부가체

3. 부가체의 구조적 특징 및 기하학

부가체는 멜랑쥬(mélange)라고 불리는, 강하게 변형된 암석들의 복합체로 구성된다. 그 내부는 여러 개의 역단층으로 이루어져 있으며, 해구에서 섭입하는 해양판 위에 쌓인 퇴적물이 층층이 벗겨져 대륙판에 덧붙여지는 과정에서 새로운 퇴적물이 오래된 퇴적물 아래로 겹겹이 쌓이는 구조를 보인다.^[24] 이러한 구조는 지층 누중의 법칙에 어긋나는 것처럼 보이지만, 부가체의 형성 과정에서 나타나는 특징적인 현상이다.

3. 1. 부가체의 기하학적 특징

4. 부가체의 중요성 및 연구 가치

부가체는 해양판이 대륙판 아래로 섭입하면서 해양 지각의 퇴적물과 해산 등이 대륙판에 덧붙여져 형성된 지질 구조이다. 부가체는 과거 해양 환경, 지구조 운동, 지진 및 쓰나미 발생 메커니즘을 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다.^[6][9]

4. 1. 부가체 연구의 중요성

5. 한국 및 세계의 부가체

지중해 산맥(Mediterranean Ridge)은 아프리카판과 유라시아판이 충돌하는 활동적인 충돌대의 일부이다. 바베이도스 해저 산맥(Barbados Ridge)은 남아메리카판이 카리브판 아래로 섭입하면서 형성되었다. 난카이 부가대(Nankai accretionary complex)는 필리핀해판이 아무르판 아래로 섭입하는 지역으로, 최근 해저 생물의 온도^[11]와 섭입대의 지하 고온 유체^[12] 연구가 활발히 진행되고 있다.

칠레 해안 산맥(Chilean Coast Range) 남위 38°~43° 사이 (만사 만 변성 복합체(Bahía Mansa Metamorphic Complex))와 중앙 지중해의 칼라브리아 부가대(Calabrian Accretionary Wedge)도 섭입 작용으로 형성되었다. 칼라브리아 부가대는 이오니아 분지의 섭입과 해구 후퇴로 인해 형성되었으며, 지중해(Mediterranean)의 신생대(Neogene) 지구조 변화에 중요한 역할을 했다.^[13]

미국 워싱턴주의 올림픽 산맥(Olympic Mountains)은 약 3천 5백만 년 전 후안데푸카 판(Juan de Fuca plate)이 북아메리카 판(North American plate)과 충돌하여 섭입되면서 형성되기 시작했다.^[14] 알래스카 만(Gulf of Alaska)의 코디악 대륙붕(Kodiak Shelf)은 추가치 국유림(Chugach National Forest) 지역으로, 발데즈 그룹과 오르카 그룹이라는 두 가지 주요 암석 단위로 구성되어 있다.^[15] 이들은 각각 중생대와 팔레오젠 시대의 부가 복합체이다.^[16][17]

알래스카 케나이 반도(Kenai Peninsula) 앞바다의 신생대(Neogene) 부가대는 섭입 부가와 지괴 충돌로 형성되었으며, 알류샨 해구(Aleutian Trench)를 따라 퇴적물 쐐기가 부가되었다.^[18] 캘리포니아주의 프랜시스칸 조립체(Franciscan Assemblage)/프랜시스칸 지층(Franciscan Formation)은 샌프란시스코 베이 지역(San Francisco Bay Area)에 분포하며, 약 2억 년에서 8억 년 전의 암석으로 구성된 복잡한 지괴 집합체이다.^[19] 이탈리아의 아펜니노 산맥(Apennine Mountains)은 아드리아 소판의 섭입과 알프스 산맥 형성, 티레니아 분지 확장 등 복잡한 지구조 운동의 결과로 형성된 부가대이다.^[20]

카르파티아 플라이슈 벨트(Carpathian Flysch Belt)는 보헤미아(Bohemia), 슬로바키아(Slovakia), 폴란드(Poland), 우크라이나(Ukraine), 루마니아(Romania)에 걸쳐 있으며, 백악기(Cretaceous)부터 신생대(Neogene)까지 보헤미아 지괴(Bohemian Massif)와 동유럽 지대(East European Platform) 위에 형성된 카르파티아 추력대의 박피대(thin-skinned zone)이다.^[21]

5. 1. 일본의 부가체

시대	분포	특징
페름기	기타큐슈, 주고쿠 지방, 조에쓰 지방	석회암으로 이루어진 거대한 석회동굴슈호 동굴(秋芳洞)이 있는 아키요시다이(秋吉台)는 약 2억 5천만 년 전 페름기에 부가체가 되었다. 당시 아시아 대륙에 침강하고 있던 해양판은 쥐라기 말기에 소멸(판이 모두 지하에 침강)했는데, 이자나기판이라고 불린다.
쥐라기	규슈 중부, 시코쿠 북부와 중부, 남부를 제외한 긴키 지방, 주부 지방과 간토 지방의 대부분
백악기	규슈 남부, 시코쿠 남부, 기이 반도 남부, 중부 지방 남부 일부	대표적인 것으로 퇴적암 지층인 시만토대가 있다. 이 당시에는 태평양판이 직접 일본 열도 아래로 섭입하고 있었다고 여겨진다.
제3기		선대(고제3기)에 생성된 필리핀해판이 난카이 해구에 섭입하기 시작했다. 이것은 현재도 계속되고 있으며, 시코쿠(四国) 앞바다에서는 지금도 부가체(付加体)가 형성되고 있다.

5. 2. 세계의 부가체

• 지중해 산맥(Mediterranean Ridge) – 아프리카판과 유라시아판이 충돌하는 활동적인 충돌대의 일부이다.
• 바베이도스 해저 산맥(Barbados Ridge) – 남아메리카판이 카리브판 아래로 섭입하고 있다.
• 난카이 부가대(Nankai accretionary complex) – 필리핀해판이 아무르판 아래로 섭입하고 있다. 최근 몇 년 동안 이곳은 해저 생물의 온도^[11]와 섭입대의 지하 고온 유체^[12] 연구의 중심지가 되고 있다.
• 칠레 해안 산맥(Chilean Coast Range) 남위 38°~43° 사이 (만사 만 변성 복합체(Bahía Mansa Metamorphic Complex)).
• 중앙 지중해의 칼라브리아 부가대(Calabrian Accretionary Wedge) – 중앙 지중해(Mediterranean)의 신생대(Neogene) 지구조는 유라시아 대륙 아래 이오니아 분지의 섭입(subduction)과 해구 후퇴와 관련이 있으며, 리구리아-프로방스 및 티레니아 후궁 분지의 열림과 칼라브리아 부가대의 형성을 초래했다. 칼라브리아 부가대는 이오니아 해역에 위치한 부분적으로 잠긴 부가 복합체로, 아풀리아와 몰타 절벽에 의해 측면으로 경계가 지정된다.^[13]
• 미국 워싱턴주에 위치한 올림픽 산맥(Olympic Mountains) – 이 산맥은 약 3천 5백만 년 전 후안데푸카 판(Juan de Fuca plate)이 북아메리카 판(North American plate)과 충돌하여 섭입되면서 형성되기 시작했다.^[14]
• 알래스카 만(Gulf of Alaska)의 코디악 대륙붕(Kodiak Shelf) – 추가치 국유림(Chugach National Forest)의 지질은 두 가지 주요 암석 단위인 발데즈 그룹(후기 백악기)과 오르카 그룹(팔레오세 및 에오세)이 지배적이다.^[15] 발데즈 그룹은 추가치 지괴(terrane)라고 불리는 2,200km 길이에 100km 너비의 중생대 부가 복합체 암석대의 일부이다.^[16] 이 지괴는 알래스카 남동부의 바라노프 섬(Baranof Island)에서 알래스카 남서부(Southwest Alaska)의 사낙 섬(Sanak Island)까지 알래스카 해안 가장자리를 따라 뻗어 있다. 오르카 그룹은 프린스 윌리엄 사운드(Prince William Sound)를 가로질러 코디악 섬(Kodiak Island) 지역을 지나 서쪽으로 뻗어 있는 팔레오젠 시대의 부가 복합체인 프린스 윌리엄 지괴(terrane)의 일부이며, 서쪽의 대륙붕 대부분의 하부에 있다.^[17]
• 알래스카 케나이 반도(Kenai Peninsula) 앞바다의 신생대(Neogene) 부가대(accretionary wedge) – 섭입 부가와 반복적인 지괴 충돌은 알래스카 수렴대의 형태를 만들었다. 야쿠타트 지괴(Yakutat Terrane)는 현재 알래스카 만(Gulf of Alaska) 중앙 아래 대륙 가장자리와 충돌하고 있다. 신생대 동안 지괴의 서쪽 부분이 섭입된 후, 퇴적물 쐐기가 북동쪽 알류샨 해구(Aleutian Trench)를 따라 부가되었다. 이 쐐기는 대륙 가장자리에서 침식된 퇴적물과 태평양 판의 섭입대에 운반된 해양 퇴적물을 포함한다.^[18]
• 캘리포니아주의 프랜시스칸 조립체(Franciscan Assemblage)/프랜시스칸 지층(Franciscan Formation) – 샌프란시스코 베이 지역(San Francisco Bay Area)의 프랜시스칸 암석은 약 2억 년에서 8억 년 전의 연대를 가지고 있다. 프랜시스칸 복합체는 테크토노층서 지괴(tectonostratigraphic terranes)라고 불리는 반(半)결합 블록의 복잡한 집합체로 구성되어 있으며, 이들은 주기적으로 섭입되는 해양 판에서 긁어내어 동쪽으로 밀려 북미 서부 가장자리에 겹쳐졌다. 이 과정에서 구조적으로 가장 높은 암석(동쪽)이 가장 오래되었고, 서쪽으로 갈수록 각 주요 추력 쐐기가 더 젊어지는 적층 순서가 형성되었다. 그러나 각 지괴 내에서는 암석이 상향으로 갈수록 더 젊어지지만, 그 순서는 단층에 의해 여러 번 반복될 수 있다.^[19]
• 이탈리아의 아펜니노 산맥(Apennine Mountains)은 대부분 섭입의 결과로 형성된 부가대이다. 이 지역은 지구조 및 지질학적으로 복잡하며, 아드리아 소판이 아펜니노 산맥 아래 동쪽에서 서쪽으로 섭입되고, 유라시아와 아프리카 판 사이의 대륙 충돌로 북쪽에 알프스 산맥이 형성되고, 서쪽에 티레니아 분지가 열리는 것을 포함한다.^[20]
• 카르파티아 플라이슈 벨트(Carpathian Flysch Belt)는 보헤미아(Bohemia), 슬로바키아(Slovakia), 폴란드(Poland), 우크라이나(Ukraine), 루마니아(Romania)에 걸쳐 있으며, 백악기(Cretaceous)부터 신생대(Neogene)까지의 카르파티아 추력대의 박피대(thin-skinned zone)를 나타내며, 보헤미아 지괴(Bohemian Massif)와 동유럽 지대(East European Platform) 위에 놓여 있다.^[21] 페니닉(Penninic) 단위의 알프스 레노다누비안 플라이슈(Alpine Rhenodanubian Flysch)의 연속을 나타낸다.

6. 부가체 연구의 발전

부가체라는 개념은 1976년 일본 규슈 대학의 칸메라 카메토시(勘米良亀齢)가 남규슈의 시만토 층군(四万十層群)을 조사하여 그 구조를 부가체라고 명명하면서 시작되었다. 거의 같은 시기에 유럽에서도 옥스퍼드 대학교의 W. 스튜어트 맥케로우(W. Stuart McKerrow) 등이 스코틀랜드 지역의 복잡한 지질을 조사하여 1977년에 부가체 구조에 관한 논문을 발표했다.^[23] 이 개념 덕분에 일본 열도를 형성하는 해양 기원의 퇴적암과 변성암에 대해 체계적인 설명이 가능하게 되었다.

판 구조론에 따르면, 해양판은 상부 맨틀의 상승부인 해령에서 만들어져 해저로 천천히 해령에서 멀어져 가고, 마지막에는 해구에서 침강한다. 이 과정에서 현무암질 해양판 위에 다양한 암석이 퇴적된다. 해령 근처에서는 열수 분출로 금속 광상이 형성되고, 대양에서는 방산충 시체를 포함한 규산염질 처트나 다른 생물 시체를 포함한 탄산칼슘질 석회암이 퇴적된다. 해저 화산의 현무암, 산호초에서 만들어진 석회암도 해양판 위에 실려 운반된다. 해구에 가까워지면 대륙에서 운반된 토사와 암석으로 사암, 역암도 퇴적된다. 해양판이 대륙판 아래로 침강할 때, 이 퇴적물이 해양판에서 벗겨져 대륙판에 부가된 것을 부가체라고 한다.^[24]

해구에서는 새로운 부가체가 계속 도착하여, 새로운 부가체가 오래된 부가체 아래로 파고들면서 대륙 쪽으로 밀어 올린다. 이 때문에 부가체 내부는 평행한 역단층이 많고, 새로운 퇴적물이 오래된 퇴적물 아래에 있어 지층 누중 법칙에 어긋나는 구조를 보인다. 해양판과 함께 지하로 침강한 퇴적물 일부는 대륙판과의 마찰로 해양판에서 떨어져 대륙판 아래에 "밑붙임"된다. 이 경우 퇴적암은 낮은 온도와 높은 압력을 받아 특징적인 변성암이 된다. 일본 열도에 널리 분포하는 산바가와 변성대는 이렇게 형성된 광역 변성대의 대표적인 예시이며, 넓은 의미에서 부가체로 볼 수 있다. 일본 근해에서는 현재도 난카이 해곡에서 부가체가 형성되고 있지만, 현재 해구 침강대에서 부가체 형성 범위는 해구 전체의 약 30%에 불과하며, 대부분은 부가체를 형성하지 않고 판이 침강한다.^[25]

해양판이 더 깊은 곳까지 침강하여 주변 온도가 1000℃ 부근까지 상승하면, 해양판에서 짜낸 수분이 주변 맨틀의 용융점을 낮춰 마그마를 형성한다. 형성된 마그마는 상승하여 지각에 도달하고, 지각 내 오래된 부가체를 녹이면서 상승한다. 이 마그마는 화산호로서 지표에서 분화하는 동시에, 분화하지 않고 지하에 화강암 암체를 만든다. 주부 지방, 긴키 지방(롯코산 등), 주고쿠 산지에 널리 분포하는 중생대 화강암이 그 예이다.

일본 열도 외에도, 지구에서 가장 오래된 암석인 Isua Greenstone Belt|그린란드 이수아 지역의 38억 년 전 지층^영어이 부가체의 특징을 가지고 있음이 확인되었다.^[26] 캐나다 순상지에서도 25억 년 전에 형성된 해양 기원 지층에서 부가체의 특징인 신구 지층의 상하 역전 현상이 확인되었다.^[27] 서호주, 남아프리카,^[28] 뉴질랜드, 스코틀랜드 남부, 캘리포니아, 이탈리아 북부 등 각지에서도 부가체 구조가 발견된다.^[29]

과거에는 연대 측정이 어려웠던 부가체는, 현재 해양 지각의 나이가 가장 오래된 것이라도 약 2억 년 정도이며 그 이전에 형성된 것은 플레이트 운동에 의해 맨틀에 가라앉아 버렸기 때문에,^[34] 2억 년보다 오래된 해산, 산호초, 심해저 상황을 기록한 귀중한 정보원이다. 산호초로 만들어진 석회암에서는 고대 생물의 화석이 많이 발견된다. 산호초 등을 제외한 일반적인 부가체의 원료는 해저나 해산을 구성하던 현무암, 대양 심해저에 퇴적된 처트 등의 암석이 많으며, 매우 복잡하게 습곡된 혼란스러운 구조를 이루는 경우가 많고 대형 생물 화석이 발견되는 경우가 거의 없어, 종래에는 연대 측정이 매우 어려웠다. 그러나, 최근 새로운 기술 발달로 큰 진전을 이루고 있다.

6. 1. 연대 측정 기술 발전

6. 2. 고환경 복원 연구

참조

_[1] 웹사이트 Introduction to the Landforms and Geology of Japan: Japan in a subduction zone http://www.glgarcs.r[...] 2016-08-12
_[2] 백과사전 Deep-sea Trench http://www.britannic[...] 2014-01-22
_[3] 서적 Structural Geology of Rocks and Regions 1996
_[4] 백과사전 Plate Tectonics http://www.britannic[...] 2015-12-02
_[5] 학술지 Tectonic Features Associated with the Overriding of an Accretionary Wedge on top of a Rifted Continental Margin: An Example from Taiwan https://www.scienced[...] 2008-12-05
_[6] 학술지 A Seismic Sequence from Northern Apennines (Italy) Provides New Insight on the Role of Fluids in the Active Tectonics of Accretionary Wedges 2009-04-30
_[7] 학술지 An evaluation of factors influencing pore pressure in accretionary complexes: Implications for taper angle and wedge mechanics 2006
_[8] 학술지 Thrust Mechanics in Highly Overpressured Accretionary Wedges 1990
_[9] 학술지 Tsunami Earthquakes: Slow Thrust-Faulting Events in the Accretionary Wedge 1992
_[10] 학술지 Backthrusting in Accretionary Wedges 1988
_[11] 도서 Temperature Limit of the Deep Biosphere off Muroto http://publications.[...] International Ocean Discovery Program 2017-11-23
_[12] 학술지 Hot fluids, burial metamorphism and thermal histories in the underthrust sediments at IODP 370 site C0023, Nankai Accretionary Complex 2020-02-01
_[13] 학술지 Evolution of the Calabrian accretionary wedge (central Mediterranean) 2010
_[14] 백과사전 Olympic Mountains http://www.britannic[...]
_[15] 간행물 A reconnaissance of a part of Prince William Sound and the Copper River District, Alaska, in 1898 U.S. Geological 20th Anniversary Report 1900
_[16] 간행물 Lithotectonic terrane map of Alaska (west of the 141st meridian) U.S. Geological Survey Miscellaneous Field Studies Map MF 1847-A 1987
_[17] 간행물 The Border Ranges fault in the Saint Elias Mountains U.S. Geological Survey Circular 804-B 1979
_[18] 학술지 Accretion in the wake of terrane collision: The Neogene accretionary wedge off Kenai Peninsula, Alaska 1999
_[19] 웹사이트 Geology of the Golden Gate Headlands http://www.nps.gov/g[...] National Park Service
_[20] 웹사이트 Magnitude 6.3 – CENTRAL ITALY https://earthquake.u[...] United States Geological Survey
_[21] 학술지 Structure of the West Carpathian Accretionary Wedge: Insights from Cross Section Construction and Sandbox Validation 1999
_[22] 서적 付加体地質学 はじめに
_[23] 서적 付加体地質学
_[24] 서적 地球史がよくわかる本
_[25] 서적 付加体地質学
_[26] 서적 生命と地球の共進化
_[27] 서적 生命と地球の共進化
_[28] 서적 生命と地球の歴史
_[29] 서적 付加体地質学
_[30] 서적 生命と地球の共進化
_[31] 서적 生命と地球の歴史
_[32] 서적 地球鉱物資源入門
_[33] 서적 日本地質図
_[34] 서적 生命と地球の共進化
_[35] 서적 地球史がよくわかる本
_[36] 서적 生命と地球の共進化
_[37] 논문 Microfossils of the early Archean Apex chert: New evidence of the antiquity of life
_[38] 논문 Hydroyhermal alteration and microfossil artefacts of the 3,465-million-year-old Apex chert
_[39] 서적 地球史がよくわかる本
_[40] 서적 生命と地球の共進化
_[41] 서적 生命と地球の共進化
_[42] 서적 生命と地球の共進化
_[43] 서적 生命と地球の歴史
_[44] 웹인용 Deep-sea Trench http://www.britannic[...] Britannica 2014-01-22