문주리층
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1. 개요
문주리층은 충주시를 중심으로 괴산, 보은, 옥천, 익산, 논산 등지에 분포하는 지층이다. U-Pb 저어콘 연대 측정 결과에 따라 선캄브리아기부터 캄브리아기 이후까지 다양한 시기에 형성되었을 가능성이 제기되었으며, 충주 지역의 문주리층은 화산암, 그 외 지역은 퇴적 기원으로 추정된다. 주요 구성 암석은 변성퇴적암과 화산암이며, 습곡 및 단층과 같은 지질 구조를 보인다.
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| 문주리층 | |
|---|---|
| 위치 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 이름 | 문주리층 |
| 시대 | 선캄브리아기 |
| 시기 | 선캄브리아기 |
 | |
| 유형 | 퇴적암 |
| 주암질 | 천매암, 편암, 점판암 |
| 나머지 암질 | 현무암, 조면암, 유문암 |
| 이름 따옴 | 충주시 대소원면 문주리 |
| 명명 | 김기원, 이홍규의 충주 지질도폭 (1965) |
| 지방 | 충주시 |
| 나라 | 대한민국 |
| 지질 정보 | |
| 상위 단위 | 옥천 누층군 |
| 하층 | 황강리층 |
| 상층 | 대향산 규암층 |
| 지역 | 충청북도 충주시, 괴산군, 보은군 |
2. 지질 시대
문주리층의 정확한 지질 시대는 여러 연구를 통해 밝혀져 왔다. 초기 연구에서는 충주시 지역 문주리층의 변성 화산암류에 대한 방사성 동위원소 연대 측정 결과, 신원생대에 형성된 것으로 보고되었다.[4][5][6] 이는 충주 지역의 문주리층이 선캄브리아기에 속하며, 당시 대륙 열개 환경에서 쌍봉식 화산활동과 함께 형성되었음을 시사하는 중요한 증거로 받아들여졌다.[4][5]
그러나 이후 '문주리층'이라는 명칭이 사용된 다른 지역의 지층들에 대한 연구가 진행되면서, 모든 '문주리층'이 동일한 시대에 형성된 것은 아닐 수 있다는 가능성이 제기되었다. 이예지(2015)는 강경, 금산, 보은 등 10개 지역의 1:5만 지질도폭에서 '문주리층'으로 기재된 지층들의 동일성 여부를 검증하였다. 이들 지역에서 채취한 시료에 대한 SHRIMP U-Pb 연대측정 결과, 고생대 데본기(강경 385±7 Ma, 금산 389±7 Ma) 및 실루리아기(보은 426±8 Ma)에 해당하는 상대적으로 젊은 연대가 측정되었으며, 캄브리아기(약 540 Ma) 부근의 연대도 다수 확인되었다. 이는 해당 지역들의 '문주리층'이 실제로는 캄브리아기 또는 그 이후에 퇴적되었을 가능성을 시사한다. 또한 지구화학적 분석 결과, 이들 지층은 대부분 퇴적 기원으로 나타나, 화산 기원인 충주 지역 문주리층과는 기원 자체가 다른 것으로 밝혀졌다.[7]
이러한 연구 결과는 과거 지질 조사 과정에서 유사한 암상에 '문주리층'이라는 명칭이 부여되었으나, 실제로는 형성 시기와 기원이 다른 지층들이 혼재되어 있을 수 있음을 보여준다. 따라서 '문주리층'의 지질 시대를 논할 때는 특정 지역의 연구 결과를 일반화하기보다 각 지역별 지층의 특성과 연대를 개별적으로 고려해야 할 필요성이 제기된다.[7]
2. 1. 절대 연령 측정
충주시에 분포하는 문주리층의 메타화산암(metavolcanic)에 대한 U-Pb 저어콘 연대 측정 결과, 상한 연대는 755.8±1.3 Ma(신원생대)로 측정되었다. 이는 문주리층에서 쌍봉식 화산활동(bimodal volcanism)이 있었음을 시사하며, 문주리층이 선캄브리아기에 형성되었다는 최초의 명확한 증거로 평가된다. 하한 연대는 160±19 Ma로 측정되었는데, 이는 쥐라기에 발생한 열변성작용의 영향을 받은 것으로 해석된다. 또한, 문주리층 내 각섬암과 규장질 메타화산암의 네오디뮴 동위원소 및 미량원소 분석 결과는 이 암석들이 대륙 열개(continental rift) 환경에서 맨틀로부터 기원했음을 보여준다. 각 암석의 주요 원소 함량은 아래 표와 같다.[4]| 주요 분자 | 이산화 규소 (%) | 이산화 타이타늄 (%) | 산화 알루미늄 (%) | 산화 철(Ⅲ) (%) | 산화 마그네슘 (%) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 각섬석 | 43.50~47.35 | 1.54~3.58 | 12.08~20.46 | 10.80~16.70 | 5.83~7.31 | |||||||||
| 화산암 | 64.91~74.48 | 0.19~1.54 | 13.40~20.46 | 3.19~10.80 | 0.30~0.68 | |||||||||
| 미량 원소 (ppm) | 바나듐 | 스트론튬 | 루비듐 | 바륨 | 크로뮴 | 니켈 | 지르코늄 | 이트륨 | 나이오븀 | 토륨 | ||||
| 각섬석 | 228~446 | 124~523 | 10~311 | 9~410 | 11~257 | 42~92 | 130~179 | 23~50 | 17~44 | 1.2~2.4 | ||||
| 화산암 | 21~37 | 38~65 | 140~283 | 186~408 | 1~3 | 17~19 | 568~1350 | 63~195 | 402~548 | 59.5~83.6 | ||||
| 희토류 원소 (ppm) | 란타넘 | 세륨 | 프라세오디뮴 | 네오디뮴 | 사마륨 | 유로퓸 | 가돌리늄 | 터븀 | 디스프로슘 | 홀뮴 | 어븀 | 툴륨 | 이터븀 | 루테튬 |
| 각섬석 | 22.31~30.91 | 47.23~72.15 | 6.32~10.07 | 29.40~48.26 | 7.06~12.29 | 2.38~4.22 | 7.45~13.32 | 1.14~2.11 | 6.59~12.88 | 1.24~2.28 | 2.09~5.92 | 0.34~0.81 | 2.24~4.58 | 0.31~0.65 |
| 화산암 | 173.88~326.23 | 520.97~813.26 | 37.08~68.85 | 125.74~233.82 | 22.07~41.20 | 0.43~1.11 | 21.33~38.23 | 3.51~6.46 | 22.01~42.72 | 4.58~8.43 | 9.31~22.43 | 1.66~3.39 | 11.15~22.37 | 1.60~3.00 |
문주리층은 충주시 대소원면 문주리에서 그 이름이 유래되었으며, 이 지역을 중심으로 황강리층과 향산리 돌로마이트질 석회암층 분포 지역 사이에서 넓게 나타난다.[1][2][3] 충주 지역 외에도 괴산군에서 옥천군에 이르기까지 북동-남서 방향으로 길게 분포한다.[13][14][15][16][17]
이후 충주시 살미면 팔봉 부근 채석장(북위 36° 53′ 35.7″ 동경 127° 56′ 10.7″)에서 채취한 문주리층 규장질 변성응회암 시료에 대해 고분해능 이차이온질량분석기(SHRIMP)를 이용한 U-Pb 저어콘 연대 측정이 이루어졌다. 조문섭 외(2004)는 206Pb/238U 가중평균연대를 747±7 Ma로 보고하였으며,[5] 김숭원 외(2006)는 동일 암석에 대해 762±7 Ma의 연대를 보고하였다.[6] 이러한 연구 결과들은 앞선 이광식 외(1998)의 연구 결과와 대체로 일치하며, 충주 지역 문주리층의 형성 시기가 약 7억 5천만 년 전에서 7억 6천만 년 전 사이의 신원생대임을 일관되게 보여준다. 이는 당시 옥천대에서 쌍모식 화산활동과 함께 대륙 내 분지가 발달했음을 뒷받침한다. 조문섭 외(2004)의 연구에 사용된 시료의 저어콘 내 우라늄과 토륨 농도는 각각 41~837 ppm, 17~962 ppm 범위이다.[5]
3. 분포 지역
옥천군 군북면 이평리의 환산로 도로변에는 문주리층의 노두가 대규모로 노출되어 있다.
3. 1. 충주 지역
충주시 대소원면 문주리에서 이름이 유래한 문주리층은 황강리층과 향산리 돌로마이트질 석회암층 분포 지역 사이, 대소원면 문주리를 중심으로 넓게 분포한다.[1][2][3] 충주 지질도폭(1965)에 따르면 문주리층은 하위의 황강리층을 정합으로 덮고 있으며, 지층의 편리(결이 있는 구조)는 주로 북동 30~70° 방향으로 기울어져 있고, 북서 50~60° 경사를 보인다. 남서쪽으로 갈수록 분포 지역이 크게 넓어져 충주시 대소원면 문주리, 살미면 세성리, 괴산군 불정면 창산리, 장연면 조곡리 일대까지 이어진다. 이는 지층 내 습곡 구조가 북동쪽으로 가라앉아 있기 때문으로 해석된다. 문주리층이 분포하는 지역은 옥천 누층군 분포 지역 중에서도 지형의 높낮이 차이가 심한 편이며, 특히 하부의 황강리층과는 지형적으로도 뚜렷하게 구분된다. 달천 변의 수주팔봉에서 하문리 구간은 문주리층이 절벽을 이루고 있다.[8]
문주리층은 현무암, 조면현무암, 조면암, 유문암 등 다양한 종류의 화산암과 천매암, 편암, 점판암 같은 변성퇴적암으로 구성된다. 이 화산암들은 과거 활발했던 화산 활동, 특히 열곡대에서 발생한 이봉(Bimodal) 화성활동의 결과물로 추정된다.[1][2][3] 황강리 지질도폭(1965)에 따르면, 문주리층은 명오리층보다 편리가 더 발달했으며, 견운모를 포함한 녹니석편암으로 이루어져 있다. 지층의 주향은 북동 20~60°, 경사는 북서 35~50°이며, 지층이 뒤집힌 역단층 구조로 인해 하부에 황강리층이, 상부에 대향산 규암이 놓이기도 한다.[9]
제천 지질도폭(1967)에 따르면, 충주시 동량면 조동리의 지등산과 관모봉 일대에도 문주리층이 넓게 분포한다. 인등산 단층 동쪽에서는 황강리층 위에 정합으로 놓이지만, 서쪽에서는 서창리층과 단층으로 접한다. 이 지역의 문주리층은 하부가 혼펠스상 사질암, 상부가 각섬편암과 녹니석편암으로 구성되며, 중간에 황회색의 견운모-석영편암이 끼어 있다. 지층의 일반적인 주향은 북서 30~80°, 경사는 남서 30~35°이다. 녹니석편암 중에는 자철석이 포함되기도 한다.[10] 이민성 외(1998)의 연구에서는 문주리층이 황강리층과 관계 불명으로 접하며, 주향 북동 30°, 경사 북서 45°를 보인다고 기술했다. 주로 변성니질암과 사질암으로 구성되고 층상의 염기성 화산암을 포함하며, 상부에는 곳에 따라 저품질 석탄층을 포함하는 흑연질 편암이 분포한다고 보고했다.[11]
유인창과 김태훈(2009)의 연구에 따르면, 충주시 종민동-목벌동 지역에서 문주리층은 구조적으로 가장 아래쪽에 위치하며, (암)녹색과 (암)회색의 편암으로 구성된다. 최상부에서는 (암)회색 편암이 관찰된다. 문주리층 위에는 대향산규암이 놓이는데, 두 지층의 경계는 층리면과 평행한 단층으로 확인되었다.[12]
충주시 살미면 토교리에 위치한 수주팔봉의 명소인 칼바위는 옥천 누층군 문주리층으로 이루어진 대표적인 지형이다. 현재 이곳에는 탐방객을 위한 육교와 나무 데크길이 설치되어 있다.
3. 2. 괴산-보은-옥천 지역
청주, 보은 지역의 문주리층은 충주호 지역의 문주리층과 같으며 괴산군에서 옥천군까지 북동-남서 방향으로 분포한다.
괴산 지질도폭(1972)에 의하면 괴산군 칠성면 송동리에서 문광면 옥성리, 흑석리, 우라늄 광화대가 있는 청천면 덕평리, 지촌리, 후영리까지 분포하며 수 개의 단층과 소규모 습곡으로 인해 반복 노출된다.[13]
용유리 지질도폭(1973)에 의하면 괴산군 청천면 상신리에서 보은군 산외면 대원리, 원평리까지 그리고 산외면 문암리-보은읍 종곡리 경계 지역에 분포하며 하위의 이원리층과는 점이적인 변화를 나타내는 정합으로 보인다. 주로 녹니석편암으로 구성되고 보은읍 종곡리에는 소량의 운모편암도 있다. 산외면 대원리 일대에서 편리의 주향은 북동 28~58°, 경사는 북서 35~77°이다.[14]
미원 지질도폭(1979)에 의하면 보은군 산외면 탁주리-내북면 두평리, 하궁리 그리고 산외면 문암리 남동측 능선부 2개 지역에 분포하며 이는 향사 습곡에 의한 것이다. 문주리층은 주로 연녹회색 천매암으로 구성되며 상부에 흑색천매암이 협재된다. 그리고 이원리층과 접하는 본 층의 하한에는 두께 10m 내외의 회백색 결정질석회암이 단속적으로 협재된다.[15]
보은 지질도폭(1977)에 의하면 청주시 문의면 남동부, 보은군 회인면, 회남면 중부에 넓게 분포하며 옥천군 안내면 서부와 군북면에서는 북북동-남남서의 축을 갖는 향사 습곡에 의하여 여러 번 반복 분포한다. 보은군 문의면 마동리와 묘암리에서는 향산리층군 상위에 놓이며 그 동부에서는 향사 습곡에 의해 창리층에 덮이고 그 동측에서 향사구조의 동익으로 다시 노출된다. 본 지층은 주로 녹회색 천매암으로 구성되고 흑색 점판암과 혼펠스 규암을 협재한다.[16]
옥천 지질도폭(1978)에 의하면 문주리층은 주로 회색 내지 암녹색의 천매암과 운모편암으로 구성된다.[17]
옥천군 군북면 이평리의 환산로 도로변에는 아래와 같이 문주리층의 노두가 대규모로 노출되어 있다.
3. 3. 익산-논산 지역
익산, 논산 지역의 문주리층은 논산시 양촌면에서 익산시 여산면까지 북동-남서 방향으로 발달한다.
익산시 내에서 문주리층은 북동부 여산면 동부 태성리, 호산리, 원수리, 제남리 동부, 왕궁면 동봉리에 분포하고 있다. 지층이 형성된 시기는 오르도비스기 이후로 보이나 정확히 알 수 없다. 대체로 북동 30~75°의 주향과 북서 40~50°의 경사를 보이나 등사 습곡에 의한 반복으로 수직 또는 남동 70~80°의 경사를 보이는 곳도 있다. 본 지층의 주요 구성 암석은 운모 편암이고 부분적으로 각섬편암, 규암, 흑색 점판암, 결정질 석회암을 포함한다.[18]
4. 구성 암석
문주리층은 현무암, 조면현무암, 조면암, 유문암 등 여러 종류의 화산암과 천매암, 편암, 점판암 등의 변성퇴적암으로 구성된다.[1][2][3]
4. 1. 변성퇴적암
문주리층은 천매암, 편암, 점판암 등의 변성퇴적암으로 구성된다.[1][2][3]4. 2. 화산암
문주리층에서는 현무암, 조면현무암, 조면암, 유문암 등 다양한 종류의 쌍봉식(Bimodal영어) 화산암이 나타난다. 이 화산암들은 과거 화산 활동이 활발했던 열곡대 환경에서 발생한 화성활동의 산물로 추정된다.[1][2][3]4. 2. 1. 화학 성분
충주시 지역 문주리층 메타화산암(metavolcanic)의 네오디뮴 동위원소와 미량원소 분석 결과, 이 암석들이 대륙 열개 환경에서 유래한 맨틀 기원 물질임을 시사한다. 각섬암과 규장질메타화산암의 주요 화학 성분 함량은 아래 표와 같다.[4]| 주요 분자 | 이산화 규소 (SiO2) | 이산화 타이타늄 (TiO2) | 산화 알루미늄 (Al2O3) | 산화 철(III) (Fe2O3) | 산화 마그네슘 (MgO) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 각섬암 % | 43.50~47.35 | 1.54~3.58 | 12.08~20.46 | 10.80~16.70 | 5.83~7.31 | |||||||||
| 규장질메타화산암 % | 64.91~74.48 | 0.19~1.54 | 13.40~20.46 | 3.19~10.80 | 0.30~0.68 | |||||||||
| 미량 원소 | 바나듐 (V) | 스트론튬 (Sr) | 루비듐 (Rb) | 바륨 (Ba) | 크로뮴 (Cr) | 니켈 (Ni) | 지르코늄 (Zr) | 이트륨 (Y) | 나이오븀 (Nb) | 토륨 (Th) | ||||
| 각섬암 ppm | 228~446 | 124~523 | 10~311 | 9~410 | 11~257 | 42~92 | 130~179 | 23~50 | 17~44 | 1.2~2.4 | ||||
| 규장질메타화산암 ppm | 21~37 | 38~65 | 140~283 | 186~408 | 1~3 | 17~19 | 568~1350 | 63~195 | 402~548 | 59.5~83.6 | ||||
| 희토류 원소 | 란타넘 (La) | 세륨 (Ce) | 프라세오디뮴 (Pr) | 네오디뮴 (Nd) | 사마륨 (Sm) | 유로퓸 (Eu) | 가돌리늄 (Gd) | 터븀 (Tb) | 디스프로슘 (Dy) | 홀뮴 (Ho) | 어븀 (Er) | 툴륨 (Tm) | 이터븀 (Yb) | 루테튬 (Lu) |
| 각섬암 ppm | 22.31~30.91 | 47.23~72.15 | 6.32~10.07 | 29.40~48.26 | 7.06~12.29 | 2.38~4.22 | 7.45~13.32 | 1.14~2.11 | 6.59~12.88 | 1.24~2.28 | 2.09~5.92 | 0.34~0.81 | 2.24~4.58 | 0.31~0.65 |
| 규장질메타화산암 ppm | 173.88~326.23 | 520.97~813.26 | 37.08~68.85 | 125.74~233.82 | 22.07~41.20 | 0.43~1.11 | 21.33~38.23 | 3.51~6.46 | 22.01~42.72 | 4.58~8.43 | 9.31~22.43 | 1.66~3.39 | 11.15~22.37 | 1.60~3.00 |
또한, 충주시 살미면 팔봉 부근 채석장에서 채취한 규장질 변성화산암 내 저어콘의 우라늄(U)과 토륨(Th) 농도는 각각 41~837 ppm 및 17~962 ppm으로 측정되었다.[5]
5. 지질 구조
문주리층은 여러 차례의 지각 변동을 겪으며 복잡한 지질 구조를 형성하였다. 지층의 주향과 경사는 지역에 따라 다소 차이를 보이지만, 대체로 북동 방향의 주향과 북서 방향의 경사를 나타내는 경우가 많다. 예를 들어, 충주 지역에서는 북동 30~70°의 주향과 북서 50~60°의 경사가 일반적이며,[8] 황강리 지역에서는 북동 20~60° 주향에 북서 35~50° 경사를 보인다.[9] 제천 지역에서는 북서 30~80° 주향과 남서 30~35° 경사를 나타내기도 한다.[10] 이민성 외(1998)의 연구에서는 북동 30° 주향과 북서 45° 경사가 보고되었다.[11]
문주리층 내에는 습곡 구조가 발달해 있으며, 특히 남서쪽으로 갈수록 분포 면적이 넓어지는 것은 지층 내 습곡이 북동쪽으로 침강했기 때문으로 해석된다.[8] 또한, 황강리 지역에서는 지층의 순서가 뒤집힌 역전 현상이 관찰되기도 하는데, 이로 인해 구조적으로 하부에 황강리층이, 상부에 대향산 규암이 놓이는 모습이 나타난다.[9]
문주리층은 주변의 다른 지층들과 다양한 관계를 맺고 있다. 황강리층 위에는 정합적으로 놓이는 것으로 보고되기도 하지만,[8][10] 관계가 불명확하다는 연구도 있다.[11] 상부의 대향산 규암과는 단층으로 접하는 것이 확인되었으며,[12] 지역에 따라서는 다른 지층과도 단층으로 접하는 경우가 있다.[10] 이처럼 문주리층은 습곡과 단층 등 다양한 지질 구조의 영향을 받아 복잡한 양상을 보인다.
5. 1. 단층
충주시 종민동-목벌동 지역에서는 문주리층과 그 위에 놓인 대향산규암의 경계가 층리면과 평행한 단층으로 접하는 것이 야외 조사에서 확인되었다.[12] 제천 지역에서는 인등산 단층을 기준으로 동쪽 지역에서는 문주리층이 황강리층 위에 정합 관계로 놓여 있지만, 서쪽 지역에서는 서창리층과 단층으로 접한다.[10]참조
[1]
웹사이트
MGEO 지질정보시스템 1:5만 지질도
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한국지질자원연구원
[2]
논문
옥천대 “문주리층”에 산출하는 변성화산암류의 분포와 화성조직: 고화산활동(High-volcanicity) 열곡대의 존재
https://scienceon.ki[...]
2000-00-00
[3]
논문
The Okcheon Supergroup in the Lake Chungju area, Korea: Neoproterozoic volcanic and glaciogenic sedimentary successions in a rift basin
https://www.proquest[...]
2012-00-00
[4]
논문
Neoproterozoic bimodal volcanism in the central Ogcheon belt, Korea: age and tectonic implication
https://www.scienced[...]
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[5]
논문
옥천변성대 규장질 변성응회암의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대: 신원생대(약 7.5억년전) 화산활동 (SHRIMP U-Pb Zircon Age of a Felsic Meta-tuff in the Ogcheon Metamorphic Belt, Korea: Neoproterozoic (ca. 750 Ma) Volcanism)
https://scienceon.ki[...]
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Neoproterozoic Bimodal Volcanism in the Okcheon Belt, South Korea, and Its Comparison with the Nanhua Rift, South China: Implications for Rifting in Rodinia
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옥천변성대에 분포하는 문주리층의 동일층 여부에 대한 지구연대학적, 지구화학적 검증 (Geochronological and geochemical verification for the identicalness of Munjuri Formation distributed in the Okcheon Metamorphic Belt)
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忠州 地質圖幅說明書 (충주 지질도폭설명서)
https://data.kigam.r[...]
한국지질자원연구원
1965-00-00
[9]
웹인용
黃江里 地質圖幅說明書 (황강리 지질도폭설명서)
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