향산리 돌로마이트질 석회암층

1. 개요

향산리 돌로마이트질 석회암층은 주로 백색 또는 회백색의 돌로마이트질 석회암으로 구성되며, 충주시 일대에 분포한다. 이 지층은 다양한 지질도폭에 걸쳐 연구되었으며, 시대는 신원생대로 해석된다. 과거에는 고생대 캄브리아기 지층으로 보기도 했다. 향산리 돌로마이트질 석회암층은 활석 광상의 모암이며, 현재는 충주 활옥동굴로 관광 자원화되었다.

2. 지질학적 특징

향산리 돌로마이트질 석회암층은 흰색이나 회백색을 띠는 돌로마이트질 석회암으로, 충주시 종민동에서 목벌동, 살미면 향산리를 거쳐 대소원면 매현리까지 띠 모양으로 분포한다. 계명산층을 정합으로 덮고 있으며, 녹렴석, 석류석, 규회석 등으로 구성된 스카른 광물이 발달하기도 한다.

이 지층의 지질 시대에 대해서는 여러 견해가 있었다. 이종혁(1972)은 옥천 누층군의 맨 밑에 있다고 보았고, 장기홍(1972)은 고배류 화석을 발견하여 고생대 캄브리아기에 해당한다고 주장했다. 이하영 외(1989)는 충주시와 옥천군에서 Microdictyon sp.? 화석을 발견하고 캄브리아기로 추정했으나, 최덕근 외(2012)는 이 화석의 존재를 재확인해야 한다고 주장했다.

최덕근 외(2012)는 층서적 위치를 근거로 향산리 돌로마이트층이 신원생대 지층이라고 밝혔다. 또한 장기홍(1972)이 발견한 고배류 화석은 고배류 화석이 아닌 것으로 확인되었다.

2.1. 암상 및 구성 광물

향산리 돌로마이트질 석회암층은 주로 백색 내지 회백색의 돌로마이트질 석회암으로 구성되어 있으며, 곳에 따라 녹렴석, 석류석, 규회석 등으로 구성된 스카른 광물이 발달한다. 이 지층은 치밀하고 부분적으로 판상 구조를 나타내는 돌로마이트질 석회암과 백색~담홍색의 결정질 괴상(塊狀; 덩어리 모양) 석회암으로 구성된다.

2.2. 분포 지역

향산리 돌로마이트질 석회암층은 충주시 종민동에서 목벌동, 살미면 향산리를 거쳐 대소원면 매현리까지 계명산층의 남동부를 따라 띠 모양으로 분포한다. 이 지층은 하부의 계명산층을 정합으로 덮으며, 백색 내지 회백색의 돌로마이트질 석회암으로 구성된다. 곳에 따라 녹렴석, 석류석, 규회석 등으로 구성된 스카른 광물이 발달한다. 종민동 남동부와 살미면 재오개리에서는 각각 동-서 및 서북서-동남동 주향의 주향 이동 단층에 의해 250~450 m 정도 수평으로 변위된다.

목벌동에서는 계명산층 분포지 동쪽에 대규모로 분포하는 활석 광상의 모암(母巖)이다. 이 지층은 치밀하고 부분적으로 판상 구조를 나타내는 돌로마이트질 석회암과 백색~담홍색 결정질 괴상 석회암으로 구성되며, 남에서 북으로 갈수록 주향이 북동 60°에서 북서 50°로, 경사가 북서 65°에서 남서 70°로 변한다. 이 부분에 충주 활옥동굴이 발달한다.

용탄동과 종민동에도 분포하며, 용탄동에서는 단층과 화강암의 관입으로 분포가 끊어진다. 계명산층과 정합 또는 단층으로 접하고, 대향산 규암층과는 정합으로 접한다. 충주층군의 중부 지층으로서 지표면에서는 외관상 계명산층에 의해 덮이는 것처럼 보이나, 이는 충주층군 전체가 역전되어 있기 때문이다. 유백색 또는 회색을 띠며, 동-서 주향에 남쪽으로 경사한다.

2.3. 지질 시대

이종혁(1972)은 향산리 돌로마이트질 석회암층이 옥천 누층군의 맨 밑에 놓인다고 보았다. 이 지층은 돌로마이트보다는 석회규산염암 또는 방해석편암(calc-schist)에 가깝다.

장기홍(1972)은 향산리 돌로마이트층에서 고배류 화석을 발견하고, 이 지층을 고생대 캄브리아기에 해당한다고 주장했다. 화석이 발견된 곳은 충주시 살미면 향산리 32-2 (N 36°55'40.76", E 127°56'09.57")이며, 돌로마이트 지층 내에 소규모 습곡과 단층 등이 발달한다.

이하영 외(1989)는 충주시와 옥천군의 향산리 돌로마이트층에서 Microdictyon sp.?의 화석을 발견하고, 향산리 돌로마이트층을 고생대 캄브리아기에 대비하였다. 그러나 최덕근 외(2012)는 이 화석의 존재가 재확인되어야 한다고 주장했다.

최덕근 외(2012)는 향산리 돌로마이트층이 층서적으로 계명산층(870 Ma)과 문주리층(750 Ma) 사이에 있어 신원생대의 지층으로 해석된다고 밝혔다. 또한 장기홍(1972)이 발견한 고배류 화석은 사실 고배류 화석이 아닌 것으로 확인되었다.

3. 연구사

향산리 돌로마이트질 석회암층에 대한 연구는 여러 학자들에 의해 진행되었다. 초기에는 이종혁(1972)과 장기홍(1972)이 지층의 순서와 시대에 대해 연구했고, 1980년대와 1990년대에는 강지훈과 류충렬(1997), 이하영 외(1989)가 암석 성분과 화석을 바탕으로 연구를 진행했다. 2000년대 이후에는 유인창과 김태훈(2009), 최덕근 외(2012)가 지층의 구성 암석과 계명산층과의 관계 등을 조사하였다.

3.1. 초기 연구 (1960년대~1970년대)

이종혁(1972)은 기존의 층서를 뒤집어 향산리 돌로마이트질 석회암층이 맨 밑에 놓인다고 주장했다. 이 지층은 돌로마이트라기보다 석회규산염암 내지 방해석편암(calc-schist)으로 변한다.

장기홍(1972)은 향산리 돌로마이트층에서 고배류 화석을 보고하고 이 지층을 고생대 캄브리아기에 해당한다고 주장했다. 화석이 발견된 곳은 충주시 살미면 향산리 32-2 (N 36°55'40.76", E 127°56'09.57")로 돌로마이트 지층 내에 소규모 습곡과 단층 등이 발달한다.

3.2. 1980년대~1990년대 연구

강지훈과 류충렬(1997)은 향산리 돌로마이트층이 진흙 성분의 운모편암, 염기성 성분의 녹색암, 탄산염 성분의 결정질 석회암으로 구성된다고 하였다. 이 층은 구조적으로 위에 있는 계명산층의 염기성 및 산성질암과 접하고, 구조적으로 아래에 있는 대향산 규암층의 변성암류와 접한다.

이하영 외(1989)는 충주시와 옥천군의 향산리 돌로마이트층에서 Microdictyon sp.? 화석을 발견하고, 향산리 돌로마이트층을 고생대 캄브리아기에 해당한다고 주장했다. 그러나 최덕근 외(2012)는 이 화석의 존재를 다시 확인해야 한다고 하였다.

3.3. 2000년대 이후 연구

유인창과 김태훈(2009)은 충주시 종민동-목벌동 지역의 향산리 돌로마이트층을 조사하였다. 이들은 향산리 돌로마이트층이 주로 유백색~담회색 돌로마이트, 담적색 호상 석회암, 녹색의 석회질-니질암으로 구성되며, 얇은 층의 규암이 돌로마이트 내에 포함되어 있다고 설명했다. 또한, 향산리 돌로마이트층과 계명산층의 경계에는 단층이 발달하고 있다고 하였다.

최덕근 외(2012)는 향산리 돌로마이트층이 유백색~담회색의 덩어리 모양(일부 층을 이루는) 돌로마이트와 석회암으로 구성되며, 두께 1m 이하의 규암과 고철질 화산암층이 함께 나타난다고 설명했다. 이 지층은 충주호 서부 지방도 제531호선을 따라 잘 드러나며, 층서적으로 계명산층(870 Ma)과 문주리층(750 Ma) 사이에 있어 신원생대 지층으로 해석된다. 장기홍(1972)이 발견한 고배류 화석은 실제 고배류 화석이 아닌 것으로 확인되었다.

4. 경제적 가치

향산리 돌로마이트질 석회암층은 활석 채광이 활발했던 충주 활옥동굴(구 동양활석광산)에서 경제적 가치를 확인할 수 있다. 이곳에서는 활석을 채굴했으며, 현재는 관광지로 활용되고 있다.

4.1. 동양활석광산 (현 충주 활옥동굴)

동양활석광산은 충주시 목벌동에 있는 활석 광산으로 오늘날 충주 활옥동굴이 되었다.

* 동양활석광산의 광체는 하누골, 돈대미, 신흥 본항, 중원, 조선 6개 광체에서 개발되었으며 이들 광체는 향산리 돌로마이트질 석회암층 중, 대향산 규암층과의 경계로부터 약 40~80 m (주로 60 m) 지점의 돌로마이트 내에 발달한다. 이 6개의 광체는 향산리 돌로마이트층의 동일층준을 따라 산출되나 지표에서 수평방향으로는 첨멸되어 연속되지 못하고 경사방향으로 발달하여 파이프 모양으로 서쪽으로 40°경사하여 산출된다. 활석광체가 있는 곳은 대체로 배사 습곡의 머리 부분에 해당하며 배사 습곡의 축과 평행한 소규모 습곡이 우세하게 발달한다.
* 김형식과 조동수(1993)는 충주 목벌동 활석광상의 활석은 향산리 돌로마이트질 석회암층 내 규질 돌로마이트가 옥천변성대를 형성한 중압형 광역변성작용을 받아 형성된 것으로 추정하였으며 접촉변성작용 또는 열수 작용의 흔적은 찾아볼 수 없다고 하였다. 변성 기원의 증거로는 열수 광상 주변에 일반적으로 나타나는 유화 광물이나 스카른 광물의 존재가 확인되지 않았고, 석영맥은 광산 주변에 국한되지 않고 광역적으로 발달한다는 점을 들었다.
* 박희인 외(1995)는 향산리 돌로마이트를 하부의 돌로마이트, 중부의 석회암, 상부의 돌로마이트 3개 층준으로 나누었으며 지층의 전체 두께는 300~400 m라고 하였다. 하부 돌로마이트층은 두께 100~200 m이며 백색 돌로마이트로 구성된다. 중부 석회암층은 분홍색의 호상석회암으로 구성되며 박층의 회색 석회암, 규암-견운모편암, 백색 돌로마이트, 규암, 석회질천매암이 협재된다. 상부 돌로마이트층은 백색 돌로마이트와 규암으로 구성되며 두께는 8~28 m이다. 동양활석광상의 광화대는 모두 대향산 규암층과의 경계에서 상부 40~80 m의 하부 돌로마이트층에 발달하며 광체는 지층 중에 발달하는 침강습곡 내에 발달한다. 이들은 활석광상이 옥천대가 겪은 여러 차례의 변형 작용중 마그마 기원의 유체에 의하여 생성된 열수교대 광상으로 해석된다고 하였다.
* 신동복 외(2004)에 의하면 동양활석광상에서 향산리 돌로마이트층은 하부의 돌로마이트, 중부의 담적색의 호상석회암 그리고 상부의 돌로마이트로 구성된다. 광체는 하부 돌로마이트층에 발달하며 두께 100~200 m의 백색 돌로마이트로 구성된다.

5. 충주 활옥동굴

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1900년에 발견된 활옥광산(구 동양광산)은 옥천 누층군 향산리 돌로마이트질 석회암층에서 백옥, 활석, 백운석을 채취하던 곳이다. 100년이 넘는 기간 동안 갱도 57km(비공식 87km), 수직고 711m가 개발되었고, 아시아 최대 규모의 500마력 권양기, 45° 경사 사갱, 광차 등이 보존되어 있다. 전성기에는 충주시민 1천여 명이 일했으나, 1990년대 이후 쇠퇴하여 2019년 충주 활옥동굴로 재탄생하였다.

5.1. 개발 배경 및 역사

활옥광산(구 동양광산)은 1900년에 발견되어 옥천 누층군 향산리 돌로마이트질 석회암층에서 백옥, 활석, 백운석(돌로마이트)을 채취하던 광산이다. 100년이 넘는 기간 동안 갱도 57 km(비공식 87 km)와 수직고 711 m가 개발되었으며, 아시아 최대 규모의 500마력 권양기, 지하로 내려가는 45° 경사의 사갱, 광차 등이 현장에 보존되어 있다. 전성기에는 충주시민 1천여 명이 일할 정도로 성장하였으나, 1990년대 이후 고품질 원석이 고갈되어 쇠퇴하였다. 이후 2019년 관광 자원으로 개발되어 관광 동굴인 충주 활옥동굴로 재탄생하였다.

5.2. 주요 시설 및 볼거리

활옥동굴은 100년이 넘는 기간 동안 갱도 57km(비공식 87km)와 수직고 711m가 개발된 광산이었다. 현재는 관광 동굴로 개발되어 과거 광산 시설과 동굴 내부의 다양한 볼거리를 제공한다.

동굴 내부에는 아시아 최대 규모의 500마력 권양기, 지하로 내려가는 45° 경사의 사갱, 광차 등이 현장에 보존되어 있다. 또한 습곡, 정단층, 지하수가 유출되는 낙수 구간, 동굴 농원, 철갑상어가 서식하는 동굴 호수 등 다양한 볼거리가 있다.

활옥동굴은 드라마 DP의 촬영 장소로도 활용되었다.

5.3. 동굴 내부 지질

충주 활옥동굴 내부에는 습곡, 정단층 등의 지질 구조와 석회암, 셰일 등의 암석이 발달해 있다. 특히 동굴 입구의 기프트샵을 지나 첫 번째 갈림길이 나오기 전에는 대규모 습곡의 모습을 관찰할 수 있다.

동굴 내부에는 정단층의 모습도 관찰할 수 있다.

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또한, 석회암과 셰일이 교차하는 모습도 관찰할 수 있다.