서 론

2011년 발생한 동일본 대지진과 후쿠시마 원전사태는 전 세계적으로 원자력발전소의 안전성에 대해 다시 생각해보는 계기가 되었다. 우리나라에서는 최근 발생한 경주지진(M_W=5.5, 2016년 9월 12일; Kim et al., 2017)과 포항지진(M_W=5.4, 2017년 11월 15일; Kim et al., 2018)을 계기로 국민들의 지진과 원전 안정성에 관한 관심이 크게 증가하였다. 우리나라 대부분의 원전 및 그와 관련된 시설이 한반도 동남부 해안에 집중되어 있어서 부산, 울산, 경주를 비롯한 인근의 인구가 밀집된 지역에서는 원전사고가 막대한 인명과 재산의 피해를 야기할 수 있기 때문에 지진과 단층에 대한 철저한 연구가 필요하다. 이를 위해서는 먼저 한반도 남동부에 발달하는 대규모 지진발생이 가능한 구조선들에 대한 이해가 선행되어야 한다.

한반도 동남부에는 이른바 양산단층계(Yangsan Fault System)라고 불리는 양산단층과 울산단층을 포함하는 여러 조의 대규모 단층들이 발달하고 있다(Lee and Lee, 1972; Hong and Choi, 1988; Kim et al., 1971). 특히, 최근 이 지역에서 많은 활성단층들이 보고되어, 양산단층계의 운동특성과 기하학적 특성을 이해하는 것은 한반도 남동부의 지질학적 변형과 지진지체구조환경을 이해하는 데 매우 큰 의미가 있기 때문에 이 구조선들을 따라 다양한 연구가 수행되어 왔다(e.g. Chae and Chang, 1994; Hwang, 1994; Okada et al., 1994; Kyung, 1997; Chwae et al., 1998; Kim and Jin, 2006).

양산단층계는 인접한 판들 사이의 상호작용으로 운동감각이 여러 번 바뀌며 재활되었음이 보고된 바 있다(e.g. Chang et al., 1990; Kim, 1992; Chae and Chang, 1994; Chang and Chang, 1998; Chang, 2002; Hwang et al., 2004; Cho et al., 2007; Choi et al., 2009). 양산단층은 북북동-남남서 방향으로 발달하는 대규모 단층곡으로 백악기 심성암, 화산암 및 퇴적암류를 절단하고, 넓은 단층핵(fault core)과 손생대(damage zone)를 발달시키는 170-200 km 내외의 연장을 갖는 대규모 단층으로 발달하고 있으며(Choi et al., 2009), 일부 단층분절은 제4기에도 활동한 것으로 보고되었다(e.g. Kyung et al., 1999a, 1999b; Jin et al., 2013). 하지만 양산단층과 울산단층에 비해 이에 평행하게 발달하는 자인, 밀양, 모량, 동래, 일광단층에 대한 연구는 그 중요성에 비해 상대적으로 부진하다. 그 중 가장 동쪽에 발달하는 구조선인 일광단층은 특히 해안가를 따라 지어진 원전 및 원전관련 시설들과 그 거리가 상대적으로 가까울 뿐만 아니라, 제4기에 활동했을 가능성이 꾸준히 제기되어 이에 대한 더 심도 있는 연구가 필요하다(Lee and Yang, 2005; Yang, 2006; Jin et al., 2018).

본 연구에서는 일광단층의 주 선형구조로부터 동쪽에 위치한 봉대산과 대변항을 중심으로 발달하는 다양한 지질구조들의 기하학적 특성과 운동학적 특성을 이해하여 일광단층의 변형사를 도출하는데 목적을 두고 있다. 이를 위하여 일광단층의 부수단층으로 생각되는 소규모 단층들의 특성을 기재하고, 인장단열과 전단단열을 비롯한 다양한 지질구조들의 상호 절단관계를 바탕으로 운동감각과 선후 관계를 추정하였으며, 도출된 결과를 인접한 일광단층을 대상으로 수행된 기존 운동사 연구결과와 비교하였다(e.g. Kim and Park, 2006; Gwon and Kim, 2016; Ha et al., 2016; Cheon et al., 2017; Jin et al., 2018).

지질개요

연구지역은 행정구역상 부산광역시 기장군 기장읍에 속한다(Fig. 1). 본 지역은 중생대 백악기 중기에 형성된 퇴적암(경상누층군 신라층군 이천리층)과 안산암, 그리고 백악기 말에 관입한 흑운모화강암(불국사화강암류)과 제4기층으로 구성되어 있다(Fig. 1; Son et al., 1978). 제4기층은 곡저와 하천변 등 일부 저지에 발달하는 등 상대적으로 발달이 미약하며, 하부지층을 부정합으로 피복하고 있다.

일광단층은 Son et al.(1978)의 1:50,000 동래-월내도폭에서 그 존재가 처음 보고 되었으며, 육상에서는 남으로는 해운대구 송정동부터 북으로는 울산광역시 울주군까지 이어지는 선형구조로 최소 45 km의 연장성을 보인다(Fig. 1; Choi et al., 2012; Ha et al., 2016; Jin et al., 2018). Kim et al.(2003)은 이천리층과 석영안산암질 응회암의 부정합면 변위를 통해 약 1.2 km의 주향이동변위를 주장하였으며, 트렌치와 지구물리탐사를 통해 일광단층이 우수향 주향이동감각이 우세한 운동을 하였음을 주장하였다. 이상의 연구결과에 기초하여 일광단층은 적어도 백악기말 이후에 활동했음을 지시한다.

Fig. 1.

(a) Main lineaments of the southeastern part of the Korean peninsula. NNE-SSW trending lineament and NNW-SSE trending lineament are recognized on the hillshade image(MYF : Milyang fault, MRF : Moryang fault, YSF : Yangsan fault, DNF : Dongnae fault, IGF : Ilgwang fault, USF : Ulsan fault). (b) Geological map of the study area. The study area is composed of the Cretaceous sedimentary and igneous rocks. The NNE striking Ilgwang fault is marked as a dashed line (modified from Son et al., 1978).

일광단층은 Son et al.(1978)의 1:50,000 동래-월내도폭에서 그 존재가 처음 보고 되었으며, 육상에서는 남으로는 해운대구 송정동부터 북으로는 울산광역시 울주군까지 이어지는 선형구조로 최소 45 km의 연장성을 보인다(Fig. 1; Choi et al., 2012; Ha et al., 2016; Jin et al., 2018). Kim et al.(2003)은 이천리층과 석영안산암질 응회암의 부정합면 변위를 통해 약 1.2 km의 주향이동변위를 주장하였으며, 트렌치와 지구물리탐사를 통해 일광단층이 우수향 주향이동감각이 우세한 운동을 하였음을 주장하였다. 이상의 연구결과에 기초하여 일광단층은 적어도 백악기말 이후에 활동했음을 지시한다.

Lee and Yang(2005)은 일광단층과 주변에 발달하는 소규모 단층비지대에서 획득한 시료를 ESR 연대측정법으로 분석하여, 약 100-130만년, 50-60만 년 전에 단층이 재활되었음을 주장하였으며, 이를 근거로 일광단층이 50-60만년 내외의 주기를 가지고 재활하고 있다고 제안하였다. 또한 Kim et al.(2015)은 고분해능 지진파 반사법을 통해 남쪽 해상으로 단층이 연장됨을 밝히고, 단층 굴곡부에서의 인장성 꽃구조(negative flower structure)와 제4기층의 절단을 토대로 일광단층이 현생응력환경에서 우수향 주향이동 감각으로 활동하고 있음을 주장한 바 있다. 연구지역 일대에는 일광단층의 가지단층으로 해석되는 북북동-남남서 내지 북동-남서 방향을 갖는 4조의 선형구조(L1-L4)가 확인되며(Fig. 2), 야외조사를 통해 단층의 증거를 확인한 L1, L2, L4에 대한 구체적인 내용은 다음 절에 설명하고자 한다.

Fig. 2.

Geomorphological map of the study area. NE-SW or NNE-SSW trending lineaments are recognized on hillshade image.

지질구조

봉대산 주변 선형구조의 특성

L1

봉대산의 서쪽에 발달하는 선형구조로 신천리를 중심으로 북북동-남남서 방향으로 발달한다. L1-a 지점에서는 현 하천의 개석에 의해 선상지가 단구화 되었으며, 이 지형면은 하천규모에 비해 상대적으로 높은(~15 m) 하상비고차를 보이는 등 단층운동과 결부된 것으로 판단된다. L1-b 지점에서는 선형적인 계곡(linear valley), 고립구릉(kernbut)과 단층안부(kerncol), 추정 단층애(inferred fault scarp) 등 단층과 관련된 지형이 관찰된다(Fig. 2). 제4기 선상지면에 발달하는 선형적인 단층애와 단층안부 등 제4기 지형변형은 이 선형구조가 제4기 이후에 활동한 활성단층일 가능성을 지시하나, 본 연구에서는 이 단층에 대한 상세한 연구는 수행하지 않았다.

L2

본 선형구조는 죽성리에서 대변리에 걸쳐 발달하며, 약 2 km 내외의 연장성을 보인다. L2-a 지점(죽성리)에서는 L1-a 지점과 마찬가지로 선상지와 비고차가 상당한 개석곡이 발달해 있어 단층의 존재 가능성을 시사한다. L2-b 지점에서는 좌수변위된 변위하도(offset-stream channel)가 인지되며, 약 1.5 m 높이의 천이점 및 남북주향의 2차 단열들이 높은 밀도로 발달하고 있다(Fig. 3). 2차 단열들은 북동-남서 방향(N28°E/90°)의 단층에 달라붙어 있는 양상을 보여, 간접적이지만 좌수향 주향이동 운동을 지시한다. 따라서 지형학적 증거와 구조지질학적 증거를 바탕으로 본 선형구조는 좌수향 주향이동단층에 의해 발달한 단층곡일 가능성을 시사한다.

Fig. 3.

NE-SW striking sinistral strike-slip fault with secondary fractures at L2-b site in Fig. 2.

L4

다른 선형구조는 내륙에 발달하는 반면 본 선형구조는 해안에 노출되어 있어 단층핵과 단층면을 직접 관찰할 수 있으며(Fig. 2 L4-a), 야외에서 측정된 단층의 자세는 N10°W/85°NE이다(Fig. 4). 그러나 선형구조가 북북동-남남서 방향인 것에 반해, 노출된 단층면은 그 방향과 사교하는 방향으로 주향하는 것으로 확인되는데, 이는 단층의 지엽적인 굴곡현상(bending)에 의한 것이거나 이 선형구조에 대한 2차적인 단층일 가능성이 있는 것으로 판단된다. 단층핵 내에는 수 매의 단층각력암대와 단층비지대가 약 1-1.5 m의 폭으로 발달해 있다. 단층비지대는 크게 검은색, 흰색, 노란색을 띄며 이들은 명확한 경계를 가지고 발달하거나 일부 혼합된 양상이 관찰된다(Fig. 4b). 단층에 거의 수직한 방향으로 발달하는 세맥(vein)들은 본 단층에 의해 변위되어 단층운동 이전에 형성된 구조임을 지시하고 있으며, 우수향 주향이동과 좌수향 주향이동의 운동감각이 모두 인지된다(Fig. 4c-f). 또한 단층점토와 단층각력이 여러 매 발달하는 것은 본 L4 선형구조가 다양한 지체구조적 환경에서 여러 번 재활되었을 가능성을 시사한다.

Fig. 4.

(a) L4 fault of the Figure 2. (b) Fault zone combined with different fault rocks such as gouge and breccia. (c&d) WNW-ESE trending quartz veins(yellow triangle) displaced by L4 fault with dextral strike-slip sense. (e&f) WNW-ESE trending quartz veins(yellow triangle) displaced by L4 fault with sinistral strike-slip sense.

소규모 전단단열 및 인장단열의 상호 절단관계를 통한 응력변형사 해석

대변항 동쪽 해안가에는 흑운모화강암 노두가 약 500 m에 걸쳐 노출되어 있다. 화강암은 괴상에 등방성인 특징을 갖기 때문에 단층의 변위를 인지하기 어려워, 세맥과 같이 변위인지를 위한 건층(key bed)이 되는 다른 구조가 필요하다. 연구지역 화강암 내에는 수 mm-수 cm의 석영세맥이 다수 발달하고 있으며, 이들은 다시 다른 절리나 소규모 단층에 의해 변위되어 있다. 본 연구에서는 세맥의 자세를 통한 인장방향(σ3)을 유추하고, 이들을 절단한 단열들의 운동특성을 고려하여 단열발달 당시의 수평 최대주응력 방향을 간접적으로 추정하였다. 일반적으로 세맥은 최대주응력의 방향과 평행하고, 최소주응력 방향에 수직하게 발달한다. 세맥의 방향은 동북동-서남서 방향이 우세하고, 다음으로 북서-남동방향, 그리고 남북 내지 북동방향의 세맥이 관찰된다. 세맥은 일반적으로 인장성 구조로 간주되며, 이를 통해 화강암 생성 이후 북북서-남남동 및 북동-남서 방향으로 인장력이 작용했었음을 지시한다.

화강암체 내에서는 소규모의 변위(수 mm-수 cm)를 가지는 소단층이 다수 관찰된다(Fig. 5). 이들은 주로 북북서-남남동 방향과 동북동-서남서 방향으로 발달해 있으며, 북서-남동 방향의 것도 다수 관찰된다. 변위된 세맥을 통해 좌수향 운동감각을 보이는 남북 내지 북북서-남남동 방향의 단층과 동북동-서남서 방향의 단층, 우수향 운동감각을 보이는 북서-남동 방향 내지 북동-남서 방향의 단층들이 관찰된다. 특히 이들 중 북서-남동방향의 우수향 주향이동단층과 북북서-남남동 방향의 좌수향 주향이동단층이 공액관계로 발달하는 양상이 다수 관찰된다(e.g. Fig. 5e and f). 또한 노두 상에 주향이동의 tip-mode III에 안행상으로 발달하는 인장 및 전단단열(R단열, R' 단열, T 단열 등)들이 관찰되는데(Fig. 6), 이들의 기하를 통해 운동감각 및 수평 최대압축방향을 유추하였다.

Fig. 5.

(a-f) Examples of cross cutting relationship. ENE-WSW and NW-SE striking veins are displaced by several minor strike-slip faults. (g) Rose diagrams for veins, minor strike-slip faults and related paleostress conditions.

특히 서북서-동남동(283°)방향의 소규모 전단대를 따라서는 우수향 주향이동 운동을 지시하는 안행상의 단열 및 세맥이 발달하고 있을 뿐만 아니라 좌수향 운동을 지시하는 T 단열들도 함께 발달하고 있다(Fig. 6). 우수향을 지시하는 안행상의 석영세맥과 단열은 약 7-8 cm의 전단대(shear zone)를 이루며 더 작은 규모로 발달하고 있다. 이론적으로 T 단열은 주 전단대에 대해 약 45°의 각 관계를 보이는 것으로 알려져 있는데, 본 안행상의 석영세맥은 주 전단단열에 대해 약 11°의 각관계를 보이고 있어서 이전의 전달단열이 회전하였거나, 전단인장(transtension)의 환경에서 저각으로 단열들이 발달하였거나, R 전단단열을 따라 세맥이 형성되었을 가능성도 있다.

Fig. 6.

(a&b) En-echelon fractures and quartz veins along the WNW-ESE to NW-SE trending shear zones. According to their geometry, this shear zone reactivated with opposite slip senses(inversion). (c&d) Detailed photo and sketch to recognize their cross cutting relationship(T.D: Tensile fractures related to dextral movement, T.S: Tensile fractures related to sinistral movement, R.D: Riedel shears related to dextral movement, R′.D: Conjugate Riedel shears related to dextral movement).

또한 안행상 단열들은 주 전단단열에 대해 약 30°-40°내외의 각도를 가지며 발달하는데, 전단대 경계부에서 조금 더 완만한 시그모이드(sigmoid)한 형태를 보인다. 좌수향을 지시하는 안행상의 단열들은 주 단층면에 대해 약 45°내외의 각 관계를 보이며, 전단대의 폭은 약 15-30 cm으로 발달하여 우수향의 것들보다 넓은 것이 특징이다. 또한 좌수향 운동을 지시하는 안행상 단열들이 우수향 운동을 지시하는 안행상 단열 및 세맥들을 절단하는 특징이 보인다. 따라서 좌수향을 지시하는 안행상 단열들의 폭이 우수향의 것들보다 넓은 점과, 우수향을 지시하는 안행상의 세맥과 단열들이 좌수향을 지시하는 단열들에 의해 절단되어 있는 양상을 바탕으로 이 서북서-동남동 방향의 전단단열은 우수향 주향이동운동 이후 좌수향 주향이동운동을 겪었을 것으로 판단된다(Fig. 6). 이러한 현상은 응력환경이 바뀌면서 선택적으로 역재활 또는 반전(inversion)된 것으로 판단된다.

우수향을 지시하는 안행상의 석영맥 및 단열이 주 전단대에 대하여 상대적으로 저각으로 발달하고 있는데, 여기에는 두 가지 가능성을 생각할 수 있다. 첫 번째는 기존에 존재하던 전단대가 우수향으로 재활될 때 주어진 응력방향이 저각으로 작용하여 이를 반영하였을 가능성이 있다. 본 노두에서 관찰되는 우수향을 지시하는 안행상의 단열들 중 R'의 tip부분이 말단부분에서 휘어져서 더 완만한 양상을 보인다. 이는 일종의 말단균열(tip crack) 현상으로 이러한 방향의 단열들이 좌수향의 운동감각을 보여주는 것을 지시한다. 즉, 만약 고응력방향이 저각으로 작용했다면, 처음부터 T단열은 저각(10°내외), R'은 40°내외의 각을 가졌을 것이다. 즉, 이미 발달된 전단대의 방향을 따라 주어진 응력에 의해 전달인장 현상이 발생한 것일 수 있다(Fig. 7a). 두 번째는, 이론상 mode III tip에서는 주 전단대에 대해 약 45°내외의 T 단열과 75°내외의 R' 및 15°내외의 R 단열이 안행상으로 발달하게 되는데, 이때 T에는 인장에 의해 생성된 틈을 광물질이 채우기도 한다. 본 노두에서 관찰되는 우수향을 지시하는 안행상의 단열들 중 R'의 tip 부분이 좌수향 주향이동 전단대의 말단부분에서 휘어져서 경계부에서 더 완만해지는 양상을 보인다. 이는 기존에 생성된 45°내외의 T를 석영맥이 채운 후, 좌수향 운동에 의해 재활되면서 회전했을 가능성도 생각 할 수 있다. 또한 우수향 운동에 의해 발달한 단열들의 말단부 굴곡을 후기 좌수향 운동에 의한 변형으로 해석한다면 이러한 시그모이드한 R'을 통해 좌수향 운동에 의해 변형을 받은 것으로 해석할 수도 있을 것이다(Fig. 7b).

Fig. 7.

Schematic diagrams for the inversion process. (a) Rotated tensile fractures(vein) related to dextral movement during the sinistral stage. (b) Riedel shears related to dextral movement filled with quartz vein by transtensional stress(T.D: Tensile fractures related to dextral movement, T.S: Tensile fractures related to sinistral movement, R.D: Riedel shears related to dextral movement, R′.D: Conjugate Riedel shears related to dextral movement).

세맥, 인장절리, 주향이동단층의 기하와 운동감각을 통해 간접적으로 이 지역에서 유추한 응력방향을 Table 1에 기재하였다. 본 자료를 토대로 대변항 인근에서 관찰되는 고응력 방향은 크게 5개 정도로 판단된다. 하지만 선후관계를 인지 할 수 있는 방향은 크게 3방향으로 축약할 수 있다. 건층이 되는 동북동-서남서 방향의 세맥을 통해 동북동-서남서 방향의 수평 최대주응력방향을 먼저 추정하였다. 절단된 동북동 방향의 석영맥은 대부분 북북서-남남동 내지 남북방향의 좌수향 단층과 북서-남동 방향의 우수향 주향이동단층에 의해 변위된다(Fig. 8a-f).

Table 1. Estimated paleostress directions based on the interpretation of structural elements from each outcrop

Fig. 8.

Paleostress history interpretations based on geometrical and kinematical evidences. Each stereographic projection indicates structural elements in each outcrop. (a-f) ENE-WSW striking quartz veins displaced by several strike-slip faults developed under NW-SE trending maximum horizontal stress. (g) NE-SW striking quartz vein was displaced by NNW-SSE striking sinistral strike-slip fault developed under WNW-ESE trending maximum horizontal stress. (h) NNW-SSE trending quartz veins displaced by the conjugate set of strike-slip fault. (i) WNW-ESE dextral strike-slip faults and NW-SE T fractures developed during the stage 2 and NE-SW T fractures developed during the stage 3. The structures developed during the stage 2 are reactivated during the stage 3 (T.D : Tensile fractures related to dextral movement, T.S: Tensile fractures related to sinistral movement, R′.D: Conjugate Riedel shears related to dextral movement).

노두상에서 북서-남동 방향의 우수향 주향이동단층과 남북방향의 좌수향 주향이동 단층이 서로 공액관계를 보이는 것을 통해 추정한 수평 최대압축력은 북서-남동 방향이다(Fig. 5e and f). 또한 북북서-남남동 내지 남북 방향의 좌수향 주향이동단층과 이에 수반된 2차 단열들이 북서-남동의 방향성을 보여(Figs. 4c-d, 8f) 북서-남동방향의 수평 최대압축응력을 유추할 수 있다. 끝으로 북서-남동 압축응력에 의해 우수향으로 움직였던 서북서-동남동 방향의 전단단열이 다시 좌수향으로 역전재활 되었는데, 이때 발달한 북동-남서방향의 T단열들을 통해 북서-남동 압축력 이후에 다시 북동-남서 방향의 수평 최대주응력이 작용했음을 해석하였다(Figs. 6 and 8i).

토 의

지질구조의 선택적 재활성

일반적으로 취성의 영역에서 응력이 누적되면 신선한 암석에 새로운 지질구조를 생성하여 응력을 해소하기 보다는 기존의 단열이나 약대를 따라 재활되면서 해소된다(e.g. Kim et al., 2001). 양산단층은 우수향 운동이 지배적이지만 경사이동운동과 좌수향 주향이동 운동을 겪은 증거도 다수 보고된 바 있어 이는 이러한 재활특성을 지시하는 것으로 해석된다(e.g. Chang et al., 1990; Kim, 1992; Chae and Chang, 1994; Chang and Chang, 1998; Chang, 2002; Hwang et al., 2004; Cho et al., 2007; Choi et al., 2009).

본 연구지역에서도 L2 선형구조를 따라 좌수향의 주향이동 증거가 관찰되었고, L4 선형구조에서 발견된 단층과 대변항 주변에 발달하는 일부 단열을 따라서는 역방향 재활의 증거도 관찰했다(Fig. 6). 이는 일광단층 주변에서도 양산단층과 마찬가지로 다중변형이 존재하였음을 지시함과 동시에 특정 구조를 따라 선택적으로 재활되었음을 지시한다. 단열의 재활성 여부는 비단 지질구조의 기하와 응력방향과의 각 관계뿐만 아니라 암석의 물성, 유효응력, 마찰계수, 유체의 유무 등 다양한 요소가 관여한다고 알려져 있다(e.g. Sibson, 1985, 1995; Kelly et al., 1999; Fossen, 2010). 따라서 다중변형을 겪은 일광단층 주변 일대의 구조들 역시 이러한 요인들에 의해 지체구조적 환경변화에 따라 선택적으로 재활되었을 수 있으며, 이 원인을 분석하기 위해서는 향후 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

일광단층 구조변형사

일광단층과 같은 대규모 단층은 단층곡의 폭이 넓고, 도시화로 인해 지표가 상당 부분 변형되어 단층핵과 단층면을 직접 관찰하기는 어렵다. 따라서 대단층 주변의 부차단층과 소단층의 발달특성을 통해 주단층의 운동특성을 간접적으로 추론할 수 있다(e.g. Jin et al., 2018). 본 연구지역의 기반암인 흑운모화강암(약 65-70 Ma)의 관입 이후 고응력의 변화는 (1) 동북동-서남서 방향의 σHmax 및 남-북 방향의 σHmin(석영세맥) 이후 (2) 북서-남동 방향의 σHmax 및 북동-남서방향의 σHmin에 의한 공액상 주향이동단층(남-북 내외의 주향을 가지는 좌수향 주향이동단층과 서북서-동남동 방향의 우수향 주향이동단층)이 (1)의 시기에 생성된 석영맥을 절단하고 있으며, 마지막으로 (3) 북동-남서방향의 σHmax 에 의해 선택적으로 역전재활된 단층이 발달한 것으로 해석하였다.

이 연구를 통해 해석된 응력변화와 그 시기를 기존연구(e.g. Kim and Park, 2006; Gwon and Kim, 2016; Ha et al., 2016; Cheon et al., 2017; Jin et al., 2018)들과 비교하였다(Table 2). Gwon and Kim(2016)은 후기 백악기를 지시하는 각섬석화강암류, 이들을 관입하는 암맥류와 석영맥 및 각종 단열의 선후관계로부터 울산 신암리에서 6개의 응력사건을 해석한 바 있으며, 건층이 되는 지질구조의 발달방향에 기초하여 기반암 생성 후 최소한 북북동-남남서, 동북동-서남서, 동서, 서북서-동남동 방향의 단열이 이 지역에 먼저 발달해 있었을 것으로 추정하였다. 울산 신암리의 기반암인 각섬석화강암의 각섬석에 대한 K-Ar 연대는 65.8±1.3Ma와 63.2±1.3Ma, 흑운모의 Rb-Sr 연대는 63.9±0.3Ma, 64.5±0.3Ma, 흑운모의 K-Ar 연대는 67.3±1.3Ma, 69.0±2.0Ma로 도출되었으며, 고철질 암맥은 K-Ar 연대결과 약 44Ma로 도출되었다(KOPEC, 2007). 1:50,000 동래도폭에서 각섬석화강암은 연구지역의 흑운모화강암과는 점이적인 변화를 보이는 분포양상에 기초하여 각섬석화강암의 최종분화로 흑운모화강암이 발달했을 것으로 해석된 바 있다(Son et al., 1978). 본 연구에서도 건층이 되는 동북동-서남서 방향의 석영맥 이전의 응력을 지시하는 구조를 발견하지 못해 처음 도출된 응력방향을 동북동-서남서 방향으로 해석하였으며, Gwon and Kim(2016)의 자료와 대비하여 동북동-서남서 방향의 압축력은 44Ma 이전일 것으로 추정하였다.

Table 2. Summary of the deformation history around the study area and comparison with previous studies.

양산단층계의 좌수향 주향이동 운동과 관련이 있는 북서-남동 압축 및 북동-남서 인장력은 백악기 말에 관입한 암맥류의 관입을 비롯해 지질구조들의 발달특성 및 분지의 발달특성 등을 토대로 해석된 바 있다(e.g. Cho et al., 2008; 2011, Ha et al., 2016; Cheon et al., 2017). 또한 퇴적동시성 정단층과 암맥군(dike swarms)들에 기초하여 마이오세 중기의 북서-남동 방향 압축응력 환경이 도출 된 바 있다(e.g. Son et al., 2005, 2015; Kim et al., 2008; Cheon et al., 2017). 본 연구에서 도출된 두 번째 압축응력 방향인 북서-남동 압축방향은 적어도 44 Ma 이후일 가능성이 있기 때문에 마이오세 중기의 북서-남동 압축시기에 대비될 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 결과는 Kim and Park(2006), Jin et al.(2018)에서 제안한 북서-남동 압축응력에 따른 북동-남서 인장환경에 부합될 것으로 판단된다(Table 2).

북서-남동 방향의 수평 최대응력 환경이 마이오세 중기라면, 그 이후에 북서-남동 방향의 응력조건에서 발달한 단층의 역전재활을 야기한 북동-남서 방향의 수평 최대응력은 그 보다 후기일 것이다. Gwon and Kim(2016)은 신암리에 발달한 동북동-서남서 방향 주향이동단층과 관련된 정이동성 좌수향 주향이동 운동시기를 야기한 북동-남서 방향의 수평 최대응력환경을 해석한 바 있다. 본 연구결과에서 밝힌 최후기 북동-남서 방향의 압축응력 방향은 Gwon and Kim(2016)의 북북동-남남서 내지 북동-남서 압축 응력시기에 대비할 수 있다. 하지만 양산단층계를 따라 보고된 응력사 연구들에서는 마이오세 이후에 북동-남서 방향의 압축응력이 보고된 바 없다(e.g. Kim and Park, 2006; Choi et al., 2007; Cheon et al., 2017; Jin et al., 2018). 따라서 동북동-서남서 방향의 현생응력 환경에서 재활했을 가능성을 배제 할 수 없다.

북북서-남남동 방향으로 발달한 석영맥이 공액상으로 발달한 북북동-남남서 방향의 우수향 주향이동 단층 및 북동-남서 방향의 좌수향 주향이동단층에 의해 변위되었는데(Fig. 8h), 이들을 야기한 주응력 방향은 북동-남서 방향의 압축응력을 지시한다. 북북서-남남동 방향의 수평 최대압축 이후에 북동-남서 방향의 수평 최대압축응력이 있었을 것으로 추정되나, 다른 구조들과의 선후관계를 인지할 수 없어서 응력사에서는 제외하였다. 역시 북서-남동방향의 수평 최대압축응력에 의해 생성되었을 것으로 판단되는 석영맥이 북북서-남남동 방향의 좌수향 주향이동단층에 의해 변위되지만 이 또한 다른 구조들과의 관계가 불확실하여 제외하였다(Fig. 8g).

결 론

일광단층의 주변에서 인지되는 지질구조의 상호 절단 관계를 바탕으로 응력사를 추론하였으며, 본 연구의 주요 결론은 다음과 같다.

(1) 일광단층 동쪽에 위치한 봉대산에는 일광단층과 평행한 선형구조(단층곡)가 4조 발달하고 있으며, 이들은 각기 다른 특징을 보인다. 가장 서편의 선형구조(L1)상에는 고립구릉과 단층안부가 발달하고, 선형구조를 따라서는 제4기 선상지면의 추정 단층애 등 지형적으로 단층의 특성이 인지된다. 이는 현생의 응력환경에서 L1이 제4기 단층으로 활동했을 가능성을 시사한다. 가장 뚜렷하고 연장성이 긴 선형구조인 L2를 따라서는 북서에서 남동 방향으로 흐르는 하천이 좌수향 운동감각으로 변위되어 있고, 선형구조를 따라 천이점이 발생하고 있으며, 주변에 높은 밀도의 단열들이 발달하고 있는 특징을 보인다. 본 단열들은 천이점에 달라붙어 있는 양상을 토대로 2차 단열로 판단되며, 이들의 기하를 토대로 좌수향 주향이동 운동이 있었던 것으로 판단된다. 가장 동쪽 해안에 인접하여 발달한 선형구조(L4)는 단층핵과 단층면을 직접 관찰할 수 있으며, 단층면을 따라 변위된 석영세맥을 통해 우수향과 좌수향 주향이동 운동을 모두 겪은 것으로 판단된다. 또한, 선명한 차이를 보인 단층비지대가 2-3조 발달하고 있는데, 이는 이 단층이 여러 번 재활되었음을 가능성을 지시한다.

(2) 대변항 동쪽에 노출된 화강암에는 다양한 방향의 전단단열들과 인장성 구조들이 발달하고 있다. 인장성 구조인 석영세맥은 주로 동북동-서남서 방향과 북서-남동 방향으로 발달해 있으며, 이들 세맥을 절단하는 전단단열들은 북서-남동 및 북동-남서 방향의 우수향 주향이동단층과 남-북 및 동북동-서남서 방향의 좌수향 주향이동단층으로 확인된다. 또한 같은 방향으로 주향하지만 우수향과 좌수향 운동감각을 모두 보이는 단층이 존재하는데, 이는 본 단층의 역전재활을 시사하는 명백한 증거로 해석된다.

(3) 전술한 구조들의 상호 절단관계를 토대로 추정된 응력 변형사는 동북동-서남서 방향의 압축력 이후 북서-남동 방향의 압축에 의한 주향이동 운동이 있었고, 이후 북동-남서 방향의 압축력에 의해 선택적 재활을 경험한 것으로 해석된다. 이를 기존 연구자료와 비교한 결과 일광단층 역시 양산단층과 비슷한 운동사를 경험했으며, 특히 대변항에서 발달한 구조들은 후기 백악기 이후의 응력환경을 잘 반영하고 있는 것으로 판단된다.

(4) 일광단층은 양산단층과 유사한 기하를 가지고 있으며, 비슷한 운동을 경험한 것으로 판단된다. 본 연구결과를 기초하여 일광단층과 현재 가동중인 원전시설과의 직접적인 관련성을 언급하기에는 무리가 있지만, 향후 인접지역에서의 주요시설물 건설에 있어 지질구조의 재활가능성 여부 및 일광단층의 운동변형사를 고려한다면 보다 안전성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.