북중국 강괴

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북중국 강괴와 그를 둘러싸고 있는 지질학적 구조대를 나타낸 지도. 북중국 강괴는 중국 동북부, 내몽골, 황해, 북한까지 총 1.7x106 km2 면적을 차지하고 있다.[1][2]
북중국 강괴의 영역을 지도에서 그린 모습.

북중국 강괴(North China Craton, 약자로 NCC, 중국어: 華北陸塊 화베이루콰이[*]) 혹은 북중국 대륙괴, 북중국 지괴, 한중 강괴(Sino-Korean craton)는 지구상에서 가장 복잡하고도 완전한 화성암, 퇴적암, 변성암 지층을 가지고 있는 대륙 지각괴이다.[1] 북중국 강괴는 중국 동북부, 내몽골, 황해, 북한 지역에 있다.[1] 지각괴라는 단어는 지구의 지각의 여러 조각 중 하나를 의미하는 것이며, 그 중 강괴라는 단어는 큰 대륙에서 안정하고, 가볍고, 단단한 조각을 가리킨다.[1][3][4] 대륙 지각(cratonic crust)은 기본적으로 폭이 200 km 정도로 두껍고 다른 지역에 비해 상대적으로 차가우며 밀도가 낮다는 특성이 있다.[1][3][4] 북중국 강괴는 오랜 기간 안정된 고대의 강괴로 "강괴 우물"의 정의에도 정확하게 부합하는 사례이다.[1] 하지만 북중국 강괴는 후기 들어 깊은 부분에서 일부 파괴 현상이 나타나는 "탈강괴화" 현상이 일어나고 있으며 이는 북중국 대륙 지역도 지질학적으로 더 이상 안정하지 않다는 증거가 된다.[3][4]

북중국 강괴는 초기에는 독립적인 지각 활동을 하는 대륙에서 분리된 하나의 단편이었다.[5] 고원생대(25억-18억년 전) 때엔 대륙들이 초대륙과 충돌해 합쳐지는 상호작용을 거치면서 부딪히기 전 경계 지역에는 변성암으로 된 띠 지역이 만들어졌다.[5] 강괴가 어떻게 형성되는지에 대한 정확한 과정은 아직 밝혀지지 않고 있다. 강괴가 형성된 이후 오르도비스기(4억 8천만년 전)까지 안정적으로 유지되었다.[4] 이후 강괴 동쪽 기반이 불안정해지면서 불안정의 시기로 접어들었다. 시생누대고원생대(46억년-16억년 전)에 형성되었던 암석은 기반 파괴 과정에서 겹쳐지는 현상이 일어났다. 이 강괴는 지각 활동 기록 외에도 철광석희토류 원소와 같은 중요한 광물 자원과 화석 기록이 남아 있다.[6]

판구조론적 특성[편집]

북중국 강괴는 "북중국 횡단 조산대"(Trans-North China Orogen)를 기준으로 동부 지각괴와 서부 지각괴 2개로 나눌 수 있다. 두 지각괴는 서로 다른 뚜렷한 특징을 가지고 있다.[2][1]

북중국 강괴의 면적은 대략 1,500,000 km2[7] 그 경계는 여러 산맥(조산대)로 나눌 수 있는데 북쪽은 중앙아시아 조산대(CAOB), 서쪽으로는 치롄 조산대, 남쪽으로는 친링-다비 조산대(QOB, Qiling- Dabie-Sulu), 동쪽으로는 술루 조산대이다.[2] 대륙괴 가운데를 위아래로 관통하고 있는 조산대인 옌산 북중국 조산대가 강괴의 동쪽과 서쪽을 나눈다.[1]

북중국 강괴는 100–300 km 길이의 북중국 횡단 조산대[2](중앙 조산대[1] 혹은 - 조산대라고도 부름[8])을 기준으로 2개의 지각괴 단편인 동부 지각괴서부 지각괴로 나뉜다. 동부 지각괴는 안산-번시 남부, 허베이성 동부, 지린성 남부, 랴오닝성 북부, 미윈-청두 지역, 산둥성 서부 영역을 포괄한다. 이 지역은 현생누대 강괴 기반 파괴 활동이 시작된 후 지진과 같은 지질 활동이 증가하였다. 동부 지각괴는 용암 흐름이 강하고, 암석권이 얇으며 지진 활동이 많다는 특징이 있다.[1] 동부 지각괴는 탕산 지진과 같이 릭터 규모 8 이상의 지진이 일어나 수백만 명이 사망하기도 했다.[1] 이러한 지질학적 불안정성은 암석권의 가장 얉은 부분에 맨틀 뿌리부분이 자리잡았기 때문이다.[1] 맨틀 뿌리가 얇아지며 강괴가 불안정해져 지진 발생층이 약해지고, 이 때문에 지각에서 지진이 일어나기 쉬워졌다.[1] 동부 지각괴는 포획암 증거로 한 때 두꺼운 맨틀 뿌리를 가지고 있었다고 추정되지만 중생대 이후부터 점점 얉아진 것으로 추정된다.[1] 서부 지각괴는 헬란 산맥-첸산 지역, 다칭-울라산 지역, 구양-우촨 지역, 셔텅, 지닝 지역을 포괄한다.[1] 서부 지각괴는 두꺼운 맨틀 뿌리 덕분에 지질학적으로 더 안정하다.[1] 선캄브리아 시대 이후로는 내부 변형이 거의 일어나지 않았다.[1]

지질학적 특징[편집]

북중국 강괴 암석들은 선캄브리아기(46억년-5억 4,100만년 전) 시기 기반암으로 이루어져 있으며 가장 오래된 지르콘은 41억년 전 것이고 가장 오래된 암석은 38억년 전 것이다.[5] 이후 선캄브리아기 암석들은 현생누대 시기 퇴적암이나 화성암에 가로눕혀졌다.[9] 현생누대 시기 암석은 대부분 변성되지 않았다.[9] 동부 지각괴는 시생누대 초기부터 후기(38억년-30억년 전) 토날라이트-트로젠마이트-화강섬록암 편마암, 화강 편마암으로 이루어져 있고 일부는 초고철질, 규장질 화성암과 25억년 전 조산 운동으로 형성된 화강암 구조변성퇴적암으로 이루어져 있다.[9] 이 암석들은 고원생대 시기 열곡 분지에서 형성된 암석들 위에 가로눕혀졌다.[9] 반대로 서부 지각괴는 시생누대(26억-25억년 전) 시기의 토날라이트-트로젠마이트-화강섬록암 기반암에 고철질 화성암, 변성퇴적암으로 이루어져 있다.[9] 시생누대 기반암은 흑연이 함유된 규선석류 편마암과 같은 다양한 종류의 변성암으로 구성된 고원생대 콘돌라이트 지층에 부정합하게 가로눕혀졌다.[9] 현생누대에는 다양한 성질을 가진 퇴적물이 쌓인 퇴적암으로 되어 있는데, 예를 들어 탄산염암석탄이 혼합된 바위는 석탄기 말에서 페름기 초(3억 7백만년-2억 7천만년 전)에, 트라이아스기 초기에서 중기에 걸쳐 얉은 호수 바닥 환경에서 침전된 보라색 모래가 포함된 이암이 형성되었을 때 생성되었다.[4] 퇴적 외에도 현생누대 탈강괴화 이후에 최소 6번의 마그마 활동 단계가 있었다.[4] 쥐라기부터 백악기(1억년-6,500만년 전) 시기 퇴적암은 화산 활동으로 화산암과 섞이는 경우가 많았다.[4]

친링-다비-술루 충돌대[편집]

북중국 판과 남중국 판의 충돌은 고생대 페름기 초기부터 쥬라기 초기 사이에 발생하였다. 이 충돌 과정에서 남중국 판은 북중국 판 아래로 섭입하기 시작하였으며, 남중국판의 북단에 다비-술루(Sulu) 조산대가 발달하였다. 남중국판 동부의 북동 방향 움직임으로 인해 지진원이 되는 좌향 이동 단층인 탄루 단층이 발달하고, 이 단층은 다비수루 조산대를 다비 지역과 수루 지역으로 나눈다. 중국 동부와 황해의 단층과 분지들은 북중국판과 남중국판의 충돌 혹은 그 이후의 지구조적 발달 과정에서 생성되었으며, 초고압 및 고압 변성암들의 발견은 다비-수루 조산대에서의 충돌을 뒷받침한다.[10]

판구조론적 변화[편집]

북중국 강괴는 지구 전체를 통틀어 가장 복잡한 지각 활동을 겪은 곳이다. 가장 중요한 지각 변형 사건은 약 30억년에서 16억년 전 선캄브리아 시대에 매우 작은 미소대륙괴들이 서로 충돌하고 융합하여 강괴를 형성한 때인데 이 지각 변성의 이론은 여러 설이 제기되고 있다.[9] 중생대에서 신생대 시기(약 1억 4,600만년 전에서 260만년 전)에는 선캄브리아 시대의 지층이 광범위하게 변성되거나 지각 활동을 하였다.[9]

선캄브리아 시기 (46억년-16억년 전)[편집]

선캄브리아 시기 만들어진 컬럼비아 초대륙의 추정 지도이다. 빨강은 북중국 강괴 동부 지각괴이고, 보라는 서부 지각괴이며 초록은 북중국 횡단 조산대, 파랑은 북중국 강괴에 존재하는 기타 조산대들이다. 이 지도는 자오 외 연구팀 2011년 연구,[11] 산토시 2010년 연구[12]를 바탕으로 수정되었다.
2.5 Ga[a] 전 강괴 합병 모델 지도.(1차 모델, 내몽골-화베이 북부 조산대 이론) 1)-2) 동부 지각괴가 후퇴하며 섭입하여 발생한 고(古) 지구대가 생성되었다가 움직임을 멈췄다.[13][14] 3) 동부와 서부 지각괴 사이 섭입대가 발달하고, 판이 섭입해 침하하면서 마그마 풀룸이 발달하는 곳이 생기며 용암이 지상으로 분출된다.[13][14] 북중국 강괴가 완전히 하나로 합쳐진다.[13][14] 4) 서부 지각괴가 북쪽 섭입대의 호지구대(arc terrane)로 계속 이동하며 변성되면서 내몽골-허베이 북부 조산대가 형성된다.[13][14] 5) 북중국 강괴가 컬럼비아 초대륙과 충돌하여 화베이 지역에 변성, 변형 작용이 일어났다.[13][14] 쿠스키의 2011년,[13] 2003년 모형을 사용하였다.[14]

북중국 강괴의 선캄브리아 시기 지구조론은 복잡하다. 강괴의 지구조론적 변화를 설명하기 위해 여러 학자들이 다양한 모델을 제시했는데, 그 중 그 중 쿠스키(Kusky, 2003년,[14] 2007년,[1] 2010년[13])와 자오(Zhao, 2000년,[15][9] 2005년,[2] 2012년[5]) 두 모델이 주된 학설로 꼽힌다. 두 모델의 가장 큰 차이점은 각각 25억년 전, 18억년 전 북중국 강괴에서 일어난 선캄브리아기 변성 사건을 어떻게 해석하는지이다. 쿠스키는 25억년 전의 변성 사건이 고대 미소대륙괴가 강괴로 합쳐지는 바로 그 사건이라고 주장한 반면,[1][14][13] 자오는 강괴로 합쳐지는 사건은 그 이후라고 주장했다.[2][5][9][15]

쿠스키 모델: 2.5 Ga 강괴 합병 모델[편집]

쿠스키의 모델에서는 25억년 전 미소대륙괴가 다음 일련의 과정을 통해 하나로 합쳐졌다고 분석하고 있다.[14][16] 우선 선사 시대(46억-25억년 전)강괴의 암석권이 발달하기 시작했다.[14][16] 38억년에서 27억년 전에는 고대의 미소대륙괴들이 서로 합쳐지기 시작해 각각 동부 지각괴와 서부 지각괴를 형성하였다.[14][16] 각 지각괴가 형성되는 시기는 강괴 내 발견되는 암석의 연대로 추정했다.[14][16] 대부분의 암석은 약 27억년 전에 형성되었으며 일부 미소광물은 약 38억년 전 형성된 것으로 밝혀졌다.[14][16] 이후 동부 지각괴는 약 27억년에서 25억년 전 서부 지각괴의 끄트머리와 충돌해 지구대를 만들며 변형을 겪었다.[13] 중앙 조산대를 통해 지구대의 존재를 밝혀냈으며, 지구대의 나이는 약 27억년으로 추정했다.[14] 중앙 조산대에는 오피올라이트와 지구대의 흔적이 남아 있다.[14][16]

약 25억년에서 16억년 전 고원생대 시기에는 충돌과 합병 과정이 일어나기 시작했다.[14][16] 25억년에서 23억년 전 사이 동부 지각괴와 서부 지각괴가 서로 충돌하고 하나로 합쳐지면서 가운데에 중앙 조산대를 두고 북중국 강괴가 형성되었다.[1][13] 중앙 조산대의 경계는 랴오닝성 서부에서 허난성 서부까지로 길이 약 1,600 km의 시생누대 지층으로 이루어져 있다.[14] 쿠스키는 합병 과정의 지질학적 상황이 서쪽으로 경사를 가진 섭입대가 형성되어 있는 열도였을 것이라 추정했다.[14][16] 두 지각괴는 동부 지각괴의 서부 경사 섭입대에서 한데 합쳐졌다.[14] 충돌이 일어난 시기는 이 지역에 존재하는 화성암의 결정체화 연령과 중앙 조산대의 변성화 시기로 결정할 수 있다.[14] 쿠스키는 세계의 여타 다른 지역에서 볼 수 있는 조산대의 사례에서 변성 사건이 양쪽 모두 시기 측면에서 거의 밀접하게 비슷하게 관측되는 것과 같이 두 지각괴의 충돌이 열개화 사건이 일어난 직후 일어났다고 주장하고 있다.[14] 북중국 강괴가 한데 합쳐진 후, 약 23억년 전 강괴의 북쪽 가장자리가 열도 지층과 충돌하면서 서부 지각괴의 내몽골-허베이 조산대가 형성되었다.[14] 열도 지층은 약 25억년 전 충돌 사건 당시 충돌 이후 발산 단계에 있던 바다에서 형성된 것이었다.[14]

국지적 규모의 변성 사건과는 별개로 지역적 규모에서 강괴가 상호작용하고 변성되는 사건도 있었다.[14][16] 강괴 형성 이후에는 컬럼비아 초대륙과 상호작용하였다.[13] 약 19억 2천만년에서 18억 5천만년 전 컬럼비아 초대륙이 형성되던 당시 강괴의 북쪽 가장자리 부분이 다른 대륙과 충돌하였다.[13][14] 마지막으로 강괴의 지각 구조가 확장되어 약 18억년 전부터 컬럼비아 초대륙에서 분리되었다.[13]

자오 모델: 1.85 Ga 강괴 합병 모델[편집]

1.8 Ga 강괴 합병 모델(두 번째 모델)의 모습.[9] 두 지각괴의 합병은 섭입대에서 일어났다.[9] 섭입해 들어간 해양판이 암석권의 수화 작용을 일으켜 마그마 풀룸(녹색으로 표시)을 형성하였다.[9] 이 마그마 덩어리들은 나중에 중국 횡단 조산대를 만드는 역할을 하였다.[9] 두 지각괴가 추가로 충돌하고 하나로 합쳐지면서 콘돌라이트대, 자오-랴오-지 대, 북중국 횡단 조산대가 형성되었다.[9] 강괴가 형성되고 나서 중국 횡단 조산대는 발산, 지속적인 융기, 침식 현상 등을 겪으며 조산대 내 지층 암석의 방향을 바꿔놓았다.[9] 2000년 자오의 수정 연구 기반 도표.[9]
1.85 Ga 합병 모델에서 북중국 강괴가 진화하는 모습을 그린 도표.[5] 1) 약 22억년 전 발산 운동으로 강괴가 인산 지각괴, 오르도스 지각괴, 동부 지각괴 3개 지각괴로 쪼개지면서 그 사이 공간은 바다가 된다.[5] 2) 동부 지각괴에서 열개가 발달하면서 약 22억년에서 19억 5천만년 전 동부 지각괴가 룽강 지각괴와 낭림 지각괴 둘로 쪼개지기 시작한다.[5] 3) 약 19억 5천만년 전 인산 지각괴와 오르도스 지각괴가 하나로 합쳐지면서 콘돌라이트대를 형성하였다.[5] 4) 룽강 지각괴와 낭림 지각괴 사이 열개의 발산 활동이 정지하고, 지각괴들이 다시 동부 지각괴로 하나로 합쳐지기 시작하면서 약 19억년 전이 되면 자오-랴오-지 대가 형성된다.[5] 5) dir 18djr 5천만년 전 동부 지각괴와 서부 지각괴가 하나로 합쳐지면서 그 사이 지역이 북중국 횡단 조산대를 형성하였다.[5] 2012년 자오의 수정 연구 기반 도표.[5]

자오는 위 대신에 약 18억 5천만년 전 동부와 서부 지각괴가 합쳐졌을 것이라 보는 다른 모델을 제시하였다.[9][15][17][18] 약 38억년에서 27억년 전 시생누대는 지각이 발전한 시대라 본 것이다.[9][15][17][18]

대륙이 이 시기 전세계적으로 커지기 시작했는데 북중국 강괴도 비슷한 추세로 점점 커졌다.[2][5] 약 46억년에서 28억년 전 신시생대 이전 시기 암석은 기반암에서 극히 일부만 볼 수 있지만 강괴에서는 약 41억년 전 형성된 것으로 추정되는 지르콘이 발견되었다.[2][5] 자오는 페름기 지층의 약 85%를 차지하는 약 28억년에서 25억년 전 북중국 강괴의 신시생대 시기 지각이 서로 다른 두 시기에 생겨났다고 주장했다. 첫번째는 약 28억년에서 27억년 전 시기이며 두번째는 지르콘의 연대 데이터를 통해 확인한 수치로 약 26억년에서 25억년 전 시기이다.[2][5] 자오는 25억년 전 변성암 형성을 설명하기 위해 심성암체(pluton) 모델을 제시했다.[2][5] 약 28억년에서 25억년 전 신시생대 시기 멘틀이 위로 분출하여 상부 멘틀과 지각 심부를 가열시키고 변성 작용을 일으켰다는 것이다.[9]

25억년에서 16억년 전 고원생대 시기 북중국 강괴는 총 3단계를 걸쳐 합쳐졌고 마지막 단계는 약 18억 5천만년 전 일어났다 추정했다.[5][9] 북중국 횡단 조산대의 변성 시기에 기초하여 북중국 강괴의 합병과 형성 과정을 결정하였다.[5][9] 자오는 북중국 강괴가 인산 지각괴, 오르도스 지각괴, 룽강 지각괴, 낭림 지각괴 4개 지각괴로 형성되었다고 봤다.[5][9] 인산 지각괴와 오르도스 지각괴가 서로 충돌하여 서부 지각괴를 형성하였고, 19억 5천만년 전에는 콘돌라이트대가 생성되었다.[5][9] 동부 지각괴에서는 약 21억년에서 19억년 전 자오-랴오-지대에서 열개 발산 현상이 일어나 룽강 지각괴와 낭림 지각괴를 서로 분리하였고 그 사이에 바다가 생겨났다.[5][9] 대 안에서 암석이 변성된 방식이나 대 양쪽에서 서로 대칭적인 암석 지층들이 발견된 것 때문에 발산 단층으로 서로 분리된 것이라고 추정하였다.[5][9] 약 19억년 전에는 자오-랴오-지대의 열개가 섭입대 및 주향이동대로 바뀌었다.[5][9] 이후 룽강 지각괴와 낭림 지각괴가 서로 합쳐져 동부 지각괴를 형성하였다.[5][9] 약 18억 5천만년 전에는 동쪽으로 섭입하는 섭입대에서 동부 지각괴와 서부 지각괴가 서로 충돌, 섭입하여 두 지각괴 사이에 있던 바다가 완전히 침강하고 북중국 횡단 조산대가 형성되었다.[2][5][9][15]

같이 보기[편집]

각주[편집]

내용주
  1. Ga는 10억 년을 의미하는 약자이다. Ma는 100만년을 의미하는 약자이다.
출처주
  1. Kusky, T. M.; Windley, B. F.; Zhai, M.-G. (2007). “Tectonic evolution of the North China Block: from orogen to craton to orogen”. 《Geological Society, London, Special Publications》 280 (1): 1–34. Bibcode:2007GSLSP.280....1K. doi:10.1144/sp280.1. 
  2. Zhao, Guochun; Sun, Min; Wilde, Simon A.; Sanzhong, Li (2005). “Late Archean to Paleoproterozoic evolution of the North China Craton: key issues revisited”. 《Precambrian Research》 136 (2): 177–202. Bibcode:2005PreR..136..177Z. doi:10.1016/j.precamres.2004.10.002. 
  3. Jordan, Thomas H. (1975년 7월 1일). “The continental tectosphere”. 《Reviews of Geophysics》 13 (3): 1–12. Bibcode:1975RvGSP..13....1J. doi:10.1029/rg013i003p00001. ISSN 1944-9208. 
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  5. Zhao, Guochun; Zhai, Mingguo (2013). “Lithotectonic elements of Precambrian basement in the North China Craton: Review and tectonic implications”. 《Gondwana Research》 23 (4): 1207–1240. Bibcode:2013GondR..23.1207Z. doi:10.1016/j.gr.2012.08.016. 
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참고 문헌[편집]