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금왕 단층(金旺 斷層, Geumwang Fault)은 한반도 내 대한민국 충청북도 진천군에서 시작해 음성군 금왕읍, 강원특별자치도 원주시, 횡성군, 홍천군, 인제군 상남면을 지나 설악산에 이르는 북동-남서 방향, 총 연장 170 km의 대규모 주향 이동 단층이다. 기존의 설악산(2010), 현리(1975), 자은(1975), 풍암(1972), 갑천(1972), 여주(1975) 및 장호원(1989) 지질도폭에서 그 존재가 보고된 바 있는 금왕 단층은 인리형 분지인 음성 분지의 북서쪽 경계를 이루고, 신생대 제4기 약 70만 년 전부터 10만 년 전까지 활동해온 것으로 추정되며, 공주 단층대의 일부이다. 현재까지 보고된 금왕 단층의 ESR 연대측정값 중 최저값은 110±20 ka으로 불과 11만 년 전에 마지막으로 단층이 활동한 것을 지시한다. 단층암을 연구한 결과 금왕 단층은 최소 6단계의 단층 운동이 관찰되었으며 중생대 쥐라기 후기~백악기 초기에 발생한 최초의 연성 전단작용 이후 두 번째 단층운동부터 취성단층 특징을 보이는 재활동이 여러 번 일어난 것으로 밝혀졌다.[1][2]
| 금왕 단층 | |
|---|---|
| 金旺 斷層, Geumwang Fault | |
 11번이 금왕 단층, 13번이 공주 단층 | |
 강원도와 동해안 지역의 지진(1978-2023)과 단층 분포도 | |
| 어원 | 음성군 금왕읍 |
| 국가 |  대한민국 |
| 지역 | 경기 육괴 |
| 도 | 충청북도, 강원특별자치도 |
| 시 | 진천군, 음성군, 여주시, 원주시, 횡성군, 홍천군, 인제군 |
| 단층 특성 | |
| 연장 | 170 km |
| 주향 | 북동-남서 |
| 지구조 | |
| 판 | 유라시아판 및 아무르판 내부 |
| 상태 | 활성단층? |
| 지진 | 직접 연관된 지진 없음 |
| 성향 | 주향 이동 단층 |
| 암석단위 | 선캄브리아기 편마암류, 중생대 대보 화강암 및 불국사 화강암류, 백악기 초평층군 |
| 활동시기 | 중생대 백악기 이후, 신생대 제4기에 다수 활동함 |
제4기 동안 금왕 단층은 충청북도 진천군 덕산읍, 음성군 맹동면, 강원특별자치도 횡성군 공근면, 홍천군 동면, 서석면 그리고 인제군 상남면 일대에서 재활동을 하였다. 금왕 단층에 발달한 단층비지의 ESR 연대 측정 결과를 종합해보면, 금왕 단층은 약 76만, 50만, 35만, 22만, 15만, 그리고 11만 년 전에 걸쳐 적어도 6번의 재활동이 있었던 것으로 해석된다. 구체적으로는
금왕 단층이 통과 지역은 아래와 같다. 금왕 단층은 지하 깊숙히 숨어 있지만 진천군에서 설악산에 이르기까지 여러 지역에서 그 흔적을 드러내 보이고 있다.
금왕 단층은 충청북도 진천군 초평면과 음성군 맹동면에 걸쳐 있는 단층 분지인 음성 분지에서 시작된다. 카카오맵 위성사진을 보면 진천군 초평면 오갑리에서 충북혁신도시를 지나 평택제천고속도로 금왕휴게소에 이르기까지 추적되는 평야 지대와 녹색 산악 지대의 경계선이 마치 자를 대고 그은 것처럼 선명한데 이 선이 바로 금왕 단층의 단층선이다. 이 금왕 단층선의 남동부에는 초평층군이 분포하여 비교적 높은 산지를 이루고 있으나, 금왕 단층선의 북서부에는 흑운모 화강암이 분포하여 저산성 구릉 및 평야가 넓게 나타난다.[4] 이는 아마도 풍화에 상대적으로 약한 화강암의 차별 침식에 기인한 것으로 추정된다. 이 선을 따라 금왕 단층의 노두와 제4기의 단층 활동을 지시하는 ESR 연대측정값이 다수 보고되었다.
기존의 원주 지질도폭(1989)에서는 단층의 존재가 보고되지 않았고 다만 원주시 호저면 고산리 지역에 분포하는 백악기 퇴적암 지층 학담리층에서 다수의 미세 단층들이 발견되었으며 이는 입암저수지 도로변의 자색 셰일에서 관찰할 수 있다. 단층의 대표적인 주향은 북서 70~75°및 북동 65°이며 경사는 남서 내지 북사 75°및 북동 70°이다.[12]
김만재와 이희권(2017)에 의해 다음과 같은 곳에서 노두가 발견되었다. ESR 연대측정 결과 이 지역에서의 부수 단층으로부터 분석된 금왕 단층의 활동시기는 약 83~24만 년 전이며 플라이스토세 동안 약 16~5만년의 장주기를 가지고 반복적으로 재활동하였음이 드러났다.[13]
양덕원 지질도폭(1974)에서는 횡성군 학담리-청곡리 간 계곡을 따라 발달하는 북동 30°주향의 피복 단층이 보고되었다. 이 단층 남쪽에는 선캄브리아기 호상흑운모편마암이, 북쪽에는 규장질편마암이 분포한다.[14]
풍암 지질도폭(1972)에서는 홍천군 영귀미면 노천리에서 서석면 어론리, 수하리를 지나 인제군 상남면 상남리로 이어지는 주향 북동 30~40°, 경사 수직의 대규모 단층으로 보고되었다.[16] 갑천 지질도폭(1989)에서는 홍천군 영귀미면 좌운리-노천리 일대에 북동 45°주향으로 발달하는 단층으로 보고되었으며 이 단층은 화강암과 편마암의 접촉부를 따라 발달하는데 반암류에 의해 절단되는 것으로 보아 이는 화강암과 반암의 관입시기 중간에 생성된 것으로 보인다.[17]
이희권(2010)은 강원특별자치도 인제군 상남면~홍천군 서석면 일대에 북동-남서 방향으로 발달한 금왕 단층을 조사하고 2개 지점에 드러난 단층의 노두에서 ESR 연대측정을 실시하였다. 단층암의 ESR 연대측정에 의하면 금왕 단층은 이 지역 일대에서 제4기에 적어도 3번(220 ka, 170 ka, 110 ka) 재활동하였으며, 특히 약 17만년 전에는 상남면 전역(약 6 km 구간)에서 금왕 단층대가 재활동 한 것으로 추정하였다.[18]
강원특별자치도 홍천군 서석면 일대에는 중생대 백악기, 절대연령 70~84 Ma[19]의 안산암이 분포하며 이 안산암은 금왕 단층에 의해 선캄브리아기 용두리편마암복합체 호상흑운모편마암과 접촉한다. 김만재와 이희권(2016)은 이 안산암 내부의 전단면에 우수향 주향 이동 운동을 지시하는 전단면이 발달한 것으로 보고하고 금왕 단층의 단층발달사 중 다섯 번째 단계에 해당하는 것으로 보았다. 그리고 금왕 단층의 단층운동이 직전에 있었던 네 번째 단계의 좌수향 주향이동 운동에서 우수향 주향이동 운동으로 역전 현상이 일어난 것으로 해석하였다.[1]
풍암 분지 지역의 금왕 단층은 홍천군 영귀미면 좌운리 좌운저수지에서 북동으로 연장되어 서석면 수하리에 이른다. 단층대의 폭은 30~400 m로 단층대의 주향 방향으로 변화가 심하며 좌운저수지 옆 좌운교 밑 하천 바닥에는 단층대 내 이암이 쇄성 변형작용을 받아 수많은 단층이 발달해 있는데 이들은 좌수향 주향이동을 지시한다.[20]
현리 지질도폭(1975)에서는 인제군 상남면 상남리에서 지금의 서울양양고속도로 내린천휴게소를 지나 기린면 현리와 북리로 이어지는 주향 북동 30°, 경사 수직의 단층으로 보고되었다. 이 단층선이 지나가는 부분의 모든 노두는 죄다 파쇄 또는 압쇄되어 본래의 암상을 볼 수 없으며 부분적으로는 이 단층선을 따라 후기에 올라온 열수용액에 의해 유화(硫化) 광물이 첨가되거나 동시해 심하게 규화(珪化)된 곳도 있다. 따라서 이 단층은 백악기 최후기에 생성된 것으로 추정된다. 자은 지질도폭(1975)에서는 인제군 상남면 상남리에 북동 30~40°의 주향과 수직의 경사로 발달하며 선캄브리아기 호상편마암과 중생대 흑운모 화강암의 경계를 형성하는 단층으로 보고되었다. 자은 지질도폭(1975)에 의하면 이 단층은 인제 단층과 함께 중국 방향의 구조선(structure line)의 일부로서 한국 전체의 지구조 운동과 밀접한 관계가 있는 것으로 보인다.[23]
서울양양고속도로 제9공구 행치2터널(오늘날의 행치령터널) 공사 중 금왕 단층의 단층파쇄대가 발견되었다. 기반암은 선캄브리아기 흑운모 편마암과 이를 관입한 시대 미상의 복운모 화강암, 백악기 흑운모 화강암과 산성암맥으로 구성되며 단층대의 폭은 약 100 m이고 단층대를 따라 기반암이 심하게 풍화되어 있으며 석영맥이 관입하여 있다. 시추조사 결과 단층점토, 단층각력암이 나왔다.[24]
설악산 지질도폭(2010) 지역의 금왕 단층은 고원생대의 경기편마암복합체 편마암과 중생대 쥐라기 화강암류와의 경계를 이루는 수직 경사의 좌수향 주향이동 단층으로 확인되었다. 설악산 화강암체 내부로 이어지는 이 단층의 북부 연장은 확실하게 인지되지 않아 한계령 단층 이남 지역에서 끝나는 것으로 보인다. 쥐라기 대보 화강암의 일종인 오색 화강암과 백악기 설악산 화강암과의 경계를 기준으로 산정된 이 단층의 수평 변위량은 250 m 정도이나, 흑운모 화강암과 선캄브리아기 편마암과의 경계를 기준으로 하면 최소 2.5 km 이상으로 산정된다.[26]
필례 단층은 인제군 기린면 북리에서 금왕 단층으로부터 분기되어 나온 단층으로 설악산 지질도폭에서 고각의 경사를 이루는 좌수향 주향이동 단층으로 확인되었다. 인제군 인제읍 귀둔리 필례마을 북측 계곡에 드러난 단층대는 남-북 주향에 서쪽으로 약 80°경사져 있으며, 단층대를 경계로 서측의 쥐라기 가리봉 화강암과 동측의 쥐라기 화강섬록암이 접한다. 단층핵은 10 cm 폭의 단층비지대와 70 cm 폭의 단층각력암대로 구성된다. 화강섬록암과 단층 사이에는 수 미터 폭의 중성암맥이 관입해 있고, 가리봉 화강암 내에도 소규모의 산성암맥이 관입해 있다. 이 암맥들 역시, 단층의 영향으로 심하게 파쇄되어 단층손상대(Damage Zone)를 형성한다. 단층대의 전체 폭은 단층손상대를 포함하여 약 20 m이며, 특히 서측의 중성암맥과 가리봉화강암체 내에는 단층대와 거의 평행한 석영 세맥(vein)들이 좁은 간격으로 무수히 산출한다[26]
현재까지 보고된 금왕 단층의 노두와 ESR 연대측정값은 다음과 같다.
| 위치 | 좌표 | 지질 | 주향 | 경사 | 성향 | ESR 연대측정값 | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 진천군 초평면 오갑리 | 화강암 | 490±90 ka, 370±100 ka, 310±60 ka | |||||
| 음성군 맹동면 두성리 | 쥐라기 화강암, 초평층 조립질사암 | 북동 26° 북동 35° |
북서 76° 북서 83° |
좌수향 주향이동 | 710±70 ka, 480±40 ka, 330±20 ka | ||
| 원주시 호저면 고산리 | 북위 37° 28′ 11.01″ 동경 127° 54′ 42.97″ | 화강반암 | 북동 25° | 북서 65° | 240±30 ka | ||
| 원주시 지정면 월송리 | 북위 37° 23′ 40.40″ 동경 127° 51′ 45.01″ | 흑운모 화강암 | 북동 8° 북동 14° |
북서 77° 남동 76° |
330±50 ka, 290±20 ka | ||
| 원주시 지정면 안창리 | 북위 37° 21′ 50.18″ 동경 127° 49′ 49.07″ | 흑운모 화강암 | 북동 20° 북동 48° |
북서 71° 남동 76° |
520±60 ka, 340±40 ka | ||
| 원주시 문막읍 반계리 | 북위 37° 17′ 40.97″ 동경 127° 46′ 25.97″ 북위 37° 17′ 39.80″ 동경 127° 46′ 28.71″ |
흑운모 화강암 | 북동 40° 북동 25° |
남동 84° 북서 65° |
830±80 ka, 320±50 ka | ||
| 횡성군 공근면 청곡리 | 북위 37° 43′ 42.88″ 동경 127° 59′ 3.34″ | 선캄브리아기 화강암질 편마암 | 북동 66° | 남동 62° | 좌수향 주향이동 | 250±20 ka, 300±10 ka, 290±20 ka | |
| 홍천군 서석면 어론리 | 북위 37° 42′ 09.59″ 동경 128° 07′ 04.42″ | 선캄브리아기 흑운모 편마암, 중생대 안산암 | 좌수향 주향이동 | 260±90 ka | |||
| 홍천군 서석면 수하리 | 북위 37° 48′ 32.3″ 동경 128° 12′ 47.6″ | 편마암 | 좌수향 주향이동 | 170±10 ka | |||
| 인제군 상남면 상남리 | 북위 37° 50′ 42.9″ 동경 128° 14′ 29.0″ | 선캄브리아기 흑운모 편마암, 백악기 화강암 | 북동 36° | 북서 80° | 좌수향 주향이동 | 170±30 ka, 160±30 ka, 220±20 ka, 210±20 ka, 230±30 ka, 200±30 ka, 220±30 ka, 110±20 ka | |
| 인제군 상남면 하남리 | 북위 37° 54′ 37.05″ 동경 128° 17′ 3.43″ | 선캄브리아기 흑운모 편마암, 화강편마암 | 북동 32° 북동 15° |
남동 81° 남동 87° |
좌수향 주향이동 | 520 ka, 405 ka, 315 ka, 218 ka | 인제 나들목 남쪽 |
| 인제군 기린면 북리 | 북위 37° 58′ 54.04″ 동경 128° 19′ 42.95″ | 흑운모 화강암 | 북동 30° 북동 32° |
남동 78° 남동 84° |
판정불가 | ||
| 인제군 기린면 북리 | 북위 37° 59′ 34.40″ 동경 128° 20′ 6.53″ | 흑운모 화강암 | 북동 53° 북동 20° |
북서 65° 북서 86° |
음성 분지(陰城盆地, Eumseong Basin)는 경기 지괴와 옥천 습곡대의 경계를 이루는 공주 단층계를 따라 형성된 백악기의 퇴적분지로서, 북서쪽 경계를 이루는 금왕 단층과 남동쪽 경계부를 이루는 공주 단층의 사이에 자리잡은 마름모꼴의 인리형 분지(pull-apart basin)이다. 지리적으로는 음성군 맹동면과 진천군 초평면 일대에 해당한다.[27][9] 음성 분지 내 퇴적암은 층리의 변화가 심한데 이는 경계 단층의 활동으로 분지의 열개와 더불어 퇴적이 시작된 후 단속적인 단층 활동으로 인해 분지의 확장과 퇴적 작용이 반복하여 진행되었기 때문이다.[28] 음성 분지에 퇴적암이 퇴적된 후 발생한 단층운동은 음성 분지의 북서쪽 경계부에 발달한 금왕 단층에 집중된 것으로 해석되며[29] 음성분지 내 퇴적암에 발달한 습곡구조는 공주단층보다는 금왕단층의 좌수향 주향이동 운동의 영향을 받은 것으로 해석된다.[30] 최대 33km의 연장과 7 km 폭으로서 약 140 km2의 면적을 가진다.[31]
음성 분지의 퇴적암 지층 초평층군은 초평층과 백야리층으로 구분된다. 초평층(草坪層)은 적색 각력암과 적색 셰일 및 회색 역암과 회녹색 셰일로 구성되며 적색의 암석이 더 우세하다. 초평층은 북동 30°방향의 축을 가진 습곡 작용을 받아 동시기의 층준을 추적하기 어렵다. 백야리층(白也里層)은 음성 분지 북반부를 차지하고 초평층을 부정합으로 덮는 것으로 추정된다. 백야리층은 회색의 역암, 역질사암, 알코스질사암, 셰일 등으로 구성되며 적색 암상이 거의 없다. 맹동면 한티재의 암회색 셰일에서는 많은 연흔이 발견되었고 담회색 사암 중에서 사층리가 발견되었다. 셰일은 역질사암과 호층을 이루며 식물 화석을 함유한다. 백야리층의 두께는 약 300 m이다.[6] 최성자 등(1995)은 음성분지 남측의 초평층에서 Clavator(?) sp. cf. Clavator sp. (Neagu & Georgescu-Donos 1973). Flabellochara sp. cf. Flabellochara jurongica (S. Wang et Zhang 1982), Mesochara sp. B., Mesochara sp. C., Feistiella sp. 4종 6속의 윤조화석을 발견하고 초평층의 지질시대를 백악기 오트리브절에서 압트절(Aptian)에 해당하는 것으로 보았으며 지층을 경상 누층군의 상부 신동층군과 하양층군에 대비시켰다.[32]
풍암 분지(Pung-am Basin)는 금왕 단층을 따라 강원특별자치도 홍천군 영귀미면 노천리에서 서석면 수하리까지 북동-남서 방향으로 발달한 백악기의 횡압축성(Transpressional) 단층 분지이다. 분지 내에는 중생대 백악기의 퇴적암 지층이 분포하며 풍암 및 갑천 지질도폭(1972, 1989)에 의하면 이 퇴적암은 역암, 알코스질사암, 이암, 자색의 셰일과 사암, 화산쇄설암 등으로 구성되며 녹회색의 사암과 셰일이 협재된다. 퇴적암 지층의 주향과 경사는 곳에 따라 차이가 심하며 정단층, 습곡, 절리 등의 구조를 포함하여 퇴적층의 분포가 단속적이고 심하게 변형되어 있다.[16][17] 풍암 분지 형성 초기에는 단층으로 접촉하고 있는 주변의 기반암과 근원암으로부터 많은 양의 쇄설성 퇴적물을 선상지 환경 하에서 공급받았으나, 나중에는 주변 지역에서의 화산 분출에 의한 화산 쇄설물의 추가 공급으로 호성과 선상지 환경 하에 두꺼운 퇴적층이 축적된 것으로 해석된다.[33] 풍암 분지의 폭은 7 km, 길이는 20 km, 면적은 약 140km2, 두께는 300~500 m 정도이다.[19][34]
활성단층 분야 권위자이자 금왕 단층을 오랫동안 연구 조사한 강원대학교 지질학과 이희권 교수는 지진이 일어날 수 있는 활성단층의 가능성이 높은 금왕 단층이 원주~홍천~속초에 걸쳐있으며 규모 7.0의 강진이 발생할 수도 있다고 설명했다.[42]
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