퇴적 분지
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1. 개요
퇴적 분지는 지권의 침강으로 형성되는 지형으로, 판구조론에 따라 확산형, 수렴형, 렌즈형으로 분류된다. 이러한 분류는 판의 경계, 기저 지각의 특성, 지구역학적 힘, 석유/경제적 잠재력 등을 기준으로 한다. 퇴적 분지는 지권의 신장, 굴곡, 열 침강, 주향 이동 변형 등 다양한 과정을 통해 형성되며, 퇴적 분지 분석과 분지 모델링을 통해 연구된다. 퇴적 분지는 화석 연료 자원 탐사 및 지구의 과거 환경 연구에 중요한 역할을 한다.
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| 퇴적 분지 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 정의 | 장기간의 침강으로 인해 퇴적물로 채워질 공간이 만들어지는 지역 |
| 설명 | 지각이 침강하여 만들어진 저지대로, 그 공간에 퇴적물이 쌓여 형성됨 |
| 형성 과정 | 지각의 침강 퇴적물의 공급 및 축적 |
| 관련 요소 | 퇴적물 지각 침강 |
| 다른 이름 | 퇴적 함몰지 |
| 분류 | |
| 구조적 분류 | 인장성 분지 (예: 열곡 분지) 압축성 분지 (예: 전위 분지) 미끄럼성 분지 |
| 지각 판 구조에 따른 분류 | 판 내부 분지 판 경계 분지 |
| 중요성 | |
| 자원 | 석유, 천연가스 등 탄화수소 자원의 주요 저장소 |
| 고기후 연구 | 과거 기후 및 환경 변화 연구에 중요한 정보 제공 |
| 지질학 연구 | 지각 변동 및 퇴적 작용 연구에 중요한 자료 제공 |
| 지형 | 지형 형성 과정 연구에 중요 |
| 추가 정보 | |
| 관련 학문 | 지질학 퇴적학 구조지질학 |
| 형성 원인 | 지각 변동 및 지질학적 작용 |
| 분포 | 전 세계적으로 분포하며, 대륙과 해양 모두에서 발견 |
| 수명 | 수백만 년에서 수억 년까지 다양 |
| 형태 | 다양한 형태를 가짐 |
| 활용 분야 | |
| 석유 탐사 | 석유 및 천연가스 발견 |
| 지하수 | 지하수 연구 및 개발 |
| 지질 공학 | 지반 안정성 및 지진 연구 |
| 고기후학 | 과거 기후 및 환경 연구 |
2. 퇴적 분지의 분류
퇴적 분지는 십여 가지 유형이 알려져 있지만, 표준으로 인정되는 단일 분류 체계는 없다.[6][15][16][17][11][18][19][20]
퇴적 분지 분류 체계는 다음 기준을 기반으로 한다.
- 판구조 환경: 발산형, 수렴형, 변환 단층 판구조 경계와의 근접성, 분지 형성을 유발하는 구조적 힘의 유형과 기원, 특히 퇴적 작용이 활발했던 시기의 힘.[8][16][7][6]
- 기저 지각의 특성: 대륙 지각 위에 형성된 분지는 해양 지각 위에 형성된 분지와 다르게 지각 평형에 반응한다.
- 분지 형성의 지구역학: 지권이 침강하여 분지를 형성하는 원인이 되는 기계적 및 열적 힘.[17]
- 석유/경제적 잠재력: 분지에 석유가 축적될 가능성, 또는 그 형성 방식.[20]
1990년대 이후 연구에서는 퇴적 분지를 판구조론에 따라 크게 확산형, 수렴형, 렌즈형으로 나누고 있다.[76]
| 퇴적 분지 유형 | 관련 판 경계 유형 | 설명 및 형성 과정 | 현대의 활성 예시 | 고대의 (비활성) 예시 |
|---|---|---|---|---|
| 리프트 분지 | 발산 | 정단층에 의해 형성된 그라벤과 하프그라벤으로 경계 지어지는, 지각의 판구조적 박리(신장)로 인해 생성된 함몰지에 형성되는 길쭉한 퇴적분지이다.[21][22] | | | | |
| 대륙붕 | 발산 | 두 대륙이 완전히 분리되어 해양으로 분리된 후 대륙 주변부를 따라 형성되는 깊은 퇴적분지이다.[26][27] |  | | |
| 전방 분지 | 수렴 | 성장하는 산맥이 대륙권역 위에 생성하는 무게로 인해 판이 아래로 휘어질 때 형성된다.[40][41] | | | | |
| 후궁 분지 | 수렴 | 해구 후퇴 과정에서 판 경계에서 발생하는 장력이 상반되는 판을 섭입되는 해양판쪽으로 끌어당길 때, 화산호 뒤쪽에서 지각의 신장과 박리로 인해 형성된다.[42][43][44] |  | | |
| 전호 분지 | 수렴 | 활동적인 화산호와 해구 사이 틈에서 형성된 퇴적 분지 | | | | |
| 해구 | 수렴 | 해양판이 다른 판 아래 맨틀로 하강하는 곳에 형성되는 깊고 선형적인 함몰지 | | | | |
| 풀어파트 분지 | 변환 | 주향 이동 단층을 따라 단층의 기하학적 굴곡이나 분리로 인해 발생하는 장력으로 생성되는 함몰지[57][58][59] | | | | |
| 크라톤 분지 (분지 내 크라톤 분지) | 없음 | 대륙 크라톤 가장자리에서 멀리 떨어진 곳에서 대륙권의 장기간에 걸친 광범위하지만 느린 침강으로 인해 형성된 넓고 비교적 얕은 분지 | | | | |
중생대 이전에 형성된 전면 분지는 신생대의 삼각주 분지보다 화석 연료 자원 산출 가능성이 높다.[76] 1991년 조사에 따르면 대규모 유전·가스전은 전면 분지, 다중 분지, 안정 대륙붕 분지에 주로 분포한다.[76]
2. 1. 판 구조 환경에 따른 분류
퇴적 분지는 판 구조 환경에 따라 다양하게 분류될 수 있는데, 널리 인정받는 단일 분류 체계는 없다.[6][15][16][17][11][18][19][20] 일반적으로 다음과 같은 기준을 사용한다.- 판구조 환경: 발산형, 수렴형, 변환 단층 판구조 경계와의 근접성, 분지 형성을 유발하는 구조적 힘의 유형과 기원, 특히 퇴적 작용이 활발했던 시기의 힘.[8][16][7][6]
- 기저 지각의 특성: 대륙 지각 위에 형성된 분지는 해양 지각 위에 형성된 분지와 다르게 지각 평형에 반응한다.
- 분지 형성의 지구역학: 지권이 침강하여 분지를 형성하는 원인이 되는 기계적 및 열적 힘.[17]
- 석유/경제적 잠재력: 분지에 석유가 축적될 가능성, 또는 그 형성 방식.[20]
1990년대 이후 연구에서는 퇴적 분지를 판구조론에 따라 크게 확산형, 수렴형, 렌즈형으로 나누고 있다.[76]
| 퇴적 분지 유형 | 관련 판 경계 유형 | 설명 및 형성 과정 | 현대의 활성 예시 | 고대의 (비활성) 예시 |
|---|---|---|---|---|
| 크라톤 분지 (분지 내 크라톤 분지) | 없음 | 주변 지역에 비해 대륙 크라톤의 가장자리에서 멀리 떨어진 곳에서 대륙권의 장기간에 걸친 광범위하지만 느린 침강으로 인해 형성된 넓고 비교적 얕은 분지이다. 일반적으로 원형에 가깝고, 장기간의 지각 안정성으로 인해 오랫동안 평평하게 놓여 있고 비교적 변형되지 않은 천해 해양 또는 육상 퇴적암으로 채워진다. | | | | |
이러한 퇴적 분지 중, 중생대 이전에 형성된 전면 분지는 신생대의 삼각주 분지보다 화석 연료 자원 산출 가능성이 높다.[76] 1991년 조사에 따르면 대규모 유전·가스전은 전면 분지, 다중 분지, 안정 대륙붕 분지에 주로 분포한다.[76]
2. 1. 1. 발산형 퇴적 분지
발산형 퇴적 분지는 판구조론에서 발산 경계에서 형성되는 분지로, 단순한 함몰이나 새로운 해양 지각의 형성, 대륙 지각의 장력에 의해 형성된다.[76] 대륙 지각에서는 정단층에 기인하는 지괴와 지구의 발달이 특징적이다.[76]
발산형 퇴적 분지는 다음과 같이 세분화된다.[76]
- 리프트 분지
- 안정 대륙붕 분지
- * 삼각주 분지
- 크라톤 내륙 분지
- 배호 분지
- 후방 분지
- 다중 분지
| 종류 | 설명 | 예시 |
|---|---|---|
| 리프트 분지 | 발산 경계에서 지각의 판구조적 박리(신장)로 인해 생성된 함몰지에 형성되는 길쭉한 퇴적분지이다. 일반적으로 정단층에 의해 형성된 그라벤과 하프그라벤으로 경계 지어진다.[21][22] | | |
| 대륙붕 | 발산 경계에서 두 대륙이 완전히 분리되어 해양으로 분리된 후 대륙 주변부를 따라 형성되는 깊은 퇴적분지이다.[26][27] 수천만 년에 걸친 기저권역의 냉각 및 밀도 증가는 침강을 유발하여 인접한 대륙에서 침식된 두꺼운 퇴적물이 축적될 수 있게 한다.[28][29][30] | (표 생략) |
2. 1. 2. 수렴형 퇴적 분지
수렴형 퇴적 분지는 해양판의 섭입이나 대륙판끼리의 충돌과 같은 요인에 의해 수렴 경계에서 형성된다.[76] 이때 판의 접합 부분에서는 역단층이나 역단층을 수반하는 비대칭의 배사 구조가 발달한다.[76]
수렴형 퇴적분지는 활발하게 성장하는 산맥에 인접하고 평행하게 발달하는 길쭉한 분지로, 성장하는 산맥이 대륙권역 위에 생성하는 엄청난 무게로 인해 판이 아래로 휘어질 때 형성된다.[40][41] 전방 분지는 다음과 같이 두가지 유형으로 나뉜다.
- ''주변 전방 분지'' - 일반적으로 대륙 충돌에 의한 조산 작용으로 인해 형성되는 거대한 산맥의 지형적 하중이 판 위로 밀려들어 산맥 전면을 따라 대륙권이 아래로 휘어지는 경우
- ''후궁 전방 분지'' - 수렴성 판 경계와 관련된 활동적인 화산호 뒤(육지쪽)에 형성되는 분지
후궁 분지는 해구 후퇴라고 알려진 과정에서 판 경계에서 발생하는 장력이 상반되는 판을 섭입되는 해양판쪽으로 끌어당길 때, 화산호 뒤쪽에서 지각의 신장과 박리로 인해 형성된다. 이것은 섭입되는 해양 지각이 오래되고(5500만 년 초과), 따라서 더 차갑고 밀도가 높으며, 30도 이상의 각도로 섭입될 때만 발생한다.[42][43][44]
전호 분지는 활동적인 화산호와 관련된 해구 사이의 틈에서 수렴성 판 구조 경계와 관련하여 형성된 퇴적 분지로, 따라서 섭입되는 해양판 위에 위치한다. 전호 분지의 형성은 종종 선형 댐 역할을 하는 부가대의 수직 성장으로 인해 화산호와 평행하게 형성되어 퇴적물이 축적될 수 있는 함몰지가 생성된다.[45][46][47]
해구 분지는 섭입되는 해양판이 상반되는 대륙판(안데스형) 또는 해양판(마리아나형) 아래의 맨틀로 하강하는 곳에 형성되는 깊고 선형적인 함몰지이다. 해구는 심해에 형성되지만, 특히 상반되는 판이 대륙 지각일 경우 침식된 해안 산맥에서 두꺼운 퇴적층이 축적될 수 있다. 해구와 관련하여 작은 '해구 사면 분지'는 성장하고 모양이 변하면서 고여 있는 분지를 생성하는 관련 부가대 위에 직접 형성될 수 있다.[53][54]
2. 1. 3. 변환형(렌즈형) 퇴적 분지
Transform fault영어 분지라고도 불리는 렌즈형 퇴적분지는 주향 이동 단층의 활동에 의해 형성되며, 꽃 모양 구조나 습곡 구조의 발달이 특징적이다.[76] 풀어파트 분지는 주요 주향 이동 단층을 따라 단층의 기하학적 굴곡이나 분리로 인해 발생하는 장력으로 생성되는 함몰지이다.[57][58][59] 풀어파트 분지는 종종 마름모꼴, S자형, 또는 Z자형을 띤다.[60]
다음은 렌즈형 퇴적 분지의 예시이다.
| 종류 | 예시 |
|---|---|
| 풀어파트 분지 | 사해[61], 로스앤젤레스 분지, 카이만 해구, 솔턴 해구, 그램스캐소 분지[62], 리지 분지[63][64] |
| 산간 분지 | |
| 변환 단층 대륙붕 분지 | |
| 습곡대 렌즈 분지 |
퇴적 분지는 주로 지권의 지역적인 침강으로 인해 형성되며, 이는 몇 가지 지구역학적 과정의 결과이다.
3. 퇴적 분지 형성 과정
퇴적 분지 형성의 주요 원인은 다음과 같다.
이러한 과정들은 복합적으로 작용하여 다양한 형태의 퇴적 분지를 형성한다.
3. 1. 지권 신장
지권이 수평적으로 신장되면(분리되거나 '능선 밀기' 또는 '해구 당기기' 등의 메커니즘에 의해) 두 가지 효과가 나타난다. 지권 하부의 뜨거운 부분은 신장 영역에서 천천히 멀어져 "흐르고", 상부의 차갑고 취성인 지각은 단층이 생기고 파괴된다. 이로 인해 신장 지역의 지표면이 침강하여 지리적 저지대가 형성되고, 이곳은 물이나 퇴적물로 채워진다. (고무 조각을 늘리면 중간이 얇아지는 것과 같다.)
지권 신장으로 형성된 분지의 예로는 북해가 있으며, 이곳은 탄화수소 매장량이 많은 지역이다. 또 다른 예로는 네바다 대부분을 덮고 호르스트와 그라벤 구조를 형성하는 분지와 산맥 지방이 있다.
대륙 분리가 일어나는 발산 경계에서 지각 신장은 새로운 해양 분지를 만들어 해양이나 리프트대의 실패로 이어질 수 있다. 지권 신장의 또 다른 예시는 중앙 해령이 있는 해양 분지 형성이다. 홍해는 판 구조론적 맥락에서 초기 해양이다. 홍해 입구는 인도양 해령, 홍해 리프트, 동아프리카 지구대가 만나는 지질학적 삼중점이다. 이곳은 해양 지각의 삼중점이 지표에 노출된 지구상 유일한 곳이다. 이는 접합부의 높은 열 부력(열 침강)과 해저 지각의 국부적 주름이 홍해의 댐 역할을 하기 때문이다.
3. 2. 지권 굴곡
암권 굴곡은 지역적인 침강을 일으켜 퇴적 분지를 형성하는 또 다른 지구역학적 메커니즘이다. 암권에 하중이 가해지면 탄성판처럼 휘어지는 경향이 있다. 암권 굴곡의 크기는 가해진 하중과 암권의 ''굴곡 강성''에 따라 달라지며, 굴곡의 파장은 암권 판의 굴곡 강성에 따라 결정된다. 굴곡 강성 자체는 암권 광물 조성, 열 체계, 암권의 유효 탄성 두께에 따라 달라진다.[4]
분지 형성 과정을 유도할 만큼 암권에 충분한 하중을 생성할 수 있는 판 구조 과정은 다음과 같다.
어떤 종류의 퇴적 분지가 형성되기 시작한 후, 분지를 채우는 물과 퇴적물에 의해 생성된 하중은 추가적인 하중을 만들어 낸다. 이는 분지의 초기 형성 원인에 관계없이 분지를 만든 원래의 침강을 증폭시키는 추가적인 암권 굴곡을 일으킨다.[4]
3. 3. 열 침강
암석권 판, 특히 젊은 해양 지각이나 최근에 신장된 대륙 지각의 냉각은 열침강을 일으킨다. 판이 냉각됨에 따라 수축하고 열 수축을 통해 밀도가 높아진다. 액체에 떠 있는 고체와 유사하게, 암석권 판의 밀도가 높아짐에 따라 등지균형이라는 평형 과정을 통해 하부 맨틀을 더 많이 치환하기 때문에 가라앉는다.
열침강은 해양 지각에서 특히 측정 가능하고 관찰 가능한데, 그 이유는 하부 지각의 시대와 해양 깊이 사이에 잘 확립된 상관관계가 있기 때문이다. 새롭게 형성된 해양 지각은 수천만 년에 걸쳐 냉각된다. 이것은 새로운 해양 지각 아래에 있는 열곡 분지, 후궁 분지 및 대륙붕의 침강에 중요한 기여를 한다.
3. 4. 주향 이동 변형
주향이동 단층 운동 환경에서 지권의 변형은 주로 거의 수평인 최대 및 최소 주응력의 결과로 지구 표면의 평면에서 발생한다. 이러한 판 경계와 관련된 단층은 주로 수직이다. 이러한 수직 단층면이 굴곡을 만날 때마다 단층을 따라 움직이면 국부적인 압축 또는 장력 영역이 생성될 수 있다.
단층면의 곡선이 멀어지면 ''신장'' 영역이 발생하며, 때로는 퇴적 분지(흔히 풀-어파트 분지 또는 주향이동 분지라고 함)를 생성할 만큼 크고 오래 지속될 수 있다.[7] 이러한 분지는 대략 마름모꼴 모양이며 ''마름모 균열''이라고도 할 수 있다. 전형적인 마름모 균열의 예로는 사해 균열이 있는데, 여기서 아라비아 판이 아나톨리아 판에 대해 북쪽으로 이동함에 따라 주향이동 분지가 생성되었다.
반대 효과는 ''압축''인데, 여기서 곡선 단층면의 수렴 운동으로 단층의 반대쪽이 충돌한다. 한 예로 로스앤젤레스 북쪽의 샌버너디노 산맥이 있는데, 이는 샌안드레아스 단층 시스템의 곡선을 따라 수렴된 결과이다. 노스리지 지진은 주향이동 단층 환경에서 굴곡에 대해 "뭉쳐지는" 국부적인 역단층을 따라 수직 운동으로 인해 발생했다.
4. 퇴적 분지 연구
퇴적분지 자체에 대한 연구는 퇴적분지 분석이라고 불린다.[4][73] 역동적인 지질 과정을 통해 퇴적분지가 어떻게 진화했는지 정량적으로 모델링하는 연구는 분지 모델링이라고 한다.[74]
퇴적분지를 채우고 있는 퇴적암은 지구 표면의 진화에 대한 가장 완전한 역사 기록을 가지고 있다. 이러한 암석에 대한 지역적인 연구는 지구의 과거 판구조론(고판구조론), 지리(고지리), 기후(고기후학), 해양(고해양학), 서식지(고생태학) 및 고생물지리학)을 이해하고 재구성하기 위한 다양한 과학적 조사의 주요 기록으로 사용될 수 있다. 따라서 퇴적분지 분석은 순수 과학적 및 학문적 이유뿐만 아니라, 전 세계의 화석연료 매장량 대부분이 퇴적분지에서 형성되었기 때문에 경제적으로도 중요한 연구 분야이다.
특정 지역의 역사에 대한 이러한 모든 관점은 시간이 지남에 따라 하나 이상의 퇴적분지의 충전으로 인해 생성된 대규모 3차원 퇴적암체 연구를 기반으로 한다. 층서학 및 최근 수십 년 동안 시퀀스 층서학에 대한 과학적 연구는 전 지구적 해수면 변화와 지역적 판구조론의 영향을 받은 이 퇴적암체의 3차원 구조, 패키징 및 층상 구조를 이해하는 데 초점을 맞추고 있다.
4. 1. 퇴적 분지 분석
퇴적분지 자체를 연구하는 것은 종종 퇴적분지 분석이라고 한다.[4][73] 역동적인 지질 과정을 통해 퇴적분지가 어떻게 진화했는지 정량적으로 모델링하는 연구는 분지 모델링이라고 한다.[74]퇴적분지를 채우고 있는 퇴적암은 지구 표면의 진화에 대한 가장 완전한 역사 기록을 보유하고 있다. 이러한 암석의 지역적 연구는 지구의 과거 판구조론(고판구조론), 지리(고지리), 기후(고기후학), 해양(고해양학), 서식지(고생태학 및 고생물지리학)을 이해하고 재구성하기 위한 다양한 과학적 조사의 주요 기록으로 사용될 수 있다. 따라서 퇴적분지 분석은 순수 과학적 및 학문적 이유로 중요한 연구 분야이다. 그러나 전 세계의 화석연료 매장량 대부분이 퇴적분지에서 형성되었기 때문에 퇴적분지 형성 및 진화 과정을 이해하는 데는 중요한 경제적 인센티브도 있다.
특정 지역의 역사에 대한 이러한 모든 관점은 시간이 지남에 따라 하나 이상의 퇴적분지의 충전으로 인해 생성된 대규모 3차원 퇴적암체 연구에 기반한다. 층서학 및 최근 수십 년 동안 시퀀스 층서학에 대한 과학적 연구는 시간에 따라 작용하는 퇴적 과정의 결과로서, 전 지구적 해수면 변화와 지역적 판구조론의 영향을 받은 이 퇴적암체의 3차원 구조, 패키징 및 층상 구조를 이해하는 데 초점을 맞추고 있다.
4. 2. 분지 모델링
역동적인 지질 과정을 통해 퇴적 분지가 어떻게 진화했는지 정량적으로 모델링하는 연구는 분지 모델링이라고 한다.[74]4. 3. 연구 방법
퇴적분지 자체를 연구하는 것은 종종 퇴적분지 분석이라고 한다.[4][73] 역동적인 지질 과정을 통해 퇴적분지가 어떻게 진화했는지 정량적으로 모델링하는 연구는 분지 모델링이라고 한다.[74]퇴적분지의 충전물을 구성하는 퇴적암이 지표에 노출되어 있는 곳에서는, 전통적인 야외 지질 조사와 항공사진 촬영 기법뿐만 아니라 위성 영상을 이용하여 퇴적분지를 연구할 수 있다. 퇴적분지의 충전물 대부분은 지표 아래, 종종 해양에 잠겨 있어 직접 연구할 수 없는 경우가 많다. 탄성파 탐사를 통해 얻은 자료를 탄성파 자료 획득 과정을 거쳐 탄성파 지층학이라는 특수 분야를 통해 연구하는 원격 탐사는 분지 충전물의 3차원 구조를 이해하는 주요 수단이다.
암석 자체를 직접 채취하는 방법은 시추공을 뚫고 코어 샘플과 시추 암편 형태로 암석 샘플을 회수하는 것이다. 이를 통해 지질학자들은 암석의 작은 샘플을 직접 연구할 수 있으며, 고생물학자들이 포함된 미화석을 연구하는 데에도 매우 중요한 역할을 한다(미고생물학).
시추 중인 시추공은 시추공 검층이라고 알려진 과정에서 전자 장비를 시추공 길이를 따라 끌어올리면서 조사된다. 때로는 시추공 지구물리학이라고도 불리는 시추공 검층은 시추공 주변 암석의 전자기적 및 방사성 특성과 시추 과정에 사용되는 유체와의 상호 작용을 사용하여 시추공 길이를 따라 암석의 연속적인 기록을 생성하며, 이는 여러 곡선의 그룹으로 표시된다. 여러 시추공 간의 검층 곡선 비교는, 특히 탄성파 지층학과 함께 사용될 경우 퇴적분지의 지층을 이해하는 데 사용될 수 있다.
참조
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