금왕 단층

금왕 단층은 한반도 경기 지괴 내 음성 분지에서 시작해 음성, 홍천, 인제군 상남면 등을 지나 설악산에 이르는 북동-남서 방향, 총 연장 170km의 주향 이동성 단층이다. 음성 분지의 북서쪽 경계를 이루고, 신생대 제4기 약 70만 년 전부터 10만 년 전까지 활동해온 것으로 추정되며, 공주 단층대의 일부이다.

금왕 단층의 발달 과정 

금왕 단층의 발달 과정을 알기 위해서는 먼저 취성 및 연성 변형작용과 단층암의 생성 과정에 대한 이해가 필요하다. 단층(fault)은 지각 10~15 km 이내의 깊이에서 취성 변형작용(brittle  deformation)에 의해 형성되는 구조이다. 지각 10~15 km에는 취성-연성 전이대가 있으며, 이보다 더 깊은 곳에서는 연성 변형작용(ductiledeformation)에 의해 연성 전단대(ductile shear zone)가 형성된다. 단층 운동이나 전단 작용이 일어날 때 지각의 깊이에 따라 온도와 압력 조건 등이 달라지면서 다양한 종류의 단층암이  생성된다. 지각 1~4 km보다 얕은 곳에서는 취성 변형작용이 우세하여 응집력이 없는 단층비지(fault  gouge)나  단층각력암(faultbreccia) 등이 형성되고, 지하 1~4 km  보다 깊고 10~15 km 보다 얕은 곳에서는 응집력이 있는 파쇄암계열(cataclasite  series)이 상부지각 내에 형성된다. 10~15 km 보다 깊은 곳에서는 연성 변형 작용이 우세하여 연성 전단대 내에 응집력이 있는 압쇄암 계열(mylonite  series)이나 변성압쇄암(blasto-mylonite)이 중부지각 내에 형성된다. 연성 변형작용에 의해 깊은 곳에서 형성된 연성전단대가 융기를 한 후, 상대적으로 얕은 곳의 취성 변형 환경에서 취성단층대(brittle  faultzone)로써 재활동하여 파쇄암 계열 및 단층비지가 깊은 곳에서 형성된 압쇄암 계열에 중첩될 수 있다.

금왕단층에  대한  지금까지의 연구결과에 의하면 압쇄암 계열, 파쇄암 계열, 단층비지 및 단층각력암 등이 금왕단층의 주향을 따라 혼재되어 분포하고 있으며, 이는 각각 다른 깊이의 변형 환경에서 발생한 여러 번의 재활동을 지시한다. 2016년 9월 한국암석학회의 <금왕단층의 내부구조 및 단층발달사> 논문에서는 금왕 단층의 발달 과정을 다음과 같이 제시하고 있다.

 첫 번째 단계 : 선캄브리아기 편마암 및 쥐라기 화강암 내에 발달한 압쇄암 계열의 연성 전단대(→지하 15 km 이하에서 형성된 것)는 융기 및 침식작용에 의해 지표로 드러나 금왕 단층대를 따라 음성 분지 부근부터 설악산 지역까지 단속적(斷續的)으로 분포하고 있다. 강원도 횡성군 횡성읍 일대에서 관찰되는 단층암은 모암으로부터 연성 전단대의 중심과 가까워질수록 원압쇄암(protomylonite)-압쇄암(mylonite)-초압쇄암(ultramylonite)으로 변화되는 양상이 보고된 바 있으며, 이는 전단대의 중심부로 갈수록 회전 재결정 작용(rotational recrystallization)에 의해 석영 입자의 크기가 차이를 보이기 때문이다.
 두 번째 단계 : 강원도 횡성군 횡성읍 및 강원도 홍천군 서석면 일대에서 (깊은 곳에서 형성된) 압쇄암 계열의 일부는 (압쇄암보다 조금 더 얕은 곳에서 형성된) 파쇄암(cataclasite) 내의 잔유물(relics)및 쇄정(phophyroclast)으로 관찰된다. 이는 융기 및 침식작용에 의해 (원래 깊은 곳에서 형성된) 연성 전단대에 취성 단층대가 중첩되었음을 지시한다. 강원도 횡성군 공근면 일대에 분포하는 파쇄암대의 연구에 의하면, 파쇄암대의 폭은 약 80 m에 이르며 중심부에 엽리가 발달된 파쇄암(foliated  cataclasite)으로 이루어진 약 4 m 폭의 단층핵이 발달되어 있다. 엽리가 발달된 파쇄암과 상반쪽 괴상(塊狀)의 파쇄암 사이에는 약 7 cm 폭의 단층비지대가 발달되어 있다. 단층핵을 이루는 엽리가 발달된 파쇄암대는 좌수향 주향이동 운동을 지시한다. 강원도 횡성군 횡성읍, 홍천군 동면 그리고 인제군 상남면 일대에 분포하는 파쇄암대의 연구에 의하면 
 1) 모암인 화강암 및 편마암에서 초파쇄암(ultracataclasite)으로 갈수록 기질의 함량이 급격하게 증가하는 경향을 보인다. 
 2)  모암에서초파쇄암으로 갈수록 장석 및 운모의 함량은 감소하는 경향을 보이며, 특히 장석의 함량은 파쇄암대에서 급격하게 감소하는 경향을 보인다. 천부(淺部; 얕은 부분)의 환경에서 장석이 석영에 비해 약하기 때문에 기질로 많이 전환되었다.  
 3)  모암에 존재하던 운모류는 대부분  파쇄유동  및  변질작용(alteration)에  의해  기질로 전환되어 파쇄암대에서는 거의 존재하지 않는다. 
 4)  모암에서 초파쇄암대로 갈수록 균열면이 많이 발생하고 균열면을 따라 파쇄가 일어나 석영과 장석  등의  입자의  크기가  작아지는  경향을  보인다.
  5)  원파쇄암(protocataclasite)에서 초파쇄암으로 갈수록 석영 쇄정의 원마도값이 증가하는 경향을 보인다. 금왕 (연성) 전단대는  지하  1~4 km에서 10~15 km 이내의 깊이까지 융기 및 침식작용에 의해 취성단층대로 전이되어 파쇄암 계열이 압쇄암 계열에 중첩되었다. 파쇄암 계열에는 좌수향 주향이동을 지시하는 지질구조 요소들이 발달되어 있다. 파쇄암대의 중심부에는 초파쇄암이나 엽리가 발달된 파쇄암으로 이루어진 단층핵이 발달되어 있으며 그 주변에 파쇄암-원파쇄암-파쇄미각력암(fine  crush  breccia)이 비교적 대칭적으로 분포하여 단층 손상대를 이루고 있다. 금왕 단층 전 지역에 걸쳐 파쇄암이 발달되어 있으나 풍화가 심한 편이며, 강원도 횡성군 횡성읍, 횡성군 공근면, 홍천군 동면 그리고 인제군 상남면 일대에는 비교적 신선한 파쇄암대가 발달되어 있다.
 세 번째 단계 : 강원도 홍천군 동면 일대에는 편마암과 퇴적암이 단층접촉하고 있다. 단층대는 2 개의 단층비지띠, 2개의 전단 변형을 받은 이암대와 폭이 약 40~50  m인 변형을 받지 않은 편마암으로 이루어져있다. 단층비지와 편마암 사이에 발달한 단층면의 방향은 주향 북동 44°/경사 북서 79°이다. 단층비지와 편마암의 경계부에 주 단층과 평행한 단층비지띠가 발달되어 전체 단층비지대의 폭을 증가시킨다. 일부 단층비지대에는 두 번째 단계에서 형성된 파쇄암으로 이루어진 역(礫)들이 단층비지에 떠 있는 형태로 발달되어 있다. 이는 세 번째 단계에서 단층의 재활동으로 인해 파쇄암대가 (더 얕은 곳에서 형성되는) 단층비지로 전환되었음을 지시한다. 강원도 홍천군 동면 일대에는 단층비지대 및 단층각력암대로 구성된 단층핵과 전단변형을 받은 이암으로 구성된 단층손상대가 주향 북동 67°/경사 남동 65°의 단층면을 경계로 발달되어있다. 폭이 약 8 m 인 단층핵에는 약 40~50 cm 폭의 단층비지대와 단층각력암대가 반복하여 분포한다. 강원도 홍천군 동면 일대에 폭이 약 50 m인 단층비지대로 구성된 단층핵을 중심으로 서쪽으로 약 50 m 폭의 미세파쇄각력암대, 동쪽으로는 약 300 m 폭의 파쇄암과 단층비지  혼합대, 약 10 m 폭의 초파쇄암대, 약 150 m 폭의 파쇄암대, 약 320 m 폭의 미세파쇄각력암대가 분포한다. 단층비지대와 파쇄암 계열의 경계부는 명확하게 나타나거나 혼재되어  나타난다. 다른 변형환경에서 형성되는 파쇄암 계열과 단층비지가 지표상에서 혼재되어 분포하는 것은 두 번째 단계에서 형성된 파쇄암대가 세 번째 단계에서 재활동 하여 단층비지가 중첩된 것을 지시한다. 두 번째 단계에서 형성된 파쇄암 계열로 이루어진 금왕단층대가 융기  및  침식작용에 의해 지하 1~4km 부근에서 재활동하여 단층비지대 및 단층각력암대를 형성하였으며, 음성 분지 및 풍암분지를 발달시켰다. 충북  음성군 일대에 발달되어 있는 주향 이동 단층인 공주 단층과 금왕단층이 세 번째 단계에서 좌수향 주향이동 운동을 함으로써 인리형 퇴적분지(pull-apart  basin)인 음성 분지가 형성되었고, 이후 분지 내에 육성 퇴적층이 퇴적되었다.
 네 번째 단계 : 단층비지가 형성된 이후 금왕단층이 재활동하여 단층비지 내에 재활동을 지시하는 전단면 및 전단띠가 발달되어 있다. 단층비지 내에 발달한 엽리, 전단면 및 전단띠의 방향을 통해 네 번째 단계의 단층 중에는 좌수향 주향이동 운동이 우세했음을 알 수 있다(Hong,  2013). 풍암 분지 내에 분포하는 백악기 퇴적암에는 안행상 배열의 습곡, 단층 및 절리 등의 다양한 지질구조 요소들은 좌수향 주향이동 운동을 지시한다.
 다섯 번째 단계 : 강원도 홍천군 서석면 일대에 분포하는 중생대 백악기 안산암은 풍암 분지 내의 백악기 퇴적암을 여러 번에 걸쳐 관입 또는 분출상으로 덮고 있으며, 선캠브리아  누대  편마암과는  단층접촉을  하고있다. 하지만 일부 안산암은 역암 내에 암편의 형태로 존재하여 퇴적층 형성 이전에도 안산암이 분포하고 있었음을 지시한다. 풍암분지에 분포하고 있는 안산암을 비롯한 화산암은 K-Ar 연대 측정 방법 약 7천~8400만 년 전에 관입한 것으로 해석되었다. 안산암 내부에 발달한 전단면의 방향을 분석한 결과, 단층의 우수향 주향이동 운동을 지시한다.
 여섯 번째 단계 : 단층비지대는 수 cm 에서 수 m 까지 폭의 변화가 다양하며, 지금까지 단층비지의 ESR 연대측정 방법을 이용한 금왕 단층의 제4기 시간, 공간적 활동 형태가 보고된 바가 있다. 제4기 동안 금왕 단층은 충청북도 진천군 덕산면, 음성군 맹동면, 강원도 횡성군 공근면, 홍천군 동면, 서석면 그리고 인제군 상남면 일대에서 재활동을 하였다. 금왕 단층에 발달한 단층비지의 ESR 연대 측정 결과를 종합해보면, 금왕 단층은  약 76만, 50만, 35만, 22만, 15만, 그리고 11만 년 전에 걸쳐 적어도 6번의 재활동이 있었던 것으로 해석된다. 구체적으로는
 약 76만 년 전에는 충청북도 음성군 맹동면 일대와 강원도 홍천군 동면 일대에서
 약 50만 년 전에는 충청북도 진천군 덕산면 일대, 음성군 맹동면 일대와 강원도 홍천군 동면 일대에서
 약 35만 년 전에는 충청북도 진천군 덕산면 일대, 음성군 맹동면 일대, 강원도 횡성군 공근면. 홍천군 동면 일대와 서석면 일대에서
 약 22만 년 전에는 강원도 홍천군 서석면 일대와 인제군 상남면에서
 약 15만 년 전에는 충청북도진천군 덕산면 일대와 강원도 인제군 상남면에서, 
 약 11만 년 전에는 강원도 인제군 상남면에서 금왕단층이 재활동을 하였다. 방사성 원소로부터 방사성 에너지를 받은 것으로 추정되는  단층비지들은 ESR 신호가 포화되어 ESR 수치연대를 측정할 수 없었다. 따라서 포화된 단층비지의 마지막 활동 시기는 단층비지의 ESR 연대측정 방법의 한계인 약 200만 년 전 이전으로 추정된다.

금왕 단층의 자취 (단층의 노두) 

 통과 지역 : 진천군 덕산읍 - 음성군 맹동면 - 금왕면 - 생극면 - 원주시 북서부 일대 - 횡성군 횡성읍 - 공근면 - 홍천군 영귀미면 - 서석면 - 인제군 상남면 - 기린면 북리

음성군 
 맹동면 쌍정리 : 이 일대(북위 36°46'~37°02', 동경 127°28' ~127°37')에는 단층 비지로 이루어진 단층핵이 약 2 m의 폭으로 발달되어 있다. 이 지역에는 북북동 주향의 단층을 기준으로 북서쪽에는 중생대 백악기의 화강암이, 남동쪽에는 음성 분지의 퇴적층 초평층군이 분포한다. 첫번째 C-1 노두에 발달한 단층핵의 북서쪽으로는 중생대 흑운모 화강암에서 유래한 파쇄암이 분포하고 있으며, 남동쪽으로는 백악기의 역질 사암이 분포하고 있다. 단층핵의 북서쪽에는 파쇄암에서 유래한 폭이 약 20~ 50 cm인 단층각력암이 발달되어 있다. 단층각력암과 단층핵 사이에는 폭이 약 8~15 cm인 암회색 단층비지띠가 발달해 있으며 단층면의 방향은 주향이 북동 36°이며 경사는 수직에 가까운 북서 87°이다. 북서쪽으로는 역질 사암과 단층핵 사이에 폭이 약 3~12 cm인 암회색 단층비지띠가 발달되어 있으며 단층면의 방향은 주향 북동 43°, 경사는 북서 85°이다. 두번째 C-2 노두에 발달한 단층핵의 남동쪽에는 백악기의 역질 사암이 분포하며, 북서쪽에는 화강암에서 유래된 파쇄암이 분포한다. 단층핵과 역질 사암 사이에 폭이 약 20~25 cm인 괴상의 담회색 단층비지띠가 발달해 있으며, 단층면의 방향은 주향 북동 32°/경사 북서 79°이다. 남동쪽으로는 파쇄암과 단층핵 사이 폭이 약 7~10 cm인 황색의 단층비지띠가 발달되어 있으며, 단층면의 방향은 주향 북동 27°/경사 남동 88°이다. ESR 연대측정 결과는 약 33만 년 전이다.

원주시 
원주시에서는 다음과 같은 곳에서 노두가 발견되었다. ESR 연대측정 결과 이 지역에서의 부수단층으로부터 분석된 금왕단층의 활동시기는 약 24만 년 전, 약 29~34만 년 전과 약 80만 년 전 등이다

 문막읍 : 이 일대(북위 37°17'40.97" 동경 127°46'25.97")에는 흑운모 화강암에 주향 북동 40°/경사 남동 84° 방향의 부수단층이 발달되어 있고, 이곳에서 약 50 m 떨어진 노두(북위 37°17'39.80" 동경 127°46'28.71")에는 흑운모 화강암에 주향 북동 25°/경사 북서 65° 방향의 부수단층이 발달되어 있다. ESR 연대는 전자가 830±80  ka, 후자가 320±50 ka이다.
 지정면 남부 : 이 일대(북위 37°21'50.18" 동경 127°49'49.07")는 흑운모 화강암으로부터 유래된 파쇄암 내에 단층비지가 중첩되어 형성된 약 25 m 폭의 단층핵이 발달되어 있다. 단층핵의 북서쪽 경계부에는 약 4 m 폭의 단층비지대가 발달되어 있으며, 남동쪽 경계부에는 약 6 m 폭의 단층비지대가 발달되어 있다. 그 사이에는 흑운모 화강암에서 유래된 파쇄암이 잔유물로 남아있다. ESR 연대는 520±60 ka이다
 지정면 북부 : 이 일대(북위 37°23’40.40 동경 127°51'45.01")는 흑운모화강암 내에 주향 북동 8°/경사 북서 77°와 주향 북동 14°/경사 남동 76° 방향의 부수단층들이 발달되어 있다. 여러 개의 단층비지시료에서 확인된 ESR 연대는 330±50 ka 및 290±20 ka이다.
 호저면 : 이 일대(북위 37°28'11.01" 동경 127°54'42.97")에는 화강반암 내에 주향 북동 25°/경사 북서 65° 방향의 부수단층이 발달되어 있다. 최대 ESR 연대는 240±30 ka이다.

횡성군 

 횡성읍 학곡리 : 이 지역의 지질은 석영 장석질 편마암과 시대미상의 각섬암, 쥐라기 흑운모 화강암, 백악기 학담층 및 석영반암 등으로 구성된다. 연구지역 중앙부에 분포하고 있는 석영 장석질 편마암은 흑운모 화강암과 각섬암의 관입을 받아 소규모로 분포한다. 이곳에는 초파쇄암으로 구성된 단층핵을 중심으로 파쇄암, 원파쇄암, 미세파쇄각력암이 대칭적으로 분포하여 단층손상대를 이룬다.

홍천군 

 서석면 어론리 : 이 지역(북위 37°42'09.59" 동경 128°07'04.42")에서는 선캄브리아기 흑운모 편마암과 안산암의 경계 단층으로 단층대는 편마암과 백악기 이암의 파쇄대가 발달하고 있다. 파쇄대의 폭은 200m 이상이며, 초파쇄대 내에 3-4cm의 단층비지가 발달하고 있다. ESR 연령은 260±90ka이다.
 서석면 수하리 : 이 지역(북위 37°48'32.3" 동경 128°12'47.6")에서의 단층대는 편마암과 원파쇄암대 사이에 30-40m 폭의 단층역암대로 되어있다. 2m 폭의 초파쇄암대, 20m 파쇄암대, 30m 폭의 단층역암대로 구성된다. 단층대에는 파쇄 엽리가 발달하며, 원마도가 양호한 암편들이 떠 있는 형태로 있다. ESR 연대측정 결과는 170±10 ka 이다.

인제군 

 상남면 상남리 : 이 지역(북위 37°50'42.9" 동경 128°14'29.0")에서는 선캄브리아 흑운모 편마암과 백악기 화강암의 경계 단층으로 단층면의 주향과 경사는 N36°E/80°NW이고, 2m 초파쇄암대 내에 4조의 단층 비지대가 발달한다. ESR 연대측정결과는 90~250 ka의 다양한 값을 보여준다.

퇴적 분지

음성 분지 

경기 지괴와 옥천 습곡대의 경계를 이루는 공주 단층계를 따라 형성된 백악기의 퇴적분지로서, 북서쪽 경계를 이루는 금왕 단층과 남동쪽 경계부를 이루는 공주 단층의 사이에 자리잡은 마름모꼴의 인리형 분지(pull-apart basin)이다. 지리적으로는 음성군, 진천군 초평면 일대이다. (한반도 지질도를 참고) 최대 33km의 연장과 7 km 폭으로서 약 140 km2의 면적을 가진다.

풍암 분지 
풍암 분지는 북동-남서 방향으로 발달해 있고, 금왕 단층이 분지의 북서쪽 경계를 이루고 있다. 지리적으로 강원도 홍천군과 횡성군 일부에 걸쳐 있으며 면적 약 140km2, 두께 300∼500 m 정도이다. 음성 분지와 마찬가지로 중생대 백악기의 퇴적 분지이다.

관련 기사 
<"강원도 지진 과학적 근거 충분 내진보강 등 선제적 대응 나서야"> 강원도민일보, 2017.11.17 - "원주∼홍천∼속초를 걸친 단층이 활성단층일 가능성이 매우 높다.강원도에 규모 7.0의 강진이 발생할 수 있다."

같이 보기 
 금왕면
 공주 단층
 인제 단층
 한국의 지진#수도권과 경기 지괴

각주 

대한민국의 단층