변환 단층
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1. 개요
변환 단층은 지구 표면에서 지각의 생성이나 소멸 없이 두 판이 수평으로 미끄러지는 보존적 판 경계의 일종이다. 주향 이동 단층과 유사하게 판이 수평으로 이동하지만, 판 경계의 일부라는 점에서 차이가 있다. 변환 단층은 주로 해령과 해령, 해구와 해구, 해령과 해구를 연결하며, 샌앤드루스 단층, 알파인 단층 등이 대표적이다. 변환 단층은 지진 발생 지역이며, 해저 지각의 고지자기 줄무늬를 통해 변환 단층의 움직임을 확인할 수 있다.
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- 구조지질학 - 단층
단층은 지각 변동으로 암석이 끊어져 어긋난 구조로, 전단력에 의해 형성되며, 지진 발생의 주요 원인이 되고 다양한 자연재해와 사회적 문제를 유발하며, ESR, OSL 연대측정법 등으로 연구된다. - 구조지질학 - 부가체
부가체는 해양판 섭입 시 해양판 일부와 퇴적물이 대륙판에 부착되어 형성되는 쐐기 모양 지질 구조로, 다양한 물질을 포함하며 역단층으로 특징지어지고, 임계 테이퍼에 따라 삼각형으로 성장하며, 판구조론, 자원 탐사, 지진 연구 등 다양한 분야에 활용된다. - 판 구조론 - 섭입
섭입은 판 구조론의 핵심 과정으로, 밀도가 높은 지각판이 다른 지각판 아래로 가라앉는 현상이며, 지진, 화산 활동, 조산 운동과 같은 지각 활동과 해구, 화산호 등의 지형적 특징을 형성하고 지구의 지질학적 진화와 자연재해 발생에 영향을 미치는 지구상 유일한 행성 규모의 현상이다. - 판 구조론 - 판 (지각)
판은 지구 표면을 덮는 조각으로, 대륙판과 해양판으로 구분되며, 유라시아판, 태평양판, 아프리카판 등 14~15개의 주요 판과 40여 개의 소규모 판으로 구성되어 있다. - 단층 - 동래 단층
동래 단층은 부산광역시와 양산시 일대에 위치하며 신생대 고제3기에 활동했고, 북북동 방향으로 연장되며, 도시 개발과 지형에 영향을 미치는 활성단층 여부가 연구 과제로 남아있다. - 단층 - 양산 단층
양산 단층은 한반도 동남부 경상 분지를 가로지르는 북북동-남남서 방향의 주향 이동 단층으로, 여러 단층들의 집합체인 양산 단층대에 속하며, 과거 활동 이력과 최근 지진 발생으로 활성단층으로 주목받고 있다.
| 변환 단층 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 변환 단층 |
| 특징 | 수평 운동이 주된 단층 |
| 설명 | |
| 기타 | |
2. 변환 단층의 정의 및 특징
지구 표면에서 지권의 추가나 손실이 없기 때문에 변환 단층은 '''보존적 판 경계'''라고도 불린다.[3]
존 튜조 윌슨은 해령이 단층에 의해 엇갈리는 현상이 해리 필딩 리드의 탄성반발설에서 유추되는 지질학적 지표나 울타리가 엇갈리는 고전적인 패턴을 따르지 않는다는 것을 인지했다.[4] 그는 1965년 네이처지에 새로운 유형의 단층[5]을 발표하고, 이를 변환단층으로 명명했다. 변환 단층은 엇갈린 지질학적 특징에 대한 표준 해석에서 추측되는 것과 반대 방향으로 미끄러짐이 발생하며, 단층이 분리하는 해령 사이의 거리를 증가시키지 않는다. 해령은 확장 중심이기 때문에 지진 발생 시 거리는 일정하게 유지된다. 이 가설은 단층면 해석 연구를 통해 확인되었다.[6]
변환 단층은 초기에는 우수향 단층 또는 좌수향 단층으로 여겨졌으나, 중앙 해령 사이의 단층에서는 해령 사이에서만 변위량이 크고, 해령을 넘는 곳에서 급격히 작아진다. 이는 잔류자기 연구 등을 통해 해저 지각 형성 시대부터 나타나는 명확한 거동이다. 윌슨은 대륙 분열 시 원래 중앙 해령을 교차하는 약한 부분이 대륙 이동 시에 갈라진 틈이 된 우수향 또는 좌수향 단층이라고 생각했다.
일반적인 우수향 또는 좌수향 단층은 R-R형의 경우 해령 축과 관계없이 운동을 일으켜 해령 축 사이의 거리를 멀어지게 한다. 그러나 변환 단층은 해령 축에 교차하여 단층 양쪽 지각이 반대 방향으로 움직이며, 해령 축 사이의 거리는 크게 변하지 않는다.
R-R형 변환 단층은 중앙 해령을 가로지르는 단열대라고 불리는 곳에 존재한다. 좁은 의미로는, 넓은 의미의 단열대 중에서 해령 중앙 부분을 가로질러 지진을 일으키는 현재 활동적인 부분을 변환 단층이라 하고, 그 바깥쪽 흔적 부분을 단열대라고 한다. 좁은 의미의 단열대는 변환 단층의 흔적일 뿐, 지진은 거의 발생하지 않는다.
2. 1. 변환 단층과 주향 이동 단층의 차이
변환 단층은 주향 이동 단층과 비슷하게 보이며, 실제로도 관련이 깊어 혼동되기도 한다. 두 유형의 단층은 모두 판이 수평으로, 또는 측면으로 이동하는 특징을 보인다. 하지만 변환 단층은 항상 다른 판 경계와의 접합부에서 끝나는 반면, 주향 이동 단층은 판 내부에서 다른 단층과의 접합 없이 소멸될 수 있다는 차이점이 있다. 또한, 변환 단층은 판 구조론적 경계를 형성하지만, 주향 이동 단층은 그렇지 않다.[1]3. 변환 단층의 역학
존 튜조 윌슨은 해령이 단층에 의해 엇갈리는 현상이 탄성반발설에서 유추되는 일반적인 패턴을 따르지 않는다는 것을 발견하고, 새로운 유형의 단층인 변환 단층을 제시했다.[4][5] 변환 단층은 엇갈린 지질학적 특징에 대한 해석과는 반대 방향으로 미끄러짐이 발생하며, 해령 사이의 거리를 증가시키지 않고 일정하게 유지한다.[6]
일반적으로 단층은 변형이 집중된 영역으로, 암석에 축적된 응력(압축, 장력, 전단응력)에 의해 발생한다. 변환 단층은 해령이나 섭입대 사이의 변위를 전달하여 횡방향 변형을 수용하며, 열곡대 분열을 유발하는 약한 면으로 작용하기도 한다.
변환 단층은 주로 발산 경계(중앙 해령)의 여러 구간을 연결하는 곳에서 발견된다. 중앙 해령은 새로운 해저가 생성되는 곳으로, 해저가 밀려나면서 해령 구간 사이에서 서로 반대 방향으로 밀리는 지점에 변환 단층이 형성된다.
변환 단층은 중앙 해령에서 주향 이동 단층과는 다르게 움직인다. 해령이 서로 멀어지는 것이 아니라, 동일한 위치에 고정된 채 해령에서 생성된 새로운 해저가 밀려나는 방식으로 움직인다. 이러한 움직임은 해저의 고지자기 줄무늬를 통해 확인할 수 있다.
타라스 게랴는 중앙 해령 사이에 변환 단층이 생성되는 원인을 회전되고 늘어난 중앙 해령 구간 때문이라고 설명한다.[7] 해령이 직선에서 곡선으로 변형되면서 파열이 발생하고, 이 과정에서 정단층이 횡압력을 받는 주향 이동 단층으로 변환된다.[8] 보나티와 크레인의 연구에 따르면 변환 해령 가장자리에서 페리도타이트와 반려암이 발견되는데,[8] 이는 지구 맨틀 깊은 곳에서 생성된 암석이 지표로 빠르게 솟아올랐음을 의미하며, 중앙 해령에서 새로운 해저가 생성되고 있다는 증거가 된다.
활동적인 변환 단층은 두 지각 구조 사이에 존재하며, 과거 활동했던 변환 단층선은 파쇄대라는 형태로 남아 대륙 쪽으로 밀려난다. 이러한 해저 지형은 수백 킬로미터에 걸쳐 추적 가능하다.
변환단층은 초기에는 그 형태 때문에 우수향 또는 좌수향 단층으로 여겨졌지만, 잔류자기 연구 등을 통해 해저 지각 형성 시기부터 중앙 해령 사이에서만 변위가 발생하고 해령을 넘어서면 변위가 급격히 작아지는 특이한 거동이 밝혀졌다. 튜조 윌슨은 대륙 분열 시 중앙 해령을 교차하는 약한 부분이 대륙 이동 과정에서 갈라진 틈이 된 것이라고 설명하며, 1965년 네이처지에 발표하여 변환 단층으로 명명했다. 즉, 중앙 해령에서 생성된 판이 확장될 때 발생하는 균열이 R-R형 변환 단층을 생성한다.
R-R형 변환 단층은 중앙 해령을 가로지르는 단열대라고 불리는 곳에 존재하는데, 좁은 의미로는 현재 활동하며 지진을 일으키는 부분을 변환 단층, 바깥쪽 흔적 부분을 단열대라고 한다.
4. 변환 단층의 유형
지질학자 투조 윌슨(Tuzo Wilson)은 변환 단층이 양쪽 끝에서 다른 단층이나 판구조 경계에 연결되어야 하며, 이 연결 유형에 따라 변환 단층의 길이가 늘어나거나, 일정하게 유지되거나, 줄어들 수 있다고 주장했다.[5] 윌슨은 연결되는 판 경계의 유형에 따라 여섯 가지 유형의 변환 단층을 설명했다.
- 길이 증가: 변환 단층이 확장 중앙과 섭입대의 상부 블록을 연결하거나, 두 개의 섭입대 상부 블록이 연결될 경우 변환 단층 자체의 길이가 증가한다.
- 일정한 길이: 해령-해령 변환의 경우, 양쪽 해령이 바깥쪽으로 지속적으로 성장하여 길이 변화를 상쇄하기 때문에 일정하게 유지된다. 해령이 섭입판에 연결된 경우, 해령에 의해 생성된 모든 암석권(새로운 해저)이 섭입대로 섭입되기 때문에 길이가 일정하게 유지된다.[5] 두 개의 상부 섭입판이 연결될 때는 판들이 서로 평행하게 이동하고 길이를 변화시키는 새로운 암석권이 생성되지 않기 때문에 길이가 변하지 않는다.
- 길이 감소: 드물지만, 두 개의 하강하는 섭입판이 변환 단층으로 연결될 때 변환 단층의 길이가 줄어들 수 있다. 시간이 지남에 따라 판이 섭입됨에 따라 변환 단층의 길이가 감소하다가 결국 완전히 사라진다.[5]
4. 1. 중앙 해령-중앙 해령(R-R)형 변환 단층
존 튜조 윌슨은 대륙이 분열될 때 원래 중앙 해령을 교차하는 약한 부분이 존재했고, 이것이 대륙 이동 시에 갈라진 틈이 된 것이라고 설명했다. 즉, 중앙 해령에서 생성된 판이 발산하여 판이 확장하려고 할 때 발생하는 중앙 해령을 가로지르는 균열로서 중앙 해령-중앙 해령(R-R)형 변환 단층이 생성된다. 큰 대륙이 지구조운동에 의해 열곡에서 분열하기 이전부터 열곡을 교차하는 대륙의 약한 부분이 있어, 그것이 대륙 이동에 의한 힘의 작용에 따라 갈라진 틈이 되고, 열곡이 있던 부분이 중앙 해령이 되었을 때 중앙 해령을 가로지르는 단층이 되어 해령 축이 어긋나게 된다.일반적인 우수향 또는 좌수향 단층이라면, R-R형의 경우 해령 축과 관계없이 단순히 우수향 또는 좌수향 운동을 일으키고, 해령 축 사이의 거리는 멀어지게 된다. 변환 단층의 경우, 해령 축에 대해 교차하여 단층 양쪽의 지각이 반대 방향으로 움직이며, 해령 축 사이의 거리는 크게 변하지 않는다.
R-R형 변환 단층이 존재하는 곳은 구체적으로 중앙 해령을 가로지르는 소위 단열대라는 명칭으로 불리는 곳이지만, 좁은 의미로는 넓은 의미의 단열대 중에서 해령의 중앙 부분을 가로질러 지진을 일으키는 현재 활동적인 부분을 변환 단층이라고 하고, 변환 단층의 바깥쪽 흔적 부분을 단열대라고 한다. 좁은 의미의 단열대는 변환 단층의 흔적에 불과하며, 지진은 거의 발생하지 않는다.
4. 2. 해구-해구(T-T)형 변환 단층
해구-해구(T-T)형 변환 단층은 두 개의 해구를 연결하는 변환 단층이다. T-T형 변환 단층은 판이 섭입하는 방향에 따라 길이가 일정하게 유지되거나, 짧아지거나, 길어질 수 있다.이론적으로 같은 방향으로 해양판이 섭입하는 경우(1형, 2형)와 다른 방향으로 섭입하는 경우(3형, 4형)로 나눌 수 있으며, 판이 반대 방향으로 움직이는 경우를 고려하면 8가지 경우가 예상된다. 같은 방향으로 섭입하는 경우에는 변환 단층의 길이는 항상 일정하다. 다른 방향으로 섭입하는 경우, 섭입하는 방향과 변환 단층이 움직이는 방향이 같으면 섭입에 의해 변환 단층은 짧아져 결국 소멸한다(3형). 반면, 섭입하는 방향과 변환 단층이 움직이는 방향이 다르면 변환 단층에 의한 어긋남이 커지고 길게 늘어나게 된다(4형). 시간적으로 생각하면 3형에서 변환 단층이 일단 소멸해도 판 운동은 계속되기 때문에 4형으로 이행한다고 생각된다.[5]
4형의 예로 뉴헤브리디스 해구와 통가·커매덕 해구가 있다. 800만 년 전 이전에는 3형으로 변환 단층이 짧아지는 상황이었던 것이 800만 년 전에 뉴헤브리디스 해구와 통가·커매덕 해구가 하나의 해구가 되었고, 현재는 판 운동에 의해 해구 축이 어긋나 그것이 확대되고 있다고 생각된다.
4. 3. 중앙 해령-해구(R-T)형 변환 단층
투조 윌슨은 변환 단층이 양쪽 끝에서 다른 단층이나 판구조 경계에 연결되어야 하며, 이 연결 유형에 따라 변환 단층의 길이가 늘어나거나, 일정하게 유지되거나, 줄어들 수 있다고 주장했다.[5]중앙 해령-해구(R-T)형 변환 단층은 해령과 해구를 연결하는 변환 단층이다. 이러한 유형의 변환 단층의 예로는 대서양의 아조레스 제도(Azores)에서 이베리아 반도(Iberian Peninsula) 연안의 이베리아 심해평원까지의 해역과 칠레 연안의 칠레 해령(Chile Rise)과 칠레 해구(Peru-Chile Trench)를 잇는 부분이 있다. 아조레스 제도는 대서양 중앙 해령과 교차하여 북서-남동 방향으로 뻗은 해령 위에 위치하며, 아프리카 판(African Plate)이 유럽 판에 대해 북북서 방향으로 섭입하는 형태로 이베리아 심해평원이 형성되었다. 이베리아 심해평원과 아조레스 제도까지의 해저에는 그 변형에 의해 변환 단층이 생겼다고 추정된다.
5. 대표적인 변환 단층
변환 단층은 해양 지각뿐만 아니라 대륙붕에도 존재한다. 대표적인 변환 단층으로는 미국의 태평양 연안에 있는 샌앤드루스 단층, 뉴질랜드 남섬의 알파인 단층, 중동의 사해 변환 단층, 파키스탄의 차만 단층, 터키의 북아나톨리아 단층, 북아메리카의 퀸샬럿 단층, 미얀마의 사가잉 단층 등이 있다.[5]
샌앤드루스 단층은 멕시코 서해안(캘리포니아 만)의 동태평양 해팽을 미국 북서부 연안의 멘도시노 삼중점( 후안드푸카 판의 일부)에 연결한다. 알파인 단층은 사우스랜드 싱클라인의 습곡 지형을 동쪽과 서쪽 구역으로 나눈다.
5. 1. 대서양 중앙 해령
대서양 중앙 해령에는 여러 변환 단층이 발달해 있다. 대표적인 변환 단층은 다음과 같다.| 이름 | 위치 |
|---|---|
| 찰리 깁스 단층대 | 북위 53° - 54° 부근 |
| 쿠르차토프 단층대 | 북위 43° - 44° 부근 |
| 오션노그래퍼 단층대 | 북위 34° - 36° 부근 |
| 케인 단층대 | 북위 23° - 24° 부근 |
| 베마 단층대 | 북위 10° - 11° 부근 |
| 생트폴 단층대 | 북위 2° - 4° 부근 |
| 로망슈 단층대 | 적도 부근 |
| 어센션 단층대 | 남위 7° - 8° 부근 |
| 세인트헬레나 단층대 | 남위 15° - 17° 부근 |
이 단층들은 남아메리카와 아프리카 사이의 대서양 중앙 해령을 가로지르며, 깊고 뚜렷한 해저 지형을 형성한다.[8]
5. 2. 동태평양 해팽
동태평양 해팽은 남동부 태평양에 위치하며, 북쪽의 샌앤드루스 단층과 만난다. 이곳에는 여러 변환 단층이 발달해 있는데, 대표적인 예는 다음과 같다.| 이름 | 위치 |
|---|---|
| 갈라파고스 열곡대 | 적도 부근 |
| 케브라다 열곡대 | 남위 2°~3° 부근 |
| 윌크스 열곡대 | 남위 10°~17° 부근 |
| 개릿 열곡대 | 남위 15°~17° 부근 |
| 오스트랄 열곡대 | 남위 20° 부근 |
| 멘다나 열곡대 | 남위 30° 부근 |
| 이스터 열곡대 | 남위 33°~34° 부근 |
| 메나드 열곡대 | 남위 50° 부근 |
| 엘타닌 열곡대 | 남위 55°~60° 부근 |
5. 3. 인도양
인도양에는 여러 변환 단층이 발달해 있다. 주요 변환 단층은 다음과 같다.| 단층대 이름 | 위치 | 방향 |
|---|---|---|
| 오웬 단층대 | 소말리아 해안, 북위 7° - 12°, 동경 55° - 60° 부근 | 북동-남서 |
| 로드리게스 단층대 | 모리셔스 동쪽, 남위 20° 부근, 중앙인도양해령 남단 | 불명확 |
| 마다가스카르 단층대 | 남위 25° - 50°, 동경 40° - 45° 부근 | 북북동-남남서 |
| 프린스 에드워드 단층대 | 남위 25° - 50°, 동경 35° - 30° 부근 | 북북동-남남서 |
| 모잠비크 단층대[10] | 남위 25° - 50°, 동경 25° - 33° 부근 | 북북동-남남서 |
| 암스테르담 단층대 | 남위 27° - 45°, 동경 80° 부근 | 남북 |
마다가스카르 단층대, 프린스 에드워드 단층대, 모잠비크 단층대[10]는 마다가스카르 섬 남쪽에서 북북동-남남서 방향으로 거의 평행하게 달리며, 남서인도양해령을 가로지른다. 암스테르담 단층대는 남동인도양해령을 가로지른다.
5. 4. 샌앤드레이어스 단층 (San Andreas Fault)
샌앤드레이어스 단층은 미국 태평양 연안에 있는 대표적인 변환 단층으로, 멕시코 서해안(캘리포니아 만)의 동태평양 해팽과 미국 북서부 연안의 멘도시노 삼중점(후안 데 푸카 판의 일부)을 연결한다.[5] 이 단층은 우수향 주향이동단층으로, 태평양 판과 북아메리카 판의 경계를 이루며 잦은 지진을 발생시킨다.샌앤드레이어스 단층계는 올리고세(3400만 년 전~2400만 년 전)에 비교적 최근에 발생했다.[9] 파라용 판이 북아메리카 판 아래로 섭입되면서, 태평양 판과 파라용 판을 분리하는 확장 중앙이 북아메리카 판 아래로 섭입되어 샌앤드레이어스 대륙 변환 단층계가 생성되었다.[9]
초기 중생대부터 신생대에 걸쳐 미국 서부 해안에는 파라론 판이 침강하고 있었지만, 파라론 판을 생성하던 중앙 해령까지 침강하여 거의 소멸되었다. 이후 북서쪽으로 이동하는 태평양 판이 3천만 년 전에 북아메리카 판과 충돌하여 우수향 주향이동단층을 생성하였다. 태평양 판과 북아메리카 판의 충돌 폭이 넓어짐에 따라 횡방향 단층의 규모도 커져, 현재는 멕시코의 마사틀란에서 샌프란시스코 북부까지 이어지는 거대한 단층이 형성되어 지진이 빈발한다.
5. 5. 알파인 단층 (Alpine Fault)
뉴질랜드 남섬의 알파인 단층은 대부분의 길이에 걸쳐 변환 단층이다. 이로 인해 사우스랜드 싱클라인의 습곡 지형이 동쪽과 서쪽 구역으로 나뉘어 수백 킬로미터 떨어져 있다. 싱클라인의 대부분은 섬 남동쪽의 사우스랜드와 더 캐틀린스에서 발견되지만, 섬 북서쪽의 타스만 지구에도 더 작은 구역이 있다.[5]5. 6. 기타 변환 단층
참조
[1]
서적
Tectonics
https://books.google[...]
Waveland Press
2014
[2]
서적
Global Tectonics
John Wiley & Sons
2007
[3]
웹사이트
Plate Tectonics
https://www.bgs.ac.u[...]
British Geological Survey
2020-02-16
[4]
논문
The Mechanics of the Earthquake
Carnegie Institution of Washington
1910
[5]
학술지
A new class of faults and their bearing on continental drift
1965-07-24
[6]
논문
Mechanism of earthquakes and nature of faulting on the mid-oceanic ridges
1967
[7]
학술지
Dynamical Instability Produces Transform Faults at Mid-Ocean Ridges
2010
[8]
학술지
Oceanic Fracture Zones
1984
[9]
학술지
Implications of Plate Tectonics for the Cenozoic Tectonic Evolution of Western North America
1970
[10]
서적
세계地名大事典 アジア・アフリカ I あーし
朝倉書店
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