배사

1. 개요

배사는 위로 볼록한 습곡 구조를 의미하며, 지층의 상대적인 연대를 기준으로 배사 구조와 배사구를 구분한다. 배사에는 배사관, 배사 정점, 배사축, 배사축면과 같은 구성 요소가 있으며, 대칭 배사, 비대칭 배사, 전도 배사 등 다양한 유형이 존재한다. 배사는 역단층 상부에서 형성되며, 굴곡-미끄럼 습곡과 수동 흐름 습곡과 같은 형성 과정을 거친다. 배사 구조는 석유 및 천연 가스 트랩, 광물 자원, 고대 화석 발견에 중요한 역할을 하며, 경제적으로 중요한 가치를 지닌다.

2. 배사의 정의 및 용어

배사는 위로 볼록한 습곡을 말한다. 암석 지층의 상대적인 연대를 고려하여 배사와 배사구조를 구별한다. 중심에서 멀어질수록 차츰 새로운 지층이 되는 반원상 구조가 배사이다.

모든 방향으로 함몰되어 원형이나 타원형으로 되어 있는 구조를 돔이라고 부른다. 돔은 한 번의 지각 변동이나, 암염이나 셰일 등 구조적으로 유연한 물질이 하부 마그마의 관입, 상부로의 이동에 의한 다이아피르에 의해 형성된다. 리샤트 구조는 배사 또는 돔이 풍화 작용으로 노출된 것으로 알려져 있다.

양쪽 끝이 함몰된 배사는 doubly plunging anticline이라고 불리며, 여러 번의 지각 변동이나 두 개의 습곡의 중첩, 또는 하부의 단층의 기하 구조 관계나 그 단층 표면을 따른 이동량의 차이에 의해 형성되었을 가능성이 있다. 이러한 지질 구조에서 최고 지점이 되는 곳을 극융부라고 부른다.

퇴적물이 쌓여 발달한 길쭉한 돔은 페리클린이라고 불린다.

복배사는 지역적인 규모의 배사로, 연속된 배사 모양의 습곡이 있는 것이다. 예로 쥐라기 말부터 백악기 초기에 걸쳐 퍼셀 복배사(브리티시컬럼비아주), 애팔래치아 산맥의 버지니아주·메릴랜드주 북부에 있는 블루 리지 복배사, 펜실베이니아주 중부에 있는 니터니 밸리 등이 있다.

2.1. 구성 요소

배사의 주요 구성 요소는 다음과 같다.

* 경첩 (Hinge) (또는 정점(Apex)): 습곡에서 곡률이 가장 큰 지점이다. 습곡의 꼭대기를 따라 있는 지층의 가장 높은 지점이기도 하다.
* 축면 (Axial plane): 각 지층의 경첩을 연결하는 가상의 평면이다.
* 사면 (Limb): 곡률이 적은 습곡의 양 측면이다.
* 변곡점 (Inflection point): 사면에서 곡률의 방향이 바뀌는 지점이다.

축면이 수직이고 습곡 각 측면의 각도가 동일하면 배사는 대칭이며, 축면이 기울어지거나 벗어나면 배사는 비대칭이다.

2.2. 배사의 유형

* 대칭 배사: 축면이 수직이고 양쪽 사면의 경사각이 동일하다.
* 비대칭 배사: 축면이 기울어져 있고 양쪽 사면의 경사각이 다르다.
* 전도 배사(Overturned anticline): 한쪽 날개가 수직 이상으로 기울어져 지층이 역전된 배사이다.
* 개방형 습곡(Open fold): 날개 사이의 각도가 큰 (70–120도) 습곡이다.
* 밀착형 습곡(Tight fold): 날개 사이의 각도가 작은 (30도 이하) 습곡이다.
* 급강하 배사(Plunging anticline): 경첩이 지표면에 대해 기울어져 있는 배사이다. 지질도에서 급강하 방향을 가리키는 V자를 형성한다.
* 주향사(Doubly plunging anticline): 잘 정의되었지만 곡선형 경첩선을 가지고 이중 급강하를 이루어 늘어난 돔 형태를 띠는 배사이다.
* 돔(Dome): 모든 방향으로 경사져 원형 또는 타원형으로 나타나는 구조이다. 마그마 관입과 같은 기저의 다이어피어 현상이나 암염(염 돔) 및 셰일 (셰일 다이어피어)과 같은 위쪽으로 이동하는 기계적으로 연성적인 물질로 인해 생성될 수 있다. 사하라 사막의 리샤트 구조는 침식으로 드러난 돔으로 간주된다.
* 이중 급강하 배사(Doubly plunging anticline): 양쪽 끝에서 급강하하는 배사로, 여러 변형 또는 두 세트의 습곡의 중첩으로 형성될 수 있다. 기저 분리 단층의 기하학적 구조 및 해당 분리 단층 표면을 따른 변위량 변화와 관련될 수 있다.
* 배사상(Anticlinorium): 일련의 소규모 배사 습곡이 중첩된 대규모 배사이다. 예로는 후기 쥐라기에서 초기 백악기 사이의 퍼셀 배사상(브리티시컬럼비아)과 애팔래치아 산맥의 북부 버지니아와 메릴랜드에 있는 블루 리지 배사상, 또는 펜실베이니아 중부의 나타니 계곡이 있다.

3. 배사의 형성 과정

배사는 일반적으로 역단층 상부에서 발달하며, 따라서 내각의 작은 압축과 움직임은 상부 암석층에 큰 영향을 미칠 수 있다. 산 형성 과정이나 다른 지체구조 과정에서 발생하는 응력은 침상 구조와 엽리 (또는 다른 평면형 특징)를 유사하게 뒤틀거나 구부릴 수 있다. 기저 단층이 지각적으로 더 많이 융기될수록 지층은 더 많이 변형되고 새로운 형태에 적응해야 한다. 형성되는 형태는 각 층 내의 다양한 유형의 암석의 특성과 결합력에 따라 매우 달라진다.

굴곡-미끄럼 습곡의 형성 과정에서, 서로 다른 암석층은 좌굴을 수용하기 위해 평행 미끄럼 습곡을 형성한다. 여러 층이 어떻게 조작되는지 시각화하는 좋은 방법은 카드 한 벌을 구부리고 각 카드를 암석층의 층으로 상상하는 것이다. 배사의 각 측면에서 미끄러짐의 양은 경첩에서 변곡점까지 증가한다.

수동 흐름 습곡은 암석이 너무 부드러워서 약한 플라스틱처럼 행동하고 천천히 흐를 때 형성된다. 이 과정에서 암석체의 서로 다른 부분이 서로 다른 속도로 움직여 전단 응력이 층에서 층으로 점차 이동하게 된다. 이러한 유형의 습곡에서는 층 간의 기계적 대비가 없다. 수동 흐름 습곡은 지층의 암석 구성에 매우 의존하며 일반적으로 고온 지역에서 발생할 수 있다.

4. 배사의 경제적 중요성

배사, 구조적 돔, 단층대 및 층서 트랩은 석유 및 천연 가스 시추에 매우 유리한 위치이다. 낮은 밀도의 석유는 근원암에서 부력을 받아 표면으로 이동하여 사암이나 다공성 석회암과 같은 저류암에 갇히고 저장된다. 석유는 불투수성 지층이나 단층대와 같은 불투수성 장벽으로 구성된 덮개암에 의해 물 및 천연 가스와 함께 갇히게 된다.

배사 내에서 발견되는 물, 광물 및 석회암과 같은 특정 암석 지층도 추출되어 상업화된다. 고대 화석은 종종 배사에서 발견되며 고생물학 연구에 사용되거나 판매용으로 수집된다.

4.1. 석유 및 천연가스 트랩

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배사는 석유 및 천연 가스가 갇히기 좋은 구조적 트랩(Structural trap)을 형성한다. 저밀도의 석유와 천연가스는 부력에 의해 상부로 이동하다가 불투수성 덮개암(Cap rock)에 막혀 배사 구조 내에 집적된다. 세계 석유의 약 80%가 배사 트랩에서 발견된다. 탄화수소(석유나 천연 가스)를 가두는 투수성이 낮은 덮개암으로는 셰일, 석회암, 사암, 암염 등이 있다. 투수성이 낮으면 실제 지질은 중요하지 않다.

4.2. 광물 자원

배사 구조는 열수 용액의 이동 경로를 제공하여 광상 형성에 유리한 조건을 제공한다. 페리클라인(Pericline) 구조는 뜨겁고 금속을 포함한 염수를 모아 아일랜드식 납-아연 광석이나 우라늄 광석 등을 형성한다. 습곡된 지층에서의 극륭부가 파쇄(Shear (geology)^영어)나 단층에 의해 끊어진 곳은 안상 광맥의 금 광석이 퇴적되기 쉬운 장소이다.

5. 한국의 배사 구조

한국은 다양한 지질 시대에 걸쳐 복잡한 지체 구조 운동을 겪었으며, 이로 인해 다양한 규모와 형태의 배사 구조가 발달하였다.

6. 주목할 만한 배사 (해외)

* 가와르 배사는 사우디아라비아에 있는 세계 최대의 유전을 위한 구조 트랩이다.
* 오스트레일리아 뉴사우스웨일스주 힐 엔드 배사는 금 매장과 관련이 있다.
* 오스트레일리아 빅토리아주 캐슬메인 배사 습곡은 "이 훌륭한 표본은 1874년 리틀턴 스트리트 이스트가 건설될 때 드러났습니다. 안장 광맥은 더 낮은 지질학적 지평선의 사암과 슬레이트의 유사한 습곡에서 발생합니다."라는 비문으로 기념된다.

7. 갤러리

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