삼척시의 지질
고생대 평안 누층군 (삼척탄전과 도계 광업소) > 장성층

장성층(Jangseong formation, 長省層)은 과거 사동층 상부에 해당하는 지층이다. 지층의 이름은 태백시 장성동에서 유래되었다. 장성층은 보통 JA, JB, JC, JD 4개 층으로 구분된다.
정창희(1969)는 장성층을 최하부 JA (20 m), 하부 JB (10~40 m), 중부 JC (50 m), 상부 JD (20 m) 4개의 윤회층으로 구분했다. 각각의 윤회층에는 석탄층이 협재된다. 장성층의 평균 두께는 100 m 이나 함백탄광에서 40 m, 백운산 근방에서 150 m 의 다양한 두께를 보인다. 장성층 하한은 JA층의 석탄층이나 탄질셰일 아래에 놓이는 기저 사암으로 규정된다. 장성층 상한은 함백산층과 장성층의 색깔이 달라 쉽게 결정할 수 있다. 장성층과 함백산층의 경계는 일부 지역에서 경사 부정합의 증거가 나타난다.
사동층 상부에 해당한는 장성층은 도계읍 상덕리에 있는 경동광업소에 소규모로 분포하며, 하부에 금천층과 만항층이 분포하지 않은 채로 조선 누층군과 단층으로 경계를 이루고 있다. 본 층은 (암)회색의 조립(粗粒) 사암, 흑색 내지 암회색의 중립 및 세립질 사암, 흑색 셰일 그리고 탄질 셰일 및 무연탄으로 구성되어 있다. 본 층의 하부는 대체로 극조립(極粗粒)에서 중립(中粒)을 거쳐 세립질사암과 셰일 및 석탄층의 순서로 위로 갈수록 세립화(細粒化)하는 지층군이다. 상부는 거의가 흑색의 세립 내지 중립질 사암, 실트암 및 셰일로 구성된다.
장성층은 그 발달이 가장 잘 알려져 있고 양질의 석탄을 산출하는 곳으로 유명한 장성 부근의 함탄층에 붙여진 이름으로서 종래 사동통 상부에 해당하는 지층이다. 금천층과는 암석의 색이 같으나 석회암층을 포함하지 않는다. 장성층은 뚜렷한 회색 사암을 기저로 하는 최하위 윤회층(JA)으로 시작하여 JB, JC, JD 에 이르는 4매의 윤회층이 점차로 위로 겹쳐지는 특징적인 지층이다. 각 윤회층은 아래에서 위로 기저 사암, 셰일, 석탄층 및 셰일의 순서로 되어 있으며 JC 에는 대체로 가장 두꺼운 석탄층이 협재되어 있다. 장성층뿐만 아니라 삼척탄전 전체를 통틀어 윤회층 JC 중의 석탄층이 본(本)탄층 또는 중(中)층이라고 불리며 가행되었으며 간혹 JB 에도 가행이 가능한 석탄층이 하(下)탄층이라 불린다. 윤회층 JC 중에는 석탄층 상반에서 식물 화석이 많이 발견된다. 이들 화석에 의하면 장성층의 지질시대는 페름기이다. 장성층의 두께는 120~170 m이며 각 윤회층의 두께는 20~60 m이다. 그 중 가장 두꺼운 것이 JC이다.
삼척탄전 서부 지역에서의 장성층은 주로 암회색 조립 내지 중립 사암과 흑색 세립사암 및 셰일이며 3~5매의 석탄층을 협재한다. 장성층은 주요한 함탄층으로서 크게 보아 대체로 4개의 윤회층으로 구분된다. 각 윤회층을 하부로부터 설명하면 다음과 같다.
제1 윤회층 : 회색 내지 암회색 조립사암을 기저로 하여 흑색 세립사암과 셰일로 구성되며 윤회층 상부의 셰일 중에 1~2매의 얇은 석탄층을 협재한다. 본 윤회층의 두께는 20 m 내외이다.
제2 윤회층 : 암회색 조립 내지 중립사암을 기저로 하여 흑색 세립사암과 셰일이 교호(交互)한다. 본 윤회층 상부에 하(下)탄층이라 불리는 1매의 석탄층이 협재된다. 본 윤회층의 두께는 10~40 m이다. 본 윤회층의 기저 사암은 화절치 이서로부터 두위봉 남부지역까지 유백색을 띠어 함백산층과 매우 유사해 오인하기 쉽다. 실제 과거 그 지역에 개설된 몇 개의 갱도에서는 주(主)탄층에 착탄하지 못하였다. 이는 유백색 사암을 함백산층으로 오인하고 장성층의 최하위층을 주탄층으로 잘못 판단한 것에 기인한다. 곳에 따라서는 중탄층과 하탄층의 구분이 곤란하고 하탄층을 중탄층으로 오인하기 쉬운 경우가 있다.
제3 윤회층 : 암회색 조립 사암을 기저로 하여 흑색 세립사암과 셰일로 구성되며 1매의 석탄층을 협재한다. 이 석탄층을 중(中)탄층 또는 주(主)탄층이라 불리며 석탄층 상부의 셰일 중에 Pecopteris sp, Sphenopteris sp., Sphenophyllum sp., Lepidodendron sp., Cordaites sp., Calamites sp., Taeniopteris sp. 등 많은 종류의 식물 화석을 함유한다. 기저 사암은 10~30 m의 두께로서 연속성이 매우 좋아 운반 갱도 개설에 많이 이용되고 있다. 본 윤회층의 두께는 50 m 내외이다.
제4 윤회층 : 얇은층의 흑색 세립사암 또는 조립사암을 기저로 하여 셰일이 우세하게 퇴적되어 있으며 이 중에 얇은 석탄층을 협재한다. 이 탄층을 상(上)탄층이라 부른다. 대체로 석탄층의 발달이 빈약하여 거의 가행되지 못하였다. 본 윤회층의 셰일 중에는 제3 윤회층의 셰일에 함유된 화석과 동일한 식물 화석이 특히 많이 함유되어 있다. 본 윤회층의 두께는 20 m 내외이다.
함백산 단층 동부 태백시 소도동-장성동 지역에서의 장성층은 금천층을 부정합으로 덮으며 가행할 만한 석탄층들이 협재되는 매우 중요한 지층이다. 본 층은 상부로부터 중립-조립질 사암, 석탄층이 협재되는 셰일, 조립질 사암 및 셰일로 구성되어 있어서 4회의 윤회층으로 되어 있으며, 일반적으로 4~5매의 세립~조립질 사암, 4~5매의 셰일 및 3~4매의 석탄층의 교호대로 구성되어 있다. 장성층은 지역적으로 상당한 변화를 보여서, 하부의 윤회층들이 얇게 변하거나 아예 없는 경우도 있으며 암상(巖相)에 있어서도 지역적인 차이를 보이고 있다.
전희영(1985, 1887)은 장성층에서 페름기 아르틴스크절(Artinskian)의 식물화석 Annularia gracilescens Halle, Annularia mucronata Schenk, Annularia sphenophylloides (Zenker) Gutbier, Annularia stellata, Baiera, Calamites suckowii Brongniart, Calamites cistii Brongniart, Calamites sp. Tingia, Radictes, Strobilites 등을 발견하였다.
장성층은 과거 사동층의 상부로서 석탄층이 협재된 주요한 지층이다. 구성 암석은 흑색 세립질 내지 조립의 사암, 셰일 및 석탄(무연탄)이다. 이 지층은 기저 사암, 흑색 셰일, 석탄층 및 셰일을 단위로 하는 윤회층이 반복됨이 특징이다. 최하부의 윤회층은 암회색의 중립 내지 조립 사암을 기저로 하며, 그 위에 얇은 층의 석탄층과 흑색 셰일이 차례로 놓이게 된다. 이 윤회층의 상부 셰일 내에는 1~2매의 얇은 석탄층이 협재되나 가행은 되지 않는다. 두 번째 윤회층의 기저는 암회색의 중립 사암이며 상부는 흑색 셰일과 세립 사암이 교호된다. 이 윤회층에는 1 m 미만의 석탄층이 협재된다. 세 번째 윤회층의 기저는 암회색 조립 사암으로 구성되며 연속성이 양호하다. 이 조립 사암은 다른 윤회층의 사암들보다 두껍다. 이 윤회층에는 두께 2~5 m의 석탄층이 협재되며 주(主)탄층이라 불린다. 이 주탄층 상위에는 대체로 셰일이 놓이며 많은 식물 화석이 산출된다. 대표적인 식물 화석은 Taeniopteris, Cordaites, Sphenophyllum, Sigilaria, Calamites, Neuropteris, Lepidodendron 등이 있다. 장성층의 최상부에 놓이는 4번째 윤회층은 흑색 세립 사암, 흑색 셰일, 얇은 층의 탄층으로 구성된다. 이 윤회층의 셰일 내에도 많은 식물 화석이 산출된다. 장성층의 두께는 약 100 m이다.
삼척-고사리도폭 지질보고서(1994)에 의하면 장성층은 도계읍 상덕리에 있는 경동광업소에 소규모로 분포하며, 하부에 금천층과 만항층이 분포하지 않은 채로 조선 누층군과 단층으로 경계를 이루고 있다. 본 층은 (암)회색의 조립(粗粒) 사암, 흑색 내지 암회색의 중립 및 세립질 사암, 흑색 셰일 그리고 탄질 셰일 및 무연탄으로 구성되어 있다. 본 층의 하부는 대체로 극조립(極粗粒)에서 중립(中粒)을 거쳐 세립질의 사암과 셰일 및 석탄층의 순서로 위로 갈수록 세립화(細粒化)하는 지층군이다. 상부는 거의가 흑색의 세립 내지 중립질 사암, 실트암 및 셰일로 구성된다.