장산층
장산 규암층의 퇴적시기에 대한 논란

1962년 태백산지구지하자원조사 이후 학계에서는 일반적으로 장산 규암층이 고생대 캄브리아기에 퇴적되었고 상위의 묘봉층과 정합 관계인 것으로 알려져 왔지만 장산층이 선캄브리아기의 지층이라는 주장이 제기되면서 최근 20여 년 간 장산 규암층의 퇴적 시기는 많은 논란이 있어 왔다. 퇴적 시기가 캄브리아기라는 주장과 선캄브리아기라는 주장이 있는데 만약 장산 규암층이 선캄브리아기의 것이라면 이미 고생대의 지층으로 확인된 묘봉층과의 관계는 부정합으로 간주되어야 하지만 이는 학자들마다 의견이 다르다. 대표적으로 서울대학교의 이용일 교수는 여러 논문들을 통해 2006년부터 장산 규암층이 선캄브리아기의 지층이라고 주장하고 있다. 최근인 2016년에는 조선 누층군 최하부 지층인 장산 규암층의 퇴적시기가 선캄브리아기라는 주장과 이를 반박하는 논의가 있었다. 장산 규암층이 이러한 논란을 갖는 가장 큰 이유는 고생대 화석이 산출되지 않아 지질시대를 특정할 수 없기 때문이다. 현재까지 장산 규암층에서는 특정 지질시대를 지시하는 어떠한 화석도 발견되지 않았다. 장산층과 대비되는 것으로 알려져 있으나 암석학적으로 전혀 다른 면산층에서는 Skolithos와 Laevicyclus와 같은 흔적 화석이 산출되어 면산층은 캄브리아기에 해당하는 것으로 여겨진다. 그러나 장산 규암층과 면산층은 동점 단층으로 접하고 있어 둘의 직접적인 관계는 불명이다. 장산 규암층이 정말로 선캄브리아기의 지층이라서 화석이 발견되지 않는 것인지 아니면 화석이 있는데 아직 발견하지 못한 것인지는 알 수 없다.
장산 규암층은 추정되는 퇴적 시기와 비슷한 젊은 U-Pb 연령의 쇄설성 저어콘이 아직까지는 발견되지는 않아 쇄설성 저어콘의 연령을 이용하여 장산층의 퇴적 시기를 좁은 범위로 한정하지 못하고 있다. 그러나 여러 지역의 장산 규암층에서 일관되게 약 2.5 Ga와 1.8-2.0 Ga의 연령 피크들이 뚜렷하게 나타나는 것은 다른 지역의 시대 미상 퇴적층들을 장산 규암층에 대비시키는데 활용할 수 있는 중요한 특징으로 판단된다. 다른 지역의 퇴적암 지층들을 장산 규암층에 대비시키고 이들의 절대 연령을 구할 수 있다면 장산 규암층의 연대를 간접적으로나마 구할 수 있을 것이다.
김용인과 이용일(2006)은 태백시 동점 지역과 정선군 임계면 덕암 지역에서 장산 규암층이 묘봉층과 부정합 관계를 나타낸다는 것을 근거로 장산 규암층이 원생대의 지층이며 두위봉 단위(두위봉형 조선 누층군)의 최하부 지층이 아니고 면산층의 기원암(source rock)의 역할을 했던 것으로 주장하였다. 태백시 동점 지역의 연화 II 광산 남서쪽 언덕에서 묘봉층이 장산 규암층 위에 놓여 있는데 그 경계는 불규칙해(irregular) 부정합으로 간주된다.
이용일 외(2006)은 태백산분지 내 장산 규암층 사암 시료를 채취해 U-Pb 연대 측정을 실시하고, 장산 규암층의 퇴적 시기가 18억 년~5억 2천만 년 전이며 묘봉층과의 부정합 관계와 서로 다른 지르콘 연령을 고려하여 장산 규암층이 원생누대에 퇴적된 것으로 해석하였다. 장산층의 쇄설성 저어콘의 U-Pb 연대는 1740~3060 Ma의 분포를 보이며, 묘봉층의 U-Pb 연대는 360~2690 Ma의 분포를 보인다. 이용일 외는 이러한 저어콘 지질연대의 차이가 두 지층의 기원지 지질이 다르다는 것을 나타내며 부정합의 존재와 기원지의 차이로 해석할 때 장산층은 묘봉층보다 훨씬 앞선 선캄브리아기에 퇴적된 것으로 해석하였다. 그러나, 최덕근(2012)은 장산층과 묘봉층의 연령이 다른 이유는 퇴적 환경도 다르고 퇴적물을 공급받은 곳도 다르기 때문에 단순히 지르콘 광물 연령분포를 바탕으로 장산층의 지질시대가 선캄브리아기에 속한다는 제안은 오류라고 주장했다.
우경식 외(2012)는 장산층의 양호한 노두가 있는 태백시 동점역 부근, 정선군 남면 하천 부근, 단양군 남천계곡 부근 3개 장소를 선정해 정밀 지질조사를 실시하였고, 장산층과 묘봉층이 정합 관계를 가지는 것으로 보았다. 동점역 부근에서는 사질과 니질암이 교호하고 상부로 갈수록 니질의 양이 증가하며, 단양 남천계곡에서는 어두운 규암과 밝은 규암이 호층을 이루고, 상부로 갈수록 규암 내에 셰일이 협재된다.
이상만과 김형식(1984)은 장산 규암층 하부에 부정합으로 놓인 율리층군의 변성작용이 약 8~9억년 전에 일어났으며, 영월군 상동 지역에 분포하는 장산층의 최하부 기저 역암에 율리층군의 역이 산출하는 것을 보고하였다. 이를 바탕으로 이용일 등(2016)은 장산 규암층의 퇴적 시기는 8억년 전 이후의 신원생대라고 해석하였다.
이용일 외(2016.2)는 장산 규암층과 묘봉층의 부정합 관계, 장산층 하부에 놓인 800~900 Ma에 변성작용을 받은 율리층군의 역(礫)이 장산층 기저역암에 산출된다는 점, 그리고 강원특별자치도 정선군 임계면 지역과 옥동 단층을 따라 발달한 압쇄대의 형성 시기가 562 Ma라는 지질학적인 증거들을 바탕으로 장산층의 퇴적시기는 800~562 Ma 사이의 신원생대였을 것으로 해석된다고 주장하였다. 윤현수(1983)는 영월군 옥동 지역에서 옥동 단층을 따라 발달한 압쇄암의 견운모에서 최고 562±5 Ma의 칼륨-아르곤 연대 측정 결과를 보고하였는데 이용일 등은 장산 규암층이 퇴적된 후 압쇄화작용이 일어날 수 있는 깊이(10~15 km 이상)로 매몰된 후 562 Ma(신원생대 최후기)에 압쇄화 작용이 일어났다는 것이며, 이를 근거로 장산층의 퇴적시기는 압쇄화 작용이 일어났던 신원생대 최후기보다 이전이라는 것을 지시한다고 해석하였다. 장산 규암층의 퇴적시기가 신원생대로 해석된다면 장산 규암층은 캄브리아기의 면산층과는 대비되지 않으며 조선 누층군은 면산층으로부터 퇴적이 시작되었다고 할 수 있다. 그러나 나중에 아래 문단에서와 같이 2018년 부경대학교의 김명정 등은 논문에서 인용된 윤현수(1983)의 연령 분석 자료가 신뢰하기 어렵다고 지적하였다.
이에 대해 조성권 등(2016.12)은 부정합의 증거로 제시된 동점역에서 남동쪽으로 500 m 떨어진 낙동강 하상의 노두를 재관찰하였고, 2006년 김용인과 이용일이 보고한 두 층의 '불규칙한'(irregular) 경계는 묘봉층이 퇴적되기 전 장산 규암층이 침식당한 구조가 아닌, 퇴적 후 지하 심부에서 발생한 단층의 변형 작용에 기인한 2차 구조로 해석하였다. 비록 이 불규칙한 경계에서 장산 규암층과 묘봉층의 층리는 서로 평행하지 않지만, 장산 규암층과 묘봉층이 접하는 불규칙한 경계에는 부정합을 지시하는 어떠한 증거도 없다. 그러므로 장산 규암층과 묘봉층 사이의 '부정합' 관계를 바탕으로 한 층서, 퇴적 시기, 퇴적물 공급지 및 고지리에 대한 해석과 가설은 그 근거가 없다고 주장하였다.
이에 대해, 처음 논문을 작성한 이용일 등은 장산 규암층과 묘봉층이 어느 곳에서도 점이적으로 전이하지 않는 점과 동점지역 노두에서 원마도가 양호한 규암역들이 존재하는 점 등을 고려하면 해당 노두에 단층 파쇄암이 존재하는 것만으로 장산층과 묘봉층이 부정합 경계라는 가설을 부정할 수는 없으며, 이 외에도 장산 규암층과 묘봉층에서 산출되는 쇄설성 저어콘의 연대 분포 차이, 장산층과 기반암 사이에 존재하는 신원생대 압쇄암 등은 여전히 저자들의 부정합 가설을 지지한다고 설명하였다. 동점 지역에 나타난 문제의 노두에 대해, 단층의 존재에 대하여는 상당 부분 동의하였으나 이것만으로 두 지층의 관계가 부정합이 될 수 없다고 단정지을 수 없으며 해당 노두에서 단층 파쇄에 의한 각력암뿐만 아니라 원마도가 양호한 규암의 역들도 관찰되기 때문에 두 층이 부정합의 관계로 퇴적 및 고화된 이후 단층 파쇄 작용을 받았을 가능성도 제시하였다.
이용일 외(2016.2)와 조성권 외(2016.12) 간의 논쟁 약 1년 후, 김현우(2018)는 석사 학위논문에서 장산층에 대한 논쟁을 해답을 도출하기 위해, 태백산 분지 지역에 분포하는 장산 규암층에 대한 야외 지질조사 및 퇴적암석학적 분석을 수행하였다. 이 논문에서 저자는 장산층을 퇴적상 분석을 통해 하부, 중부, 상부의 3개의 층원으로 구분하였으며, 연속적인 지질도의 분포와 장산층 상부의 점이적인 퇴적상의 변화, 광물 암석학적인 변화, 쇄설성 저어콘 연대측정을 통해 장산 규암층과 묘봉층의 관계를 부정합보다는 정합으로 해석하였다. 또한 장산 규암층의 퇴적시기는 불분명하지만 고생물학적 연구 및 다양한 분석을 통하여 정확한 퇴적시기를 규명할 필요성이 있다고 언급하였다.
칼륨-아르곤 연대 측정  문서를 참고하십시오.
김명정과 박계헌(2018)은 이용일 외(2016)의 "태백산분지에 분포하는 장산층의 퇴적시기 및 암석 특성 재고찰" 논문에서 인용된, 옥동 단층대를 따라 발달한 하부 장산 규암층 내 견운모 석영 편암의 K-Ar 연령이 옥동 단층의 활동 시기와 옥동 단층이 자르고 있는 장산층의 퇴적시기를 한정하는데 활용할 수 있다는 점에 주목하고, 보고된 연령 분석자료의 신뢰도와 지질학적 의미에 대하여 다시 고찰하였다. 그 결과 분석된 암석표품에 함유된 석영이 상당량의 과잉 Ar을 포함하는 것으로 추정되기 때문에 장산층의 연령을 한정하는 근거로 활용하는 것은 부적절하며, 윤현수(1983)가 제시한 K-Ar 연령을 옥동 단층의 활동 시기로 해석하거나 이에 근거하여 옥동 단층이 절단하는 장산층의 연령을 선캄브리아기로 해석하는 것은 적절하지 않다고 하였다.
부경대학교의 조경오, 박계헌, 송용선, 최지은은 태백산 분지와 문경시에 분포하는 장산 규암층에서 분리한 쇄설성 저어콘들에 대하여 SHRIMP U-Pb 연령을 분석하였고 이전에 보고된 장산 규암층의 자료와 유사하게 대부분이 약 18-20억년과 약
25억년의 연령 부근에 강한 피크를 보인다고 보고했다. 이는 장산 규암층의 쇄설성 저어콘이 한반도의 기저를 이루는 영남 지괴의 기반암으로부터 유래하였음을 나타낸다. 단양과 제천 사이에 분포하는 시대 미상의 금수산 규암층으로부터 분리한 쇄설성 저어콘은 장산 규암층과 비슷한 18-20억 년과 25억 년 부근에 강한 피크를 보이는 U-Pb 연령분포 특성을 보여주어 두 층이 대비될 가능성을 강하게 시사한다. 금수산 규암층 저어콘 U-Pb 연령 분석 결과에서 특기할 만한 점은 한 표품에서 캄브리아기에 해당하는 516±7 Ma의 젊은 연령이 분석되었다는 것이다. 비록 1개 입자이지만 금수산 규암층의 퇴적시기가 이보다 이후일 가능성을 나타낸다. 따라서 금수산 규암층이 장산 규암층에 대비된다고 하면 장산 규암층이 이 기간 중 또는 그 이후에 퇴적되었을 가능성을 시사한다.
이상을 정리하면 다음과 같다.
| 선캄브리아기 설 | 캄브리아기 설 (반론) |
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장산층 암석 시료에서 저어콘에 대한 U-Pb 연대측정을 실시한 결과 선캄브리아기에 해당하는 연령이 나왔다.: 저어콘 광물 연령을 근거로 지질시대를 선캄브리아기로 정하는 것은 고지리와 퇴적환경을 고려하지 않은 잘못된 해석이다.
옥동 단층을 따라 발달한 압쇄대의 형성 시기가 562 Ma이다.: 분석된 암석표품에 함유된 석영은 상당량의 과잉 Ar을 포함하는 것으로 추정되기 때문에 장산층의 연령을 한정하는 근거로 활용하는 것은 부적절하다.
동점역 부근에서 장산층과 묘봉층이 부정합 관계임을 지시하는 퇴적 구조가 발견되었다.: 해당 구조는 부정합으로 볼 수 없으며 대부분의 지역에서 장산층과 묘봉층은 점이적으로 변화하는 정합 관계를 보인다.