포항 분지

섬네일|400px|포항 분지 동부의 두호층과 학전층
400px|섬네일|경상 분지와 포항 분지의 지진 
포항 분지(浦項 盆地, Pohang Basin)는 한반도 대한민국 경상북도 포항시 일대에 분포하는 신생대 마이오세의 퇴적 분지로, 신생대 마이오세의 퇴적암 지층 연일층군으로 구성된다.

 개요 

신생대 마이오세에 동해가 확장되면서 한반도의 동해안을 따라 지각변형이 발생하였고 그 결과로 한반도 남동부에는 포항 분지, 장기 분지, 와읍 분지, 어일 분지, 하서 분지, 정자 분지, 울산 분지와 같이 신생대 마이오세의 퇴적암 지층으로 채워진 마이오세 퇴적분지들이 존재한다. 이들 마이오세 퇴적분지들은 지리적으로는 인접해 있으나 대부분 단층들에 의해 격리되어 고립적으로 분포하고 분지확장에 수반된 활발한 화산활동으로 암상의 변화가 심하다. 이들 마이오세 퇴적분지에 분포하는 지층은 장기층군, 범곡리층군, 연일층군으로 구성되는데 이들은 층서적 논란이 심하다.

 포항 분지의 경계와 단층 
 양산 단층 
섬네일|400px|양산 단층, 울산 단층과 연일구조선

포항 분지는 양산 단층에 의해 경상 분지로부터 격리되어 있다. 기존의 포항(1964) 및 청하(1968) 지질도폭에서는 양산 단층의 존재가 보고되지 않았다. 대부분의 기존 연구들에서는 포항 분지 서편이 양산 단층에 의해 경계되며, 이 단층이 주 변위대(Principal Displacement Zone)로써 우수향 주향이동 운동을 하여 확장된 인리형 분지로 해석되어 왔다. 일례로 윤선(1975)은 포항 분지 북서측의 포항시 청하면 유계리에서 영덕군 남정면 장사리까지 이어지는 수직의 단층을 청하 단층으로 명명하고 청하 단층이 포항 분지의 서측 경계를 이루며 포항 분지의 기원이 청하 단층의 운동이라고 추정하였으나 확실한 증거를 찾지 못하였다.

그러나 이후의 야외 조사를 통해 포항 분지의 서편은 양산 단층과 접하지 않으며, 양산 단층 동편에 위치하는 북북서 방향의 이음 단층(transfer fault)과 북북동~북동 방향의 정단층들의 분절로 이어지는 지그재그 형태의 단층대로 경계된다는 것이 알려졌다. 포항 분지 서편 경계단층은 남쪽으로 연일 구조선과 약 50°각도로 사교하며 북쪽 말단에서 양산 단층과 연결된다. 분지의 서편 경계 단층은 확연한 지그재그 형태로 양산 단층으로부터 약 2~3 km 동측에 위치하며, 북북동과 북북서의 분절 단층으로 구성된다. 또한, 기존의 연구들은 양산 단층의 우수향 주향이동이 포항-경주 일대에 분포하는 제3기 마이오세 퇴적분지들의 확장을 주도한 것으로 해석하였으나 최근의 연구들은 마이오세 퇴적분지들의 확장이 양산 단층과는 관련 없고 양산 단층 동쪽의 연일구조선에 의해 규제되는 것으로 보고되었다. 조성권 외(1998)는 포항 분지 경계부에 발달하는 4개의 선상지-삼각주 내 역들의 공급지를 분석하여 선상지-삼각주계가 퇴적되는 동안 분지 서편 경계를 따라 양산 단층의 주향이동 운동이 없었다고 결론 지었다. (그러나, 이 논문에서는 포항 분지의 서측 경계가 양산 단층인 것으로 보았다.)

 연일구조선 

연일구조선(延日構造線, Yeonil Tectonic Line, YTL)은 신생대 마이오세에 한반도 남동부에서 발생한 지각 변형을 규제한 서쪽 한계선으로 정의되는 단층이다. 연일구조선에 의해 포항 분지를 포함 한반도 남동부에 분포하는 제3기 마이오세 퇴적 분지들은 연일구조선의 동쪽에만 분포한다. 양산 단층과 울산 단층 동편에 존재하는 연일구조선의 최북단은 북서 30°방향으로 양산 단층계와 연결되며 포항 분지의 서측 경계를 형성하며 경주시 양남면 효동리에서 남-북 방향으로 분절되다가 최남단인 울산광역시 북구 호계동에서 북북동 방향으로 우수향 굴곡되어 울산 단층과 연결되어 약 30 km의 연장을 가진다.

천영범 외(2012)와 손문 외(2013)는 포항 분지를 연일구조선과 해저에 발달하는 북북서 방향의 동한 단층이 주 변위대로써 짝을 이루고 두 단층의 이음부에 서북서-동남동 방향의 인장력이 작동하여 만들어진 인리형 분지로 해석하였다. 천영범 외(2012)는 포항 분지가 연일구조선과 동한 단층 2개의 주 변위대(Principal Displacement Zone, PDZ) 사이에서 확장된 인리형 분지인 것으로 해석했다. 포항 분지의 침강은 연일구조선의 우수향 주향이동 운동에 의해 유도되었으며 오천 단층은 시계 방향으로 회전했고 연일구조선과 연결되지는 않았던 것으로 보인다.

 오천 단층 
오천 단층(烏川 斷層, Ocheon Fault)은 포항 분지의 남동쪽 경계를 형성하는 북동-남서 주향의 단층이다. 포항시 남구 오천읍에서 이름이 유래된 오천 단층은 민경덕 외(1990)의 전기비저항 연구에 의해 처음 그 존재가 보고되었다. 포항시 오천읍에서 전기 비저항 탐사를 실시한 결과 단층의 존재를 지시하는, 주위보다 전기비저항이 낮은 저비저항대가 지하 400 m까지 거의 수직으로 나타났으며 비저항 탐사의 결과로 단층대의 폭은 지표에서 200 m, 심부에서 400 m이며 포항 분지와 장기 분지가 단층으로 접촉하고 있다는 사실이 처음으로 밝혀졌다. 윤혜수 외(1991)은 단층 양쪽 지괴의 화석의 차이에 의해 단층의 존재를 밝혔다. 민경덕(1992)는 중력 탐사에 의해 단층의 존재를 보고하고 단층의 주향이 북동 30°이며 거의 수직으로 경사한고 장기층군이 이 단층을 따라 약 300 m 상승하였다고 보고하였다.

오천 단층계 중 가장 규모가 큰 오천 단층은 포항 분지와 장기 분지를 직접 경계 짓는데, 천영범 외(2012)에 의하면 이 단층은 남서쪽으로 갈수록 수직 변위가 줄어드는 가위 단층의 형태를 보인다. 포항시 남구 오천읍 일대에는 북동 주향의 오천 단층과 정단층 및 좌수향-정단층들이 다수 발달하여 북동 방향의 단층계를 형성하며, 천영범 외는 이를 오천 단층계(Ocheon Fault System, OFS)로 명명하였다. 북서쪽으로 기울어 있고 큰 수직 변위를 가진 오천 단층 자체는 충적층 밑에 숨어 있다. 오천 단층계는 동해 확장과 관련하여 최초에 장기 분지의 북서측 경계를 형성하는 정단층으로 활동하였으나, 약 1700만년 전에 서측으로 전파하는 전단력과 연일구조선의 우수향 활동, 포항 분지의 침강과 함께 퇴적 중심이 갑작스럽게 북서쪽으로 이동하며 오천 단층은 시계 방향으로 회전하여 포항분지의 동남쪽 경계단층으로 재활성된 것으로 해석되었다. 또한 이 단층은 전기 마이오세 동안에 작동된 북북서 방향의 우수향 전단력에 의해 시계방향으로 점진적으로 회전되면서 운동감각이 정이동에서 좌수향 사교이동으로 변화된 것으로 보고되었다. 고자기학적 연구에 따르면 포항 분지 서쪽 경계단층의 서편 분지 기반암의 잔류자기는 편향되지 않은 반면, 오천 단층계 동편의 장기반도 암석들의 잔류자기는 시계 방향으로 평균 약 25° 회전되어 있어 이러한 해석을 지지한다.

 곡강 단층 
포항 분지의 남부는 남-북 주향의 곡강 단층(曲江 斷層, Gokgang Fault)에 의해 동부와 서부 지괴로 나누어지며 퇴적암의 두께는 단층 동부에서 600~700 m, 서부에서 300~500 m이다. 이 단층의 존재는 포항시의 석유탐사시추공에서 인지되었다. 곡강 단층은 형산 단층에 의해 300 m 변위된다.

 형산 단층 
형산 단층(兄山 斷層, Hyeongsan Fault)은 형산강을 따라 동북동-서남서 방향으로 발달하는 정단층이다. 형산 정단층의 남측 지괴가 북측에 비해 상승했다. 형산 단층의 변위량은 200 m로 추정되었다.

 포항 분지의 동측 경계 
윤혜수와 김봉균(1983)은 포항시 흥해읍 오도리 일대에 분포하는 기존의 두호층을 경상 누층군으로, 오도리-신흥리 계곡에 분포하는 지층을 천북 역암층으로 간주하고 이 일대에 포항 분지의 동측 경계가 있음을 주장하였다. 이들에 의하면 오도리의 오봉산(177.8 m) 일대에 분포하는 흑색 셰일은 두호층의 전형적인 암상(연갈색, 연회색의 이암)과 다르고 오도리-신흥리 계곡의 지층은 암상과 산출되는 연체동물 화석으로 보아 두호층으로 간주될 수 없다.

 포항 분지 기반암 
홍국영(1991)은 포항분지 내 기반암인 백악기 유천층군의 응회질암을 관입한 암맥의 시추 코어를 이용해 K-Ar 각섬석 전암연대를 117±2.62 Ma로 보고하였으며 Shin and Nishimura (1994)는 동일한 시추공의 심부코어에서 획득한 저어콘과 스핀을 이용해 각각 45 Ma와 58 Ma의 피션트랙 연령을 계산하였다. 이승구 외(2007)는 포항분지에서 시추된 2300 m 심부 화강섬록암 시추코어의 저어콘 U-Th 연대를 273±4 Ma로 보고하였고 이승구 외(2008)에 의하면 포항 분지에서 시추를 실시한 결과 상부는 제3기 퇴적암과 백악기 응회암류로, -1300~1900 m까지는 섬록암, -1900~2300 m는 화강섬록, -2300~3000 m 부분은 화강암으로 구성되며 이 화강암류들은 동일 기원의 마그마로부터 분화된 것이다. 화강암의 Rb-Sr 등시선 연대는 60±12 Ma, 화강섬록암의 오시선 연대는 64.2±8.5 및 166±230 Ma이다. 안해성 외(2015)는 시추 자료와 삼차원 지질 모델링을 통해 심성암 -1100~1500 m, 화산암 -400~800 m, 심도 -600 m의 학림층 밑에 있는 육성암이 -680~700 m의 심도를 가진다고 보고하였다.

 연일층군 

연일층군(Yeonil Group, 延日層群)은 포항 분지 내에 분포하는 신생대 제3기 마이오세의 퇴적암 층군이다. 천북 역암층, 학전층, 두호층 등 퇴적암 지층으로 구성되며 식물 및 동물 화석이 많이 산출된다.

 천북 역암층 

 학전층 

 두호층 

 같이 보기 
 연일층군 - 포항 분지를 충전하는 퇴적암
 한국의 지질
 포항시의 지질
 한국의 단층
 연일구조선
 양산 단층
 울산 단층
 퇴적분지
 장기 분지
 와읍 분지
 정자 분지
 경상 분지
 영동 분지
 공주 분지
 음성 분지
 풍암 분지
 포항 달전리 주상절리
 포항시

 각주 

분류:한국의 퇴적분지
분류:포항시의 지리
분류:경주시의 지리