Geometry and Kinematics of the Yeongdeok Fault in the Cretaceous Gyeongsang Basin, SE Korea

한반도 동남부 백악기 경상분지 내 영덕단층의 기하와 운동학적 특성

This study aims to identify the geometry and internal structures of the Yeongdeok Fault, a branch fault of the Yangsan Fault, by detailed mapping and to characterize its kinematics by analyzing the attitudes of sedimentary rocks adjacent to the fault, slip data on the fault surfaces, and anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) of the fault gouges. The Yeongdeok Fault, which shows a total extension of 40 km on the digital elevation map, cuts the Triassic Yeongdeok Granite and the Cretaceous sedimentary and volcanic rocks with about 8.1 km of dextral strike-slip offset. The NNW- or N-S-striking Yeongdeok Fault runs as a single fault north of Hwacheon-ri, Yeongdeok-eup, but south of Hwacheon-ri it branches into two faults. The western one of these two faults shows a zigzag-shaped extension consisting of a series of NNE- to NE- and NNW-striking segments, while the eastern one is extended south-southeastward and then merged with the Yangsan Fault in Gangu-myeon, Yeongdeok-gun. The Yeongdeok Fault dips eastward with an angle of > $65^{\circ}$ at most outcrops and shows its fault cores and damage zones of 2~15 m and of up to 180 m wide, respectively. The fault cores derived from several different wall rocks, such as granites and sedimentary and volcanic rocks, show different deformation patterns. The fault cores derived from granites consist mainly of fault breccias with gouge zones less than 10 cm thick, in which shear deformation is concentrated. While the fault cores derived from sedimentary rocks consist of gouges and breccia zones, which anastomose and link up each other with greater widths than those derived from granites. The attitudes of sedimentary rocks adjacent to the fault become tilted at a high angle similar to that of the fault. The fault slip data and AMS of the fault gouges indicate two main events of the Yeongdeok Fault, (1) sinistral strike-slip under NW-SE compression and then (2) dextral strike-slip under NE-SW compression, and shows the overwhelming deformation feature recorded by the later dextral strike-slip. Comparing the deformation history and features of the Yeongdeok Fault in the study area with those of the Yangsan Fault of previous studies, it is interpreted that the two faults experienced the same sinistral and dextral strike-slip movements under the late Cretaceous NW-SE compression and the Paleogene NE-SW compression, respectively, despite the slight difference in strike of the two faults.

이번 연구는 영덕군 일원의 상세 지표조사를 통해 양산단층의 가지단층인 영덕단층의 내부 구조와 기하를 파악하고, 주변 퇴적층의 자세, 단층의 운동학적 자료와 단층암의 자기미세구조 분석을 통해 영덕단층의 운동학적 특성을 규명하는데 목적이 있다. 음영기복도에서 총 40 km의 연장을 보이는 영덕단층은 트라이아스기 영덕화강암, 백악기 퇴적암과 화산암을 절단하며 약 8.1 km의 우수향 수평변위를 보인다. 주로 북북서 내지 남-북 방향으로 발달하는 영덕단층은 영덕읍 화천리 이북에서 하나의 단층선으로 달리지만, 화천리 이남에서는 두 조의 단층대로 분기되는 특징을 보인다. 이들 두 조의 단층 중 서편의 것은 북북동 내지 북동 방향과 북북서 방향의 단층분절들이 지그재그 형태로 연결되는 반면, 동편의 것은 북북서 방향의 하나의 단층으로 연장되다가 영덕군 강구면에서 양산단층과 합쳐진다. 영덕단층은 대부분 지점에서 $65^{\circ}$ 이상의 고경사로 동쪽으로 경사하며, 2~15 m 폭의 단층핵과 최대 180 m 폭의 단층손상대를 가진다. 단층핵은 퇴적암류, 화산암류, 화강암 등 여러 모암으로부터 유래된 단층암으로 구성되며, 이들은 모암에 따라 뚜렷한 변형의 차이를 보인다. 화강암에서 유래된 단층핵은 주로 단층각력으로 구성되며, 10 cm 이내 폭의 단층비지대에 전단변형이 집중된다. 반면, 퇴적암에서 유래된 단층핵은 화강암의 것에 비해 두꺼우며 단층비지대와 각력대가 교호하거나 렌즈상의 모암을 단층비지대가 에워싸며 발달한다. 단층대와 인접한 퇴적층의 자세는 주 단층면과 가까워지면 단층면의 자세와 유사하게 고각으로 경동된다. 단층활면 및 전단단열에서 관찰된 운동 자료와 단층암의 대자율이방성 분석결과는 영덕단층이 북서-남동 방향 최대수평응력 하에서 좌수향 주향이동운동을 겪은 이후 북동-남서 방향 최대수평응력 하에서 우수향 주향이동운동을 겪었으며, 우수향 주향이동운동에 의한 변형 특성이 우세하게 기록되어 있다. 이번 연구를 통해 얻어진 영덕단층의 운동사를 기존 양산단층의 운동사와 비교해본 결과, 두 단층의 주향이 다소 차이가 있음에도 불구하고 백악기 말의 북서-남동 방향 최대수평응력과 고제3기의 북동-남서 방향 최대수평응력 하에서 각각 좌수향과 우수향 주향이동의 동일한 감각으로 운동한 것으로 판단된다.