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주방천 페퍼라이트

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주방천 페퍼라이트 Jubangcheon Peperite?

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페퍼라이트(Peperite)란 용암 혹은 마그마가 바다(호수)의 퇴적물, 혹은 아직 단단히 굳지 않은 퇴적물과 만날 때 급격하게 식으면서 깨어진 퇴적물과 뒤섞여 생긴 암석입니다. 마치 스프에 후추를 뿌린 것과 같은 모양이라 해서 페퍼라이트란 이름이 붙어졌습니다.


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주왕산 일대에서 만날 수 있는 페퍼라이트는 다른 곳에서 발견되는 페퍼라이트와 달리 검은색의 현무암과 붉은색의 퇴적물이 뒤섞여서 만들어졌습니다. 또한 한 지역에서 다양한 모양의 암편을 함유하기 때문에 페퍼라이트의 형성과정을 해석하는데 있어 중요한 학술적 가치를 지니고 있습니다.

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용암과 마그마의 차이

용암은 화산이 분출 할 때 땅 위로 흘러나와 기체가 빠져나간 것이고, 마그마는 땅속에서 기체를 포함하고 있는 상태를 말합니다.

 

 

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주방천 페퍼라이트 위치

  

   경상북도 청송군 부동면 상의리 299번지

   국립공원 주왕산 주차장 → 대전사에서 우측방향 → 도보로 100m

  

지도 크게 보기
2017.3.21 | 지도 크게 보기 ⓒ  NAVER Corp.
            
          

페퍼라이트(peperite)란 미고결된 퇴적물 위로 용암이 흐르거나, 마그마가 미고결 퇴적층내로 관입하여 혼합되면서 형성된 암석을 칭한다. 퇴적작용과 화성활동이 동시에 일어나는 경우에 생성될 수 있으며, 과거 지질작용의 성격과 시기의 해석에 큰 도움을 준다. 청송 주왕산 일대의 페퍼라이트는 한 지역에서 다양한 형태의 페퍼라이트가 산출되기 때문에 페퍼라이트의 형성과정을 해석하는데 있어 중요한 학술적 가치를 지니고 있다.

경상북도 청송 주왕산 국립공원 입구에 위치한 대전사부터 제1폭포까지 등산로를 따라 페퍼라이트 노두가 관찰된다.고도가 낮고 접근이 쉽기 때문에 주왕산 국립공원을 방문한 관광객들이 마주하기 좋은 위치에 발달함에도 불구하고 이를 설명하는 안내판이 없어, 관광객들이 페퍼라이트를 인지하지 못하고 지나쳐간다. 페퍼라이트가 산출되는 진도의 경우 페퍼라이트를 천연기념물로 선정했으며, 변산반도의 경우 페퍼라이트에 대한 정보를 관광객에게 제공하여 하나의 관광 코스로 만들었다. 따라서 청송 주왕산에 산출되는 페퍼라이트에 대한 보다 정밀한 연구를 통해, 관광객에게 정보를 제공할 필요가 있다.
페퍼라이트는 암편 조각들의 간극을 퇴적물이 메우고 있는 양상을 보이므로, 페퍼라이트 영역뿐만 아니라 암편 조각에 해당하는 암질인 대전사현무암, 퇴적물에 해당하는 가송동층에 대한 야외 조사도 실시하였다.야외조사와 함께 실내 조사를 토대로 페퍼라이트의 형태학적인 분류와 형성 과정에 대해 연구하였다.

지질특성

본 연구의 대상인 대전사 현무암이 분포하는 청송 주왕산 국립공원 일대는 백악기 유천층군의 여러 암층과 관입암이 분포하고 있다. 화산암체의 기반을 이루고 있는 퇴적층암층인 가송동층은 경사가 주왕산 화산암체를 향해 경사진 분지상의 구조를 나타낸다. 이 지역의 지질은 안동도폭(윤성효, 1996)에서 청송 화산암체의 최하부층인 현무암질 안산암 용암으로 분류되었으나, 학술답사 자료집에서 주왕산 일대의 암층 분류 작업을 토대로 주왕산 최하부 대전사 현무암층으로 분류되었다(황상구, 1998). 페퍼라이트는 지질도 상, 대전사 현무암의 북동쪽에서 나타나며 각 산출지점을 루트맵을 통해 나타내었다.

페퍼라이트 산출지역 루트맵

① 대전사 현무암의 암석특성

대전사에서 제 1폭포에 이르는 등산로와 하천을 따라 대전사 현무암 노두가 나타나며, 대체로 육안으로 반정이 관찰되지 않고 기공이 없는 치밀한 현무암이다. 한 단위의 용암층에서도 상부에서는 다공질의 현무암이 발견되기도 하는 등 국부적인 성질의 차이를 보인다. 행인상 구조가 관찰되며 지역에 따라 방해석과 석영, 아게이트(agate), 녹염석 등 충진물과 기공 형태에서 차이를 보인다. 전체적으로 흑회색을 띠고 있으며, 지점에 따라 붉은 현무암편이 관찰된다. 7~10 m로 발달한 현무암층 내에서 페퍼라이트가 협재되어 나타나며, 페퍼라이트는 연구지점에 따라 다양한 형태로 분류된다.
현미경 관찰 결과 현무암은 변질된 감람석과 단사휘석을 주된 반정광물로 가진다. 석기는 세립의 사장석으로 이루어져 있으며, 주로 서브오피틱 조직을 보이고 일부에서 오피틱 조직과 인터그래뉼라 조직도 관찰할 수 있다.

등산로를 따라 나타나는 대전사 현무암

대전사 현무암의 편광현미경 사진, (상) 현무암 내 변질된 감람석. (하) 방해석 및 녹염석으로 충진된 행인상 조직

② 가송동층 셰일의 암석특성

가송동층은 동화지층 상위에 비정합적으로 놓이며 주로 저색이암, 저색셰일, 알코스사암 및 녹회색이회암으로 구성된다. 이층의 하부는 저색 또는 암저색 셰일 및 이암이 우세한 박층의 알코스 사암 또는 역암과 호층을 이루고, 중부는 주로 녹회색 이암층이 저색 또는 암저색 이암 및 셰일층과 호층을 이루며 상부는 저색, 암저색 셰일 및 이암층이 잘 발달한다.
가송동 표식지에서 본 층의 층후는 약 400 m에 이른다(김옥준 외, 1963).
현미경 관찰 결과, 셰일은 미립 및 미정질의 입자(0.001~0.01 mm)들로 구성되어 있으며, 입자는 석영과 장석이 주를 이룬다. 사암은 상대적으로 조립의 석영과 미립의 석영이 혼재되어 있으며, 입자는 대개 아각형을 띤다.불투명 광물들이 전반적으로 고루 분포한다.

가송동층의 야외 산출상태

가송동층 퇴적암의 편광현미경 사진 (상) 사암 (하) 셰일

③ 페퍼라이트 산출상태와 형태학적 분류

페퍼라이트 형성시 퇴적층은 수분을 함유한 미고결 상태이거나 수중에 퇴적되어 있다. 이 때 차가운 퇴적물과 뜨거운 마그마가 만나 일어나는 반응의 종류에 따라 페퍼라이트 형태가 좌우되며, 이러한 형태는 화성암 또는 퇴적암 내에 페퍼라이트가 발달한 부분인 페퍼라이트 영역에 대한 분류(Doyle, 2000)와 영역 내의 암편의 모양과 분리양상에 따른 분류가 가능하다. 페퍼라이트 영역 내 암편의 분리 양상에 의해 밀집형 페퍼라이트(closed-packed peperite)과 분산형 페퍼라이트(dispersed peperite)로 분류된다(Hanson and Wilson, 1933). 그리고 암편의 형태에 따라 크게 유동형 페퍼라이트와 괴상형 페퍼라이트로 나뉘며, 유동형 페퍼라이트는 다시 불규칙적인 유동형부터 구상형 등 세분화 된다.
반면 괴상형 페퍼라이트의 경우 접촉 경계가 각져 있어, 퍼즐을 맞추어 놓은 것과 같은 모양으로 산출되기도 한다.(Bu sby-Spera and white, 1987). 이처럼 페퍼라이트를 형태학적으로 분석하는 연구들이 활발히 수행되어 왔다.
이에 본 연구조사에서는 청송 주왕산 또한 페퍼라이트의 산출상태를 살펴보고 형태적 특징에 따라 분류하였다.

실내 이미지 분석

페퍼라이트 산출상태, (a) 현무암층 내에 협재되어 나타나는 페퍼라이트 (b) pod형 페퍼라이트 (c) sheet형 페퍼라이트 (d) feeder-conduit형 페퍼라이트

야외 관찰과 실내 이미지 분석을 통해 페퍼라이트를 세 가지로 분류하였다. 하부에 해당하는 A type의 페퍼라이트의 경우 구상페퍼라이트가 우세하다. 전체 면적 대 퇴적물의 비가 23~46%이며, 암편의 크기는 1~25 cm로 관찰된다.
대체로 치밀한 흑회색의 현무암이 산출되며, 부분적으로 장석을 반정을 관찰할 수 있다. 현미경 하에서 셰일은 석영과 장석 입자가 관찰되며, 기질부가 층을 이루고 있음을 볼 수 있다. 셰일이 현무암 내에 작은 입자로 분포되어 있으며, 셰일과 현무암의 경계부에서 멀어질수록 그 수가 감소하는 경향성을 띤다. 현무암에서는 장석입자가 셰일의 가장자리를 따라 흘렀음을 볼 수 있으며, 변질된 감람석이 관찰된다.

중부의 B type 페퍼라이트의 경우 셰일과 현무암의 경계가 대체로 둥그나 각을 가지고 있는 아각형의 페퍼라이트가 특징적으로 관찰된다. 기공이 발달한 붉은 현무암편과 치밀한 흑회색 현무암편이 뒤섞여 나타나며 이들 암편 사이를 소량의 셰일이 메우고 있다. 전체 면적 대 퇴적물의 비가 12~25%이며, 암편의 크기는 5~27 cm, 평균 18.7 cm로 나타난다.

현미경 하에서 이차 충진된 방해석으로 인해 현무암과 셰일의 경계부 특징을 파악하기 어렵다. 셰일 내에는 석영과 장석을 비롯한 입자들이 관찰되나, 셰일에서 현무암 쪽으로 갈수록 기질 내 입자의 수가 감소하는 경향성을 띤다.
상부의 C type 페퍼라이트는 불규칙적인 유동형 페퍼라이트가 특징적이다. 다른 지점과는 달리 현무암 내에 셰일이 역의 형태로 나타나며, 전체 면적대 퇴적물의 비가 7~21%로 상ㆍ중부에 비해 낮은 값을 보인다. 암편의 크기는 4~19 cm, 평균 12.8 cm이다. 하부에서 상부로 갈수록 나타나는 변화양상은 표 6을 통해 간략히 정리하였다.

 

④ 페퍼라이트 형성과정

페퍼라이트 형성은 초생 암편을 형성하기 위한 마그마의 파편화와 이러한 암편들이 퇴적물과 뒤섞이는 작용을 포함한다. 마그마의 암질 및 성질, 모퇴적물의 임질 및 입도, 분급, 투수성 등 여러 요소들이 조직 형성에 영향을 미친다(Hanson and Hargrove, 1990; Busby-Spera and White, 1987).
그 중 청송 페퍼라이트의 경우 같은 조건 하에서 생성된 것임에도 불구하고 하부에서 상부로 갈수록 형태적 변화와 이에 따른 셰일의 함량과 변질 정도에서 큰 차이를 볼 수 있다. 이로부터 페퍼라이트 형성에 퇴적물의 공급량이 영향을 끼쳐, 페퍼라이트가 단일 메커니즘이 아닌 복합적인 메커니즘에 의해 형성되었다고 판단된다.

높은 온도의 마그마와 낮은 온도의 미고결 퇴적층이 만나는 것처럼, 온도차이가 큰 물질이 만나면 깨짐현상이 발생하게 된다. 이 때, 이 온도차이를 상쇄시킬 수 있는 물질이 형성되면 구상형과

유동형의 페페라이트가 형성된다.
이 상쇄물질을 증기막이라고 부르는데, 퇴적내의 수분이 급격한 온도에 의해 증기화되면서 셰일과 현무암 사이의 직접적인 반응을 막는다(Wohlets, 1983). 이와 동시에 퇴적물이 유동화 되면서 암편 간극 사이를 메운다.
상쇄 물질 없이 급격한 환경변화에 바로 노출된다면 각진 형태로 암편이 깨지는 급랭현상(queunching process)이 발생하고, 이 때 형성되는 것이 괴상형 페페라이트(blocky peperite)이다(Busby-spera and White, 1987).

주왕산 페페라이트의 형성단계와 고기환경을 구성하면 다음과 같다. 먼저, 수중 환경 하의 미고결된 퇴적층에 현무암질 마그마의 1차 분출이 발생하였다. 충분한 양의 미고결 퇴적물과 만난 현무암질 용암은 수증기막을 형성하면서 암편이 둥글고, 셰일의 퇴적암적 성질이 변질되지 않은 채, 구상형 페페라이트가 형성되었다. 이 후, 분출로 인해 부유하였던 퇴적물이 재퇴적되면서 소량의 미고결 퇴적층을 형성하였고, 현무암질 마그마의 재분출이 발생하였다.

1차 분출되었던 현무암편을 포획하면서 올라온 용암류가 소량의 미고결층과 만나 반응하면서 아각형의 페페라이트가 형성된 것으로 추정된다). 또한 용암에 포획된 셰일이 용암류에 타고 흐르면서 상부에 유동형 페페라이트를 형성하였다. 이와 같은 작용을 통해 최종적으로 한 지역에서 3가지 형태의 페페라이트가 산출되는 것으로 해석된다