현무암질 용암류는 화산 활동이 풍부한 분지의 층서적 충전물에서 흔히 나타나는 구성 요소이다. 그러나 퇴적암질 대응물과 달리, 세부적인 층상(facies) 분석과 이들의 층서적 충전물 편입은 아직 초기 단계에 있다. 본 연구는 한반도 중부의 제4기 한탄강 현무암(Quaternary Hantangang Basalt)에 변형된 화산 층상 분석을 적용하였다. 한탄강 현무암은 네 가지 화산 층상, 즉 소규모 소상(small lobe), 베개용암(pillow lava), 로브상(lobate) 용암류, 판상(sheet) 용암류로 구성되며, 각각은 개별 용암류 단위를 대표한다. 이러한 층상들은 퇴적 또는 관입(emplacement) 환경을 반영하는 다섯 가지 층상 연합(facies associations)으로 분류되었다. FA1(비구속(unconfined) 용암류 장(flow field)), FA2(구속된 계곡 충전(confined valley-fill) 용암류 장), FA3(하천 영향이 있는 용암류 장), FA4(사면 상부의 한계(marginal) 용암류 장), FA5(용암 델타(lava delta))이다. 이러한 층상과 층상 연합을 이해하면, 한탄강 현무암의 용암류 장 규모에서의 구조(architecture)와 관입 역사(emplacement history)를 복원할 수 있다. 공간적으로, 근역(Area 1, 철원)에서는 FA1이 우세하며, 연못 형태의 포집된(ponded) 복합 복주상(compound-braided) 구조가 나타난다. 중역(Area 2, 포천)에서는 FA2가 나타나며, 판상(tabular)이고 띠 모양(ribbon-like)인 용암류가 특징이다. 원역(Area 3, 연천)에서는 FA1, FA3, FA4, FA5가 이질적으로 조합되어 나타나는데, 이는 용암–하천 상호작용과 용암에 의해 유발된 댐핑(damming)이 하천 평야에 미친 영향을 반영한다. 각 지역에 걸친 층서 단위는 층상 특성, 층서적 위치, 그리고 추정되는 관입 관계를 바탕으로 상관되었다. 제안된 층상 틀은 용암류 단위 규모의 분류와 위계적 조직을 강조하며, 기존의 퇴적암 층상 모델과의 통합을 가능하게 한다. 이러한 접근은 현무암질 용암류가 지배하는 분지에서의 화산 구조에 대한 해석, 관입 역학, 그리고 층서적 관계를 향상시키며, 전 세계의 유사한 화산 지형을 분석하기 위한 틀을 제공한다.

대륙성 발전을 담당하는 과정들에 대한 이해에 있어서 크라톤(대륙괴) 하부의 대륙 지각권(리소스페릭) 맨틀의 형성과 진화에 대한 지식은 결정적으로 중요하다. 여기서는 백두산 화산 하부에서 산출되는 스피넬 페리도타이트 포획암(spinel peridotite xenoliths)으로부터, 감람석 및 휘록성 광물의 변형 미세구조와 격자 선호 방향성(lattice preferred orientations, LPOs)뿐 아니라 암석학적 자료를 보고한다. 우리는 이러한 자료를 이용하여 백두산 페리도타이트들로부터 기원암석 생성(petrogenesis)과 관련된 변형 조직(deformation fabric)의 진화 과정을 제약하였다. 박편 관찰의 특징과 변형 미세구조에 근거하여, 이 페리도타이트들에 대해 두 가지 조직 범주, 즉 조립질 및 세립질 하르츠버자이트(coarse- and fine-granular harzburgites, CG 및 FG Hzb)를 확인하였다. 광물 조성, 평형 온도, 감람석 LPO, 응력, 그리고 추출(extraction) 심도는 조직에 따라 상당한 차이를 보였다. CG Hzb에서 나타나는 A형 감람석 LPO는 고온, 저응력 및 건조 조건에서 형성된 기존의 고아케아(Archean) 크라톤 맨틀 조직(즉, 오래전에 동결된 LPO)에 기인했을 가능성이 있음을 제안한다. 반대로, FG Hzb 시료에서 관찰되는 D형 감람석 LPO는 높은 정도의 부분용융 이후 저온, 고응력 및 건조 조건 하에서 상대적으로 후기의 국지적 변형 사건들로부터 기원했을 가능성이 크다고 제안한다. 또한 우리는 백두산 페리도타이트 포획암들이 백두산 화산 하부의 조성 및 조직이 이질적인 수직 맨틀 구간으로부터 유래한 것으로 해석한다.

2017년 대한민국 포항에서 발생한 규모 5.5(Mw) 지진은 강화된 지열 시스템(EGS) 부지에서 유발된 지진들 중에서도 가장 큰 사건 중 하나였다. 포항에서 파열된 단층은 예비 지질 조사나 지구물리 탐사로는 확인되지 않았으며, 포항 EGS 부지에서 단층암에 대한 후속 연구는 3790–3816 m의 깊이로 한정되었다. 본 연구에서는 포항 EGS에서 회수된 시추 절편(drill cuttings)으로부터 얻은 단층암에 대한 새로운 관측 결과를 제시한다. 3256~3911 m에서 얻어진 시추 절편에는 “mud balls(진흙 공)”이 포함되어 있었는데, 이는 엽리(화학적/구조적 분화)를 보이는 점토 기질과, 파쇄(카타클라스틱) 질감(cataclastic texture)을 나타내어 전형적인 단층 점토(gouge) 또는 단층각력(breccia)을 시사한다. 또한 3256 m와 3260 m 깊이에서 회수된 진흙 공 시료에는 흑색 조각들이 포함되어 있었다. 주사 전자현미경 및 투과 전자현미경 분석 결과, 흑색 조각은 유리와 같은 물질로 구성되어 있음을 확인하였으며, 이는 동시성(coseismic) 미끄러짐 동안의 마찰 용융을 나타내는 증거이다(Jung et al., 2023). 이러한 흑색 조각의 존재는 포항 EGS 부지에서 유압 자극(hydraulic stimulation) 시험 이전에 적어도 한 차례의 지진 사건이 발생했음을 시사한다. Jung, S., J. -H. Kang, Y. Kil and H. Jung, 2023, Evidence of frictional melting in fault rock drill cuttings from the enhanced geothermal system site in Pohang, South Korea. Tectonophysics, 862, 229964.

지구의 지구동역학적 진화에서 주요한 쟁점은 대륙의 켈(keel)이 지구화학적으로 진화했는지, 아니면 박리(delamination)되어 새로운 맨틀로 대체되었는지 여부이다. 본 연구에서는 한국 제주도의 케노조익 알칼리 현무암에서 보존된 렐졸라이트(lherzolite) 포획암(제노리쓰)으로부터 대륙 켈의 지구화학적 진화를 직접적으로 뒷받침하는 증거를 제시한다. 세부 편광현미경 관찰 및 지구화학적 방법을 사용한 우리의 결과는 두 단계의 지구화학적 변질에서 서로 구별되는 조직과 조성 변화를 보여주며, 그 변화는 각각 마그네슘 수치가 91–87 및 86–61인 감람석(olivine)으로 나타난다. 첫 번째 단계는 고생대 동안 관입한 모(母) 킴벌라이트(kimberlite) 용융물의 침투와 관련되며, 두 번째 단계는 케노조익 시기의 알칼리 현무암에 의해 야기되었다. 본 연구 결과는 고대(Archean) 시기의 탈진된 하르츠버르자이트(harzburgitic) 상부 맨틀이 심부 맨틀에서 기원한 용융물/유체와의 상호작용을 통해 부분적으로 렐졸라이트(lherzolitic)로 진화했음을 시사하며, 이는 동아시아 대륙의 상부 맨틀 뿌리에 대한 전면적 박리(delamination)가 없었음을 의미한다.

<p>대한민국 남한에서 발생한 2017년 Mw 5.5 포항 지진은 강화된 지열 시스템(EGS) 부지에서 유발된 지진 중 가장 큰 규모의 사건 중 하나로 보고되었다. 포항에서 파열된 단층은 Mw 5.5 포항 지진 이전에 지질학적 조사나 지구물리학적 탐사로 확인되지 않았다. &#8220;머드 볼(mud balls)&#8221; 형태로 단층 파쇄각(fault gouge) 구조를 보이는 시료가 포항 EGS 부지에서는 3,790 &#8211; 3,816 m의 심도 구간에서만 보고되었다. 본 연구에서는 시추 절단물(drill cuttings)로 회수된 포항 EGS 부지의 단층암(fault rocks)에 대한 새로운 관찰 결과를 제시한다. 3,256 &#8211; 3,911 m 구간에서 채취된 시추 절단물에는 3,790 &#8211; 3,816 m 심도에서 관찰된 것과 유사한 머드 볼이 포함되어 있었다. 머드 볼에는 세립질 입자가 포함되어 있으며, 석영 또는 장석의 잘 연마된(clast) 조각이 존재하는 엽층상(foliated) 점토 매트릭스가 관찰되었는데, 이는 전형적인 단층 파쇄각 구조이다. 또한 3,256 m 및 3,260 m 심도에서 회수된 머드 볼에서는 흑색 조각(black fragments)도 포함되어 있었다. SEM 및 TEM 관찰 결과, 이러한 흑색 조각은 아원자미터 수준의(sub-micrometer) 크기 조각을 포함하는 유리질(glassy) 매트릭스로 구성되어 있음을 확인하였다. 흑색 조각 내부에서는 다수의 기공(vesicles)이 관찰되었고, 일부 흑색 조각은 조성의 층상(compositional layering)에 의해 정의된 엽리를 보존하고 있었다. TEM 관찰은 흑색 조각의 유리질 매트릭스가 일라이트-스멕타이트(illite-smectite)와 유사한 화학 조성의 무정질(amorphous) 물질임을 확인하였다. 이러한 관찰 결과는 흑색 조각이 동시지진성(coseismic) 미끄러짐 동안의 마찰 용융(frictional melting)으로부터 형성되었음을 시사한다.</p>

현무암질 용암류는 화산 활동이 풍부한 분지의 층서적 충전물에서 흔히 나타나는 구성 요소이다. 그러나 퇴적암질 대응물과 달리, 세부적인 층상(facies) 분석과 이들의 층서적 충전물 편입은 아직 초기 단계에 있다. 본 연구는 한반도 중부의 제4기 한탄강 현무암(Quaternary Hantangang Basalt)에 변형된 화산 층상 분석을 적용하였다. 한탄강 현무암은 네 가지 화산 층상, 즉 소규모 소상(small lobe), 베개용암(pillow lava), 로브상(lobate) 용암류, 판상(sheet) 용암류로 구성되며, 각각은 개별 용암류 단위를 대표한다. 이러한 층상들은 퇴적 또는 관입(emplacement) 환경을 반영하는 다섯 가지 층상 연합(facies associations)으로 분류되었다. FA1(비구속(unconfined) 용암류 장(flow field)), FA2(구속된 계곡 충전(confined valley-fill) 용암류 장), FA3(하천 영향이 있는 용암류 장), FA4(사면 상부의 한계(marginal) 용암류 장), FA5(용암 델타(lava delta))이다. 이러한 층상과 층상 연합을 이해하면, 한탄강 현무암의 용암류 장 규모에서의 구조(architecture)와 관입 역사(emplacement history)를 복원할 수 있다. 공간적으로, 근역(Area 1, 철원)에서는 FA1이 우세하며, 연못 형태의 포집된(ponded) 복합 복주상(compound-braided) 구조가 나타난다. 중역(Area 2, 포천)에서는 FA2가 나타나며, 판상(tabular)이고 띠 모양(ribbon-like)인 용암류가 특징이다. 원역(Area 3, 연천)에서는 FA1, FA3, FA4, FA5가 이질적으로 조합되어 나타나는데, 이는 용암–하천 상호작용과 용암에 의해 유발된 댐핑(damming)이 하천 평야에 미친 영향을 반영한다. 각 지역에 걸친 층서 단위는 층상 특성, 층서적 위치, 그리고 추정되는 관입 관계를 바탕으로 상관되었다. 제안된 층상 틀은 용암류 단위 규모의 분류와 위계적 조직을 강조하며, 기존의 퇴적암 층상 모델과의 통합을 가능하게 한다. 이러한 접근은 현무암질 용암류가 지배하는 분지에서의 화산 구조에 대한 해석, 관입 역학, 그리고 층서적 관계를 향상시키며, 전 세계의 유사한 화산 지형을 분석하기 위한 틀을 제공한다.