장기 분지

섬네일|400px|신생대 장기층군 규화목, 국립중앙과학관
장기 분지(長鬐 盆地, Janggi Basin)는 대한민국 경상북도 포항시 장기면, 구룡포읍, 호미곶면, 동해면에 걸쳐 있는 약 150 km2 규모의 신생대 제3기 마이오세 퇴적분지이다. 신생대 제3기 마이오세의 화산암과 퇴적암인 장기층군(長鬐層群, Janggi Group)으로 구성된다. 장기 분지는 서측으로 포항 분지, 남측으로 어일 분지와 접한다.

 개요 
한반도 동남부 포항시와 경주시 일대에는 신생대 제3기 마이오세의 지층으로 구성된 포항 분지, 장기 분지, 와읍 분지, 어일 분지, 하서 분지, 정자 분지, 울산 분지 등이 분포한다. 이 퇴적분지들은 동해가 확장되던 마이오세에 한반도 동해안을 따라서 발생한 지각 변형으로 인해 형성된 단층 분지이다. 이들은 지리적으로는 인접해 있으나 대부분 분지 경계 단층들에 의해 격리되거나 고립되어 있는 인리형 분지이다.

여러 고지자기 연구들에서는 이들 마이오세 퇴적분지 내 암석들의 잔류자기 편각의 다수가 시계방향으로 55° 정도 편향되어 있음이 관찰되었다. 이러한 잔류 자기 편향현상은 동해의 확장으로 인해 한반도 남동 부에 우수향 단순전단(simple shear)이 작동되어 지괴의 수평회전운동이 발생하였음을 지시하며, 이곳 주요 단층들이 우수향 주향이동단층으로 활동함으로써 퇴적분지들이 당겨열림(pull-apart)에 의해 확장된 인리형 분지라는 것을 지시한다. 따라서 기존의 연구들은 한반도 남동부의 마이오세 지각 변형과 분지 확장이 양산 단층의 우수향 주향 이동 운동에 의해 주도된 것으로, 울산 단층이 제3기 분지의 발달 위치를 구획한 것으로 해석하였다.

 구성 
장기 분지는 한반도 남동부, 경상북도 경주시~포항시 일대에 분포하는 신생대 마이오세 퇴적분지들 중의 하나이며 마이오세의 화산암·퇴적암 지층인 장기층군으로 구성된다. 장기 분지라는 용어 자체는 오래전부터 사용되어 왔으나 구체적으로 정의는 되지 않았는데 이현구 외(1992)는 장기 분지를 최초로 "어일 분지와 데이사이트질 암류와 분리되어 있는, 장기에서 오천 일대에 분포하는 퇴적암류와 화산암류의 퇴적분지"로 정의하였다. 그러나 현재까지도 장기 분지의 경계나 분지 발달 과정이나 형식에 대해서는 명확히 규명되지 않았다. 장기 분지는 전체적으로 북동-남서 방향으로 발달하며 분지 중서부의 모리령毛里嶺, 현재의 포항시 장기면 대곡리 용수골 서측에 있는 고개 지역에서는 기반암이 분지 안쪽으로 파고들어와 있다. 타테이와 이와오는 장기 분지의 기반암을 백악기 불국사 화강암과 각섬석석영장석규장반암으로 보았으나 이후 대부분 신생대 제3기의 산성 내지 중성질의 응회암 또는 용결응회암으로 해석되었다.(진명식 외, 1988) 장기 분지는 전체적으로 평행사변형의 형태를 보이며 잔류자기가 시계방향으로 편향되어 있어 북북서-남남동 방향의 동해 확장 동안에 형성된 인리형 분지로 추정된다.(손문 98), 1:5만 지질도 상으로
 포항 지질도폭(1964) 남동부 (동해면 입암리, 마산리)
 대보 지질도폭(2021) 전역 (동해면 북동부, 호미곶면, 구룡포읍 북부)
 연일 지질도폭(地質図幅, 1922) 동부 (동해면 남서부, 장기면 중부)
 구룡포 지질도폭(1922) 북동부 (장기면 동부, 구룡포읍 중·남부)
에 해당한다.

장기 분지에는 전기 마이오세에 이원성 화산활동이 있었으며 장기 분지의 북서쪽 경계는 북동 30°방향으로 발달된 오천 단층에 의해 규제되며, 중서부는 북동-방향의 모리령 단층에 의해 단절되어 유천층군 기반암과 경계한다. 장기 분지 남부에서는 부정합 관계로 경계하는 유천층군 기반암에 의해 남쪽의 어일 분지와 구분된다. 북동쪽 경계는 기반암으로 산출되는 백악기 퇴적암과 에오세로 추정되는 호미곶층군 화산암류와 대부분 부정합 관계로 접한다. 중력자료 분석 결과 장기 분지는 서쪽 경계단층에서 동쪽과 남서쪽으로 멀어질수록 얕아지는 것으로 해석된다.

장기 분지는 지질 분포를 바탕으로 구룡포 지괴, 오천 지괴, 뇌성산 지괴, 영암리 지괴 및 양포소분지로 구분된다.

+이현구 외(1992)가 기재한 어일 분지 내 화산암 노두 샘플 번호 암석 종류 좌표 위치 절대연령 (Ma) 911213-5 연일 현무암  포항시 장기면 죽정리/동해면 상정리 19.92±0.47 911213-6 연일 현무암  포항시 동해면 상정리 산 220-4 22.05±0.67 911213-8 연일 현무암 (암맥)  포항시 구룡포읍 병포리 산 78 20.55±0.50 911213-9 구룡포 안산암   20.36±1.69

 구룡포 지괴 
구룡포 지괴는 포항시 구룡포읍 중·북부에 해당하며 응회암 및 응회질 퇴적암으로 구성된다. 현무암질 암맥군이 체계적으로 발달하며 구룡포지괴 남쪽 경계 단층 인근에는 최소 100개 이상이 관입해 있다. 김민철(2018)은 구룡포 지괴 내 암석을 밑에서부터 중흥리층, 구룡포층, 공개산 데이사이트, 뇌성산현무암질암으로 구분하였다.

 오천 지괴 
오천 지괴는 포항시 오천읍과 동해면 남서부, 장기면 죽정리에 걸치며 서측은 오천 단층계에 의해 포항 분지와 접하고 남동측은 기반암, 동측은 구룡포 지괴와 단층으로 접한다. 분지 내 지층이 북서쪽으로 기울어 있어 오천 지괴의 확장을 주도한 단층은 북서측 단층으로 추정된다. 백인성 외(2010)는 오천 분지에 해당하는 포항시 오천읍 광명리~동해면 약전리 및 조항산 지역의 암석을 밑에서부터 정천리 역암, 눌대리 응회암, 금광동층, 신정리층과 현무암 및 안산암으로 구분하였으며, 현무암 및 안산암에 대해 아르곤-아르곤 연대 측정을 실시하여 16.8±2.2 및 19.4±2.1 Ma (신제3기 마이오세)의 연대를 보고하였다.

 뇌성산 지괴 
뇌성산 지괴는 뇌성산(212 m)을 중심으로 포항시 구룡포읍 성동리, 장길리, 구평리, 장기면 학곡리, 대곡리에 걸쳐 있으며 밑에서부터 장기 역암, 성동리층과 지괴를 광범위하게 덮은 뇌성산현무암질암으로 구성된다. 각 지층의 분포와 경사를 이용하여 계산한 뇌성산 지역 지층의 이론적 두께는 장기 역암 112 m, 성동리층 844 m, 뇌성산현무암질암 389 m, 전체 최소 1,000 m 이상이다. 뇌성산 지괴는 현무암체를 중심으로 주변의 지층들이 교란되어 있는데, 경사 방향이 현무암체 쪽으로 수렴하는 경향을 보여 다량의 화산쇄설물이 지괴 내로 들어와 과도한 하중에 의해 주변 지층이 함몰된 것으로 해석된다.

한국지질자원연구원(2014)은 장기 분지의 지하 구조를 알아보기 위해 포항시 장기면 학곡리 397-1 지역에서 지하 1214 m 깊이로 시추 조사를 실시하였다. 지하 1014 m 깊이에서 기반암인 데이사이트질 화산력 응회암과 장기 분지 이암과의 경계가 확인되었다. 장기 역암은 지하 744~1014 m 깊이에 분포하며 역암, 이암, 사암 등 쇄설성 퇴적암이 우세하다. 성동리층은 지하 120~744 m 깊이에 분포하며 데이사이트질 괴상 화산력 응회암, 사암, 이암으로 구성되고 중간에 현무암질 암맥과 역암이 나타난다. 뇌성산현무암질암은 지하 5~120 m 깊이에 분포하며 현무암질 응회암과 협재된 이암으로 구성된다. 또한 지하 254~256 m, 303~304 m, 750~753 m 깊이에서 단층파쇄대가 나타난다.

김민철 외(2015)는 뇌성산지괴 내 포항시 장기면 학곡리 남서부 학곡교 부근에서 지하 1204.0 m 깊이로 시추 조사를 실시하였다. 지하 1003.5 m 깊이에서 기반암인 유문암질/데이사이트질 화산암류가 기저 역암에 부정합으로 덮히는 것이 확인되었다. 장기 역암은 지하 873~1003 m (두께 130 m) 깊이에 분포하며 기반암 기원의 자갈을 포함한 역암과 (역질)사암으로 구성된다. 성동리층은 지하 873~120 m (두께 753 m) 깊이에 분포하며 9매의 데이사이트질 응회암과 응회질 퇴적암이 교호한다. 뇌성산현무암질암은 지하 120 m~지표까지 분포하며 주로 화산력 응회암으로 구성되고 성동리층을 정합으로 덮는다. 또한 3개의 현무암질 암맥이 관찰되었으며, 지하 깊숙히 내려갈수록 점점 경사가 급해져 퇴적동시성 지괴 경동이 발생하였음을 지시한다.

 영암리 지괴 
영암리 지괴는 포항시 장기면 중동부 영암리와 금오리, 금곡리, 대진리, 서촌리, 방산리에 걸치며 지표 상에서는 뇌성산 지괴와 연결되어 있다. 지층이 북서쪽으로 경사져 있어 북동 방향의 정단층에 의해 분지가 확장되고 북서측으로 경동된 것으로 추정된다.

 양포소분지 
양포소분지(Yangpo subbasin)는 장기 분지 남단에 격리되어 있으며 포항시 장기면 수성리와 양포리, 신창리 일대에 걸친다. 과거에는 장기 분지의 일부로 간주되었으나 영암리 지괴와 기반암들과 단층으로 격리되어 있어 최근에는 독립된 아분지(sub-basin)로 해석된다. 양포소분지는 데이사이트질 암석과 다이아트림을 형성하는 현무암질 암석(현무암질 응회질 각력암과 암맥 및 용암)으로 구성된다.

양포소분지 양포리 북동부 지역에는 데이사이트질 응회암과 용결응회암, 화산력 응회암, 퇴적암, 현무암질 화산각력암 및 염기성 암맥 등이 나타난다. 이중 현무암질 괴상 응회질 각력암은 수성 화산 활동에 의해 형성된 다이아트림(diatreme)으로 해석되며 주변 암석이 모두 현무암체를 향해 경사져 있다. 또한 다이아트림을 중심으로 암맥이 방사형으로 배열되어 있다.

 장기층군과 범곡리층군: 누가 먼저? 
장기 분지와 어일 분지, 와읍 분지 등 마이오세 퇴적분지들은 지리적으로는 인접해 있으나 기반암과 단층에 의해 격리되어 지질학적으로 고립되어 분포하고 분지 확장에 수반된 활발한 화산 활동으로 암상의 변화가 심하다. 이들 마이오세 퇴적분지에 분포하는 지층은 어일 분지의 장기층군, 와읍 분지의 범곡리층군, 포항 분지의 연일층군으로 구성되는데 화석 산출도 드물어 이들은 층서적 논란이 심하다. 와읍 분지의 범곡리층군과 어일 분지의 장기층군은 인접해 있지만 분지를 충전하는 퇴적물이 서로 달라 마이오세 층서 확립을 위한 최적의 장소이다. 장기층군이 하부, 범곡리층군이 상부라는 주장과 반대로 범곡리층군이 하부, 장기층군이 상부라는 주장이 대립하고 있으며 이러한 상반된 견해는 이들 제3기 지층이 주로 화산암으로 구성되어 연속성이 없고 수평 변화가 심하기 때문이다.

 하부 장기층군, 상부 범곡리층군 
조선총독부 식산국 지질조사소의 일본인 지질학자 다테이와 이와오(立岩巖, 1924)는 한반도 남동부의 제3기 지층을 처음으로 각각 장기통과 연일통(→연일층군)으로 구분하고 장기통을 하부 장기층군(장기 역암, 눌태리 응회암, 하부 함탄층, 하부 현무암질 응회암, 상부 함탄층, 금오리안산암질응회암, 상부현무암질응회암)과 상부 범곡리층군(창암진주암, 창암안산암, 응회암)으로 구분하였으며, 범곡리층군이 장기층군을 부정합으로 덮는 것으로 해석하였다.

이현구 외(1992)는 장기층군과 범곡리층군에 대해 칼륨-아르곤 연대 측정을 실시하였고 범곡리층군을 관입 분출한 현무암(17.99±1.13~20.44±0.47 Ma)이 장기층군을 관입한 현무암(19.92±0.47~22.05±0.67 Ma)보다 젊으며 분지의 동쪽에서 서쪽으로 감에 따라 현무암의 연령이 젊어지는 점, 분지의 동쪽에서 서쪽으로 갈수록 잔류 자기의 편각이 감소한다는 점 등을 들어, 범곡리층군이 장기층군 상위에 있고 범곡리층군이 장기층군을 덮는다고 하였다.

 하부 범곡리층군, 상부 장기층군 
윤선(1982, 1992), 윤선 외(1991)와 손문(1998)은 암상 대비와 절대연령 측정 결과로 범곡리층군(와읍 분지의 와읍리 응회암, 안동리 역암, 추령 각력암, 장항층)이 장기층군(어일 분지)보다 하위에 있는 것으로 간주하였다.

장태우 외(2007)에 의하면 범곡리층군이 장기층군 하부에 있다는 주장의 근거는 와읍 분지에는 염기성 화산암류가 없지만 어일 분지에는 염기성 화산암류(현무암)가 있고 산성 화산암도 포함되어 와읍 분지의 산성 화산활동이 어일 분지의 염기성 화산활동보다 먼저 있었다는 것이다. 황진연(1988)도 응회암의 속성 변질 작용의 정도를 비교하여 이들의 주장을 뒷받침하였다. 그러나 노진환과 김기업(1988)의 퇴적암의 속성변질 연구 결과는 황진연(1988)의 결과와 상반되며 장태우 외(2007)는 어일 분지 내 지층에 협재된 산성 화산암류가 모두 와읍 분지에서 유래되었다고 보기 어렵다고 하며 화산 활동은 어일 분지에서 이원성(bimodal), 와읍 분지에서 일원성(umimodal)으로 일어났다고 추정하였다.

손문 외(2013)는 범곡리층군과 장기층군을 데이사이트 및 현무암질 물질을 포함하는 지층과 여기에 수반된 육성 퇴적암으로 정의하였으며, 와읍 분지의 범곡리층군이 어일 분지의 장기층군에 의해 정합적으로 덮인다고 결론지었다.

 선후 관계가 없다 
위의 대립적인 두 주장과는 달리 범곡리층군과 장기층군이 상하 관계가 없이 서로 지교한다는 주장도 제기되었다.Yun, H., Yi, S. and Byun, H., 1997, Tertiary system of Korea. Paleontological Society of Korea Special Publication, 3, 1-30. 손문(1998)은 와읍 분지가 형성된 후 어일 분지가 형성되었고 두 분지는 북동 주향에 어일 분지 방향(남동쪽)으로 경사진 정단층에 의해 경계 지어지는 것으로 해석하였으나, 권창우(2011)는 이러한 해석이 맞다면 어일 분지 형성 초기에 와읍 분지에서 기원한 다양한 화산쇄설성 퇴적물이 어일 분지로 유입되어야 했지만 감포 역암 내에는 그러한 특징이 없으며, 와읍 분지 범곡리층군의 와읍리 응회암과 감포 역암의 절대 연령이 비슷하다는 점을 들어 범곡리층군과 장기층군이 선후관계가 모호하고 서로 지교(interfinger)하고 있을 가능성을 제기하였다.

 기타 의견 
김민철 외(2011)는 국제 층서 지침에서 층군의 기초 정의를 수정하거나 층군에 포함된 지층 일부가 변경되면 새로 층군을 정하는 수준의 논의를 하는 것을 권고하고 있지만 장기층군과 범곡리층군은 정의가 수정되고 하위 지층들이 새로 제안되었음에도 두 명칭을 계속해서 사용해 왔음을 지적하며, 또다시 새로운 층군을 정의하는 것은 혼란을 초래할 수 있어 향후 광범위한 연구와 학자들의 토의가 필요할 것으로 보았다.

 암석 
일제강점기인 1922~1924년 조선총독부 식산국의 일본인 지질학자 타테이와 이와오()는 현재 포항시 연일읍과 장기면에 해당하는 지역의 지질을 조사해 연일, 구룡포, 조양 지질도폭을 발간하였고 한반도 남동부의 제3기 지층을 처음으로 각각 장기통과 연일통(→연일층군)으로 구분하고 장기통을 하부 장기층군과 상부 범곡리층군으로 구분하였으며, 범곡리층군이 장기층군을 부정합으로 덮는 것으로 해석하였다. 그리고 장기 분지 지역의 장기층군을 밑에서부터 장기 역암층, 눌태리 화산암류(눌태리 조면암질 응회암, 눌태리 조면암, 구룡포 안산암, 신정동 안산암), 금광동혈암(→금광동셰일), 하부 함탄층, 하부 현무암질 응회암, 상부 함탄층, 금오리 안산암질 응회암, 상부 현무암질 응회암 8개 지층으로 구분하였다. 이후 한국지질자원연구원의 대보 지질도폭(2015)에서는 장기 분지 북동부에 해당하는 구룡포반도 지역의 장기층군을 밑에서부터 장기 역암층, 눌태리 응회암, 공개산 데이사이트, 연일 현무암으로 구분하였다.

 장기 역암 (1924~현재) 
장기 역암(長鬐 礫巖, Tertiary Janggi Conglomerate)은 포항시 장기면을 표식지로 하는 역암 지층으로, 장기면 정천리~죽정리~동해면 공당리(현 포항블루밸리 국가산업단지) 지역에 주로 분포하고 동해면 석리, 장기면 신창리 북부와 장기반도 공개산 주변 지역에도 소규모 분포한다. 표식지인 장기면 지역에서 주로 역암과 사암의 호층으로 구성되며 셰일, 백색 응회암 및 수 매의 갈탄이 협재된다. 역암의 자갈은 주로 불국사 화강암의 것이고 직경은 10센티미터[糎] 이하이다.

포항시 장기면 영암리 지역에서 장기 역암은 0.5~2 m 두께의 역암과 데이사이트질 응회질사암이 교호하며 수 센티미터 두께의 갈탄이 협재된다. 층리는 북서쪽으로 경사하며 두께는 110 m 정도이다. 뇌성산지괴 지역에서의 시추 조사 결과 모든 시추공의 분지 기저부에서 장기 역암이 나와 장기 역암은 장기 분지의 기저층으로 확인되었다. 장기 역암은 상당히 미고결된 상태이며 역암과 데이사이트질 응회질 역질사암 내지 사암이 교호하며 이암과 갈탄이 협재된다. 역암은 대개 괴상이고 역암 자갈의 종류는 대부분 고제3기 유문암, 데이사이트질 응회암 등 기반암으로 구성된다.

대보 지질도폭(2012)에 의하면, 장기반도 지역의 장기 역암층은 포항시 동해면 중흥리의 공개산(213 m)을 중심으로 중흥리 동심밑골, 유판재골, 흥환리 큰골~진불사, 묵골, 눌태리 속심골, 눌방골 및 청룡사(도로명주소: 포항시 구룡포읍 공개산길 387) 지역에 단속적으로 분포한다. 청룡사 북동쪽에서 두일포 안산암을 부정합으로 덮으며 흥환리에서 백악기 발산리층을 부정합으로 덮는다. 역암의 자갈은 안산암, 응회암 등 화산암과 녹회색/적갈색 사암, 암회색 셰일, 석영반암 등으로 구성되며 원마도는 아원상~각상이고 분급은 매우 불량하다. 퇴적암 사이에는 데이사이트질 응회질사암과 사암, 이암 등이 협재된다. 가끔 괴상의 갈탄과 탄질셰일을 소규모로 협재한다. 장기 역암은 장기 분지 확장 당시 주변의 기반암에서 유래한 퇴적물이 내부로 유입되면서 퇴적된 것으로 해석되며, 지자연(2014)은 이산화탄소 지중저장이 유망한 지층으로 평가하였다. 역암의 자갈 중 적갈색 용결응회암에 대해 김광호 외(1986)가 칼륨-아르곤 연대 측정을 실시한 결과 42.9±2.2~40.5±2.1 Ma 범위로 측정되어 이 응회암은 호미곶층군 봉화봉 응회암에 해당하는 것으로 추정된다.

이산화탄소 지중 저장(CCS) 측면에서, 장기 역암은 공극률과 투수율이 높고 장기 분지 기저에 분포하여 이산화탄소 저장층이 되기에 적절한 지층으로 평가된다.

 중흥리층 (2018) 
대보 지질도폭(2012)에서는 포항시 동해면 중흥리 지역의 역암을 장기 역암으로 기재하였으나, 김민철(2018)은 구룡포지괴 내 해당 암석이 보다 고기의 암석이라 하여 장기 역암을 포함하는 중흥리층(中興里層, Jungheungri Formation)을 새로 설정하였다. 중흥리층은 주로 데이사이트질 응회질 역암으로 구성되고 1매의 응회암을 협재하며 두께는 600 m 정도이다.
 표식지: 포항시 동해면 중흥리 산 1 동심밑골 도로변
 기타 노출지: 포항시 구룡포읍 삼정리 산 107 및 산 90 불석광산, 포항시 동해면 중흥리 산 42 및 산 44*, 포항시 동해면 흥환리 산 44

 정천리 역암 (2018) 
정천리 역암(井泉里 礫巖, Jeongcheonri Conglomerate)은 포항시 장기면 정천리 오천 분지 지역에서 분지의 기저를 형성하는 역암 지층으로 전체적으로 북서쪽으로 30~40° 경사져 있다.

 구룡포층 (2018) 
김민철(2018)은 구룡포지괴 내에서 타테이와 이와오(1924)의 눌태리 조면암질 응회암과 대보 지질도폭(2012)의 눌태리 응회암을 포함하는 구룡포층(九龍浦層, Guryeongpo Formation)을 새로 설정하였다. 구룡포층은 구룡포읍 구룡포리, 눌태리, 후동리, 동해면 상정리 지역에 넓게 분포하며 데이사이트질 응회암류와 응회질 퇴적암으로 구성되고 두께는 2500 m 정도이다. 응회질 퇴적암 내에는 연질변형퇴적구조(SSDS)와 식물 화석이 발견된다. 구룡포층의 데이사이트질 응회암에서 측정된 절대 연령은 22.97±0.13 및 22.59±0.13 Ma (마이오세 아키텐절)이다.
 표식지: 포항시 구룡포읍 삼정리 산 107 불석광산, 포항시 구룡포읍 후동리 산 49 후동지, 구룡포읍 구평리 1296 도구지
 기타 노출지: 포항시 동해면 입암리 110 흥덕지, 포항시 동해면 석리 산 86, 포항시 동해면 상정리 692 방어지(봉수골못)
 하부 경계: 포항시 구룡포읍 눌태리 산 156-1, 포항시 동해면 중흥리 산 99-1, 산 113, 산 52

 성동리층 (2011~현재) 
성동리층(城洞里層, Seongdongri Formation)은 포항시 구룡포읍 성동리에서 모포리 해안 노두까지를 표식지로 하며, 타테이와 이와오(1924)의 눌태리 조면암질 응회암, 하부 함탄층, 하부 현무암질 응회암, 상부 함탄층, 금오리 안산암질 응회암, 망해산 안산암·응회암을 포함한다. 장기 역암층을 정합으로 덮는 데이사이트질 화산력 응회암과 최소 4매 이상의 데이사이트질 응회암 및 이와 교호하는 응회질 퇴적암으로 구성된다. 데이사이트질 응회암은 세립질 기질에 원마도가 불량한 암편과 부석편 및 탄화목을 포함한다. 응회질 퇴적암은 실트암과 이암 등 세립질 퇴적물이 가장 우세하며 식물 화석이 산출된다. 지층의 두께는 약 870미터이다. 성동리층의 데이사이트질 응회암에서 측정된 절대 연령은 마이오세(20.22±0.13 Ma)이다.

 뇌성산현무암질암 (2011~현재) 
뇌성산현무암질암(磊城山玄武巖質巖, Noeseongsan basaltic rocks)은 김민철 외(2011)가 최초로 명명하였으며 타테이와 이와오(1924)의 구룡포 안산암의 일부, 상부 현무암질 응회암, 연일 현무암 및 양휘석 안산암에 해당한다. 포항시 구룡포읍 성동리와 장기면 학계리의 경계에 있는 뇌성산(212.8 m)을 표식지로 하여 그 주변에 분포하며 주상절리가 관찰되는 현무암 용암류, 응회질 각력암, 수 미터 폭의 암맥 등으로 구성된다.

 눌태리 화산암류 (1924~현재) 
눌태리 화산암류(訥台里 火山巖類, Nultaeri Volcanic Rocks)는 포항시 구룡포읍 눌태리를 표식지로 하여 구룡포읍 중·북부와 동해면 일부 지역에 발달하는 화산암이다. 연일 및 구룡포 지질도폭(1922)에서는 밑에서부터 눌태리 조면암질 응회암, 눌태리 조면암, 구룡포 안산암, 신정동 안산암으로 구분하였으며, 장기면 금곡리에서 응회암 내 규화목 화석을 보고하였다. 눌태리 화산암류 중의 신정동 안산암은 역자화되어 있다.

대보 지질도폭(2015)에서는 눌대리 응회암(訥台里 凝灰巖, Tertiary Nuldaeri tuff)으로 기재하였으며 이는 남쪽으로 연일·구룡포 지질도폭의 눌태리 화산암류와 연속된다. 흥환리, 중흥리, 눌대리와 청룡사 지역에서 장기 역암층을 정합적으로 피복하며, 공개산 데사이트에 의해 정합적으로 덮이거나 혹은 연일현무암에 의해 덮인다. 이 암층은 남부에서 100 m 이상 두께를 나타내며 남서쪽으로 가면서 두꺼워지는 양상이다. 이 암층은 대부분 강하응회암(fallout tuff)과 회류응회암(ash-flow tuff)으로 구성되고 응회각력암(tuff breccia)과 층회암(tuffite)을 협재한다. 이영길(1975)은 눌대리 응회암에서 규조류 화석을 발견하였다.

대보 지질도폭(2015) 등 여러 연구에서는 눌대리(訥臺里)로 기재하고 있는데, 이는 최초 타테이와 이와오에 의해 일본어로 작성된 표식지명이 그 이후의 전달과정에 있어 '눌대리'로 오기된 것이다. 실제 지명은 구룡포읍 눌태리(訥台里)이다.

 공개산 데이사이트 (2015~현재) 
공개산 데이사이트(Tertiary Gonggaesan desite)는 공개산(214.6 m) 정상부와 호미곶면 대보리 남서부 산지에 소규모 분포하는 데이사이트이다. 공개산 데이사이트는 주로 눌태리 응회암을 피복하고 부분적으로 연일현무암에 의해 덮인다. 칼륨-아르곤 연대 측정 결과는 데이사이트 20.7±1.2~22.7±1.3 Ma, 진주암 20.7±1.2 Ma (신제3기)으로 보고되었다. 김민철(2018)은 공개산 데이사이트질암을 장기 분지 내 구룡포지괴에서만 인지되는 특이한 암상으로 보았으며 절대연령을 약 22 Ma로 측정하였다. 공개산 데이사이트 내에는 주상절리가 흔히 관찰되는데, 구룡포해수욕장 인근 국도 제31호선 도로변과 동해면 중흥리 및 눌태리 일원의 산능선을 따라 연결된 임도 주변에 드러나 있다. 특히 구룡포해수욕장 북측의 구룡포주상절리는 관광지화 되어 나무데크길과 안내 표지판이 설치되어 있다.
 구룡포주상절리: 포항시 구룡포읍 일출로62번길 65/포항시 구룡포읍 삼정리 505
 노출지: 포항시 동해면 상정리 산 257, 포항시 동해면 중흥리 산 103, 포항시 동해면 발산리 산 93, 포항시 구룡포읍 눌태리 산 102

 금광동 셰일/금광동층 (1924~현재) 

 신정리층 
신정리층(新亭里層, Sinjeongri Formation)은 백인성 외(2010)가 설정한 지층으로 포항시 오천읍 광명리와 동해면 금광리, 신정리, 약전리 지역에 분포한다. 타테이와 이와오(1924)는 이 지역의 암석을 하부 현무암질 응회암을 경계로 그 상하를 하부 함탄층과 상부 함탄층으로 구분하였으나 백인성 외(2010)는 이 하부 현무암질 응회암이 지표에서 렌즈상으로 발달하는 석영안산암질 응회암이고 상부 함탄층에도 동일한 응회암이 발달해 이들 지층을 모두 통합하여 신정리층으로 명명하였다. 신정리층은 윤선(1988)이 지정한 오천층에서 금광동층원을 제외한 것에 해당한다.

 하부 함탄층 (1924) 
하부 함탄층(下部 合炭層, lower coal-bearing formation)은 사암, 셰일, 백색 응회암, 역암과 다수의 갈탄으로 구성되며 셰일과 응회암에는 보존 상태가 양호한 식물 화석이 산출된다. 장기면 마현리 동부의 하부 함탄층 최상부에 발달한 백색 응회질셰일 중에서 Equisetum sp.가 발견되었다.

 하부 현무암질 응회암 (1924~2011) 
하부 현무암질 응회암은 주로 암회색 현무암질 응회암으로 구성되며 모리령 이남 지역에서는 박층의 갈탄과 암회색 사질셰일이 나타난다. 그러나 김민철 외(2011)는 '하부 현무암질 응회암'에 해당하는 지층은 지화학적으로 현무암질 화산활동과는 무관하며 주변의 데이사이트질 응회암과 유사하다는 점을 밝혀내 혼란 방지를 위하여 이 지층명을 폐지하고 성동리층에 포함시킬 것을 주장하였다.

 상부 함탄층 (1924) 
상부 함탄층(上部 合炭層)은 사암, 셰일, 응회암, 역암과 다수의 갈탄으로 구성되며 장기면 산서리 신월 지역에서 가행되어 소위 신월탄층(新月炭層)이라 불렸다. 백색의 응회질셰일에서 식물 화석이 산출된다. 정자화되어 있다.

 금곡리 안산암질 응회암 (1924) 
금곡리/금오리 안산암질 응회암(琴谷里 安山巖質 凝灰巖)은 포항시 장기면 금곡리와 금오리에 분포하는 안산암질 응회암으로 층리가 불량하다.

 상부 현무암질 응회암 (1924) 
상부 현무암질 응회암은 포항시 장기면 학곡리, 창지리, 방산리 지역에 분포하며 포항시 장기면 산서리 지역에서 식물 화석이 발견된다. 상부 현무암질 응회암은 유리쇄설성(Hyaloclastite)에 해당하며 물 밑에서 현무암질 용암이 분출하여 일어난 비폭발성 급랭 파쇄작용에 의해 형성된 것으로 해석된다.

 연일 현무암 (1924~현재) 
연일 현무암(延日 玄武巖, Tertiary Yeonil basalt)은 포항시 동해면 남서부와 구룡포읍 남부, 뇌성산, 장기면 수양산(183 m) 지역에 분포하며 연일·구룡포 지질도폭(1922)에서는 제4기 암석 연일 현무암 및 양휘석 안산암(延日 玄武巖·兩輝石 安山巖)으로 기재하였으나 절대연령 측정에 의해 이후 제3기 지층으로 재분류되었다. 연일·구룡포 지질도폭에 의하면 감람석 현무암과 자소(紫蘇)휘석안산암으로 구성되며 주상절리가 발달하고 용암류의 최대 두께는 100 m 내외이다. 정자화와 역자화가 동시에 나타나며 칼륨-아르곤 연대 측정 결과 19-20 Ma로 마이오세 초기에 해당한다. 손문(1998)은 연대 측정 결과와 함께 연일 현무암의 잔류자기 방향도 장기층군의 것과 유사하게 시계 방향으로 약 30~60° 편향되어 있음을 보고하였고 김민철 외(2011)도 타테이와 이와오가 보고한 시기가 다른 3회의 현무암질 화산활동이 존재하지 않았다고 하여 타테이와 이와오가 설정한 '연일 현무암 및 양휘석 안산암'이라는 명칭의 폐지를 주장하였다.

장기반도 지역에서는 포항시 동해면 흥환리 동쪽 산릉부, 구룡포리 응암산에 분포하고, 흥환리와 발산리 해안, 대동배리와 구만리 해안과 삼정리 해안에도 소규모로 흩어져 분포한다. 이 현무암은 주로 눌대리 응회암을 덮고 북쪽에서는 강사리 각력암, 봉화봉 응회암을 부정합으로 덮는다. 그리고 구만리와 흥환리 해안에서 중흥동층에 의해 덮이며, 두께는 최고 80 m 이내이다. 연일 현무암은 대부분 현무암질 용암류로 구성되지만 하부에 각력암이 나타난다. 연일 현무암은 풍화 작용에 강해 지형적으로 가파른 절벽을 형성한다.

 범곡리층군 
연일·구룡포 지질도폭(1922)에서, 현재의 경주시 문무대왕면 범곡리에서 이름이 유래된 범곡리층군은 밑에서부터 와읍 분지에 분포하는 와읍리 안산암질 응회암, 안동리 역암, 용동리 응회암, 갈평동 각력암과 장기 분지에 분포하는 방산리/창암 진주암, 망해산 안산암·응회암, 창암 안산암으로 구분된다.

 방산리·창암 진주암 
방산리·창암 진주암(倉岩 眞珠岩)은 포항시 장기면 방산리 지역에 소규모 분포하는 진주암(Perlite, 펄라이트) 그 '하부'의 장기층군과의 부정합면을 따라 단속적으로 나타난다. 진주암은 대개 5~10 m 두께에 치밀 견고한 암상으로 주변 암석과 쉽게 구분되며 불순물이 함유되어 산업용으로는 부적절하다. 노진환과 홍진성(2005)은 이 진주암은 퇴적 단계에서 물과 암석간에 진행된 수화·변질(glass hydration and alteration) 작용에 의해 형성되었고 그 기원암은 부석질 용결응회암과 유문데이사이트인 것으로 해석하였으며, 범곡리층군과 장기층군을 구분하는 지표가 될 수 없고 망해산 응회암층에 포함시켜야 한다고 제안하였다.

 창암안산암 
창암 안산암은 포항시 장기면 양포리 북동부~신창리 남동부 지역에 분포하는 안산암이다.

 망해산 안산암·응회암 
망해산 안산암·응회암(望海山 安山巖)은 망해산(195 m) 남동측 포항시 장기면 창지리와 방산리에 분포하며 안산암, 응회암과 퇴적암으로 구성된다.

 지질구조 
장기 분지와 내부의 지괴들은 주로 단층으로 경계 지어진다.
 모리령 단층 
모리령 단층(毛里嶺 斷層, Moriryeong Fault)은 포항시 장기면 죽정리에서 대곡리를 지나 산서리까지 북동-남서 방향으로 발달하는 단층이다. 단층면은 동남동쪽으로 약 60° 경사하며 단층선 부근의 흑색 규장반암이 압쇄되어 있고 제3기 지층이 심하게 교란되어 있다.

 명촌 단층 
명촌 단층(明村 斷層, Myeongchon Fault)은 포항시 장기면 금오리에서 서촌리 명촌을 지나 동악산(251 m)으로 이어지는 북동-남서 방향의 단층으로 남동측 지괴가 떨어졌다.

 동악산 단층 
동악산 단층(東岳山 斷層, Dong-aksan Fault)은 포항시 장기면 금곡리 수양산(181 m)를 가로질러 마현리, 읍내리, 임중리 서부를 북동-남서 방향으로 지나는 단층으로 남동측 지괴가 떨어졌다.

 구룡포 지괴 
구룡포지괴는 대부분 정단층과 주향 이동 단층으로 경계 지어지며 분지 경계 단층들은 200 m 이하에서 4 km 이상에 이르는 다수의 단층 분절로 구성된다.

 오천 지괴 
오천 지괴의 서측은 포항 분지와 오천 단층계로 접하며, 남측은 기반암과 북동 주향의 정단층으로, 남동측은 뇌성산지괴와 정단층으로, 동측은 구룡포지괴와 북북서 방향의 주향 이동 단층으로 경계 지어진다.

 영암리 지괴 
영암리 지괴의 서측은 모리령 단층에 의해, 남측은 동북동 방향의 정단층에 의해 기반암과 접하며 김민철(2018)에 의해 남서측이 주 변위대로 해석되는 북북서 방향 주향 이동 단층에 의해 기반암과 접하는 것이 밝혀졌다.

 기타 
 광물 
장기층군에는 장기 역암을 제외한 모든 지층에서 벤토나이트가 산출되며, 이중 눌태리 응회암층, 하부 함탄층 및 현무암질응회암에 주요 광상이 부존되어 있다. 제올라이트(沸石, Zeolite)와 스멕타이트(Smectite)는 주로 현무암질 응회암과 망해산 응회암에서 산출된다. 구룡포읍 구룡포리 지역에는 산성 마그마의 화산 활동에 의해 형성된 진주암(眞珠巖, perlite/펄라이트)이 진주암질 데이사이트와 눌태리 응회암 사이 화산암과 퇴적암에 분포한다. 진주암은 약 20.7±1.2 Ma (신제3기 마이오세 아키텐절)에 형성되었으며, 화산 기원의 물과 데이사이트가 접촉하여 급격히 냉각된 부분에서 수화 작용에 의해 형성된 것이다.

 이산화탄소 지중 저장 
장기 분지는 이산화탄소를 지중에 저장할 수 있는 유망한 후보지로 고려되어 2012년 이래 포항시 장기면 지역에서 지구물리탐사, 시추 조사 등의 연구가 진행되었고 장기 분지 내 역암과 사암의 초임계이산화탄소(scCO2) 저장량은 약 26만 톤으로 충분한 이산화탄소 저장 능력을 보유하고 있다. 뇌성산지괴 지역에서 장기 분지는 800 m 이상의 깊은 심도를 보이고 저장층(장기 역암)과 덮개층(성동리층, 뇌성산현무암질암)의 역할을 할 수 있는 암석이 분포하여, 뇌성산 지괴는 이산화탄소 지중 저장에 가장 유리한 것으로 나타났다. 인근에 75° 이상으로 고각 경사하는 단층이 발견되어 안정성 문제가 제기되자, 3년간 32,850톤의 이산화탄소 주입을 가정한 결과 단층의 안정성에는 영향이 거의 없는 것으로 드러났다.

2011년 대한민국 정부는 이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 시설의 대상지로 장기 분지 뇌성산지괴에 해당하는 포항시 장기면 학계리(육상)와 포항 분지에 해당하는 영일만 앞바다를 선정하였다. 그러나 포항 지열발전소로 촉발된 2017년 포항 지진으로 인해 지하 시설에 대한 지역 주민들의 거부감이 증가하여 2019년 CCS 실증 사업이 전면 중단되었다. 이산화탄소의 저장 깊이는 1~2 km 깊이로 이 심도에서는 지진이 발생하기 어렵고 이산화탄소 주입이 지진을 유발하거나 단층을 자극할 가능성도 매우 낮아 관계 전문가들은 아쉬움을 표명했다. 한국지구물리·물리탐사학회 등으로 구성된 조사단은 CCS 사업과 2017년 포항 지진이 관계 없다고 결론 지었으나 포항시는 CCS 실증시설 폐쇄와 원상 복구를 요구하였다. 장기 분지의 CCS 실증시설은 시추 도중에 중단되어 실험을 시작하지 못했다.

 같이 보기 
 한국의 지질
 포항시의 지질
 경주시의 지질
 암석
 연일층군
 장기층군
 범곡리층군
 퇴적분지/인리형 분지
 포항 분지
 어일 분지
 와읍 분지
 정자 분지
 북평 분지
 경상 분지
 영동 분지
 공주 분지
 음성 분지
 풍암 분지
 포항시 장기면
 장기 분지 내 지질도 (한반도 동남부 전기 마이오세 장기분지의 충전물 특성과 구조발달사, 부산대학교, 김민철)

 각주 

분류:한국의 퇴적분지
분류:한국의 신생대 암석
분류:포항시의 지리