경상 분지
개요 > 형성

경상 분지의 형성 및 확장과 관련된 모델은 여러 연구자들에 의해 다양한 견해로 해석되어 왔으나 여러 연구들을 종합해 볼 때 경상 분지는 단층 운동에 의한 인장(引張; extending) 환경 하에서 형성된 것으로 보인다.
과거의 층서학적 연구들은 그 북쪽이 안동 단층으로 경계 지어지는 초기 경상 분지(proto-Gyeongsang Basin)를 북북동 내지 남-북 방향의 낙동 곡분(Nakdong trough, 洛東谷盆)로 명명하고, 낙동 곡분의 기하와 함께 신동층군 지층들이 전반적으로 동남동 방향으로 경사진 경향에 근거할 때 경상 분지 확장 초기의 고응력이 남-북 압축 내지 동-서 인장일 것이라는 해석이 지배적이었으며 이후 해구의 퇴각(roll-back)에 의한 영향으로 지괴의 경동 또는 지괴의 점진적인 단층 작용에 수반되어 퇴적 중심이 동쪽으로 이동하며 분지가 확장한 것으로 해석되어 왔다. 장기홍은 안동시 길안면 천지리 일원에 노출된 기반암의 직상부에 신동층군이 분포하지 않는것에 근거하여 낙동곡분의 동편 경계가 의성군 의성읍과 사곡면 사이를 남-북 방향으로 통과할 것으로 추정하였으며 여러 퇴적학적 연구들에서는 낙동 곡분이 서편은 부정합이고 동편이 단층으로 이루어졌으며 남-북 기원의 정단층에 의해 생성된 반지구형(half graben-type) 곡분일 것으로 추정하였다. 이러한 낙동 곡분의 기하에 근거하여 경상 분지 확장 초기 당시의 고응력이 남-북 압축 내지 동-서 인장일 것이라는 해석이 지배적이었으며, 전반적으로 동-서 방향으로 발달하는 안동 단층계가 경상 분지의 동-서 방향 확장 초기에 전이 단층(transfer fault; 지구대 양쪽에 발달하는 단층)으로 운동했을 것이라는 모델이 제안된 바 있다. 의성지괴 북서부 일원에 대한 퇴적학적 연구들은 북서 주향의 퇴적단위들이 연속성을 가지고 발달하며 동쪽으로의 퇴적심 이동을 보고하였으며, 이러한 퇴적 작용이 인장(extension) 내지 횡인장(extensional strike-slip)환경 하에서 발생된 북서 방향의 정단층 운동에 규제되어 이루어졌음을 제안하였다.
그러나 경상 분지 형성 초기의 응력이 동-서 인장 또는 남-북 압축응력이라는 기존의 해석을 인정하지 않는 의견들도 있다. 최범용의 구조지질학적 연구는 의성 소분지에 발달하는 서북서 방향의 퇴적동시성 구조 요소들에 근거하여 분지 발달 초기의 응력이 동-서 방향의 압축 응력과 남-북 방향의 인장 응력임을 제시하였다. 천영범 외(2017, 2018, 2020)는 경상 분지 내에 발달하는 여러 단층들의 기하와 운동학적 성격을 연구하고 북북동-남남서 방향의 인장 환경 하에서 경상 분지가 생성되었을 것으로 추정하였다. 천영범 외(2017)는 경상 분지 의성 소분지에 발달하는 단층들을 연구하고 서북서 내지 북서 방향의 단층들은 초기의 북북동-남남서 인장 환경 하에서 정단층으로 운동하여 경상분지의 확장 및 침강에 중요한 역할을 하였다고 해석하였다. 천영범(2018)은 팔공산 이북의 의성지괴 서편 경계는 북북서 방향으로 발달하고 퇴적동시성 성장단층과 같은 퇴적동시성 구조들은 서북서 내지 북서 방향으로 발달하는 것을 근거로, 경상 분지 형성 초기의 응력이 동-서 인장 또는 남-북 압축이라는 기존의 해석을 인정하지 않고, 경상 분지의 형성이 동-서 방향의 인장 응력과는 관계가 없고 경상 분지의 확장이 북북동 방향의 좌수향 운동과 북북동-남남서 방향의 인장 응력과 관련 있음을 제시하였다. 즉 경상 분지가 발달하는 동안 지속적인 북북동 방향의 좌수향 전단력이 작동하였으며, 이에 수반되어 이차적으로 형성된 (서)북서 방향의 정단층 운동이 있었고 경상 분지는 정단층 운동보다는 주향 이동 단층에 규제되어 확장이 주도된 분지일 것이다. 여기에 남동쪽으로의 해구 퇴각에 의한 인장력이 더해져 경상 분지의 확장은 최종적으로 북북동-남남서 내지 북동-남서 방향의 인장력이 작용한 결과로 판단된다. 특히 분지 경계 인접부에서 분지 충전물의 주향 및 분지 경계의 방향과 유사한 방향으로 발달하는 다수의 정단층들은 분지의 확장과 밀접한 관련이 있음을 의미하며, 이러한 특징은 분지 경계가 부정합일지라도 분지의 확장을 주도한 정단층 또는 주향 이동 단층이 분지 내부에서 활발하였고 대규모의 숨겨진 단층이 분지 내부에 존재할 가능성을 지시한다. 2020년에는 북북서 방향으로 사교 섭입한 이자나기판에 의해 야기된, 북북동-남남서 방향 주향 이동 단층을 따라 발생한 좌수향(sinistral) 운동에 의해 분지가 열렸다고 제시하였다. 127 Ma부터 분지는 북북동 방향 단층 사이의 좁은 함몰지로 시작했고, 횡인장(transtensional) 환경 하에서 확장되었다. 분지 서쪽을 남북으로 달리는 이 북북동 주향 단층은 현재는 깊은 구조로 보존되어 있다. 경상 분지와 기반암과의 경계는 진주 지역 서부에서는 대개 부정합 관계이지만 대구 지역에서는 단층과 부정합 둘 다이다. 90 Ma 이후 횡인장(transtensional) 운동이 주향 이동 운동으로 바뀌어 분지의 확장이 종료되었다.
일본의 하쿠유 오카다 등은 경상 분지를 플룸 운동에 의한 반지구대 형태의 열개 분지(rift basin)로 보았다. 황병훈 등은 경상 분지의 확장이 광역적인 압축 환경과 이에 수반된 공액상 주향 이동 단층계(conjugate strike-slip fault system)의 운동 및 지괴 회전과 관련이 있다고 주장하였다. 이자나기판이 유라시아판 밑으로 사교 섭입함에 따라, 북서-남동 방향 압축력에 의해 야기된 남-북 방향의 좌수향 주향 이동 운동에 의해 경상 분지 형성이 시작되었고 지괴가 회전한 것으로 해석된다. 최성권과 손영관(2010) 경상 분지의 형성이 이자나기판이 유라시아판 아래로 사교 섭입하는 동안 대륙판 사이의 약한 결합으로 인해 형성된 인장 내지 횡인장(transtensional) 응력 환경과 밀접한 관련이 있을 것으로 제안하였다. 아시아 대륙 밑으로 섭입하는 이자나기 판에 의해 배호(back-arc) 지역에 비해성의 경상 분지가 형성되었으며 해구의 퇴각(trench roll-back)에 의해 분지의 열개(rifting)가 동쪽으로 확장되었음이 제안되었다. 또한 유천층군과 불국사 화강암류가 하나의 화산호를 이루고 있음을 제안하고, 이를 경상 화산호(Gyeongsang Volcanic Arc)로 새로이 명명하였다. 그리고 경상 화산호의 서편에 분포하는 신동층군과 하양층군을 경상 배호 분지(Gyeongsang Backarc Basin)로 새롭게 명명하고, 기존에 통용되던 '경상 분지'를 경상 배호 분지의 개념에 국한하기로 제안하였다. 이윤수 등은 고자기 연구 결과를 바탕으로 130~100 Ma에 북중국 강괴가 유라시아판으로 병합된 이후 지속적인 남쪽으로의 이동 동안 형성된 광역적인 남-북 방향의 압축력이 경상 분지의 시작과 밀접한 관련이 있을 것으로 제안하였으며, 이때 유라시아판에 대해 한반도가 시계 방향으로 회전하고 동아시아 일원에 분포하는 북동 방향의 단층들이 좌수향으로 운동했음을 주장하였다.
최범영 등은 경상 분지 내에 발달한 여러 단층들의 구조를 분석하고 고응력을 추정하였다. 의성소분지 지역의 단층들로부터 바렘절~압트절 시기(T_1 사건)에는 남-북 인장과 동-서 압축력이, 압트절-상파뉴절 시기(T_2 사건)는 동-서 인장과 남-북 압축력이 작용했음을 알 수 있다. 경상 분지 발달 초기인 바렘절-압트절 시기에 경상 분지는 팔공산 지역을 기준으로 남북으로 나뉘며 가음 단층을 경계로 주 응력축이 큰 변화를 보이는 것은 가음 단층대가 이 시기 부분적으로 운동이 있었음을 지시한다. 의성군 봉양면 도원리 지점과 군위휴게소 부근 중앙고속도로 도로변 하산동층 노두에서 발견된 정단층 및 주향 이동 단층은 남-북 인장력을 지시한다. 의성군 봉양면 사부리 지점의 하부 진주층에서 발견된 단층의 초기 응력장 또한 동-서 압축과 남-북 인장력을 지시한다. 의성군 의성읍 철파리 후평동층에 발달한 단층은 동-서 인장과 남-북 압축력으로 구성된 초기 사건을 보이며 남-북 인장과 동-서 압축력을 보이는 응력장이 확인되지 않아 남-북 인장 및 동-서 압축력을 가진 지구조 사건이 이 이후에는 존속하지 않았음을 지시한다.
하동군 금성면 일대의 낙동층 중부에서 두께 3 m 내외의 화산쇄설성 퇴적층이 수평으로 분포하고 있음이 확인되었다. 이로부터 경상 분지는 형성 초기부터 이미 화산 활동이 있었고 이는 퇴적분지 생성에 관여한 것으로 보이는 지구조운동과 병행하여 발생한 것으로 추정된다.