한탄강화산지대의 화산층서

1. 서 론

한반도의 신생대 제4기 화산암 분포지로는 제주도, 백령도, 울릉도, 독도, 길주-명천, 백두산 등이 있다(Kinosaki, 1937; Won, 1983; Won and Lee, 1988; Won et al., 1990; IGSASDPRK, 1996; Jin et al., 2005). 그러나 이들 이외에 한반도 중부에도 신생대 제4기에 형성된 현무암 용암대지와 화산군이 분포한다(IGSASDPRK, 1996; Jin et al., 2005; Kee et al., 2019). 1945년 독일 지리학자 라우텐자흐(Lautensach Hermann)는 한반도 중부에 있는 신생대 현무암의 분포지를 보고하였고, 한국지질자원연구원에서 발간된 1:100만 지질도에도 한반도 중부에는 신생대 제4기 현무암이 분포한다(그림 1) (Lautensach, 1945; Kee et al., 2019).

Fig. 1.

(a) Distribution of basalt in the central Korean Peninsula by Lautensach Herman (Lautensach, 1945), and (b) 1:1,000,000 geological map by the KIGAM (Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources) (Kee et al., 2019).

한반도 중부의 신생대 제4기 용암대지에는 곡산-신계 용암대지, 철원-평강 용암대지, 고산-안변 용암대지, 회양-창도 용암대지가 있다(그림 1b). 이 중에서 철원-평강 용암대지와 고산-안변 용암대지는 연결되어 있어 이 두 용암대지를 합쳐 한탄강화산지대(Hantangang River Volcanic Field; HRVF)라고 한다. 북한 원산시와 통천군 일대의 원산-통천 화산군에도 여러 개의 신생대 화산이 분포한다. 그러나 위성 사진을 보면 원산-통천 화산군의 화산들은 강원도 고성군 운봉산, 고성산 등지에 분포하는 화산들과 유사한 형태를 가지고 있어 신진기(Neogene)에 해당하는 화산일 수도 있다(Kil et al., 2007).

서울-원산을 연결하는 추가령단층대에는 추가령단층, 포천단층, 왕숙천단층이 존재하는데, 이들 단층은 신생대 제4기 한탄강화산지대 화산활동 이전에 6번 활동하였다(그림 2) (Choi et al., 2012; Chung et al., 2014). 추가령 단층대를 따라 형성된 한탄강화산지대의 용암류들은 남한의 파주시, 연천군, 포천시, 철원군과 북한의 철원군, 평강군, 세포군, 고산군, 안변군에 걸쳐 약 195 km 거리에 분포한다(그림 2) (Lee et al., 2001; Choi et al., 2012; Chung et al., 2014).

Fig. 2.

Area extent of the Hantangang River Volcanic Field (HRVF).

한탄강화산지대의 화산암은 모두 알칼리현무암이며, 이 현무암은 기존에 추가령현무암, 전곡현무암, 차탄현무암 등으로 불려 왔었으나, 전체적으로 이 지역의 화산층서가 정립되지 않아 최근에는 한탄강현무암이라 통합하여 지칭되었다.

한탄강은 북한 평강군에서 발원하여, 남한 철원군과 포천시를 지나, 연천군에서 임진강과 합류하여 황해로 흐른다. 그러나 한탄강 이외에도 한탄강화산지대에는 차탄천, 대교천, 역곡천, 임진강, 구룡천, 평안강(천), 남대천 등이 있다. 이들 하천에는 한탄강현무암이 모두 분포한다(그림 2).

기존 연구자들은 한탄강화산지대 용암류 분출이 지각의 약대인 추가령단층대를 따라 일어났기 때문에, 한탄강화산지대의 화산활동이 열하분출(fissure eruption)의 특징을 가지고 있다고 하였다(Won et al., 1990; Lee et al., 2001; Song and Cho, 2007; Won et al., 2015). 그러나 중심분출(central eruption)로 형성된 오리산분화구와 성산분화구(680 m 고지 분화구)도 한탄강화산지대에 분포한다. 기존 연구자들은 남한에서 한탄강현무암의 두께가 상류인 철원군(약 71 m)에서 하류인 율곡리(약 2 ~ 3 m)로 갈수록 줄어든다고 하였다(Kim et al., 1984; Won et al., 1990). 또한 평안강의 해발고도를 이용하여 북한 평강군 북쪽 신대리와 송포리 일대에는 한탄강현무암의 두께가 최대 150 m 이상에 달할 것으로 예측하기도 하였다(Kim, 2016b).

북한 평강군의 오리산분화구와 세포군 성산분화구 일대는 지형 경사가 약 0.5∼0.6°로 비교적 급한 편이며, 이에 비해 한탄강 화산지대의 하류에 위치한 파주시 율곡리는 약 0.2°로 더 완만하다. 전체적으로 한탄강 화산지대의 평균 경사는 제주도 순상화산체의 평균 경사인 약 3°보다도 낮아 매우 완만한 지형 특성을 보인다. 우리나라에서 유일하게 현무암 침식 하천을 포함하는 한탄강화산지대는 지질학적, 생태학적, 고고학적 가치가 인정되어 2020년 7월 유네스코 세계지질공원으로 인증되었다(Kil et al., 2019).

현재까지 한탄강화산지대의 지화학적, 지구물리학적, 지리학적 등의 연구가 다수 수행되었다(Nagaoka et al., 2008; Ryu et al., 2011; Sakuyama et al., 2014; Hakim et al., 2020; Jeong et al., 2023; Kim et al., 2023; Park et al., 2023). 그러나, 한탄강화산지대는 주로 협곡(gorge) 형태의 가파른 절벽과 하천에서만 현무암층의 단면을 관찰할 수 있고, DMZ(demilitarized zone)에 가까이 위치하여 야외 지질조사의 한계성이 있다. 이러한 야외 접근성의 한계로 지층 간 연결성을 확인하지 못하여, 체계적 화산층서 확립이 미흡한 편이었다.

이 연구의 목적은 상세한 야외 지질조사를 통해 얻은 용암단위의 두께 측정과 용암단위의 연결성을 확인하고, 기존 한탄강현무암 연대와 더불어 새롭게 얻어진 한탄강현무암 연대를 통해 한탄강화산지대의 화산층서를 확립하고, 한탄강화산지대 용암류의 기원지를 새롭게 재조명하는 데 있다. 이번 연구 결과는 추후 화산층서적 개념을 바탕으로 한 한탄강화산지대의 연구에 활용 가능하다.

2. 연구 방법

한탄강화산지대 화산층서 연구를 위해 국토지리정보원의 1:2.5만 지형도와 1910 ~ 1930년 사이에 발간된 지형도, 한국지질자원연구원의 1:5만 지질도, 그리고 국토지리정보원을 포함한 여러 기관에서 제공하는 위성영상 자료를 활용하였다.

야외조사 시 레이저 거리 측정기(Nikon, Forestry pro)를 활용하여 용암단위 두께를 측정하였다. 거리 측정기의 오차 범위는 오차 ±0.3 ~ 1 m이나, 측정 시 오류로 인해 오차 범위는 ±1 m에서 조금 벗어날 수도 있다.

⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정의 분석 방법, 분석 조건, 분석 오차는 Kim and Cho (2020)의 방법과 동일하다.

3. 한탄강화산지대 용암단위

일반적으로 현무암질 용암이 굳으면서 만들어지는 절리 패턴은 용암의 성분, 공급량, 흐른 속도, 두께, 냉각 속도, 고지형 등에 좌우된다. 한탄강화산지대에서 현무암질 용암 두께가 약 12 m 이하면 단순한 괴상(massive) 형태의 절리 패턴을 보이나, 용암 두께가 약 12 m 이상인 경우 한탄강에서만 볼 수 있는 전형적인 주상절리 패턴이 관찰된다(Phillips et al., 2013).

한탄강화산지대의 전형적인 주상절리 패턴은 그림 3에서와 같이 상부에서 하부로 갈수록 다공질 조직을 가지는 얇은 판상 최상부(slabby flow top), 상부 콜로네이드(upper colonnade), 엔타블러처(entablature), 하부 콜로네이드(lower colonnade) 순으로 나타난다. 또한 일부 지역에서는 형성 환경에 따라 엔타블러처와 하부 콜로네이드 사이에 판상절리(sheeting joint)가 관찰되기도 하고, 용암이 고하천과 만났던 곳에서는 베개용암(pillow lava)이 관찰되기도 한다(Ryu et al., 2022). 일부 지역에서는 용암단위 하부에 고토양(palaesol)이 관찰되기도 한다.

Fig. 3.

Cross section of typical lava unit in the Hantangang River Volcanic Field.

연천군 재인폭포에서는 상대적으로 젊은 연대에 해당하는 3개의 현무암 용암단위(lava unit)가 관찰된다(그림 4). 최상부에 해당하는 용암단위 3은 두께가 약 2 ~ 6 m로, 상대적으로 얇아 괴상의 절리 패턴을 보이지만, 중간 위치에 있는 약 14 m 두께의 용암단위 2에서는 전형적인 한탄강화산지대 절리 패턴이 관찰된다. 용암단위 2에서는 상부에서 하부로 갈수록 다공질의 판상 최상부, 상부 콜로네이드, 엔타블러처, 하부 콜로네이드 순으로 관찰된다. 최하부에 있는 용암단위 1에서는 용암단위의 상부인 얇은 판상 최상부와 상부 콜로네이드만 관찰되고, 엔타블러처와 하부 콜로네이드는 지하에 있어 관찰되지 않는다. 기존 연구자들은 재인폭포의 용암단위 절리 패턴을 이해하지 못해, 재인폭포에는 6개의 용암단위가 존재하는 것으로 해석하기도 했다(Lee and Lee, 2017).

Fig. 4.

Photograph of Jaeinpogpo falls, where three lava units are observed.

결과적으로 한탄강화산지대에서 용암단위의 절리 패턴을 이해한다면, 노출되지 않은 지하의 용암단위 두께를 예측할 수 있고, 하천 침식으로 삭박된 용암단위 상부 두께도 예측할 수 있다.

4. 한탄강화산지대 연대

지질학 분야뿐만 아니라 고고학과 지리학 분야에서도 한탄강화산지대의 형성 연대를 알기 위해 한탄강현무암과 고토양을 대상으로 K-Ar, ⁴⁰Ar/³⁹Ar, ¹⁴C, ¹⁰Be, FT (fission track), OSL (Optically Stimulated Luminescence), TL (Thermo Luminescence), 테프라 연대측정법(tephrochronology) 등과 같은 다양한 연대측정 방법들을 적용하였다(Takayanagi, 1983; Yi, 1984, 1998; Park et al., 1996; Danhara et al., 2002; Vasilchuk et al., 2002; Seong, 2007; Ryu et al., 2011; Bae et al., 2012; Lee and Lee, 2013; Kim et al., 2014; Chae et al., 2024). 특히, 다양한 연대측정 방법들이 서로 다른 실험실에서 동일한 용암단위 현무암에 적용되어, 오차가 큰 용암단위 연대를 산출한 경우도 많다. 이러한 연대 오차는 야외 지질조사 시 용암단위의 연결성을 확인하는 데 많은 어려움을 주었다.

그림 5a는 기존 연구자들이 수행한 한탄강현무암의 연대 중 K-Ar과 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정 자료만을 정리하여 도시한 것이다(표 1). 오랜 기간 다양한 실험실에서 얻은 기존 연구자들의 연대 범위는 0.12 ~ 0.85 Ma로 연대 폭이 넓다(그림 5a). 또한 화산층서적으로도 철원군, 포천시, 연천군 지역에 있는 한탄강현무암의 용암단위 연결도 쉽지 않다. 결과적으로, 기존 연구자들의 한탄강현무암 연대를 종합하면 특별한 경향성도 찾아보기 힘들었다. 이는 화산층서를 고려하지 않았을 뿐만 아니라, 고고학 유적지가 많은 연천군에 국한하여 한탄강현무암 연대를 측정하였기 때문이다. 또한 K-Ar과 ⁴⁰Ar/³⁹Ar를 사용하더라도 젊은 연대의 현무암 연대측정이 어려워, 야외 지질조사를 병행하여 한탄강현무암의 연대를 측정할 필요성이 있다.

Fig. 5.

(a) The age of Hantangang Basalt by previous researchers, and (b) the age of the Hantangang Basalt in this study. Hantangang Basalt is divided into the Samgot Basalt, Jeongok Basalt, and Cheorwon Basalt.

Table 1.

Age data of Hantangang basalt by previous researchers, using K-Ar and 40Ar/39Ar. WR = whole rock, Pl = plagioclase, Fd = feldspar.

이번 연구에서는 총 73개의 한탄강현무암을 대상으로 상대적으로 정확도가 높은 전암(whole rock) ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정 방법만을 사용하였다(표 2). 또한 시료 채취 시 야외조사를 병행하면서, 화산층서적으로 연결성이 있는 용암단위에서만 시료를 채취하였다. 그림 6b에서와 같이 한탄강현무암의 연대는 보다 정확하게 분별 되는 양상을 보이고, 한탄강현무암은 화산활동 시기에 따라 서로 다른 3개의 현무암으로 구분된다. 삼곶현무암(0.86 ~ 0.99 Ma)의 평균 연대는 0.93 Ma이고, 전곡현무암(0.48 ~ 0.64 Ma)의 평균 0.54 Ma이며, 철원현무암(0.13 ~ 0.25 Ma)의 평균 연대는 0.18 Ma이다. 삼곶현무암과 전곡현무암사이에는 약 0.22 Ma 기간의 화산활동 휴지기가 있으며, 전곡현무암과 철원현무암 사이에도 약 0.23 Ma 기간의 화산활동 휴지기가 있다. 이는 한탄강화산지대가 3번의 화산활동 단계(stage)를 거치면서 만들어졌다는 의미이다.

상대적으로 가장 젊은 화산활동 3단계의 철원현무암은 위도와 관계없이 모든 지역에 분포하나, 상대적으로 오래된 전곡현무암과 삼곶현무암은 고위도에 분포한다. 특히, 전곡현무암에 비해 삼곶현무암의 분포지가 더 고위도에 있다(그림 5b).

5. 토 의

5.1 한탄강현무암 기원지

한탄강화산지대에 분포하는 현무암의 기원지가 북한과 DMZ 인근에 존재할 가능성이 높음에도 불구하고, 이에 대한 북한 지질자료는 실질적으로 충분하지 않다. 현재까지 알려진 한탄강화산지대의 기원지는 평강군에 있는 오리산(453 m)과 세포군에 있는 성산분화구(680 m 고지 분화구)이다(Won et al., 1990). 이 두 분화구에서 흘러내린 용암류가 고한탄강(paleo-Hantangang river)을 따라 철원군, 포천시, 연천군을 거쳐 파주시 율곡리까지 흘러갔다고 현재는 알려졌다. 그러나 이번 연구를 통해 추정되는 기원지 분화구는 북한에만 4개가 있다.

기원지를 추적하기 위해서 북한 지역 구글 항공사진과 지형도, 국토지리정보원 항공사진과 1910 ~ 1930년에 발간된 지형도를 참조하여 용암의 흐름도를 만들었다(그림 6). 북한 세포군에는 기존에 알려진 성산분화구 이외에도 신생분화구와 세포분화구가 존재하고, 평강군에는 오리산분화구가 존재하고 있음이 확인되었다.

한탄강화산지대에서 용암류가 흐른 방향은 고도가 높은 곳에 있는 세포분화구와 신생분화구를 기점으로 남서쪽과 북동쪽으로 나눠진다. 북동쪽으로 흐른 용암류들은 삼방협곡을 지나 동해 인근 안변군 방향으로 흘렀고, 남서쪽으로 흐른 용암류들은 남한 방향으로 흘렀다.

Fig. 6.

Lava flow direction and location of (a) the Seongsan Crater (680 m peak Crater), Sinsaeng Crater, and Sepo Crater in the Sepo-gun, and (b) Orisan Crater in the Pyeonggang-gun of North Korea (DPRK).

세포군 성산역 인근에 있는 성산분화구는 Won et al. (1990)에 의해 680 m 고지 분화구로 알려져 왔지만, 지리학자들에 의해 성산분화구로 명명되었다(Lee and Lee., 2016)(그림 6a, 7a). 성산분화구의 가로와 세로 길이는 각각 약 2.4 km와 2.0 km이다. 성산분화구에서 분출된 용암류들은 서쪽으로 흘러갔다(그림 7a). 흐른 용암의 폭은 약 600 ~ 1000 m 정도이며, 흘러간 거리는 약 7 km 정도이다. 흐른 용암의 남쪽 경계면을 따라 평안강(천)이 발달하였고, 일제강점기에는 경원선 철로 공사를 위해 이 용암을 남북으로 관통하여 터널을 만들기도 하였다.

Fig. 7.

Lava flow direction of (a) the Seongsan Crater (680 m peak Crater), (b) Sinsaeng Crater, (c) Sepo Crater, and (d) Orisan Crater using google aerial photos.

새롭게 발견된 신생분화구는 북한 세포군 신생역 바로 옆에 위치하며, 가로와 세로 길이가 각각 약 2.7 km와 2.1 km이다(그림 6a, 7b). 신생분화구에서 분출한 용암류는 대부분 서북쪽으로 흘러갔고, 일부는 북동쪽으로도 흘렀다.

새롭게 발견된 세포분화구는 세포군 세포청년역에서 남동쪽으로 약 2.5 km 떨어진 곳에 있다(그림 6a, 7c). 세포 분화구의 가로와 세로 길이는 각각 약 500 m와 600 m이다. 세포분화구에서 분출한 용암은 여러 방향으로 흘러갔지만, 주로 서쪽과 서북쪽으로 흘렀다.

마지막으로 오리산분화구는 평강군 평강역 남서쪽 약 2.9 km 떨어진 거리에 있다(그림 6b, 7d). 오리산 주변의 지형 고도를 이용하면, 오리산에서 흐른 용암류가 여러 방향으로 흘렀지만, 주로 남쪽보다는 서쪽과 북서쪽으로 흐른 것을 알 수 있다. 이 용암류의 흐름은 서쪽으로는 평강군 봉래호 인근에서, 남쪽으로는 오리산분화구에서 약 3 ~ 4 km 떨어진 지점에서 멈추었다. 그러므로 오리산에서 분출한 용암류가 남한의 한탄강화산지대 최남단에 있는 파주시까지 흘렀다는 것은 잘못된 해석일 가능성이 있다.

새롭게 제시된 4개의 분화구는 한탄강화산지대에서 화산학적으로 중요한 의미를 가진다. 열하분출이 많은 아이슬란드의 경우, 용암 분출은 초기에 지하 마그마 양이 많아 열하분출로 시작하였으나, 후기에 마그마 양이 적어지면서 중심분출(central eruption)로 전이된다(Andrew and Gudmundsson, 2007; Chang, 2024). 용암 분출량이 많은 한탄강화산지대의 경우도, 초기 열하분출의 열극은 단층대를 따라 북한 세포군에서 남한 철원군 사이 지하에 있었을 가능성이 크다. 이후 지하 마그마 양이 줄어들면서 중심분출을 통해 분화구가 형성되었다.

한탄강화산지대에는 3번의 화산활동 단계(stage)를 거쳐 형성되었다. 화산활동 1단계(약 0.93 Ma 전후)에 형성된 삼곶현무암과 화산활동 2단계(약 0.54 Ma 전후)에 형성된 전곡현무암의 기원지는 북한 세포군과 남한 철원군 사이 지하에 있을 가능성이 크다. 화산활동 3단계(약 0.18 Ma 전후)에 형성된 철원현무암의 기원은 초기에 열극을 통한 열하분출 양상을 보이다가, 4개의 분화구를 형성하는 과정으로 전이된다. 그러므로 세포분화구, 신생분화구, 성산분화구, 오리산분화구의 형성 시기는 모두 화산활동 3단계의 철원현무암 형성 시기로 추정된다. 이러한 추론은 용암 분출 지역으로 추정되는 세포군, 평강군, 철원군 지하의 용암 두께가 매우 두껍기 때문이다. Kim (2016b)은 지형학적으로 평강군 북쪽 신대리와 송포리 일대 현무암의 두께가 최대 150 m 이상에 달할 것으로 예측했고, Jeong et al. (2023)은 철원군 샘통에서 시추 된 현무암의 두께가 84 m에 달하는 것으로 보고한 바 있다.

5.2 한탄강화산지대 화산활동

기존에는 한탄강화산지대 현무암을 모두 한탄강현무암으로 지칭하거나, 전곡읍 일대를 중심으로 전곡현무암과 차탄현무암으로 나누어 지칭하기도 하였다(Ryu et al., 2011). 그러나 한탄강화산지대 현무암 연대로 보면, 한탄강화산지대는 평균연대 0.18 ~ 0.93 Ma 사이에 3번의 화산활동 단계(stage)를 거쳐 형성되었다. 그러므로 화산활동 단계별로 현무암의 이름을 삼곶현무암(1단계), 전곡현무암(2단계), 철원현무암(3단계)으로 명명하는 것이 적당하다. 불행히도 현재로서는 각 현무암의 기원지를 정확히 알 수가 없어서, 남한에서 각 현무암이 가장 많이 지표에 노출된 지역의 명칭을 따서 각 현무암을 명명하였다. 추후 추가적인 논문을 통해 각 현무암의 분포 지역별 노두 설명과 현무암의 지화학적 연구 결과는 보고할 예정이다.

5.2.1. 삼곶현무암

삼곶현무암은 화산활동 1단계에 해당하는 가장 오래된 한탄강현무암으로 형성 시기는 약 0.86 ~ 0.99 Ma로, 평균적인 삼곶현무암 연대는 약 0.93 Ma이다(그림 5b). 삼곶현무암은 남한에서는 임진강을 따라 분포하는데, 연천군 군남댐과 연천군 중면 삼곶리 일대에서 삼곶현무암의 지표 노두를 관찰할 수 있다(그림 8, 9a). 이곳에서는 1매의 삼곶현무암 용암단위만이 관찰된다. 삼곶현무암 용암류는 북한 평강군 혹은 세포군 인근에서 분출하여 역곡천과 임진강을 따라 흐르다가 연천군 군남댐 인근에서 용암 흐름이 멈추었다.

Fig. 8.

Surface distribution of Samgot Basalt, Jeongok Basalt, Cheorwon Basalt in the Hantangang River Volcanic Field (HRVF), showing only the South Korea (ROK) region.

Fig. 9.

Photographs of the outcrop of (a) Samgot Basalt in Samgot-ri, (b) Jeongok Basalt in Jeongok-eup, and (c) Cheorwon Basalt in Cheorwon lava plateau, Hantangang River Volcanic Field.

삼곶현무암은 철원군 샘통 지하 약 39 ~ 93 m 사이에서 약 54 m 두께로도 존재한다(Jeong et al., 2023). 이는 철원-평강 대지 하부에는 화산활동 1단계에 해당하는 현무암이 두껍게 존재한다는 의미이다. 삼곶현무암 기원지는 세포군과 철원군 사이 한탄강화산지대 지하일 가능성이 크다. 남한에서 삼곶현무암의 지하 분포는 철원군 인근까지로 한정할 수 있다. 그 이유는 삼곶현무암 용암류가 흐르기 전, 기존 지형 형태가 폭이 넓은 하도 일 가능성이 크기 때문이다. 그러므로 철원평야 지역에서 삼곶현무암의 지하 분포를 알기 위해, 철원평야 일대에 대한 시추와 시추코어를 대상으로 한 상세한 지질학적 연구가 추가로 필요하다.

5.2.2. 전곡현무암

전곡현무암은 화산활동 2단계에 해당하는 한탄강현무암으로 형성 시기는 약 0.48 ~ 0.64 Ma로, 평균적인 전곡현무암 연대는 약 0.54 Ma이다(그림 5b). 이는 Ryu et al. (2011)이 제시한 전곡현무암의 평균 연대 0.51 Ma 와도 유사하다.

전곡현무암은 연천군 전곡리 유적지를 중심으로 전곡읍 일대에서 지표 노두로 1매만이 관찰된다(그림 8, 9b). 전곡현무암은 철원군 직탕폭포, 태봉대교 등지에서도 한탄강을 따라 1매가 소규모로 지표에 노출되어 있기도 하나(표 2), 대부분 전곡현무암은 철원현무암에 덮여 있어 한탄강화산지대 지하에 분포할 가능성이 크다. 또한 전곡현무암 용암류가 지나간 좁은 협곡, 특히 연천군 다락대 훈련장과 같은 협곡에서는 전곡현무암이 지질학적 시간 동안 강물에 의해 삭박 되어 현재는 사라진 경우가 많다. 전곡현무암의 기원지 또한 세포군과 철원군 사이 지하일 가능성이 크다.

Table 2.

Age data of Hantangang Basalt (Samgot Basalt, Jeongok Basalt, Cheorwon Basalt) in this study. Dating method is only whole rock 40Ar/39Ar.

전곡현무암 용암류는 삼곶현무암 용암류보다 멀리 전곡읍까지 흘러갔다. 그 이유는 화산활동 1단계에 해당하는 삼곶현무암이 형성된 후, 폭 넓은 하도보다는 지금과 유사한 협곡 형태의 하도가 한탄강화산지대에 형성되었기 때문이다.

5.2.3. 철원현무암

철원현무암은 화산활동 3단계에 해당하는 한탄강현무암으로 형성 시기는 약 0.13 ~ 0.25 Ma로, 평균적인 철원현무암 연대는 약 0.18 Ma이다(그림 5b). Ryu et al. (2011)가 제시한 평균 0.15 Ma의 차탄현무암이 철원현무암에 해당한다.

화산활동 2단계에 전곡현무암 용암류가 흐른 후, 한탄강화산지대 지형은 다시 협곡 형태의 하도 지형을 만들었다. 철원현무암 용암류가 북한 지역에서 파주시까지 길게 흐른 이유는 철원현무암 용암류의 양이 많았을 가능성도 있지만, 용암류가 협곡 형태의 하도 지형을 따라 흘러갔기 때문이다. 특히, 포천시 교동가마소나 웅장굴과 같은 지역은 하도의 폭이 좁고 협곡이 많아, 철원현무암 용암류가 흐르는 방향에서 벗어나 옆으로 빠져 역류하는 형태를 보이기도 한다.

앞에서 언급한 것과 같이 철원현무암의 기원지는 오리산분화구는 아니며, 철원현무암은 세포군과 철원군 사이에서 용암이 열하분출하여 만들어졌다. 철원현무암 용암류는 남한에서는 파주시까지 흘러갔지만, 용암 흐름도를 보면 동해 인근 북한 안변군까지 흘러갔을 가능성도 있다.

철원현무암은 철원군에서는 4 ~ 6매 이상, 포천시에서는 3 ~ 4매, 연천군에서는 1 ~ 3매, 파주시에서는 1매가 관찰된다. 철원현무암이 지표에 가장 넓게 분포하는 지역은 철원군이다(그림 8, 9c).

6. 결 론

한탄강화산지대는 남한의 파주시, 연천군, 포천시, 철원군과 북한의 철원군, 평강군, 세포군, 고산군, 안변군에 이르기까지 약 195 km에 걸쳐 분포한다. 한탄강화산지대에서 용암단위 두께가 약 12 m 이하면 괴상의 절리 패턴을 보이나, 약 12 m 이상이면 상부에서부터 얇은 판상 최상부, 상부 콜로네이드, 엔타블러처, 하부 콜로네이드 순으로 관찰되고, 지역에 따라 판상절리, 베개용암, 고토양이 추가적으로 관찰된다.

한탄강화산지대의 화산층서를 확립하기 위해 야외 지질조사를 통해 용암단위의 연결성을 확인하고, 전암(whole rock) ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정 방법만을 사용하여 한탄강현무암의 연대를 측정한 결과, 한탄강화산지대는 세 차례의 화산활동 단계를 거쳐 형성된 것으로 밝혀졌다.

화산활동 1단계에 형성된 삼곶현무암(0.86 ~ 0.99 Ma)의 평균 연대는 0.93 Ma이고, 삼곶현무암 용암류는 북한 세포군과 남한 철원군 사이 단층대 인근 열극을 통해 분출한 후, 역곡천과 임진강을 따라 흐르다가 연천군 군남댐 인근에서 흐름이 멈춘다. 삼곶현무암은 철원군 샘통 지하에 약 54 m 두께로도 확인된다. 삼곶현무암은 대부분 후속 단계의 용암류에 피복 되었다.

화산활동 2단계에 형성된 전곡현무암(0.48 ~ 0.64 Ma)의 평균 연대는 0.54 Ma이고, 전곡현무암 용암류 또한 북한 세포군과 남한 철원군 사이 단층대 인근 열극을 통해 분출한 후, 철원군과 포천시를 거쳐, 연천군 전곡읍 인근에서 흐름을 멈추었다. 전곡현무암은 대부분 전곡읍 지역에서만 지표에 노출되었으나, 일부는 직탕폭포와 태봉대교에서 한탄강변에 노출되어 있다. 전곡현무암도 대부분 화산활동 3 단계 용암류에 덮여 있다.

화산활동 3단계에 형성된 철원현무암(0.13 ~ 0.25 Ma)의 평균 연대는 0.18 Ma이고, 철원현무암 용암류 또한 북한 세포군과 남한 철원군 사이 단층대을 따라 발달한 열극을 통해 분출한 후, 철원군과 포천시를 거쳐, 파주시 율곡리에서 흐름을 멈추었다. 용암 흐름도를 보면, 철원현무암 용암류는 북동쪽으로도 흘러 동해 인근 안변군까지도 흘러갔을 가능성도 있다. 철원현무암은 남한 지역 한탄강화산지대 지표 대부분을 덮고 있으며, 철원군에서는 4 ~ 6매 이상, 포천시에서는 3 ~ 4매, 연천군에서는 1 ~ 3매, 파주시에서는 1매로 확인된다.

용암 흐름도, 지형도, 항공사진 등을 판독한 결과 한탄강화산지대에의 분화구는 세포군의 세포분화구, 성산분화구, 신생분화구와 평강군의 오리산분화구로 총 4개이다. 이들 분화구는 화산활동 3단계의 열하분출 후, 마그마 양이 줄어들면서 중심분출로 형성된 분화구이며, 오리산분화구에서 분출한 용암류는 북한 지역에 한정되어 분포한다.

Acknowledgments

본 연구는 한국연구재단 “정밀지질조사를 통한 제4기 한탄강 화산지대 진화사 연구(2018R1D1A3B0704822814)”의 지원으로 수행되었습니다. 세심한 심사를 해주신 안웅산 박사님, 전용문 교수님과 자료 제공에 도움을 주신 김진철 박사님, 신승원 교수님께 깊은 감사를 드립니다.

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