초록
강원도 영월 남부 지역의 청림 일대와 충북 가창산 일대에는 중기 석탄기의 갑산층이 북북서 방향으로 길게 분포한다. 이 연구는 갑산층 내의 석회암의 구성 입자와 조직 및 지화학적 특징, 그리고 석회암의 부존 상태를 규제하는 지질구조를 파악하기 위해 수행되었다. 갑산층의 석회암은 대체로 담회색 내지 담갈색을 띠며, 세립질의 치밀한 조직을 갖는다. 석회암의 구성 입자는 해백합, 유공충, 방추충, 개형충, 복족류 등의 파편으로 이루어졌다. 부분적으로 재결정 작용을 받아 세립의 결정질 방해석으로 이루어지기도 한다. 갑산층 석회암의 CaO, MgO, Al$_2$O$_3$, Fe$_2$O$_3$ 및 SiO$_2$의 함량을 분석한 결과 CaO 함량의 범위는 49.78 - 60.63%이며, MgO는0.74에서 4.63% 까지 변화한다. Al$_2$O$_3$와 Fe$_2$O$_3$는 각각 0.02${\sim}$0.55%, 0.02${\sim}$0.84% 까지 변화한다. 이들은 CaO의 함량이 비슷한 경우 이들의 값도 매우 비슷한 양상을 보여 준다. SiO$_2$는 대부분이 1.55${\sim}$4.80% 범위 내에서 변화하나 일부 시료에서 6% 이상의 높은 값을 나타낸다. CaO의 함량을 기준으로 할 때 석회암은 크게 49.78${\sim}$56.26%(A군)와 59.36${\sim}$60.38%(B군)의 범위 내에 분포하는 2개의 군으로 구분된다. A군의 석회암은 CaO의 함량 변화에 따라 Al$_2$O$_3$, Fe$_2$O$_3$ 및 SiO$_2$는 매우 불규칙하게 변화하며, MgO는 대체로 거의 비슷한 값을 갖는다. B군의 석회암 경우 MgO, Al$_2$O$_3$, Fe$_2$O$_3$ 및 SiO$_2$는 매우 비슷한 값을 나타내는 특징을 보여 준다. 연구 지역의 갑산층 석회석 자원의 부존 상태를 규제하는 지질구조 요소들은 적어도 다섯 번의 변형작용에 의해 형성되었다. 첫 번째 변형작용은 등사습곡구조를 형성시켰으며, 연구 지역 전역에 걸쳐 발달된 층리면과 평행한 엽리는 축면엽리로서 축을 갖는 노두규모의 습곡구조와 그와 관련된 축면엽리, 파랑습곡구조, 파랑엽리, 교차선구조 등의 지질구조 요소를 형성하였다. 세 번째 변형작용 동안에는 압축응력축의 방향이 대체로 동서 방향으로 바뀌었으며, 노두규모의 습곡구조, 파랑습곡구조, 파랑엽리, 교차선구조 등의 지질구조 요소를 형성하였다. 네 번째 변형작용은 세 번째 변형작용과 동일한 응력환경하에서 거의 연속해서 일어난 것으로 여겨지며, 지질도 규모의 향사구조 및 배사구조를 형성하였다. 다섯 번째 변형작용은 네 단계의 변형작용 중에 형성된 지질구조 요소들을 절단하는 취성 단층운동으로 특징된다. 이 중에서 갑산층 석회암의 분포는 첫 번째 변형작용 중에 형성된 등사습곡과 네 번째 변형작용 중에 형성된 지질도 규모의 향사 및 배사구조에 의해 지배되고 있다.
The Middle Carboniferous Gabsan Formation is distributed in the Cheongrim area of southern Yeongwol and the Mt. Gachang area of Chungbuk Province. This study was carried out to investigate the lithological characters and geochemical composition of the limestones and to find out controlling structures of the limestones of the formation. The limestones of the Gabsan Formation are characterized by the light gray to light brown in color and fine and dense textures. The limestone grains are composed of crinoid fragments, small foraminfers, fusulinids, gastropods, ostracods, etc. Due to the recrystallization, some limestones consist of fine crystalline calcites. The chemical analysis of limestones of the formation was conducted to find out the contents of CaO, MgO, Al$_2$O$_3$, Fe$_2$O$_3$ and SiO$_2$. The content of CaO ranges from 49.78-60.63% and the content of MgO ranges from 0.74 to 4.63% The contents of Al$_2$O$_3$ and Fe$_2$O$_3$ are 0.02-0.55% and 0.02${\sim}$0.84% , respectively. The content of SiO$_2$ varies from 1.55 to 4.80%, but some samples contain more than 6.0%. The limestones of the formation can be grouped into two according to the CaO content: One is a group of which CaO content ranges from 49.78 to 56.26% and the other is a group of which CaO content varies from 59.36 to 60.38%. In the first group, the contents of Al$_2$O$_3$, Fe$_2$O$_3$ and SiO$_2$ range very irregularly according to the CaO content. In the second group, the values of MgO, Al$_2$O$_3$, Fe$_2$O$_3$ and SiO$_2$ are nearly same. Detailed structural analysis of mesoscopic structures and microstructures indicates the five phase of deformation in the study area. The first phase of deformation(D$_1$) is characterized by regional scale isoclinal folds, and bedding parallel S$_1$ axial plane foliation which is locally developed in the mudstone and sandstone. Based on the observations of microstructures, S$_1$ foliations appear to be developed by grain preferred orientation accompanying pressure-solution. During second phase of deformation, outcrop scale E-W trending folds with associated foliations and lineations are developed. Microstructural observations indicate that crenulation foliations were formed by pressure-solution, grain boundary sliding and grain rotation. NNW and SSE trending outcrop scale folds, axial plane foliations, crenulation foliations, crenulation lineations, intersection lineations are developed during the third phase of deformation. On the microscale F$_3$ fold, axial plane foliations which are formed by pressure solution are well developed. Fourth phase of deformation is characterized by map scale NNW trending folds. The pre-existing planar and linear structures are reoriented by F$_4$ folds. Fifth phase of deformation developed joints and faults. The distribution pattern of the limestones is mostly controlled by F$_1$ and F$_4$ folds.
