방림트러스트가 거의 남북 방향에 가까운 북북동-남남서 주향을 가지며, 고각의 경사를 보인다(Cheong et al., 1979; Kim et al., 1999). 하반에는 평창층군의 정선층이 분포하며, 상반에서는 단층 주변에서부터 서쪽으로 가면서 양덕층군의 묘봉층과 장산층, 방림층군, 화강편마암이 차례로 나타난다. 야외에서 지층의 자세를 관찰하는 것이 쉽지는 않으나, 이들의 엽리와 층리는 북북동-남남서 주향을 지니며 다소 동쪽으로 경사한다.

Figure 2. Field photographs of the Bangrim thrust in the central part of the Pyeongchang area showing (a) dark gray schist of the Myobong Formation (Location: N37°30′15.9″, E128°24′43.4″) lying on (b) light gray laminated limestone of the Jeongseon Formation (Location: N37°30′15.7″, E128°24′40.7″) in the Sogaedong valley, and (c) dark gray schist of the Myobong Formation (Location: N37°29′09.3″, E128°24′26.1″) lying on (d) light gray laminated limestone of the Jeongseon Formation (Location: N37°29′14.6″, E128°24′33.8″) in the Sanggaesu valley. Geological hammer for scale (32 cm).

3.2. 와촌클리페 및 둔전향사

주천지역의 방림트러스트 상반에는 선캄브리아시대 화강편마암을 구조적으로 방림층군의 상위로 올려놓는 역단층성 연성전단대(와촌전단대; Yoon, 1994)가 존재한다. 이 전단대를 경계로 화강편마암체가 방림층군에 의해 둘러싸여 고립된 지질도 상 특징을 보이는데, 이를 하반의 암체가 상반의 암체를 완전히 둘러싸고 있는 클리페 구조로 해석하여 ‘와촌클리페’로 명명한 바 있다(Yoon, 1994; Jin, 2006; Kihm et al., 2010). 기존의 연구에서는 지질도 상에서 본래 완전한 폐곡선 형태를 이루던 와촌클리페가 후기에 발달한 우수향의 누루하지주향이동단층에 의해 변위되어 현재는 온전한 클리페의 형태를 유지하지 못하고 있으며, 주향이동단층에 의해 절단된 와촌전단대 상반의 화강편마암체가 방림트러스트 하반의 지층과 바로 접하는 것으로 해석하였다(Yoon, 1994; Jin, 2006; Kihm et al., 2010).

본 연구에서 수행한 야외조사에서도 와촌전단대를 경계로 방림층군 상위로 화강편마암이 놓이는 와촌클리페의 노두들이 확인되었다. 클리페 북서쪽의 당거리 계곡에서 북동-남서 주향과 남동 경사를 지니는 방림층군의 구조적 상위에 존재하는 화강편마암을 관찰하였으며, 클리페 북동쪽의 판운 계곡에서도 북동-남서 주향과 북서 경사를 지니는 방림층군의 구조적 상위에 존재하는 화강편마암을 관찰하였다(Fig. 3). 뿐만아니라, 기존 해석에서 누루하지주향이동단층에 의해 화강암체가 절단되는 것으로 해석된 클리페 남쪽의 명마동 계곡에서도 와촌전단대 상반의 화강편마암의 구조적 하위에 접하는 방림층군의 녹색 운모류 편암이 존재하는 것을 확인하였다(Fig. 4). 따라서 와촌클리페는 현재 상태로 화강편마암이 방림층군 상위에 놓이며 지질도 상에서 완전한 폐곡선을 형태를 보이는 클리페 구조로 존재하는 것으로 해석된다(Fig. 1b).

Figure 3. Field photographs of the Wachon klippe showing (a) the Precambrian granite gneiss (Location: N37°18′51.2″, E128°17′39.1″) lying on (b) the younger Bangrim Group (Location: N37°18′55.0″, E128°17′34.8″) in the Danggeori Valley, and (c) the Precambrian granite gneiss lying on (d) the younger Bangrim Group in the Panunri area (Location: N37°19′06.5″, E128°18′56.1″). Geological Hammer for scale (32 cm).

Figure 4. (a) Field photograph of the Wachon klippe. Outcrop photographs showing (b) greenish mica schist of the younger Bangrim Group overlain by (c) mylonite of the Precambrian granite gneiss in the Myeongmadong Valley (Location: N37°17′48.6″, E128°17′42.0″). Pen for scale (14 cm). Insets in (a) indicate the areas for (b) and (c).

한편, 와촌클리페 및 방림트러스트 상반의 방림층군은 지질도 규모의 습곡에 의해 대칭적으로 반복되는 양상을 보인다(Fig. 1b). 대체로 북동-남서 방향의 주향을 가지는 화강편마암의 엽리와 방림층군 내 지층들의 자세가 북서-남동 방향을 따라 전체적으로 남동 경사에서 북서 경사로 바뀌는 것으로부터 향사 형태의 습곡구조가 쉽게 인지된다(Yoon, 1994; Jin, 2006; Kihm et al., 2010). 이 습곡에 대해 기존 연구자들이 ‘둔전향사(Yoon, 1994)’ 또는 ‘판운리향사(Kihm et al., 2010)’라고 명명한 바 있으며, 본 연구에서는 최초의 이름인 둔전향사로 통일하여 기술하고자 한다. 둔전향사는 습곡을 이루는 지층들의 자세를 하반구 등면적 투영(equal-area stereographic projection)을 통해 확인한 힌지의 방향 및 양쪽 익부에서 관찰되는 중규모 습곡의 힌지의 방향으로부터 남서쪽으로 약하게 침강하는 습곡구조로 해석되었다(Yoon, 1994; Jin, 2006).

3.3. 운교리트러스트

평창지역의 방림트러스트 상반에서는 방림트러스트와 접하며 남쪽의 주천지역에서부터 연장되어 오던 방림층군이 지질도 상에서 두 갈래로 갈라져 화강편마암체 사이에서 남-북 방향으로 길고 좁은 대형의 분포를 보이는 것이 인지된다(Fig. 1b). 이 방림층군이 동쪽의 화강편마암체와 접하는 경계는 남에서 북으로 평창군 평창읍 원당리에서 방림면 운교리와 계촌리, 대화면 개수리, 그리고 봉평면 유포리에 이르는 지역까지 연장되는데, 기존 연구에서 이 경계를 따라 트러스트가 발달하는 것이 제안된 바 있다(Ryoo, 1995). 단층의 이름이 구체적으로 명명되지는 않았으므로, 본 연구에서는 해당 경계의 노두를 가장 잘 관찰한 방림면 운교리의 지역명으로부터 이 단층을 ‘운교리트러스트’로 명명하여 기술하고자 한다(Fig. 1b).

기 발간된 1:50,000 평창·영월도폭과 창동도폭 및 1:250,000 강릉지질도(Kim et al., 2001)의 정보와 본 연구에서 수행한 예비 야외조사에서 관찰한 내용을 종합하면, 남-북 방향의 운교리트러스트를 따라 대략 동쪽으로 경사하는 방림층군 상위에 역시 동쪽 경사의 엽리를 보이는 선캄브리아시대 화강편마암이 놓이는 것으로 해석된다. 실제로, 방림면 운교리의 원터골 계곡에서 방림층군의 전형적인 암상인 석영맥이 우세한 운모류 편암과 이의 구조적 상위에서 압쇄암의 조직을 보이는 화강편마암이 관찰되며(Fig. 5a and b), 하위의 방림층군과 상위의 화강편마암의 엽리는 모두 북서-남동 주향 및 북동 경사의 자세를 보인다. 또한 대화면 개수리의 항골 계곡에서도 방림층군의 녹색 운모류 편암과 이의 구조적 상위에 놓이는 선캠브리아기 화강편마암의 압쇄암이 관찰되며(Fig. 5c and d), 방림층군과 화강편마암의 엽리가 대략 동-서 주향에 남쪽 경사를 보이는 것이 확인된다. 운교리트러스트 하반의 방림층군의 분포 양상 및 트러스트의 구조적인 특성에 관해서는 향후 정밀 야외조사를 통한 추가 연구가 필요할 것으로 보인다.

Figure 5. Field photographs of the Wungyori thrust, showing (a) mica-schist of the Bangrim Group is overlain by (b) mylonite of the Precambrian granite gneiss in the Weonteogol valley (Location: N37°26′11.1″, E128°19′50.8″), and (c) quartz veined mica-schist of the Bangrim Group is overlain by (d) mylonite of the Precambrian granite gneiss in the Hanggol valley (Location: N37°31′00.9″, E128° 22′10.1″). Geological hammer for scale (32 cm).

4. 방림층군의 지질연대

4.1. 기존의 해석

주천-평창지역에 분포하는 방림층군의 지질연대에 대해서는 그동안 많은 연구자들에 의해 다양한 해석들이 제시되어 왔다(e.g. Hukasawa, 1943; Kobayashi, 1953; Son and Cheong, 1971; Cheong et al., 1979; Lee, et al., 1985, 1990; Kim et al., 1999; Kihm et al., 2010; Song et al., 2011; Gwak et al., 2017). Hukasawa (1943)Kobayashi (1953)에 의해 처음으로 주천지역의 변성퇴적암류들이 송봉편암층으로 명명되어 조선누층군 최하부층에 대비되었고, 이후 Son and Cheong (1971)은 송봉편암층을 변성 정도와 주요 함유 광물을 기준으로 셰일, 천매암, 녹니석 편암, 운모 편암 및 견운모 편암으로 분대하여 선캄브리아시대의 방림층군으로 개칭하였다. Park et al. (1978)는 평창지역 서부에 분포하는 변성퇴적암류를 녹색편암층이라 명명하고 선캄브리아시대 지층으로 해석하였으며, Cheong et al. (1979)는 이들과 주천지역의 송봉편암층을 합쳐서 방림층군으로 해석하였다. Kim et al. (1999) 역시 평창지역에 분포하는 변성사질암 및 변성이질암에 대해 방림층군이라는 명칭을 따르며 선캄브리아시대 지층으로 해석하였다. 한편 Yoon (1994)은 주천지역의 방림단층 상반과 와촌전단대의 하반에 분포하는 녹니석 편암, 규암 및 결정질 석회암을 방림층군으로 묶고, 층서적으로 기반암인 화강편마암과 고생대 조선누층군 사이에 놓이는 시대 미상의 변성퇴적암류로 기재하였다. Kihm et al., (2010)는 이들을 다시 송봉층으로 개칭하고 캄브리아기 최하부 지층으로 해석하였다. 최근 Gwak et al. (2017)는 평창지역의 방림층군에 대한 쇄설성 저어콘 SHRIMP U-Pb 연대 측정을 시도하고 이들의 퇴적시기를 후기 오르도비스기 이후로 제안하기도 하였다. 이와 같이 방림층군의 지질연대에 대해 다양한 의견이 제시되어 온 것은, 방림층군의 절대연령을 결정할 수 있는 데이터가 부족한 가운데 주변 암체와의 선후 관계만을 근거로 상대연령을 한정하는 데 한계가 있었기 때문이다. 방림층군과 이에 접하는 화강편마암의 관계는 화강암질화 작용 내지 관입 관계(Cheong et al., 1979; Kim et al., 1997; Jin, 2006) 및 부정합 관계(Kihm et al., 2010; Song et al., 2011)로의 해석이 모두 보고된 바 있다.

정리하자면, 방림층군의 지질연대에 대해서는 선캄브리아시대(Son and Cheong, 1971; Park et al., 1978; Cheong et al., 1979; Kim et al., 1999), 고생대(Hukasawa 1943; Kobayashi, 1953; Kihm et al., 2010; Gwak et al., 2017; Kwon et al., 2019; Kee et al., 2019) 또는 시대 미상(Yoon, 1994; Song et al., 2011)으로 보는 견해로 크게 구분할 수 있다. 방림층군을 선캄브리아시대 지층으로 해석하는 경우에도 화강편마암보다 오래된 지층이라는 견해(Son and Cheong, 1971; Cheong et al., 1979; Kim et al., 1999)와 이들을 부정합으로 덮고 있다는 견해(Lee et al., 1985), 또 부정합 관계이지만 일부 화강편마암은 관입이라는 견해(Lee et al., 1990) 등이 다양하게 제시되었고, 고생대 지층으로 해석하는 경우에도 캄브리아기 최하부 지층이라는 견해(Kihm et al., 2010; Kwon et al., 2019; Kee et al., 2019)와 오르도비스기 지층이라는 견해(Gwak et al., 2017) 등이 제시되었다. 방림층군의 지질연대에 대한 이러한 상반된 의견들은 주천-평창지역 지질구조를 해석하는데 다양한 기하학적 모델을 가능하게 할 수 있으므로, 이 지역 지질구조를 정확하게 이해하기 위해서는 방림층군의 층서적 위치를 결정하는 것이 반드시 우선되어야 한다. 이에, 본 연구에서는 방림층군의 암석 시료에서 분리한 쇄설성 저어콘들에 대해 SHRIMP U-Pb 연대 측정을 수행하였고, 이를 통해 획득한 방림층군의 지질연대에 대한 새로운 증거 제시하고자 한다.

4.2. 시료 취득 및 분석 방법

방림층군의 지질연대를 밝히기 위해 강원도 주천면 판운 계곡을 따라 노출된 노두에서 암석 시료 BR-3A (N37°20'51.72", E128°18'29.04")를 채취하였다(Fig. 1b). 시료는 방림층군의 주된 암석으로 알려진 녹회색의 운모류 석영편암과 호층을 이루는 얇은 규암층에서 채취되었다(Fig. 6a and b). 채취한 시료들은 분쇄 후 체질(sieving), 수 선별(water panning), 중액분리 및 자성분리 과정을 거쳤고, 농집·회수된 광물들로부터 수작업(hand-picking)을 통해 분리된 저어콘 입자들은 표준 시료(SL13-U: 238 ppm; Claoué-Long et al., 1995; TEMORA-417 Ma; Black et al., 2004)들과 함께 직경 3.5 cm의 에폭시 메가 마운트로 제작하여 연마 후 분석에 이용하였다. 분석 전에 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 연마편의 음극발광(CL) 및 후방산란전자(BSE) 이미지를 획득하였고, 이를 통해 저어콘 내부 구조를 확인하고 분석점의 위치를 결정하였다(Fig. 6c). 저어콘의 SHRIMP (Sensitive High-Resolution Ion Micro Probe) U-Pb 연대 측정은 스페인 그라나다대학 IBERSIMS 연구실(IBERSIMS laboratory of the CIC-University of Granada, Spain)의 SHRIMP-IIe/MC 장비를 이용하여 수행되었다. 모든 동위원소 분석은 직경 약 25 µm의 산소 이온빔을 사용하였다. 분석을 통해 획득한 데이터는 SHRIMPTOOLS 소프트웨어(www.ugr.es/~fbea에서 사용 가능)와 ISOPLOT 3.75 프로그램(Ludwig, 2012)을 이용해 처리하였다(Table 1). 분석된 총 80개의 쇄설성 저어콘 U-Pb 동위원소 분석 결과는 1σ 오차로, 가중 평균 연령은 95% 신뢰 수준으로 계산하여 Tera-Wasserburg diagram에 도시하였다(Fig. 6d). 또한 저어콘 연대의 Probability Density diagram에서는 1.0 Ga를 기준으로 오래된 저어콘에는 207Pb/206Pb 연대를, 젊은 저어콘에는 206Pb/238U 연대를 사용하였고, 분석 편견을 피하기 위해 불일치 값(discordance)이 10% 이하인 연대만 반영하였다(Fig. 6e).

Figure 6. (a) and (b) Outcrop photographs of the collected sample from the quartzite layer within the Bangrim Group. (c) Scanning electron microscope cathodoluminescence (CL) image of sectioned zircon grains. (d) Tera–Wasserburg concordia and (e) probability density plots of the SHRIMP U-Pb isotopic data of zircons from the Bangrim Group (sample BR-3A).


U-Pb zircon isotopic data of the analyzed samples from the Bangrim Group..


Grain spotU (ppm)Th (ppm)Th/U238U/206Pb*± (%)207Pb*/206Pb± (%)Apparent ages (Ma)Discordant (%)
206Pb/206Pb±207Pb/238U±
BR-3A
BR3A-1.19831250.138.9179221.2195610.0623000.783576685.18.6684.516.6-0
BR3A-10.11316700.058.3547552.1224250.0688953.769206723.817.2895.775.8+8
BR3A-11.14952120.443.6809251.2380610.0965390.3952801547.919.51558.37.4+0
BR3A-12.14612320.515.1170271.7918810.0820011.0829061144.921.11245.521.2+9
BR3A-13.17033670.546.1483190.3642820.0725350.423630970.13.81001.18.4+2
BR3A-14.14052570.653.6397250.9560980.0972930.2455371563.415.11572.94.6+1
BR3A-15.1375820.228.0679953.0272890.0671950.871574750.222.3843.918.0+1
BR3A-16.1557850.166.1235000.6659180.0726590.569994973.86.81004.511.4+0
BR3A-17.1621650.117.7564281.2041780.0652910.530438781.59.4783.711.2-0
BR3A-18.11941480.785.3596843.7584570.0763210.1850871102.340.01103.53.8-16
BR3A-19.112802570.219.2863861.1134010.0628630.287133658.27.3703.76.0-2
BR3A-2.14575241.183.3682620.6752290.1083460.2228781663.011.61771.94.0-2
BR3A-20.11343230.025.2615241.4924580.0774930.3403151120.916.51133.96.8+1
BR3A-21.11008620.062.3271381.0253860.1528200.1661702280.626.52377.72.8+3
BR3A-22.16731860.289.6235901.2432230.0606060.496304637.58.0625.310.6-2
BR3A-23.111663720.3312.2568282.1855640.0579950.307059505.110.9529.76.6-3
BR3A-24.110761080.108.8960310.9179810.0618150.212246687.16.3667.74.6-1
BR3A-25.1360540.153.5129592.4006190.0981930.2793271617.538.81590.15.2-1
BR3A-26.114291230.098.3220300.7768280.0663350.331424729.05.7816.97.0-6
BR3A-27.12331530.675.2456100.9907540.0775930.4634191123.911.21136.59.2-2
BR3A-28.12821640.6012.3651271.5566210.0574300.673008501.27.9508.114.8+1
BR3A-29.176180.243.3009352.0928790.1197383.1758481669.642.71952.355.6+6
BR3A-3.16574110.643.7074721.3824640.0958290.3415761538.521.41544.56.4+1
BR3A-30.11732271.354.6502401.1405640.0824351.0390921255.115.01255.920.2+1
BR3A-31.19261460.165.7925520.9962490.0733920.4484261026.610.31024.99.0-0
BR3A-32.14451940.459.2406750.7953260.0606400.364065663.25.3626.57.8-0
BR3A-33.14582900.6510.2020151.1414930.0604310.472278602.47.0619.110.2-4
BR3A-34.15341370.264.9039070.7189270.0802993.2173691195.612.21204.362.2+1
BR3A-35.15611780.334.4140571.6201000.0884840.0833261310.320.71393.11.6+1
BR3A-36.11532440.039.5789700.9157400.0614940.513204639.76.0656.511.0+1
BR3A-37.13541480.434.5159450.9001320.0841880.5083771288.711.91296.99.8+0
BR3A-38.11521100.745.5628421.0741510.0760160.8986931063.912.01095.517.8+1
BR3A-39.110552400.238.6118061.4274240.0631540.675219708.010.2713.514.2-1
BR3A-4.15327561.464.9774851.0268250.0794560.5659391179.912.51183.511.2-1
BR3A-40.12991770.614.1563851.7145250.0929810.4901341380.823.71487.59.2+2
BR3A-41.11882131.169.6841371.6779610.0608320.908471633.410.7633.319.4+1
BR3A-42.14272830.689.1076720.8979620.0615360.084585671.96.0658.11.8-2
BR3A-43.14153220.803.1469660.9846320.1099620.1292821775.517.81798.72.4+1
BR3A-44.12642821.105.9891021.2065880.0726990.487844994.712.01005.79.8+1
BR3A-45.16042880.492.8826420.7912710.1235250.5131901903.417.12007.79.2+2
BR3A-46.1138940.7012.2155950.4522950.0574471.500692507.22.9508.732.8-2
BR3A-47.17451640.239.2669791.0353720.0618990.402772660.36.8670.78.6-0
BR3A-48.146330.758.9337002.7434940.0624813.283363683.820.0690.768.4+5
BR3A-49.1919950.119.7592720.7231130.0609430.917678628.64.9637.319.6+1
BR3A-5.11234820.078.7504011.1348220.0640650.405059696.27.9743.78.6+2
BR3A-50.1873330.048.6676492.1240850.0630030.489392703.714.8708.310.4+0
BR3A-51.18644740.565.7363380.9146360.0750390.8378131034.110.01069.516.8+10
BR3A-52.11582121.373.9981062.6386180.0932503.0697511433.441.81492.957.0+2
BR3A-53.15336631.2812.3781041.1978040.0572340.863574500.86.2500.519.00
BR3A-54.13231520.484.6010991.2739290.0830340.3208801267.516.11270.16.2-2
BR3A-55.15671030.193.0752190.9882950.1089160.3528401819.919.01781.36.6-1
BR3A-56.113612840.214.6883950.9602160.0813630.2936581247.311.91230.35.6-1
BR3A-57.13203141.004.5894921.7082090.0829870.4612991270.621.61268.99.0-1
BR3A-58.13962480.645.0342191.3219760.0787920.3033701167.915.21166.96.0-1
BR3A-59.1445650.159.1126530.7073060.0619871.439194671.15.4673.730.4-2
BR3A-6.1951350.042.8451551.5975720.1301870.8284271910.733.92100.514.4+4
BR3A-60.11118650.065.3495810.6804610.0753460.1219841106.17.41077.72.6-1
BR3A-61.17654550.615.5394850.8634400.0756540.5790201068.89.51085.911.6+10
BR3A-62.14332470.584.3668581.6203580.0837144.0637681332.526.81285.977.2+1
BR3A-63.12672490.9612.0998242.1303560.0562630.724886512.610.9462.716.0+4
BR3A-64.13032130.724.1515941.4198580.0889870.5920851389.820.01403.911.2+0
BR3A-65.11841300.726.2760062.4779870.0709610.590775952.623.2956.312.0-1
BR3A-66.1284120.045.9542520.9768720.0724511.9628461000.911.3998.739.40
BR3A-67.12061200.6012.3289090.9641080.0559772.999855503.55.8451.565.2-4
BR3A-68.12764421.647.5464070.8805220.0648081.171000803.27.6768.124.4-9
BR3A-69.13172400.787.6784351.0584420.0646601.215951789.98.8763.325.4-5
BR3A-7.12771720.646.1485210.6093000.0726391.086723969.86.61003.922.0+1
BR3A-70.12752871.077.1879211.4555970.0642980.421758842.612.2751.58.8-9
BR3A-71.12102061.0112.4499471.0612830.0564611.312896498.55.7470.528.8-7
BR3A-72.122351.635.2506532.4782920.0771143.5677331123.830.81124.169.6+4
BR3A-73.164811.304.7445371.3513100.0822410.3704001231.016.51251.37.2+2
BR3A-74.158113102.3110.3004791.6520530.0591770.750025597.79.9573.716.20
BR3A-75.11961470.778.5451291.0813950.0642591.243911712.38.1750.126.2+1
BR3A-76.1154850.5712.1919551.2464570.0575831.243845508.06.6513.927.2-4
BR3A-77.194710.774.4050990.7379030.0832521.0788551321.911.01275.121.0-2
BR3A-78.1202970.496.3531011.0387190.0705781.316581942.210.7945.326.6-0
BR3A-79.184931.143.3925461.0431330.1022320.1913491665.217.61665.13.4-2
BR3A-8.120771350.0711.7964160.9032280.0581520.346784524.34.8535.57.6+2
BR3A-80.11381280.953.6208761.3018860.0971870.6132601572.121.41570.911.4+0
BR3A-9.1830440.058.6572404.0481260.0665882.522466701.028.6824.951.8+6

Errors are 1-sigma; Pbc and Pb* indicate the common and radiogenic portions, respectively..



4.3. 연대 분석 결과

방림층군 내 규암층 시료(BR-3A)에서 분리된 쇄설성 저어콘 입자들은 무색에서 연한 노란색 또는 보라색을 띠며 대부분 투명하다. 대부분의 입자들은 마모된 타원체 형태이지만, 일부 저어콘들은 주상 내지 마모된 단주상으로 나타나며, 자형을 보이기도 한다(Fig. 6c). 입자의 크기는 장축이 ~30-100 μm, 종횡비는 1:1에서 1:4까지로 다양하게 나타난다(Fig. 6c). 음극선발광 이미지 상에서 대부분의 저어콘은 진동형(oscillatory) 또는 영역형(sector) 누대구조를 보이며, 일부는 입자 가장자리에 밝거나 어둡게 나타나는 얇은 과성장도 확인된다(Fig. 6c). 이와 함께, 분석된 저어콘 Th/U 값(0.02-2.31)의 상당수가 0.1보다 큰 값을 보이는 것(Table 1) 역시 대부분의 저어콘이 화성기원일 가능성이 높지만, 일부 변성기원 저어콘이 포함되어 있음을 시사한다(e.g. Corfu et al., 2003; Linnemann et al., 2011).

Tera-Wasserburg diagram과 Probability Density diagram에 도시된 SHRIMP U-Pb 동위원소 분석 결과는 각각의 저어콘들이 전기 고원생대에서 중기 캄브리아기에 이르는 넓은 연령분포를 보임을 지시한다(Fig. 6d and e). 분포 양상을 자세히 살펴보면, 한반도 기반암에서 가장 흔하게 산출되는 고원생대 1.8-2.0 Ga 연대는 드물게 확인되는 반면, 약 80%의 저어콘 연대가 중원생대에서 신원생대 사이의 다양한 연령에 집중되어 나타나는 특징을 보인다. 또한 분석된 데이터 중 일치곡선(concordia) 상에 놓이는 가장 젊은 연대의 집중군이 498.5-524.3 Ma의 분포를 나타내는데, 이들로부터 504.9±3.2 Ma (n= 8, MSWD= 1.9)의 가중 평균 연령을 구할 수 있다(Fig. 6d). 해당 저어콘들이 높은 Th/U 값과 진동누대구조를 가지는 전형적인 화성기원 저어콘의 특징을 보인다는 것을 고려할 때(Table 1; Fig. 6c), 약 505 Ma의 연대가 방림층군 퇴적시기의 상한을 지시하는 것으로 해석할 수 있다.

본 연구에서 새롭게 얻은 방림층군의 쇄설성 저어콘 U-Pb 연대로부터 해석된 지층의 최고 퇴적시기는 이전 연구들 중 유일하게 저어콘 U-Pb 절대연령 측정을 시도했던 Kwak et al. (2017)가 보고한 450.3±4.2 Ma (n= 3, MSWD= 0.81)의 연대와는 다소 차이를 보인다. 하지만, 곽무성 외(2017)가 서로 다른 지점에서 취득한 두 개 샘플의 데이터를 하나로 합쳐서 단 3개의 저어콘 분석값으로부터 가중 평균 연령을 구했다는 점과 상당량의 분석값들이 일치곡선에서 벗어난 불일치를 보여 저자들 스스로도 후기의 납 손실(Pb loss) 현상이 있었을 가능성을 언급했다는 점을 고려하면, 본 연구에서 단일 시료로부터 분석한 80개 데이터 중 불일치도 10% 이내 데이터 79개를 사용하여 보고하는 중기 캄브리아기의 연대가 방림층군의 퇴적시기의 상한을 지시하는 결과로 보다 신뢰도가 높을 것으로 기대한다.

5. 토의 및 제언

5.1. 방림층군의 층서적 위치

본 연구에서 새롭게 보고한 약 505 Ma의 방림층군 U-Pb 저어콘 연대와 야외조사 결과를 기존 연구의 해석들과 종합하면, 방림층군의 층서적 위치는 아래로는 선캄브리아시대 화강편마암과 위로는 전기 고생대 조선누층군 양덕층군(장산층, 묘봉층)의 지층 사이에 놓이는 고생대 캄브리아기 최하부 지층으로 해석될 수 있다.

방림층군이 기반암인 화강편마암 상위에 놓이는 지층이라는 해석은 기존 연구들에서 이미 다수 제안된 바 있다(e.g. Lee et al., 1985; Kihm et al., 2010; Kwon et al., 2019; Kee et al., 2019). 특히, Kihm et al. (2010)는 주천지역의 판운 계곡에서 화강편마암 위에 부정합으로 방림층군이 직접 접하고 있는 노두를 보고한 바 있다(Fig. 7a). 본 연구에서도 해당 노두를 통해 부정합 경계를 확인하였고, 이의 남쪽 연장으로 생각되는 당거리 계곡의 임도에서도 화강편마암 상위로 방림층군의 운모류 편암이 놓이는 것을 확인하였다(Fig. 7b). 방림층군이 전기 고생대 지층들의 하위에 놓이는 지층이라는 것 역시 기 발간된 지질도폭을 포함한 대부분의 기존 연구들에서 받아들여지고 있는 해석이다(e.g. Son and Cheong, 1971; Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995; Kim et al., 1999, 2001). 다만, 두 층서 사이의 경계가 부정합이냐 정합이냐 하는 것에는 이견이 있다. 이는 방림층군의 지질연대에 대한 논란과 일맥상통하는 것으로, 방림층군을 선캄브리아시대 화강편마암보다 오래된 지층으로 보는 관점에서는 방림층군과 상위의 고생대 지층의 관계를 부정합으로 보았다(Son and Cheong, 1971; Cheong et al., 1979; Kim et al., 1999). 그러나 본 연구에서 수행한 야외조사에서는 이들 사이의 뚜렷한 부정합의 증거를 확인할 수는 없었다. 평창지역 대화면 상안미리의 금당 계곡 강변과 개수리 외솔배기 일대에서 방림층군과 이들 상위에 놓이는 양덕층군의 지층들이 잘 관찰되는데, 이들 모두가 한결같이 대략 동쪽 경사의 지층 자세를 가지며 연속적으로 발달하는 것을 볼 때, 두 층서 사이에 뚜렷한 경사부정합이나 단층 경계는 존재하지 않을 가능성이 높은 것으로 해석된다. 따라서 본 연구에서 보고한 방림층군의 최대 퇴적시기가 중기 캄브리아기인 것을 고려한다면, 현재로서는 방림층군을 양덕층군의 장산층보다 하위에 놓이는 고생대 캄브리아기 최하부 지층으로, 하위의 선캄브리아시대 화강편마암과는 난정합 관계를 가진다고 보는 것이 타당하다.

Figure 7. Field photograph of the unconformity between the Precambrian granite gneiss and the Bangrim Group showing (a) the outcrop of the unconformity (005°, 25°SE) from the Panun valley (Kihm et al., 2010; Location: N37°21′07.2″, E128°18′23.7″). (b) Field photograph of the Precambrian granite gneiss (048°, 24°SE) under the unconformity from the Danggeori Valley (Location: N37°19′11.4″, E128°17′11.5″). Geological hammer for scale (32 cm).

5.2. 태백산지역 북서부 평창 일대의 구조기하 형태 해석

상기 서술한 방림층군의 층서적 위치를 고려하여 해석한 평창지역에 보존된 주요 지질구조들 사이의 구조적 관계는 하향 투영법(down-plunge projection)을 이용하여 작성한 단면에 잘 반영된다(Fig. 8). 수정된 지질도를 바탕으로 주요 지질구조들의 기하학적 형태가 잘 반영되도록 방림트러스트 및 운교리트러스트의 주향 방향에 수직한 북서-남동 내지 서북서-동남동 방향의 단면도를 작성하였고, 주향 방향을 따라 나타나는 변화를 확인하기 위해 북부, 중부 및 남부의 3개의 단면도를 구성하였다(Fig. 8b-e).

Figure 8. (a) Previously published 1:50,000 geologic map (after Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995) and (b) modified geologic map, showing the major structures of the Pyeongchang area. Profiles of the Pyeongchang area along (c) northern (A-A’), (d) central (B-B’), and (e) southern (C-C’) parts based on cross-section interpretation following a Klippe model. BT-Bangrim thrust; WT-Wungyori thrust.

지질도와 단면도 상에서 확인할 수 있는 북서부 태백산지역 평창 일대 지질구조의 가장 주된 특징은 과거 ‘중대갈봉나페’로 명명되었던 선캄브리아시대 화강편마암체의 양쪽에 발달하고 있는 서편의 운교리트러스트와 동편의 방림트러스트 사이의 기하학적 관계로 설명될 수 있다. 본 연구에서는 이들 두 단층이 평창지역 남부의 평창읍 하일리 일대에서 연결되는 자취를 보인다는 점과 상반에 동일한 화강편마암체를 포함하는 점을 고려하여 하나의 연결된 트러스트로 해석하였다(Fig. 8b-e). 이 경우 평창지역의 방림트러스트는 습곡 된 운교리트러스트가 지표에 재노출된 것으로 해석될 수 있고, 이에 따라 평창지역의 주된 지질구조는 운교리트러스트 상반의 암체들이 하반 암체들에 의해 완전히 고립된 특징을 보이는 클리페 구조로 해석 된다(Fig. 8b). 이는 옥천대 태백산지역이 경기육괴와 접하는 북서부 경계부 전역에 걸쳐 와촌클리페 및 두루안지클리페를 비롯한 클리페 구조가 발달하고 있음을 지시한다.

한편, 각 단면도에 반영된 전체적인 구조 형태는 방림트러스트의 경사각 및 상반 습곡의 모양이 유발하는 작은 차이를 제외하면, 평창지역 전역에 걸쳐 일정하게 유지된다(Fig. 8c-e). 평창지역 북부에서 방림트러스트는 고각의 서쪽 경사를 보인다. 외솔배기부터 금당산 일대에서 확인된 방림트러스트 상반 지층들이 대부분 일관되게 동쪽으로 경사하는 것을 고려할 때, 상반 배사가 대규모로 발달하지 않는 것으로 해석된다. 서편의 운교리트러스트의 상반에 놓이는 화강편마암의 엽리는 대부분 30-40°의 남동 경사를 보이는 것으로 보고된 바 있다(Cheong et al., 1979; Ryoo, 1995)(Fig. 8c). 평창지역 중부에서 방림트러스트는 서서히 저각의 서쪽 경사로 변한다. 중부의 지질도 상 특징은 방림면 중대갈봉 일대에서 화강편마암 및 양덕층군의 장산층, 묘봉층이 반복 분포하는 것인데, 기존 연구들에서 이들의 반복 양상은 중대갈봉의 향사 구조와 동편 능선의 소규모 단층에 의한 것으로 해석된 바 있다(Cheong et al., 1979; Kim et al., 1999)(Fig. 8a). 특히 방림트러스트에 인접한 상반 지층들이 대체로 동쪽으로 경사하는 양상을 보이고 있어, 이들을 향사 구조 동편에 발달한 북북동 방향의 힌지를 가지는 방림트러스트의 상반 배사의 동익부로 해석하였다(Fig. 8d). 평창지역 남부에서의 방림트러스트는 주천지역에서와 동일하게 저각의 경사를 가지며 화강편마암과 방림층군을 동쪽의 조선누층군 평창층군 상위로 충상시킨다. 북부 및 중부와는 달리, 임하리 일대에서는 방림트러스트 상반에 접하는 방림층군이 서쪽으로 경사하며 그 구조적 상위에 화강편마암이 놓이는 것이 인지되는데, 이는 층서의 역전을 지시하므로 남부의 방림트러스트 상반의 습곡은 역전된 배사구조로 해석된다. 남부에서도 운교리트러스트에 접하는 상반의 화강편마암 엽리는 저각의 동쪽 경사로 보고되었다(Cheong et al. 1979; Ryoo, 1995)(Fig. 8e).

5.3. 클리페 모델의 한계점 및 후속 연구에 대한 제언

상술한 북서부 태백산지역 평창 일대 지질구조의 구조기하 형태는 예비 연구결과로, 향후 상세한 야외조사를 통한 지질도 수정이 이루어지고 이를 바탕으로 한 구조기하 분석 및 키네마틱스 해석이 수행된다면 보다 개선된 구조 모델을 제안할 수 있을 것으로 기대한다. 현재의 클리페 모델이 가지는 구조지질학 측면의 한계점 및 이를 극복하기 위한 후속 연구에 대한 제언은 다음과 같다. 1) 본 연구에서 새롭게 명명한 운교리트러스트에 대한 야외 증거가 부족하다는 점이 클리페 모델의 가장 큰 한계점이 될 수 있다. 현재 제안된 층서 상, 방림층군은 선캠브리아시대 화강편마암 직상위에 부정합으로 놓이는 고생대 최하부 지층이므로, 현재의 운교리트러스트에 의해 충상된 구조적인 반복 패턴이 아닌 침식 수준(erosion level)의 차이에서 야기된 지질도 상 특징으로 해석될 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 평창지역 운교리트러스트 하반에 좁고 긴 대상의 분포를 보이는 것으로 해석된 방림층군에 대한 추적 및 운교리트러스트의 구조적 특성에 관한 정밀 야외조사가 수행될 필요가 있다. 2) 평창읍 하일리를 기준으로, 남쪽으로 단일한 자취를 보이는 주천지역 방림트러스트와 북쪽으로 운교리트러스트와 분기하는 평창지역 방림트러스트의 구조적 관계에 따라 또 다른 형태의 클리페 모델이 가능할 수도 있다. 현재 활용 가능한 데이터로는 평창지역의 운교리트러스트와 방림트러스트는 하나의 단층이며, 이 단층의 하반에 노출된 광역 규모 배사 구조(임하리배사)는 하부에 존재하는 은둔단층(blind thrust)에 의한 것으로 해석하였다. 그러나 이러한 구조기하학적인 형태가 남부의 주천지역까지 일관되게 유지되는지 여부는 후속 연구를 통해 추가적으로 밝혀야 할 것이다. 따라서 고생대 평창층군이 분포하는 방림트러스트 하반의 지질구조 및 단층이 분기하는 하일리 지역에 대한 정밀 야외조사와 이를 바탕으로 한 구조지질 연구가 추가적으로 필요하다. 향후 주천-평창지역에 대한 이러한 후속 연구들이 수행된다면, 해당 지역에 분포하는 지질구조들의 기하학적 형태를 설명할 수 있는 더 적합한 구조 모델을 제안할 수 있을 것이며, 나아가 옥천대 북서부 태백산지역의 구조 진화 과정 동안 발생한 기반암을 포함하는 변형기작(basement-involved deformation)의 역할 및 조산대 배후지에서의 구조 발달에 대한 정보를 제공할 수 있을 것이다.

사 사

본 논문은 이흥기의 연세대학교 석사학위 연구내용의 일부를 포함하고 있습니다. 추가 연구수행 및 원고의 작성은 한국연구재단 우수신진연구과제(2021R1C1C101057011)의 지원으로 책임저자에 의해 수행되었습니다. 또한 한국연구재단 중점연구소 과제(2017R1A6A1A07015374) 및 중견연구과제(2019R1A2C1002211)와 원자력환경공단 과제(2021040101003B)의 일부 지원에 의해 수행되었습니다. 시료 취득에 도움을 주신 한국지질자원연구원 진광민 박사님을 비롯하여, 본 논문을 심사해 주신 두 분의 심사위원과 책임편집위원, 편집위원장께 감사드립니다.

Fig 1.

Figure 1.(a) Tectonic map of the Korean Peninsula (modified after a 1:1,000,000 tectonic map of Korea; Kee et al., 2019). (b) Geologic map of the Jucheon-Pyeongchang area in the northwestern Taebaeksan Zone of the Okcheon Belt (modified after Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995). CN-Chungdaegalbong nappe; TK-Turuanji klippe; WK-Wachon klippe.
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 831-846https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.831

Fig 2.

Figure 2.Field photographs of the Bangrim thrust in the central part of the Pyeongchang area showing (a) dark gray schist of the Myobong Formation (Location: N37°30′15.9″, E128°24′43.4″) lying on (b) light gray laminated limestone of the Jeongseon Formation (Location: N37°30′15.7″, E128°24′40.7″) in the Sogaedong valley, and (c) dark gray schist of the Myobong Formation (Location: N37°29′09.3″, E128°24′26.1″) lying on (d) light gray laminated limestone of the Jeongseon Formation (Location: N37°29′14.6″, E128°24′33.8″) in the Sanggaesu valley. Geological hammer for scale (32 cm).
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Fig 3.

Figure 3.Field photographs of the Wachon klippe showing (a) the Precambrian granite gneiss (Location: N37°18′51.2″, E128°17′39.1″) lying on (b) the younger Bangrim Group (Location: N37°18′55.0″, E128°17′34.8″) in the Danggeori Valley, and (c) the Precambrian granite gneiss lying on (d) the younger Bangrim Group in the Panunri area (Location: N37°19′06.5″, E128°18′56.1″). Geological Hammer for scale (32 cm).
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Fig 4.

Figure 4.(a) Field photograph of the Wachon klippe. Outcrop photographs showing (b) greenish mica schist of the younger Bangrim Group overlain by (c) mylonite of the Precambrian granite gneiss in the Myeongmadong Valley (Location: N37°17′48.6″, E128°17′42.0″). Pen for scale (14 cm). Insets in (a) indicate the areas for (b) and (c).
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Fig 5.

Figure 5.Field photographs of the Wungyori thrust, showing (a) mica-schist of the Bangrim Group is overlain by (b) mylonite of the Precambrian granite gneiss in the Weonteogol valley (Location: N37°26′11.1″, E128°19′50.8″), and (c) quartz veined mica-schist of the Bangrim Group is overlain by (d) mylonite of the Precambrian granite gneiss in the Hanggol valley (Location: N37°31′00.9″, E128° 22′10.1″). Geological hammer for scale (32 cm).
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Fig 6.

Figure 6.(a) and (b) Outcrop photographs of the collected sample from the quartzite layer within the Bangrim Group. (c) Scanning electron microscope cathodoluminescence (CL) image of sectioned zircon grains. (d) Tera–Wasserburg concordia and (e) probability density plots of the SHRIMP U-Pb isotopic data of zircons from the Bangrim Group (sample BR-3A).
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Fig 7.

Figure 7.Field photograph of the unconformity between the Precambrian granite gneiss and the Bangrim Group showing (a) the outcrop of the unconformity (005°, 25°SE) from the Panun valley (Kihm et al., 2010; Location: N37°21′07.2″, E128°18′23.7″). (b) Field photograph of the Precambrian granite gneiss (048°, 24°SE) under the unconformity from the Danggeori Valley (Location: N37°19′11.4″, E128°17′11.5″). Geological hammer for scale (32 cm).
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Fig 8.

Figure 8.(a) Previously published 1:50,000 geologic map (after Cheong et al., 1979; Hong et al., 1995) and (b) modified geologic map, showing the major structures of the Pyeongchang area. Profiles of the Pyeongchang area along (c) northern (A-A’), (d) central (B-B’), and (e) southern (C-C’) parts based on cross-section interpretation following a Klippe model. BT-Bangrim thrust; WT-Wungyori thrust.
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U-Pb zircon isotopic data of the analyzed samples from the Bangrim Group..


Grain spotU (ppm)Th (ppm)Th/U238U/206Pb*± (%)207Pb*/206Pb± (%)Apparent ages (Ma)Discordant (%)
206Pb/206Pb±207Pb/238U±
BR-3A
BR3A-1.19831250.138.9179221.2195610.0623000.783576685.18.6684.516.6-0
BR3A-10.11316700.058.3547552.1224250.0688953.769206723.817.2895.775.8+8
BR3A-11.14952120.443.6809251.2380610.0965390.3952801547.919.51558.37.4+0
BR3A-12.14612320.515.1170271.7918810.0820011.0829061144.921.11245.521.2+9
BR3A-13.17033670.546.1483190.3642820.0725350.423630970.13.81001.18.4+2
BR3A-14.14052570.653.6397250.9560980.0972930.2455371563.415.11572.94.6+1
BR3A-15.1375820.228.0679953.0272890.0671950.871574750.222.3843.918.0+1
BR3A-16.1557850.166.1235000.6659180.0726590.569994973.86.81004.511.4+0
BR3A-17.1621650.117.7564281.2041780.0652910.530438781.59.4783.711.2-0
BR3A-18.11941480.785.3596843.7584570.0763210.1850871102.340.01103.53.8-16
BR3A-19.112802570.219.2863861.1134010.0628630.287133658.27.3703.76.0-2
BR3A-2.14575241.183.3682620.6752290.1083460.2228781663.011.61771.94.0-2
BR3A-20.11343230.025.2615241.4924580.0774930.3403151120.916.51133.96.8+1
BR3A-21.11008620.062.3271381.0253860.1528200.1661702280.626.52377.72.8+3
BR3A-22.16731860.289.6235901.2432230.0606060.496304637.58.0625.310.6-2
BR3A-23.111663720.3312.2568282.1855640.0579950.307059505.110.9529.76.6-3
BR3A-24.110761080.108.8960310.9179810.0618150.212246687.16.3667.74.6-1
BR3A-25.1360540.153.5129592.4006190.0981930.2793271617.538.81590.15.2-1
BR3A-26.114291230.098.3220300.7768280.0663350.331424729.05.7816.97.0-6
BR3A-27.12331530.675.2456100.9907540.0775930.4634191123.911.21136.59.2-2
BR3A-28.12821640.6012.3651271.5566210.0574300.673008501.27.9508.114.8+1
BR3A-29.176180.243.3009352.0928790.1197383.1758481669.642.71952.355.6+6
BR3A-3.16574110.643.7074721.3824640.0958290.3415761538.521.41544.56.4+1
BR3A-30.11732271.354.6502401.1405640.0824351.0390921255.115.01255.920.2+1
BR3A-31.19261460.165.7925520.9962490.0733920.4484261026.610.31024.99.0-0
BR3A-32.14451940.459.2406750.7953260.0606400.364065663.25.3626.57.8-0
BR3A-33.14582900.6510.2020151.1414930.0604310.472278602.47.0619.110.2-4
BR3A-34.15341370.264.9039070.7189270.0802993.2173691195.612.21204.362.2+1
BR3A-35.15611780.334.4140571.6201000.0884840.0833261310.320.71393.11.6+1
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BR3A-52.11582121.373.9981062.6386180.0932503.0697511433.441.81492.957.0+2
BR3A-53.15336631.2812.3781041.1978040.0572340.863574500.86.2500.519.00
BR3A-54.13231520.484.6010991.2739290.0830340.3208801267.516.11270.16.2-2
BR3A-55.15671030.193.0752190.9882950.1089160.3528401819.919.01781.36.6-1
BR3A-56.113612840.214.6883950.9602160.0813630.2936581247.311.91230.35.6-1
BR3A-57.13203141.004.5894921.7082090.0829870.4612991270.621.61268.99.0-1
BR3A-58.13962480.645.0342191.3219760.0787920.3033701167.915.21166.96.0-1
BR3A-59.1445650.159.1126530.7073060.0619871.439194671.15.4673.730.4-2
BR3A-6.1951350.042.8451551.5975720.1301870.8284271910.733.92100.514.4+4
BR3A-60.11118650.065.3495810.6804610.0753460.1219841106.17.41077.72.6-1
BR3A-61.17654550.615.5394850.8634400.0756540.5790201068.89.51085.911.6+10
BR3A-62.14332470.584.3668581.6203580.0837144.0637681332.526.81285.977.2+1
BR3A-63.12672490.9612.0998242.1303560.0562630.724886512.610.9462.716.0+4
BR3A-64.13032130.724.1515941.4198580.0889870.5920851389.820.01403.911.2+0
BR3A-65.11841300.726.2760062.4779870.0709610.590775952.623.2956.312.0-1
BR3A-66.1284120.045.9542520.9768720.0724511.9628461000.911.3998.739.40
BR3A-67.12061200.6012.3289090.9641080.0559772.999855503.55.8451.565.2-4
BR3A-68.12764421.647.5464070.8805220.0648081.171000803.27.6768.124.4-9
BR3A-69.13172400.787.6784351.0584420.0646601.215951789.98.8763.325.4-5
BR3A-7.12771720.646.1485210.6093000.0726391.086723969.86.61003.922.0+1
BR3A-70.12752871.077.1879211.4555970.0642980.421758842.612.2751.58.8-9
BR3A-71.12102061.0112.4499471.0612830.0564611.312896498.55.7470.528.8-7
BR3A-72.122351.635.2506532.4782920.0771143.5677331123.830.81124.169.6+4
BR3A-73.164811.304.7445371.3513100.0822410.3704001231.016.51251.37.2+2
BR3A-74.158113102.3110.3004791.6520530.0591770.750025597.79.9573.716.20
BR3A-75.11961470.778.5451291.0813950.0642591.243911712.38.1750.126.2+1
BR3A-76.1154850.5712.1919551.2464570.0575831.243845508.06.6513.927.2-4
BR3A-77.194710.774.4050990.7379030.0832521.0788551321.911.01275.121.0-2
BR3A-78.1202970.496.3531011.0387190.0705781.316581942.210.7945.326.6-0
BR3A-79.184931.143.3925461.0431330.1022320.1913491665.217.61665.13.4-2
BR3A-8.120771350.0711.7964160.9032280.0581520.346784524.34.8535.57.6+2
BR3A-80.11381280.953.6208761.3018860.0971870.6132601572.121.41570.911.4+0
BR3A-9.1830440.058.6572404.0481260.0665882.522466701.028.6824.951.8+6

Errors are 1-sigma; Pbc and Pb* indicate the common and radiogenic portions, respectively..


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

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pISSN 1225-7281
eISSN 2288-7962
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