장성층
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1. 개요
장성층은 평안 누층군의 일부로, 금천층 위에 놓이며 여러 겹의 무연탄층을 포함하여 경제적으로 중요한 지층이다. 주로 흑색 셰일과 사암으로 구성되며 식물 화석이 발견된다. 삼척탄전, 강릉탄전, 정선-평창탄전, 단양탄전 등지에 분포하며, 각 지역에서 지층의 특징과 석탄층의 발달 양상이 다르다.
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| 장성층 | |
|---|---|
| 암석 단위 정보 | |
| 이름 | 장성층 또는 금천-장성층 |
| 시대 | 고생대 |
| 시기 | 석탄기 |
![[[삼척탄전]] 지역 평안 누층군 주상단면도](https://cdn.onul.works/wiki/source/194d98ca7e5_cea61c39.jpg) | |
| 유형 | 퇴적암 |
| 주암질 | 사암, 셰일 |
| 나머지 암질 | 석회암, 무연탄 |
| 이름 유래 | 강원특별자치도 태백시 장성동 |
| 명명 | 정창희 (1969) |
| 상위 단위 | 평안 누층군 |
| 하위 단위 | JA, JB, JC, JD 윤회층 |
| 하층 | 평안 누층군 금천층 |
| 상층 | 평안 누층군 함백산층 |
| 두께 | 삼척탄전 : 40~150 m 정선-평창탄전: 120 m 단양탄전 : 100~170 m |
| 지역 | 삼척탄전 강릉탄전 정선-평창탄전 영월탄전 단양탄전 |
2. 평안 누층군 층서
대한민국에 분포하는 평안 누층군은 최대 1,400 m의 두께를 가지며, 시대와 지역에 따라 다양한 층서를 보인다. 과거에는 하부로부터 홍점통, 사동통, 고방산통, 녹암통으로 구분되었으나, 1969년 정창희가 삼척탄전을 표식지로 삼아 층서를 새로 설정하면서 만항층, 금천층, 장성층, 함백산층, 도사곡층, 고한층, 동고층으로 구분하게 되었다. 이들 지층명은 현재 대한민국 평안 누층군의 표준 층서로 자리잡았다.[3][4] 조선민주주의인민공화국에서는 평안 누층군을 하부로부터 홍점통, 입석통, 사동통, 고방산통 등으로 분류하며, 현재까지도 이 층서를 사용하고 있다.[5]
평안 누층군의 지질 계통표와 층서는 다음과 같다. 평안 누층군의 분포지는 일반적으로 지역명 뒤에 탄전(炭田)이라는 명칭을 붙여 사용한다.[6][1]
| 지질 시대 | 지역 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 기 | 세 | 절 | 삼척탄전 | 강릉탄전 | 정선-평창탄전 | 영월탄전 | 단양탄전 | 보은탄전 | 화순탄전 | 평남분지 | 두만분지 |
| 중생대 삼첩기 201.3–252.17 Mya | 중세 237–247.2 Mya | 아니시안 | 동고층 | 박지산층 | 동고층 | - | 태자원통 | ||||
| 전세 247.2–252.17 Mya | 인두안 | 상원산층 | - | ||||||||
| 고생대 페름기 252.17–298.9 Mya | 로핑기아 252.17–259.8 Mya | ch | - | 고방산통 | 송상통 | ||||||
| 과달루페 259.8–272.3 Mya | 카피탄 | 고한층 | (언별리층) | 옥갑산층 | 고한층 | ||||||
| 워디안 | 도사곡층 | 망덕산층 | 도사곡층 | - | |||||||
| 로디안 | 천운산층 | ||||||||||
| 시수랄리아 272.3–298.9 Mya | 쿤쿠리안 | 함백산층 | 함백산층 | 함백산층 | 함백산층 | 계룡산통 | |||||
| 아르틴스키안 | 장성층 | 장성층 | 장성층 | 미탄층 | 장성층 | 장성층 | 함탄층 | 사동통 | |||
| 사크마리안 | 밤치층 | 밤치층 | 밤치층 | 암기통 | |||||||
| 아셀리안 | 입석통 | ||||||||||
| 고생대 석탄기 252.17–298.9 Mya | 펜실베이니아 298.9–323.2 Mya | 모스크바 | 금천층 | 금천층 | 금천층 | 판교층 | 금천층 | 오음리층 | 홍점통 | ||
| 만항층 | 만항층 | 만항층 | 요봉층 | 만항층 | 만항층 | 용마산층 | |||||
| 바시키르 | |||||||||||
2. 1. 만항층
만항층(晩項層)은 평안 누층군의 최하부 지층으로, 주로 붉은색 사암과 셰일로 구성된다. 1969년 정창희는 삼척탄전을 평안 누층군의 표식지로 삼고, 그 층서를 하부에서부터 만항층, 금천층, 장성층, 함백산층, 도사곡층, 고한층, 동고층으로 새로 설정하였다. 그리고 만항층과 금천층을 고목층군으로 설정하였다.[3] 만항층은 조선민주주의인민공화국(북한) 지역의 홍점통에 대비된다.2. 2. 금천층
만항층 위에 놓이며, 석회암층을 포함하는 것이 특징이다.| 지질 시대 | 지역 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 기 | 세 | 절 | 삼척탄전 | 강릉탄전 | 정선-평창탄전 | 영월탄전 | 단양탄전 | 보은탄전 | 화순탄전 | 평남분지 | 두만분지 |
| 고생대 석탄기 298.9–323.2 Mya | 펜실베이니아 298.9–323.2 Mya | 모스크바 | 금천층 | 금천층 | 금천층 | 판교층 | 금천층 | 오음리층 | 홍점통 | rowspan=3 | | |
2. 3. 장성층
장성층은 금천층 위에 놓이며, 여러 겹의 무연탄을 포함하고 있어 경제적으로 매우 중요한 지층이다. 주로 흑색 셰일과 사암으로 구성되며, 다양한 식물 화석이 발견된다.정창희(1969)는 장성층을 최하부 JA (20 m), 하부 JB (10~40 m), 중부 JC (50 m), 상부 JD (20 m)의 4개 윤회층(輪廻層; Cyclic sediments)으로 구분했다. 각 윤회층에는 석탄층이 협재된다. 장성층의 평균 두께는 100 m이나, 함백탄광에서 40 m, 백운산 근방에서 150 m로 다양한 두께를 보인다. 장성층 하한은 JA층의 석탄층이나 탄질셰일 아래에 놓이는 기저 사암으로 규정된다. 장성층 상한은 함백산층과 색깔이 달라 쉽게 결정할 수 있으며, 일부 지역에서는 경사 부정합의 증거가 나타난다.[1]
장성층은 장성 부근의 함탄층에 붙여진 이름으로, 과거 사동통 상부에 해당한다. 금천층과 암석의 색은 같으나 석회암층을 포함하지 않는다. 뚜렷한 회색 사암을 기저로 하는 최하위 윤회층(JA)부터 JB, JC, JD까지 4매의 윤회층이 위로 겹쳐지는 특징을 보인다. 각 윤회층은 아래에서 위로 기저 사암, 셰일, 석탄층, 셰일 순서로 구성되며, JC에는 대체로 가장 두꺼운 석탄층이 있다. 삼척탄전 전체에서 윤회층 JC의 석탄층이 본(本)탄층 또는 중(中)층으로 불리며 가행되었고, JB에도 가행 가능한 석탄층이 하(下)탄층으로 불린다. 윤회층 JC의 석탄층 상반에서는 식물 화석이 많이 발견된다. 이 화석들로 보아 장성층의 지질시대는 페름기이다. 장성층의 두께는 120~170 m이며, 각 윤회층의 두께는 20~60 m이다. 그 중 JC가 가장 두껍다.[9]
삼척탄전 서부 지역의 장성층은 주로 암회색 조립~중립 사암과 흑색 세립사암 및 셰일이며, 3~5매의 석탄층을 포함한다. 장성층은 주요 함탄층으로서 4개의 윤회층으로 구분된다.[10]
함백산 단층 동부 태백시 소도동-장성동 지역의 장성층은 금천층을 부정합으로 덮으며 가행 가능한 석탄층들이 협재되는 중요한 지층이다. 상부로부터 중립-조립질 사암, 석탄층이 협재되는 셰일, 조립질 사암 및 셰일로 구성되어 4회의 윤회층을 이루며, 4~5매의 세립~조립질 사암, 4~5매의 셰일 및 3~4매의 석탄층이 교호한다. 장성층은 지역에 따라 하부 윤회층이 얇아지거나 없어지기도 하며, 암상(巖相)도 차이를 보인다.[11]
전희영(1985, 1987)은 장성층에서 페름기 아르틴스크절(Artinskian)의 식물화석 ''Annularia gracilescens'' Halle, ''Annularia mucronata'' Schenk, ''Annularia sphenophylloides'' (Zenker) Gutbier, ''Annularia stellata'', ''Baiera'', ''Calamites suckowii'' Brongniart, ''Calamites cistii'' Brongniart, ''Calamites'' sp. ''Tingia'', ''Radictes'', ''Strobilites'' 등을 발견하였다.[12][13]
2. 3. 1. 금천-장성층
일부 연구에서는 금천층과 장성층의 경계가 불분명하다는 점을 들어, 두 지층을 통합하여 "금천-장성층"으로 부르기도 한다.[16]이현석과 조성권(2006)은 금천층과 장성층 경계부에서 암상이 점이적으로 변하고 암상으로 두 지층을 구분할 수 없다 하여 두 지층을 하나로 묶어 '금천-장성층'을 새로 제안하였다.[16] 금천-장성층은 암회색/흑색 사암과 셰일로 이루어지며 회색의 석회암층이 협재된다. 강동 단면에서는 수 미터 두께의 생물교란(bioturbated) 석회암층이 협재된다. 상하부에 나타나는 흑색 셰일은 ''Annularia'', ''Lobatannularia'', ''Sphenophyllum'', ''Neuropteris''과 같은 식물 화석을 포함한다. 이러한 암상 조합은 얕은 조하대에서 해안 습지나 석호(coastal swamp or coastal lagoonal) 환경에서 퇴적된 것으로 해석된다. 지층의 두께는 장성 단면에서 90 m이다.[1]
이상민 등(2010)은 장성동 북서쪽 13 km의 강동 단면(N 37°09'43", E 128°52'53"), 장성동의 장성 단면(N 37°06'01", E 129°00'07"), 장성동 동쪽 5 km의 동광 단면 (N 37°06'12", E 129°03'15") 3개 단면을 조사하였다. 조사 결과, ''Rhipidomella parva'' n. sp. 그리고 ''Stenoscisma wooi'' n. sp. 2개 신종을 포함한 20속 23종의 완족류 화석을 바탕으로 금천-장성층에서 ''Choristites'', ''Rhipidomella'', ''Hustedia'' 3개의 완족동물 화석군을 찾아내었다.[17]
- 구래 지역의 등산로에 드러난 강동 단면은 금천-장성층 하부에 해당하며 흑색 셰일, 암회색 실트스톤, 흑색 사암과 박층의 석회암으로 구성된다. 이곳의 2개 셰일 층준에서는 완족류와 이매패류 화석이 풍부하게 산출된다.
- 금천 마을로 가는 길에 있는 장성 단면은 만항층 최상부에서 금천-장성층 최상부까지 150 m가 드러나 있다. 이 단면의 중부는 역암, 사암, 식물 화석이 산출되는 암회색과 흑색 셰일로 구성되며 완족류, 이매패류, 산호, 삼엽충 등의 화석이 산출되는 층준은 만항층과 금천-장성층의 경계에 가깝다. 단면의 상부는 역암, 흑색 사암과 셰일로 구성된다.
- 구문소 인근의 사면에 200 m 두께로 드러난 동광 단면에는 금천-장성층의 대부분이 드러나 있다. 단면의 하부는 회색 실트스톤, 녹회색 사암, 불연속적인 석회암으로, 흑색의 괴상 사암과 셰일로 구성되어 있으며 중간에 식물 화석을 포함하는 두께 4 m의 회색 셰일층이 있다.
2. 4. 함백산층
함백산층은 장성층 위에 놓이며, 주로 밝은 색깔의 사암으로 구성된다.[3]2. 5. 도사곡층
도사곡층은 함백산층 위에 놓이며, 사암과 셰일이 교호하는 특징을 보인다.[3]2. 6. 고한층
고한층은 도사곡층 위에 놓이며, 셰일이 우세한 지층이다.[3]2. 7. 동고층
동고층은 평안 누층군의 최상부 지층으로, 사암과 셰일로 구성된다.[3] 중생대 트라이아스기 인두안절에서 아니시안절에 해당하며, 삼척탄전과 영월탄전 지역에 분포한다.3. 주요 분포 지역
장성층은 평안 누층군의 일부로, 무연탄이 많이 매장되어 있어 중요한 지층이다. 장성층은 여러 지역에 걸쳐 분포하는데, 주요 분포 지역은 다음과 같다.
- '''삼척탄전''': 일제강점기부터 주목받은 곳으로, 장성층에서 양질의 무연탄이 산출된다. 장성층은 4개의 윤회층(JA, JB, JC, JD)으로 구성되며, 각 윤회층은 사암, 셰일, 석탄층의 순서로 이루어져 있다. 특히 JC 윤회층에 가장 두꺼운 석탄층(주탄층)이 있어 활발히 채굴되었다.
- '''강릉탄전''': 안인리에서 묵호동에 이르는 동해안 일대와 대관령 동쪽 등에 분포한다. 장성층은 암회색 중-조립사암과 흑색사암으로 구성되며, 여러 석탄층이 협재되어 있다. ''Annularia'', ''Cordaites'' 등의 식물 화석이 발견된다.
- '''정선-평창탄전''': 정선 대향사 습곡에 의해 평안 누층군이 넓게 분포하는 지역이다. 장성층은 흑색 셰일, 암회색 사암, 3~4매의 무연탄층으로 구성되며, 비교적 연속성이 좋은 회색 조립사암층이 건층 역할을 한다.
- '''단양탄전''': 장성층 상부에 주 가행 대상이 되는 석탄층이 1매 있고, 그 아래에 1~2매의 석탄층이 더 존재한다. 장성층의 두께는 석탄층 발달과 밀접한 관계가 있으며, 습곡 구조에 의해 두께가 늘어난 지역에서 채탄 가능한 석탄층이 발견된다.
3. 1. 삼척탄전
삼척탄전은 평안 누층군이 넓게 분포하는 지역 중 하나로, 특히 장성층에서 양질의 무연탄이 산출되어 일제강점기부터 주목받았다. 장성층은 여러 윤회층으로 구성되며, 각 윤회층은 사암, 셰일, 석탄층의 순서로 이루어져 있다.
3. 1. 1. 삼척탄전의 장성층
정창희(1969)는 장성층을 최하부 JA (20 m), 하부 JB (10~40 m), 중부 JC (50 m), 상부 JD (20 m)의 4개 윤회층으로 구분했으며, 각 윤회층에는 석탄층이 협재되어 있다고 설명했다. 장성층의 평균 두께는 100 m이나 함백탄광에서는 40 m, 백운산 근방에서는 150 m로 다양한 두께를 보인다.[1]장성층은 장성 부근의 함탄층에 붙여진 이름으로, 과거 사동통 상부에 해당하며, 금천층과는 암석의 색은 같으나 석회암층을 포함하지 않는다. 장성층은 뚜렷한 회색 사암을 기저로 하는 최하위 윤회층(JA)부터 JB, JC, JD까지 4개의 윤회층이 위로 겹쳐지는 특징을 보인다. 각 윤회층은 아래에서 위로 기저 사암, 셰일, 석탄층, 셰일 순서로 구성되며, JC에는 가장 두꺼운 석탄층이 있어 주(主)탄층, 또는 중(中)층이라고 불리며 채굴되었다. JB에도 채굴 가능한 석탄층이 있어 하(下)탄층이라 불린다. 윤회층 JC의 석탄층 상반에서는 식물 화석이 많이 발견되며, 이를 통해 장성층의 지질시대가 페름기임을 알 수 있다. 장성층의 두께는 120~170 m이며, 각 윤회층의 두께는 20~60 m이고, 이 중 JC가 가장 두껍다.[9]
삼척탄전 서부 지역에서 장성층은 주로 암회색 조립~중립 사암과 흑색 세립사암 및 셰일로 구성되며, 3~5매의 석탄층을 포함한다. 장성층은 4개의 윤회층으로 구분된다.[10]
| 윤회층 | 기저 | 구성 | 석탄층 | 두께 | 기타 |
|---|---|---|---|---|---|
| 제1 윤회층 | 회색~암회색 조립사암 | 흑색 세립사암, 셰일 | 1~2매의 얇은 석탄층 (셰일 중에 협재) | 20 m 내외 | |
| 제2 윤회층 | 암회색 조립~중립사암 | 흑색 세립사암과 셰일 교호(交互) | 하(下)탄층 (1매) | 10~40 m | * 기저 사암은 화절치 서쪽~두위봉 남부 지역까지 유백색을 띠어 함백산층과 유사해 오인하기 쉽다. |
| 제3 윤회층 | 암회색 조립 사암 | 흑색 세립사암, 셰일 | 중(中)탄층 또는 주(主)탄층 (1매) | 50 m 내외 | * 석탄층 상부 셰일 중에 Pecopteris sp, Sphenopteris sp., Sphenophyllum sp., Lepidodendron sp., Cordaites sp., Calamites sp., Taeniopteris sp. 등 식물 화석 함유 |
| 제4 윤회층 | 얇은 층의 흑색 세립사암/조립사암 | 셰일 우세 | 상(上)탄층 (얇은 석탄층) | 20 m 내외 | * 석탄층 발달 빈약, 거의 채굴 안됨 |
함백산 단층 동부 태백시 소도동-장성동 지역에서 장성층은 금천층을 부정합으로 덮으며 채굴 가능한 석탄층들이 협재되는 중요한 지층이다. 이 층은 상부로부터 중립~조립질 사암, 석탄층이 협재되는 셰일, 조립질 사암 및 셰일로 구성되어 4회의 윤회층으로 되어 있으며, 일반적으로 4~5매의 세립~조립질 사암, 4~5매의 셰일 및 3~4매의 석탄층이 교대로 나타난다. 장성층은 지역에 따라 하부 윤회층이 얇아지거나 없어지는 등 변화가 있으며, 암상(巖相)도 지역적인 차이를 보인다.[11]
전희영(1985, 1887)은 장성층에서 페름기 아르틴스크절(Artinskian)의 식물화석 ''Annularia gracilescens'' Halle, ''Annularia mucronata'' Schenk, ''Annularia sphenophylloides'' (Zenker) Gutbier, ''Annularia stellata'', ''Baiera'', ''Calamites suckowii'' Brongniart, ''Calamites cistii'' Brongniart, ''Calamites'' sp. ''Tingia'', ''Radictes'', ''Strobilites'' 등을 발견하였다.[12][13]
장성층은 과거 사동층의 상부로서 석탄층이 협재된 주요한 지층이다. 구성 암석은 흑색 세립질~조립 사암, 셰일 및 석탄(무연탄)이다. 이 지층은 기저 사암, 흑색 셰일, 석탄층, 셰일을 단위로 하는 윤회층이 반복되는 특징을 보인다. 최하부 윤회층은 암회색 중립~조립 사암을 기저로 하며, 얇은 층의 석탄층과 흑색 셰일이 차례로 놓인다. 이 윤회층의 상부 셰일에는 1~2매의 얇은 석탄층이 협재되나 채굴은 되지 않는다. 두 번째 윤회층의 기저는 암회색 중립 사암이며 상부는 흑색 셰일과 세립 사암이 교대로 나타난다. 이 윤회층에는 1 m 미만의 석탄층이 있다. 세 번째 윤회층의 기저는 암회색 조립 사암으로 구성되며 연속성이 좋다. 이 조립 사암은 다른 윤회층의 사암들보다 두껍다. 이 윤회층에는 두께 2~5 m의 석탄층이 협재되며 주(主)탄층이라 불린다. 주탄층 위에는 셰일이 놓이며 많은 식물 화석이 산출된다. 대표적인 식물 화석은 ''Taeniopteris, Cordaites, Sphenophyllum, Sigilaria, Calamites, Neuropteris, Lepidodendron'' 등이 있다. 장성층 최상부의 4번째 윤회층은 흑색 세립 사암, 흑색 셰일, 얇은 층의 탄층으로 구성된다. 이 윤회층의 셰일에도 많은 식물 화석이 산출된다. 장성층의 두께는 약 100 m이다.[14]
삼척-고사리도폭 지질보고서(1994)에 따르면 장성층은 도계읍 상덕리에 있는 경동광업소에 소규모로 분포하며, 하부에 금천층과 만항층이 없고 조선 누층군과 단층으로 경계를 이룬다. 이 층은 (암)회색 조립 사암, 흑색~암회색 중립 및 세립질 사암, 흑색 셰일, 탄질 셰일 및 무연탄으로 구성된다. 하부는 극조립에서 중립을 거쳐 세립질 사암, 셰일, 석탄층 순서로 위로 갈수록 세립화하는 지층군이다. 상부는 흑색 세립~중립질 사암, 실트암 및 셰일로 구성된다.[15]
3. 2. 강릉탄전
안인리에서 묵호동에 이르는 동해안 일대와, 대관령 동쪽 4 km 지점부터 강릉 남쪽 12 km 지점인 만덕봉 부근까지 이르는 지역은 석탄이 산출되어 강릉탄전으로 불린다. 강릉탄전은 면적이 190km2이며, 전국 석탄의 약 5%가 매장된 것으로 알려져 있다. 1980년대 말에는 약 90개의 탄광이 운영되었으나 석탄산업 합리화 사업으로 모두 폐광되었다.[18]3. 2. 1. 강릉탄전의 장성층
강릉탄전의 '''장성층'''(Jangseong Formation)은 암회색의 중-조립사암과 암회색 및 흑색사암으로 구성되며, 여러 석탄층이 사이에 끼어 있다. 셰일층에서는 ''Annularia'', ''Cordaites'', ''Stigmaria'', ''Tingia'', ''Tingiostachya'' 등의 식물 화석이 보고되었다. 지층의 두께는 150 m 정도이다.[19]3. 3. 정선-평창탄전
평창군과 정선군 경계 지역에는 광역적인 규모의 향사 습곡인 '''정선 대향사'''(Jeongseon great syncline, 旌善大向斜)에 의해 평안 누층군이 매우 넓게 대칭적으로 분포하고 있어 평창군과 정선군 양쪽에 걸쳐 있다. 이 습곡에 의해 장성층도 평창, 정선 양쪽에 분포한다.
3. 3. 1. 정선-평창탄전의 장성층
정선-평창탄전의 '''장성층'''은 주로 흑색 셰일과 암회색 사암, 그리고 3~4매의 무연탄층으로 구성되어 있으며, 본 지층의 최상부로부터 50~60 m 하위에 비교적 연속성이 좋은 회색 조립(粗粒) 사암층이 협재되어 건층(열쇠층)의 역할을 하고 있다.[20][21] 그러나 지역적으로는 본 사암층이 중립 내지 세립 사암층으로, 드물게는 실트스톤으로 점이되기도 한다. 장성층에 부존된 석탄층은 옥갑산층(고방산층) 기저부로부터 20~30 m 아래에 있는 상부 석탄층과 이로부터 20~30 m 아래에 있는 중부 석탄층, 그리고 이로부터 약 50 m 아래 즉 장성층의 기저 조립사암 위쪽으로 약 15 m에 하부 석탄층이 존재한다. 장성층은 주향의 아래의 금천층과 평행하며 암석의 색 또한 흑색 내지 암회색으로 금천층과 유사하다. 본 지층의 두께는 120 m이다.3. 4. 단양탄전
단양군 일대에 분포하는 단양탄전에서는 장성층에서 석탄이 산출된다. 단양탄전에서 채굴하여 이용하는 석탄층은 장성층에 포함된다. 장성층 내에는 그 상부에 주 가행 대상이 되는 1매의 석탄층이 있고 이 석탄층 밑에 1~2매의 석탄층이 있으나 탄층의 발달이 양호한 곳에서만 국부적으로 개발되었다. 단양탄전 내 장성층의 두께는 석탄층의 발달과 밀접한 관계를 가지고 있음이 채탄 및 석탄 개발 결과 확인되었다. 구조적인 변화가 없는 곳에서의 장성층 두께는 100m 내외이나 곳에 따라 심한 변화를 보여 어떤 지역에서는 30m까지 줄어들기도 하고 300m 이상으로 두꺼워지기도 한다.[23]장성층의 두께가 70m 이하인 곳에서는 주 가행 대상이 되는 장성층 상부 석탄층을 포함한 장성층 상부 지층의 분포가 없는 곳이 대부분이며, 장성층의 두께가 100m 정도인 지역에서는 대체로 석탄층의 발달이 빈약하고 단사(單斜) 구조를 이루는 것이 보통이다. 습곡 구조에 의해 장성층의 두께가 늘어난 지역에서만 채탄 가능한 석탄층이 부존되는 것으로 나타났다. 이러한 습곡 지대에서의 석탄층도 습곡의 축부에만 포켓을 형성하며 기타 연장선 상에서는 빈약한 광맥(鑛脈)을 이룬다. 탄전 내 습곡대에서의 포켓은 그 규모가 매우 작은 편으로 탄폭 2~5 m가 보통이며 연장 또한 20m 내외이다. 이들 습곡대에서 석탄층의 포켓은 좌우 연장부로는 불규칙하게 형성되나 상하부로는 일정한 방향성을 갖는다. 즉 포켓은 일정한 방향으로 침강하는데 이 방향을 따라 상하부로는 큰 변화 없이 비교적 연속성을 갖고 있어 탄전 내 주요 탄광에서는 이 부분을 채탄하고 있다.[23]
3. 4. 1. 단양탄전의 장성층
단양탄전의 장성층은 과거 사동층 상부에 해당하는 지층으로, 금천층 위에 부정합으로 놓여 있으며 함백산층에 의해 정합으로 덮인다. 이 지층은 단양탄전의 주요 함탄층이다.[22]정창희(1971)에 의하면 장성층은 주로 흑색 셰일과 세립질 사암으로 구성되며 수 매의 석탄층을 포함한다. 대체로 단양탄전 북부에서는 조립사암을 하반으로 하고 그 위에 석탄층 1매를 함유한 윤회층(輪廻層; cyclothem)을 4매 겹친 삼척탄전의 장성층에 비교될 수 있으나, 상부의 윤회층은 수 매 더 작은 윤회층으로 세분되는 경우가 있다. 단양탄전의 남부로 감에 따라 사암은 세립질로 변하여 윤회층의 특징이 희미해지게 된다. 본 층 상부에는 석탄층과 탄질셰일 및 셰일이 각각 수십 cm의 얇은 호층을 이루는 곳이 있으며, 이런 경우에는 주(主)탄층을 찾기 어렵다. 장성층의 하한은 금천층 위에 오는 최하부 윤회층(JA)의 기저 사암으로 하고, 상한은 함백산층의 회색 내지 유백색의 조립사암으로 된 기저 사암의 직하부로 한다.[22]
장성층은 대체로 세립질사암과 셰일로 되어 있어 윤회층을 구별하기 쉽지 않으나 JA, JB, JC, JD 4개 윤회층으로 구분할 수 있다. JD는 다시 3매의 작은 윤회층으로 세분된다. 각 윤회층 중에는 1 내지 2매의 석탄층이 협재되어 있다. 삼척탄전에서는 JC의 석탄층이 가장 두꺼워 가행된다. 그러나 단양탄전에는 JC의 탄층은 국부적으로 채탄되지만 금천층에 가장 가까운 JA의 탄층이 발달하여 있다. JB 중의 석탄층은 JC의 것과 비슷하여 발달이 국부적이다. JD에는 석탄층이 거의 발견되지 않는다. 석탄층 상반에는 식물 화석의 흔적이 있으나 잘 보존된 것은 없다. 장성층의 두께는 100~170 m이다.[22]
단양탄전의 가행 대상 석탄층은 장성층에 포함된다. 장성층 내에는 그 상부에 주 가행 대상이 되는 1매의 석탄층이 협재되며, 이 석탄층 밑에 1~2매의 석탄층이 있으나 탄층의 발달이 양호한 곳에서만 국부적으로 개발되었다. 단양탄전 내 장성층의 두께는 석탄층의 발달과 밀접한 관계를 가지고 있음이 채탄 및 석탄 개발 결과 확인되었다. 구조적인 변화가 없는 곳에서의 장성층 두께는 100 m 내외이나 곳에 따라 심한 변화를 보여 어떤 지역에서는 30 m까지 줄어들기도 하고 300 m 이상으로 두꺼워지기도 한다.
장성층의 두께가 70 m 이하로 줄어드는 곳에서는 주 가행 대상이 되는 장성층 상부 석탄층을 포함한 장성층 상부 지층의 분포가 없는 곳이 대부분이며, 장성층의 두께가 100 m 정도인 지역에서는 대체로 석탄층의 발달이 빈약하고 단사(單斜) 구조를 이루는 것이 보통이다. 습곡 구조에 의해 장성층의 두께가 늘어난 지역에서만 채탄 가능한 석탄층이 부존되는 것으로 나타났다. 이러한 습곡 지대에서의 석탄층도 습곡의 축부에만 포켓을 형성하며 기타 연장선 상에서는 빈광(貧鑛)을 이룬다. 탄전 내 습곡대에서의 포켓은 그 규모에 있어서 매우 작은 편으로 탄폭 2~5 m가 보통이며 연장 또한 20 m 내외이다. 이들 습곡대에서 석탄층의 포켓은 좌우 연장부로는 불규칙하게 형성되나 상하부로는 일정한 방향성을 갖는다. 즉 포켓은 일정한 방향으로 침강하는데 이 방향을 따라 상하부로는 큰 변화 없이 비교적 연속성을 갖고 있어 탄전 내 주요 탄광에서는 이 부분을 채탄하고 있다.[23]
장성층은 삼척탄전의 사동층 상부에 해당하는 지층이다. 금천층을 부정합으로 덮고 있지만 오랜 관습으로 금천층과 함께 사동층으로 묶여 왔다. 장성층은 원래 단양읍 기촌리에 북동-남서 방향으로 발달하나 역단층에 의해 고수동굴 부근과 고수리 고개에도 드러나 있다. 고수리 고개에는 검은색의 석회암층을 협재한 금천층이 약간 얼굴을 내밀고 있지만 그 상위에 와야 할 장성층은 단층으로 잘려 없어지고 조선 누층군 막동 석회암층이 단층을 격하고 금천층과 접하여 있다.
고수동굴 동방 400 m 부근과 동굴 앞 금곡천 왼편에는 장성층이 분포한다. 장성층은 암회색 셰일과 회색 사암으로 구성되며 1매의 석탄층이 협재되어 있다. 고수리에서는 과거 장성층의 석탄이 개발되었으나 지금은 폐광되었다. 또 동굴에서 남동쪽으로 800 m 되는 곳에도 금천층이 만항층과 장성층 사이에 협재되어 분포한다. 고수동굴 입구의 주차장에서 금곡천 건너편의 산을 보면 석탄층을 개발할 때 파낸 폐석더미 동쪽에 석회암이 보이는데, 이 두 지점 사이에 고수리 단층이라 명명된 단층이 있다. 장성층은 그 분포의 폭이 100 m 내외, 두께는 80 m 정도이다.[24]
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