1. 서론
경기 육괴의 남동 경계부를 따라 발달한 공주단층계는 한반도 중남부를 북동-남서 내지 북북동-남남서 방향으로 가로지르는 대규모 단층계로 금왕단층, 공주단층, 함열(십자가)단층을 통칭하여 일컫는다. 이 중 금왕단층은 최영섭(1996)에 의해 처음으로 명명되었으며, 음성분지의 북서부 경계에서 인제군 설악산까지 약 170km의 연장성을 보이는 주향이동단층이다(최지민･이희권, 2020).
금왕단층은 단층 노두 분석 결과를 통해 단층의 진화사 및 발달사, 활동 특성 등이 규명되어 왔으며(김만재･이희권, 2016, 2017; 박진라･이희권, 2012; 배한경･이희권, 2014; 이희권, 2010; 이희권･김지영, 2011; 원효정･이희권, 2018; 장범규･이희권, 2012; 최영섭, 1996; 최지민･이희권, 2020; 홍나리･이희권, 2012), 금왕단층의 운동과 관련된 음성분지와 풍암분지의 발달사와 특성에 관한 연구 결과(김경희･정대교, 1999; 김기영･허식, 1999; 김정환 등, 1999; 박용희･도성재, 2004; 송무영･김현섭, 1989; 양우헌, 2013, 2018; 이창진 등, 1990, 1991; 이희권, 1998; 정대교, 1998; 정대교･김경희, 1999)도 다수 보고되어 왔으나, 금왕단층 전 구간을 대상으로 한 광역적 규모에서의 지형학적 연구 결과는 아직 보고된 바가 없다.
광역적 규모에서 제4기 지형의 발달 특성과 분포를 확인하는 것은 단층 운동과 관련한 현생 지구조 운동의 특성에 대한 정보를 제공할 수 있다. 이는 각 단위 지형의 특성이 지표 작용이나 기후 변동 등에 따른 침식, 운반, 퇴적 작용 등의 다양한 요소를 내포하고 있는 한편, 거시적 규모에서 인지되는 제4기 지형의 발달 및 분포 특성은 단층 운동과 같은 대규모 형성 요인으로부터 기인한 공간적 특징으로 남아있기 때문이다(홍영민 등, 2021). 아울러, 광역적 지형 정보는 개별 단층 노두에서 인지되는 층서학적 변형(stratigraphic deformation)을 포함하여 신기 지각 운동의 광역적 양식(mode)과 지표 누적 변위(cumulative surface offset)에 관한 정보를 제공하고 단층의 위치 및 연장, 연속성 등에 관한 직･간접적인 단서들을 제시해줄 수 있다.
본 연구는 한반도 주요 단층대를 대상으로 단층 운동과 지형 발달 체계의 연관성에 대한 고찰을 위한 일련의 과정으로 금왕단층 전 구간을 대상으로 제4기 지형의 발달 특성 및 분포를 파악하여 지형 단위(geomorphic section)를 구분하고 거시적 규모에서 단층 운동과의 관련성을 논의하고 있다. 본 연구를 통해 금왕단층의 지형 분석 사례와 결과를 제시하고 후속 연구를 통해 연대 측정 결과 및 지형의 지층서, 변위 지형 분석을 통한 금왕단층 일대의 누적 변위율 산출 결과 등을 제시하고자 한다.
2. 연구 지역
연구 지역은 진천군 초평면 일대에서 인제군 북면 일대까지 약 170km 구간의 금왕단층 반경 2km 구역이다(그림 1). 금왕단층의 위치는 1:50,000 지질도와 기존 문헌(김만재･이희권, 2016, 2017; 장범규･이희권, 2012; 이희권, 2010; 원효정･이희권, 2018; 최지민･이희권, 2020)을 참고하였다.
기존 연구 결과(김만재･이희권, 2016, 2017; 박진라･이희권, 2012; 배한경･이희권, 2014; 이희권, 2010; 이희권･김지영, 2011; 원효정･이희권, 2018; 장범규･이희권, 2012; 홍나리･이희권, 2012)를 통해 금왕단층이 다른 변형 환경에서 여러 번 재활동 했음이 보고되었는데, 이희권(2010)에 따르면, 공주분지 경계부에 발달한 연성전단대가 쥐라기 후기 및 백악기에 주향이동 운동의 취성단층대로 전이되면서 소규모의 분지(공주분지, 음성분지, 풍암분지)들을 형성하고 이들 분지에 퇴적물이 퇴적된 이후 공주단층계는 여러 번 재활동하였다.
연구 지역의 지질은 크게 남부, 중부, 북부로 나누어 살펴볼 수 있는데, 남부는 선캠브리아기 편마암류와 이를 관입한 쥐라기 흑운모화강암이 금왕단층 및 공주단층을 경계로 백악기 초평층군과 접하고 있다. 선캠브리아기 편마암류는 음성분지의 남동부에 걸쳐 분포하고 있으며, 호상편마암과 화강암질 편마암으로 구성되어 있다(배한경･이희권, 2014; 원효정･이희권, 2018; 홍나리･이희권, 2012). 흑운모화강암 분포 지역과 백악기 초평층군 분포 지역은 지형상의 상대 비고 차를 보이는데, 초평층군이 주로 분포하는 금왕단층의 남동부 일대는 비교적 높은 산지를 이루고 있으나, 흑운모화강암이 주로 분포하는 금왕단층의 북서부 일대는 저산성 구릉 및 평야가 넓은 지역에 걸쳐 나타난다. 연구 지역의 중부는 선캠브리아기 편마암, 시대 미상의 각섬암, 중생대 쥐라기 흑운모화강암, 복운모화강암, 백악기 화강반암, 학담층 등이 분포한다. 선캠브리아기 편마암은 쥐라기 흑운모화강암과 복운모화강암 내에 포획암의 형태로 분포하며, 편마암과 각섬암을 관입한 쥐라기 흑운모화강암은 금왕단층의 중부 구간 전역에 걸쳐 분포하고 있다. 백악기 학담층은 금왕단층을 따라 북동-남서 방향으로 소규모로 분포하고 있으며, 역암, 사암, 적색 이암 그리고 역질 사암 등으로 구성되어 있다(김만재･이희권, 2017). 연구 지역의 북부는 선캠브리아기 흑운모 편마암, 고원생대 편마암 및 곰배령 화강암, 쥐라기 흑운모화강암, 화강섬록암, 인제화강암, 백악기 설악산화강암 등이 분포하며(이희권, 2010; 최지민･이희권, 2020), 각 암석의 분포와 관입 관계에 따라 금왕단층을 중심으로 단층 접촉 관계를 보인다.
3. 연구 방법
본 연구에서는 기존 문헌을 검토하여 제4기 지형 가운데 단층 운동과 밀접한 관련이 있을 것으로 판단이 되는 선상지1)와 하안단구2), 굴절하도를 분석 대상으로 선정하였고 추가적으로 필요에 따라 다른 지형 요소들도 고려하였다. 연구는 문헌 조사, 예비 분석, 현장 조사, 분류도 작성 및 지형 단위 구획 순으로 진행하였다. 먼저, 문헌 조사에서는 동일한 분류 기준 및 방법에 따른 지형 분석을 위해 기존 문헌을 검토하여 지형 간의 상대 비고, 하상 비고, 지형 간의 관계, 지형면의 기복, 분포 위치, 분포 형태, 지형면의 경사 등의 분류 기준을 선정하였다. 동일한 기준 및 방법에 따른 지형 분류는 단위 지형에서 관찰되는 미지형이나 소규모 지표 요인과 같은 미시적 요소들을 고려하는 것이 어려운 방법이지만 대규모 지역을 대상으로 지형의 경향성 변화, 공간적인 특징 등을 파악하는데 더 적합한 방법일 것으로 생각된다.
예비 분석에서는 50cm 해상도의 air-borne LiDAR(Light Detection and Ranging) 영상, 1:5,000 지형도를 기반으로 구축한 DEM(Digital Elevation Model)을 분석하고, 더불어 과거 항공사진(1948, 1954, 1968, 1977년 촬영) 판독 및 Photoscan 프로그램을 통해 과거 항공사진 기반 DSM(Digital Surface Model)을 제작‧분석하여 선정된 분류 기준에 따라 지형을 분류하였다. 각 지형면의 명칭은 가장 최근에 형성된 지형면을 1면으로 명명하고 이를 기준으로 상대 고도를 달리하는 여러 면의 지형면 명칭을 오름차순으로 부여하였다(e.g. 선상지: A.fan 1(youngest), A.fan 2, A.fan 3(oldest)…, 하안단구: R.terrace 1, R.terrace 2, R.terrace 3…).
현장 조사에서는 예비 분석 단계에서 작성된 지형 분류도를 기반으로 노두 조사를 실시하고, 퇴적상과 층서 확인 및 연대 측정을 위한 시료를 채취하였다. 지형 분류도 작성 단계에서는 예비 분석 결과와 현장 조사결과를 종합 검토하여 LiDAR 기반의 음영 기복도에 지형분류도를 작성하였다. 최종적으로 지형 단위 구획 단계에서는 지형분류도 작성 결과를 바탕으로 지형 단위를 구획하고 각 지형 단위별 지형 발달 특성과 단층 운동과의 관련성을 검토하였다. 여기서 지형 단위는 지형 분류 결과에 기준하여 동일한 지형 발달 및 분포 특성으로 구획되는 구역을 지칭한다.3) 지형 단위의 구분은 먼저 제4기 지형의 발달 여부에 따라 각 지역을 대별하였다. 다음으로 대별된 지역들 간 고위면의 발달 여부, 지형적 층서 관계(geomorphic stratigraphy), 지형면의 규모, 분포 밀도, 수계 특성, 상대 비고, 하상 비고 등의 기준에 따라 다시 지역을 세분화하고 공통된 지형 발달 특성과 분포를 보이는 지역을 구획하여 경계를 설정하였다. 설정된 경계를 중심으로 인접한 지역 간에 확인되는 상이한 지형 발달 특성을 검토･확인하고 최종적으로 지형 단위를 확정하였다.
4. 지형 발달 특성
금왕단층 전 구간을 대상으로 지형 분류를 실시하였고(그림 2), 지형 분류 결과 및 지형 단위 구분 기준에 따라 연구 지역을 총 10개의 지형 단위(I ~ X)로 구분하였다. 각 지형 단위의 길이는 7.1km에서 35km에 이르기까지 다양한 양상을 보이며, 이웃하는 지형 단위 간에는 상이한 지형 발달 특성을 보인다. 본 절에서는 대표적으로 4개 구역(지형 단위 Ⅱ, Ⅴ, Ⅵ, Ⅷ)의 사례를 구체적으로 제시하고 지형 발달 특성을 기술하였다.
지형 단위 Ⅱ에 해당하는 여주 구역은 음성군 금왕읍 용계리 일대에서 여주시 점동면 현수리 일대에 이르는 약 23.7km의 구간으로 선상지 1면과 2면이 분류되었다(그림 3). 본 구역에서는 북북동-남남서 주향의 주단층과 이와 사교하는 수 조의 단층이 보고되었으며, 선형구조는 주로 단층선과 평행한 주향으로 관찰된다.
이 일대 배후 산지의 수계는 대체로 남-북 방향의 배후 산지에서 발원하여 서류하다가 청미천으로 유입하는 특징을 보이는데, 이 수계를 따라 선상지가 연속적으로 발달한다. 구역 전체적으로 선상지 1면의 발달이 탁월하게 나타나며 선상지 1면은 개석을 거의 받지 않아 형태가 뚜렷하고 지형면의 규모도 크다. 일부 지역을 제외하면 선상지 2면은 계곡을 따라 비교적 소규모로 발달하고 선상지 1면은 선상지 2면을 개석하며 발달하는 양상이다. 선상지 1면과 2면의 퇴적층은 대부분 경작지로 이용되고 있어 층서적 특징을 파악하기는 어려우나 모래를 기질로 신선한 잔자갈급 내지 왕자갈급의 각력을 주로 포함한다. 역의 구성 암석은 배후 산지에서 유래한 편마암 및 화강암이 주로 관찰되며, 역의 풍화도는 암석의 특성에 따라 다양하게 나타난다. 본 구역 일대를 북류하는 청미천 변을 따라서는 범람원이 넓게 발달하는데, 선상지 1면이 청미천에 인접하여 현 범람원과 직접적으로 만나 층서적으로 범람원이 선상지를 말단부 일부를 피복하며 발달하는 특징을 보인다.
여주시 점동면 뇌곡리 및 성신리 일대에서는 여주 구역의 선상지 1면과 2면의 발달 특성이 잘 관찰된다(그림 4). 선상지 1면은 지형면의 연속성이 양호하고 규모가 크며, 범람원과의 경계는 모호하게 확인된다. 선상지 2면은 개석되어 서로 연결되지 못하고 산지 계곡부를 따라 비교적 소규모로 발달하는 모습이다.
지형 단위 Ⅴ에 해당하는 공근 구역은 횡성읍 학곡리 일대에서 공근면 가곡리 일대에 이르는 약 8.1km의 구역이다. 공근 구역에서는 선상지 1면과 선상지 2면, 하안단구 1면과 2면이 분류되었다(그림 5). 하안단구 2면이 선상지 1면을 개석하며 발달하고 있어, 층서적으로 하안단구가 선상지 보다 후기에 형성된 것으로 판단된다.
앞선 여주 구역과 마찬가지로 구역 전체적으로 선상지가 주도적으로 발달하며, 특히, 선상지 2면이 특징적으로 나타난다. 선상지 1면이 선상지 2면을 개석하며 발달하나 선상지 2면의 규모가 더 크고 높은 밀도로 관찰된다. 선상지 1면은 선상지 2면 내 개석곡을 따라 비교적 소규모로 발달한다. 선상지 1면과 2면의 지표 상에서 왕자갈급 의 각력이 쉽게 확인되나, 토지 개변 및 하천 제방 공사 등으로 인해 노출된 노두의 관찰은 어려운 상태이다.
하안단구는 금계천과 지류 하천의 합류부 일대에서 비대칭적･산발적 분포 양상을 보이며, 하상 비고는 1면이 7~8m, 2면이 11~12m로 확인된다. 노두에서 퇴적층의 층서적 특징은 확인되지 않았으나 잔자갈급 내지 왕자갈급의 원력이 주를 이루며 모래가 이를 충진하고 있는 양상이다. 역의 원마도가 높고 신선한 상태로 산출되며 역과 충진물 간의 고결도는 미약하게 확인된다.
공근 구역 중부의 횡성군 공근면 청곡리 일대에서는 금왕단층에 인접하여 좌수향의 굴절하도가 연속적으로 인지되며, 북서쪽으로 인접한 공근면 공근리 일대에서도 좌수향의 굴절하도가 인지된다. 한편으로 남동쪽으로 인접한 공근면 덕촌리 일대에서는 선형구조를 따라 우수향의 굴절하도가 인지되어 인접한 지역에서 우수향과 좌수향 변위가 모두 관찰되고 있다.
그림 6은 횡성군 공근면 학담리 및 매곡리 일대의 지형 분류도로 상술한 공근 구역의 지형 발달 특징이 잘 관찰된다. 금계천의 배후 산지 전면으로 선상지 2면이 넓게 발달하며 현재 대부분 경작지로 이용되고 있다. 선상지 1면은 선상지 2면의 개석곡을 따라 단속적으로 발달하며, 과거 항공사진에서는 범람원과의 경계가 명확하게 구별되나 현재는 토지 개변으로 인해 경계의 흔적만 관찰된다.
지형 단위 Ⅵ에 해당하는 영귀미 구역은 횡성군 공근면 가곡리 일대에서 홍천군 영귀미면 노천리 일대에 이르는 약 13km의 구역이다. 영귀미 구역에서는 선상지 1면, 2면, 3면, 하안단구 1면, 2면이 분류되었다(그림 7). 구역 전체적으로 하안단구 2면이 선상지 1면을 개석하며 발달하고 있어 하안단구가 선상지보다 후기에 형성된 것으로 보인다.
구역을 남류하는 금계천의 상류는 지역 산지의 좁은 하곡을 통과하는 산지하천의 성격을 보이며, 중･하류 구역에 접어들며 범람원의 면적과 하폭이 급격하게 커진다. 수계 특성으로 인해 하안단구는 금계천 상류부 일대에서 높은 밀도로 관찰된다. 단구면 상에서 잔자갈과 왕자갈 급의 원력이 쉽게 확인되나 하천 제방 공사로 인해 노두의 관찰은 어려운 상태이다.
선상지는 1면은 연속성이 양호하고 비교적 넓게 발달하며 2면 이상은 해체되어 연속성이 미약하고 소규모로 분포하는 특징을 보인다. 다만, 구역 북서부에 위치한 영귀미면 좌운리 일대에서는 선상지 2면 또한 해체되지 않고 뚜렷한 발달상을 보인다.
노두에서 관찰되는 선상지 2면의 퇴적층은 직경 ~10cm의 왕자갈급 각력이 주를 이루며 조립질 모래를 충진물로 포함한다. 층리와 분급이 매우 불량하며, 역과 충진물 간의 고화도는 높게 나타난다. 구성 암석은 배후 산지로부터 유래한 화강암이 주를 이루며, 역의 풍화도는 호미로도 쉽게 긁히는 것부터 매우 신선한 상태까지 다양하게 산출되는 것이 특징이다. 일부 잔자갈 급의 각력과 왕모래급의 각력이 협재하며 기반암과의 경계는 인지되지 않는다.
횡성군 공근면 부창리 일대는 영귀미 구역의 지형 발달 특성이 잘 관찰되는 지역이다(그림 8). 선상지 2면은 개석되어 연결되지 못하고 원면이 부분적으로 남아있는 반면, 선상지 1면은 지형면의 연속성이 양호하고 비교적 규모도 크게 나타난다. 과거 항공사진에서는 각 지형면 간의 경계 및 선상지 1면과 범람원과의 경계가 명확하게 구별되나 현재는 토지 개변으로 인해 경계가 불분명하며 토지 이용에서도 큰 차이를 보이지 않는다. 하안단구는 금계천 좌안에서 소규모로 관찰되며, 하안단구 1면과 현 범람원과의 비고는 약 2.5m 수준으로 확인된다.
지형 단위 Ⅷ에 해당하는 내촌 구역은 홍천군 서석면 어론리 일대에서 홍천군 서석면 수하리 일대에 이르는 약 12.4km의 구간으로 선상지 1면 2면, 3면, 하안단구 1면, 2면, 3면이 분류되었다(그림 9).
내촌 구역의 가장 큰 특징 중 하나는 배후 산지 및 유역 규모에 비해 선상지가 비교적 큰 규모로 발달한다는 점으로, 구역 전체적으로 선상지는 연속성이 양호하고 개석을 거의 받지 않아 형태가 뚜렷하게 나타난다. 최고위면인 선상지 3면조차도 서석면 수하리, 내촌면 물걸리 일대에서 분포 범위가 넓고 지형면의 연속성이 뚜렷하며, 선상지 2면은 구역의 북쪽으로 갈수록 분포 밀도가 높게 확인된다.
노두에서 관찰되는 선상지 2면의 퇴적층은 가장 하부로부터 기반암인 편마암, 거력급의 각력과 조립질 모래를 충진물로 포함하는 하부 사력층, 각력을 일부 협재하는 적갈색의 하부 모래층, 잔자갈급의 각력과 모래를 충진물로 포함하는 상부 사력층, 흑갈색의 상부 모래층으로 구성된다. 각력의 구성 암석은 편마암이 주를 이루며, 일부 흑운모 화강암도 관찰된다. 각력의 풍화도는 구성 암석의 특징에 따라 다양하게 산출되며, 전반적으로 역과 충진물 간의 고화도가 높게 확인된다.
하안단구는 내촌천 및 수하천의 활주 사면 또는 지류 하천의 합류부 일대에서 산발적으로 발달한다. 하상 비고는 내촌천을 따라서 1면 5m, 2면 8~9m, 수하천은 1면 5m, 2면 7~8m, 3면은 12m 수준으로 확인된다. 수하천 변의 하안단구 1면 노두에서 확인되는 퇴적상은 원마도가 좋은 잔자갈급 내지 왕자갈급 원력이 주를 이루며 모래가 이를 충진하고 있다. 역은 해머로 타격하여도 쉽게 깨지지 않을 정도로 신선한 상태로 산출된다. 서석면 수하리 일대 수하천의 지류 하천에서는 좌수향으로 굴절된 하도 형태가 관찰되며, 일부 지류 하천 및 소하천에서는 선상지 곡구를 중심으로 연속적인 경사급변점이 확인되기도 한다.
홍천군 서석면 수하리 일대에서는 내촌 구역의 선상지 발달 특성이 잘 관찰된다(그림 10). 선상지 2면은 개석을 거의 받지 않아 형태가 뚜렷하게 나타나며, 선상지 3면도 비교적 큰 규모로 관찰된다. 현재 대부분 토지 이용이 이루어지고 있으나 각 지형면 간의 비고 차가 명확하게 인지되며, 지표 상에서 왕자갈급 내지 거력급의 각력이 쉽게 확인된다.
제시된 사례 외에도 각 지형 단위는 선상지 1면(지형 단위 Ⅰ, Ⅲ, Ⅳ) 혹은 선상지 2면(지형 단위 Ⅹ)의 발달이 우세하거나 하안단구 발달이 상대적으로 우세해지는(지형 단위 Ⅸ) 지형 발달 특성의 차이를 보이며, 고위면의 발달 여부, 지형면의 분포 밀도 차이, 지형적 층서 관계, 지형면의 규모 등에서도 각 지형 단위 별로 상이하게 나타난다. 이처럼 연구 지역 전체에서 공통된 지형의 발달 특성 및 분포에 따라 지형 단위가 구획되고 이웃하는 지형 단위 간에는 상이한 지형 발달 특성을 보이는 양상은 이를 유발하는 지형 형성 기작(mechanism)의 존재 가능성을 시사한다.
5. 토의
1) 지형 발달과 단층 운동의 관련성
그림 11은 앞서 제시한 지형 단위를 비롯하여 단층 단면상 고도 변화(morphographic profile), 단층의 기하 및 분포가 변화하는 지점(structural discontinuty of fault lines), 제4기층을 제외한 지표 암상(1:50,000 및 1:1,000,000 지질도 참조), 주요 하천의 분수계 및 곡중 분수계(drainage divides)를 함께 도시한 것이다. 각 지형 단위의 규모는 유역 분지 규모에 부합하는 경향성을 보이는데, 이는 각 유역 분지에서 지표 요인들이 유역 특성에 따라 상이하게 작용하기 때문으로 판단된다. 그럼에도 불구하고 지형 분석을 통해 인지되는 사실들은 지표적 요인과 함께 구조적 요인이 작용한 결과로 판단된다.
일례로 상남 구역(지형 단위 Ⅸ)과 기린 구역(지형 단위Ⅹ)의 경우, 동일한 내린천 유역에 속한다(그림 11). 그러나 지형 발달에 있어 상남 구역은 내린천 양안을 따라 상대적으로 하안단구가 주도적으로 발달하고 선상지는 상대적으로 미약하게 발달하지만 기린 구역에서는 선상지 2면을 중심으로 선상지가 주도적으로 발달한다. 지형 발달로 인지되는 지형적 층서 상에서도 상이하게 나타난다. 상남 구역은 하안단구 2면이 선상지 2면을 개석하면서 발달하고 있으나, 선상지 1면과는 교호하거나 선상지 1면이 하안단구 2면을 피복하면서 발달하고 있어 하안단구 2면 – 선상지 1면 – 하안단구 1면 순의 층서를 보인다. 반면, 기린 구역에서는 하안단구 3면이 선상지 1면을 측면 개석하며 발달하고 있어 하안단구가 선상지보다 후기에 형성된 것으로 판단된다. 단층 단면상의 고도 변화에서는 북쪽으로 하향 경사하다 상남 구역과 기린 구역의 경계를 기점으로 급격하게 상승하는 변화가 확인된다. 두 지형 단위를 걸쳐 특정 기반암이 연속적으로 나타나지 않고 지형 단위의 경계가 되는 지점이 기반암 간의 경계부도 아니기 때문에 기반암 분포에 따른 지형 발달을 추론하기도 어렵다.
상남 구역과 기린 구역 외에도 음성 구역(지형 단위 Ⅰ)과 여주 구역(지형 단위 Ⅱ), 원주 구역(지형 단위 Ⅲ)과 호저 구역(지형 단위 Ⅳ), 공근 구역(지형 단위 Ⅴ)과 영귀미 구역(지형 단위 Ⅵ) 또한 동일한 유역 내에서 지형 단위가 구획되고 기반암 경계와 지형 단위의 경계가 무관하게 확인되며, 단층의 기하 및 분포 변화 발생 지점과 지형 단위 간 경계가 일치하고 있어 지형 발달과 지형 단위 구획에 있어 구조적 요인이 크게 작용했을 것으로 판단된다.
한편, 홍영민 등(2021)은 양산단층의 지형 단위 경계와 구조 지질학적 근거(e.g. 단층의 굴곡 및 계단식 분절, 가지단층의 분기점 등)(이기화･진영근, 1991; 장천중･장태우, 2009; 최진혁 등, 2017)로부터 추론된 양산단층의 분절4)이 잘 일치함을 제시한 바 있으며, 이는 지형 단위와 단층 분절 간의 상호 관련성을 보여준다. 연구 지역의 지형 발달에 영향을 미친 금왕단층의 실체에 대해서는 여전히 많은 사실들이 규명되어야겠으나, 지형 단위와 단층 분절 간의 상호 관련성 측면에서 본 연구의 결과는 향후 금왕단층의 분절 시스템을 이해하고 평가하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
2) 금왕단층의 운동 특성과 지형 발달
금왕단층에서 보고된 단층 노두 분석 결과(김만재･이희권, 2016, 2017; 박진라･이희권, 2012; 배한경･이희권, 2014; 이희권, 2010; 이희권･김지영, 2011; 원효정･이희권, 2018; 장범규･이희권, 2012; 홍나리･이희권, 2012)를 통해 금왕단층이 수 차례의 재활동 과정에서 주향이동 운동이 우세했음이 규명된 바 있으며, 지형 분석을 통해 인지되는 지형 발달 특성은 이러한 금왕단층의 운동 특성을 잘 반영하고 있는 것으로 판단된다.
주향이동 운동이 발생한 경우, 하천이 단층곡 내부를 흐르거나 단층을 관류하는 구간에서는 유로 변동이 활발하게 발생하게 되는데, 이때 하천의 측방 침식이 우세해지면서 잔존하는 하천 퇴적물의 규모는 작고 단속적･비대칭적･산발적인 분포를 보이게 된다. 연구 지역에서 하안단구가 분포하는 지형 단위는 원주 구역(지형 단위 Ⅲ), 호저 구역(지형 단위Ⅳ), 영귀미 구역(지형 단위Ⅵ), 서석 구역(지형 단위 Ⅷ), 상남 구역(지형 단위 Ⅸ), 기린 구역(지형 단위 Ⅹ)이다. 영귀미 구역과 기린 구역의 하천 최상류부 일대 일부 지역을 제외하면 상기한 구역들은 수계의 유량 및 유역 분지의 규모에 대비해 하폭이 넓고 하안단구의 규모는 작다. 하안단구가 여러 면이 연속적으로 발달하는 경우는 드물며, 비대칭적이고 산발적인 분포를 보인다. 또한 이들 구역에서 확인되는 굴절하도는 우수향과 좌수향의 굴절이 고루 인지되고 수 십 미터 내의 인접한 지역에서 좌수향과 우수향의 굴절이 모두 관찰되는 경우도 있어 서로 다른 변형 환경과 시기에 발생한 수 차례의 주향이동 운동의 결과를 반영하고 있는 것으로 해석된다.5)
한편으로 지형 분석을 통해 확인되는 결과들은 금왕단층의 경사 운동 또한 지형 발달에 큰 영향을 미쳤음을 보여준다. 금왕단층의 특징 중 하나는 단층곡이 넓게 발달하지 않고 상당 구간이 산지 사면을 통과한다는 점이다. 단층이 통과하는 산지 사면은 단층선 및 선형구조에 연하여 평균적인 지형 구배에 순응하지 않는 급경사를 이루고 있다. 이들 지역의 선상지는 단층곡 내부 및 급경사를 이루고 있는 산지 전면으로 단층선을 따라 선적인 분포를 보이며, 선상지 곡구에서는 경사급변점이 연속적으로 분포하고 있어 단층의 경사 운동과 선상지 형성 간의 관련성을 지시하고 있다. 즉, 주향이동 운동이 우세한 환경에서 함께 동반된 경사 운동이 사면의 발생 및 경사 변화, 기반암의 파쇄와 침식 작용에 따른 대량의 파쇄 물질의 공급 등 선상지 형성을 위한 제반 조건을 형성했을 것으로 해석된다.
한편, 하안단구의 하상 비고와 연대 측정 결과를 바탕으로 하천의 하각률 및 하각 특성을 분석하고 이에 영향을 미친 지각 융기의 속성을 추정할 수 있다. 하나의 사례 지역으로서 내촌 구역(지형 단위 Ⅷ)과 상남 구역(지형 단위 Ⅸ)의 경계부(홍천군 내면 방내리)에는 방내천에 유입하는 무명천이 북동류하며 흐르고 있다(그림 12). 이 무명천은 하곡에 비해 하천 규모가 작은 과소하천(underfit stream)의 특성을 보이는 동시에 하곡 규모와 유량 간의 비례가 지나치게 낮아 하곡의 대부분은 더 이상 물이 흐르지 않아 단구화된 고유로(paleo-stream)로 판단된다. 고유로의 최상류부를 경계로 남쪽으로는 약 156~162m 비고의 경사급변점이 발달하며, 곡두 침식(headward erosion)이 발생하고 있다. 지역 일대의 현 하천 그리고 수계 특성에 기초하였을 때, 고유로의 발생은 단층 활동에 따른 지각의 융기와 밀접한 관계가 있을 것으로 판단된다. 고유로 내에서 확인되는 고유로 퇴적물의 퇴적 시기를 밝힌다면 고유로의 형성 시기와 고유로 이후 지역의 지각 변형율을 산출할 수 있을 것으로 생각된다. 해당 지역은 금왕단층 일대의 누적 변위율을 산출하기 위한 사례 지역으로서 후속 연구를 통해 제시할 예정이다.
6. 요약 및 결론
본 연구는 한반도 주요 단층대를 대상으로 단층 운동과 지형 발달의 연관성에 대한 고찰을 위한 일련의 과정으로 금왕단층 전 구간을 대상으로 제4기 지형의 발달 특성 및 분포를 파악하여 지형 단위를 구분하고 거시적 규모에서 단층 운동과의 관련성을 논의하고 있다.
지형 분류를 통해 연구 지역을 총 10개의 지형 단위(I~X)로 구분하였다. 각 지형 단위의 길이는 7.1km에서 35km에 이르기까지 다양한 양상을 보이며, 이웃하는 지형 단위 간에는 상이한 지형 발달 특성을 보인다. 동일한 유역 내에서 지형 단위가 구획되고 기반암 경계와 지형 단위의 경계가 무관하게 확인되며, 단층의 기하 및 분포 변화 발생 지점과 지형 단위 간 경계가 일치하고 있다는 점은 지형 단위의 구획과 지형 발달에 있어 구조적 요인이 크게 작용한 결과로 판단된다.
지형 분석을 통해 인지되는 하안단구 및 굴절하도의 발달 특성은 서로 다른 변형 환경과 시기에 발생한 수 차례의 주향이동 운동의 결과를 반영하고 있는 것으로 판단되며, 이는 기존 연구 결과와 잘 일치한다. 한편으로 선상지의 발달 특성으로 인지되는 사실들은 주향이동 운동이 우세한 환경에서 함께 동반된 경사 운동이 새로운 사면의 발생 및 경사 변화, 기반암의 파쇄와 침식 작용에 따른 대량의 파쇄 물질의 공급 등 선상지 형성을 위한 제반 조건을 형성했을 것으로 해석된다.
본 연구에서 제시한 광역적 지형 정보를 바탕으로 확인되는 양식(mode)을 구분하고 절대 연대 결과를 통해 지층서를 확립한다면 단위 시간 대비 누적 변위율을 산출할 수 있을 것으로 생각된다. 추후 누적된 연구 결과들이 금왕단층(대)을 따른 현생 지각 운동의 속성과 변위율을 분석･평가하는데 있어 중요하게 활용될 수 있기를 기대한다.
