충주시의 지질
옥천 누층군 > 계명산층

계명산층(Gyemyeongsan formation)은 충주시 용탄동, 종민동, 안림동에 있는 계명산에서 이름이 유래되었으며 철 광상을 발달시키고 있다. 충주 지질도폭에 의하면 충주시 지역에서는 층서상 계명산층이 향산리 돌로마이트층 아래에 있지만 등사 습곡 구조로 인해 지층이 역전되어 지질도에서는 외관상 계명산층이 향산리 돌로마이트층 위에 있는 것처럼 보인다.
충주 지질도폭(1965)의 계명산층은 계명산을 중심으로 충주시내를 둘러싸듯이 U자 비슷한 형태로 넓게 분포하는 지층이다. 충주 일대에서 철광상(鐵鑛床)을 발달시키고 있는 계명산층은 각섬석-흑운모편마암, 적철석-자철석-석영편암, 견운모-석영편암, 흑운모-석영편암, 백운모-석영편암, 석영-흑운모편마암, 대상(帶狀)석영-흑운모편마암 등으로 구성된 준(準)편마암류이며 백색-회색 돌로마이트질 석회암이 협재된다. 계명산 정상에서의 본 층 편리의 주향 및 경사는 북동 30° 및 남동 66°이며 자철석의 결정이 광염(鑛染)되어 있다. 연수동 부근에서는 박층의 자철광을 볼 수 있으며 직동의 창룡사 북측 458 m 고지에서는 자철석의 결정이 편리의 주향과 일치하게 포함되어 있어 자성을 띤다. 충주시 대소원면과 괴산군 불정면의 경계 지역에서의 이 층에는 다수의 철 및 중정석 광상이 발달하며 지층 편리의 주향과 경사는 북동 65~75°및 북서 60~70°가 일반적이다.
황강리 지질도폭(1965)의 계명산층은 충주시 목벌동 서부~중부에 분포하며 옥천 누층군 하부의 지층으로 해석되었다. 본 층의 상위에는 향산리 돌로마이트질 석회암층이 정합으로 놓이나 지향사 구조에 퇴적된 옥천 누층군의 서익부가 역전되어 외관상 밑에서부터 대향산 규암층, 향산리 돌로마이트질 석회암층, 계명산층 순서로 놓인 것처럼 보인다. 본 지층은 북동 30°의 주향과 북서 50°의 경사를 나타낸다.
목계 지질도폭(1971)의 충주층군 계명산층(PZokg)은 충주시 용탄동에 분포하고 분포지 서부에서 중생대 화강암에 의해 관입당했으며 동부에서는 상부의 향산리 돌로마이트질 석회암층과 정합으로 접하나 일부 단층으로 접한다. 주 분포지에서 서북서로 약 7 km 떨어진 금가면 원포리에는 화강암 가운데에 포획암으로서 본 지층이 일부 분포한다. 이 지층은 대부분 자철석의 결정을 포함한 함자철석회색세립편마암으로서 화강암과의 접촉부는 일부 스카른화 되어 각섬석과 녹렴석 등이 있다. 이 지역의 계명산층은 북동 50~55°의 주향과 북서 또는 북동의 경사를 가진다.
장기홍(1971)에 의하면 계명산층은 대체로 편마암화되어 있어 그 광역변성도는 옥천계층보다 훨씬 높고 자철광 결정을 함유하는 점에서 특이하며 원암이 선캄브리아기 지층임을 암시한다.
강지훈과 류충렬(1997)에 의하면 계명산층은 주로 역질암, 니질암, 사질암, 염기성(현무암질 및 휘록암질) 및 산성질암(조면암질, 유문암질) 기원의 변성암류로 구성되고 교호된 염기성질암과 산성질암은 열곡 환경의 바이모달(bimodal)형 화성활동의 산물이었음을 지시한다. 그리고 계명산 지역에서의 에서는 최소 세 번의 변형작용이 일어나 습곡 구조가 형성되었다.
계명산층 내에는 알칼리 화강암류가 불규칙하게 관입하여 암주 내지 암맥 형태로 분포한다. 연홍색을 띠는 이 화강암은 세립 내지 중립질이며 충주시내에 저반상으로 광범위하게 분포하는 화강암과는 구성 광물과 화학 조성의 차이로 구분되고 철 및 희토류 광체와 밀접하게 수반된다. 알칼리 화강암은 형석, 인회석, 갈렴석, 저어콘 등 희토류 원소가 풍부한 광물을 함유한다. Sm-Nd 연대측정 결과는 338±30 Ma이다.
박종길 외(2003)에 의하면 충주시 지역의 계명산층은 주로 변성화성암으로 구성되며 계명산층 산성 변성화산암의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대는 시생대 말인 2685.8±11 Ma이다. 따라서 박종길 외는 계명산층이 옥천변성대에 속하지 않으며 시생대 말에 형성된 옥천변성대의 기반암인 것으로 해석했다. 계명산층은 주로 산성과 염기성의 변성화산암으로 구성되며 전자는 충주시 동부~남동부에서 분포면적의 60% 이상을 차지하고 후자는 전자와 교호하거나 관입하며 산출된다. 산성 변성화산암은 대개 석영, 백운모, 정장석과 자철석으로 구성되며 부수광물로 흑운모, 녹니석, 녹렴석, 방해석, 인회석, 저어콘 그리고 모나자이트가 있다. 염기성 화산암은 주로 각섬석, 사장석, 녹렴석으로 구성되고 소량의 휘석, 흑운모, 석영 및 녹니석을 포함한다.
김성원 외(2006)와 강지훈 외(2012)에 의하면 계명산층 화산암의 지르콘 U-Pb 연대측정 결과는 1.9 Ga, 870 Ma, 250 Ma이다. 이는 신원생대 토노스기(Tonian)에 해당한다. 김성원 외는 계명산층이 870 Ma 혹은 그 이후에 형성되었고 250 Ma에 변성작용을 받은 것으로 해석하였다.
유인창과 김태훈(2009)에 의하면 충주시 종민동-목벌동 지역에서 계명산층은 담회색 또는 암회색을 띠는 변성 화산암류와 암회색 편암으로 구성되며 향산리 돌로마이트층과 계명산층의 경계는 단층이다.
노신영 외(2012, 2014)에 의하면 충주시 남산 지역의 계명산층은 변성된 심성산성질암, 역질암, 산성화산암질암, 염기성질암, 사질암, 결정질석회암, 규암으로 구성되며 계명산층 내에 발달하는 소규모 습곡, 단층 등 지질구조는 최소 3번의 변형 단계를 거처 형성되었다. GR-110 감마선 섬광 계수기를 사용해 측정한 암석의 방사선 수치는 변성사질암(26~415 cps)과 변성산성질암(10~170 cps)에서 높은 값을 보이며, 평균치는 103 cps 정도이나 유독 한 곳만 415 cps의 높은 값을 보이는데 희토류 원소가 있거나 지하에 페그마타이트등 다른 암상이 존재할 수 있다.
최덕근 외(2012)에 의하면 계명산층은 옥천 누층군과 충주층군의 최하부 지층으로, 부산/박달령 변성암 복합체를 부정합으로 덮으며 정합적으로 향산리 돌로마이트층으로 점이한다. 계명산층은 니질 및 사질천매암 내지 편암으로 구성되고 칼슘규산염과 규암이 협재된다. 변성니질암과 사질암은 규장질 및 고철질 화산암에서 유래된 것으로 알려져 있다. 계명산층에서 있었던 쌍봉식(bimodal) 화산활동은 충청분지에서 일어난 첫 번째 열개 작용의 결과이며, 이는 남중국지괴 난후아 분지의 첫 번째 화산활동에 대비된다.
충주시 주덕읍 삼청리 남동부 어래산(392.7 m) 지역의 계명산층은 변성니질암, 화강암질편마암, 함철규암, 변성심성산성암, 변성화산산성암 등으로 구성된다. 방사능 값은 함염기성형 변성심성산성암이 852~1217 cps, 평균 1039 cps로 가장 높았으며 이는 함염기성형 변성심성산성암이 희토류 광체의 기원암일 가능성을 지시한다.