개요
팔공산 화강암(八公山 花崗巖, Palgongsan Granite)은 대한민국 대구광역시 북부의 팔공산을 중심으로 분포하는 중생대 백악기 후기의 화강암 관입암체이다. 이 암체는 불국사 화강암류(Bulguksa Granite)에 속하며, 북서-남동 방향의 장축을 가진 타원형의 암주(巖柱, stock) 형태로 약 240 km²의 면적에 걸쳐 노출되어 있다. 중력 자료를 이용해 계산된 팔공산 화강암의 부피는 약 31,211 km³에 달한다.
지질학적 특징
암석 기재
팔공산 화강암은 등방성(等方性)의 중립질 흑운모-각섬석 화강암이 우세하며, 이 외에도 섬록암, 각섬석 화강암, 석영몬조니암, 반화강암(화강반암) 등이 소규모로 산출된다. 주 구성 광물은 석영, 사장석, 알칼리장석, 흑운모, 각섬석이며, 부수 광물로 인회석, 저어콘, 자철석, 전기석을 포함한다. 광물의 입도는 대체로 암체의 중심부로 갈수록 커지는 경향을 보인다.
팔공산 화강암 내에는 염기성 미립 포유암(MME, mafic microgranular enclave)이 흔하게 발견된다. 이는 화강암질 마그마 챔버에 고철질(mafic) 마그마가 침투하여 형성된 것으로 해석된다. 포유암은 세립질과 중립질로 구분되며, 팔공산 화강암 본체보다 세립질이고 어두운 색을 띠며 타원형으로 나타난다. 포유암의 SiO₂ 함량은 53~64%로 안산암 영역에 해당하며, 화강암 본체의 SiO₂ 함량(68~73%)보다 낮다.
절리와 단층
팔공산 화강암에는 수평에 가까운 판상절리가 발달하는 것이 특징적이다. 또한 이 암체를 절단하며 서북서-동남동 방향으로 발달하는 팔공산 단층(八公山 斷層, Palgongsan Fault)이 존재한다. 팔공산 단층은 주향 이동 단층으로, 단층면은 서북서 방향의 주향에 북으로 고각 경사하는 양상을 보인다. 다만 오늘날 팔공산 단층은 팔공산 화강암에 의해 그 흔적이 많이 지워져 있다.
장기홍 외(1997)의 연구에 따르면, 팔공산 단층은 의성소분지와 밀양소분지의 경계를 형성하며 퇴적동시성 단층으로 운동하였고, 이후 약 5.5 km의 수평 변위를 보이는 좌수향 주향이동 운동이 발생하였다. 팔공산 단층의 활동은 팔공산 화강암이 고결된 시기(약 82 Ma)를 기준으로 백악기 알비절(Albian) 초에서 상파뉴절(Campanian) 전기까지 약 30 Ma 동안 지속된 것으로 추정된다.
절대 연대
팔공산 화강암에 대해 측정된 연대는 다음과 같다:
- 전암(whole-rock) Sr-Rb 연대: 84±9 Ma (백악기 후기)
- 흑운모 K-Ar 연대: 71~72 Ma (백악기 후기)
- 알칼리장석 K-Ar 연대: 43~44 Ma (고제3기 에오세)
- 저어콘 및 인회석 피션트랙(Fission track) 연대: 65 Ma 및 53 Ma
- 최초 K-Ar 장석 연령치: 73 Ma (김옥준, 1971)
- Rb-Sr 전암 연령: 약 82 Ma (백악기 후기 상파뉴절)
이러한 연대 측정 결과는 팔공산 화강암이 백악기 후기에 관입한 후 오랜 기간에 걸쳐 냉각되었음을 나타낸다.
관입 심도
팔공산 화강암을 포함한 불국사 화강암류의 각섬석 지압계(Al-in hornblende)로부터 계산된 관입 심도는 압력 2.8 kb 이상, 약 10 km 이하의 천부 지각에 해당한다. 중력탐사 단면도에서 팔공산 화강암은 최대 심도가 7 km 및 5 km에 이르는 관입뿌리(feeder zone)를 가지며, 최대 심도를 갖는 관입뿌리는 현재 지표상에 노출된 화강암체의 중심으로부터 남서쪽에 위치한다.
접촉 변성
팔공산 화강암체는 경상 누층군의 여러 지층(진주층, 일직층, 칠곡층, 신라 역암층, 학봉 현무암, 후평동층, 대구층, 점곡층, 사곡층, 함안층, 반야월층 등)을 관입하면서 주변에 접촉 변성대를 형성하였다. 신국진(2014)의 연구에 따르면, 화강암체 주변부에서 진동층 2.4 km, 함안층 2.0 km, 칠곡층 3.5 km, 진주층 약 2.0 km 범위가 혼펠스(hornfels)로 변성되었으며, 화강암에서 멀어질수록 혼펠스의 변성도가 낮아진다.
광물학적 특징
팔공산 화강암 내 사장석과 흑운모는 각각 할로이사이트(Halloysite)와 고령토로 심하게 변질되어 있다. 소량의 전기석이 포함되며, 대부분의 전기석은 맥상으로 산출되는 침상 형태이다.
광상
팔공산 화강암체의 후기 관입 활동의 산물로, 화강암체 내와 혼펠스화된 퇴적암의 최외곽부에 열수광맥형 광산들이 산재해 있다. 칠곡 광산을 비롯하여 현재는 가행되지 않는 폐광산들이 다수 존재한다.
문화유산과의 관계
팔공산 화강암은 팔공산 일대의 여러 석조 문화유산의 모암(母巖)으로 사용되었다. 대표적인 예로는 다음이 있다.
- 팔공산 갓바위(경산 팔공산 관봉 석조여래좌상, 보물 제431호): 팔공산 정상부에 위치한 화강암 바위로, 화강암 토르(tor)를 조각하여 만든 불상이다.
- 군위 아미타여래삼존 석굴(제2석굴암, 국보 제109호): 경주의 석굴암보다 약 100년 먼저 조성된 석굴암으로, 팔공산 화강암으로 조성되었다.
- 선본사 관봉 석조여래좌상 및 삼층석탑: 문성우·좌용주(2014)의 연구에 따르면, 이 석조 문화재들은 팔공산 화강암으로 제작되었으며 주변 지역의 화강암체가 원산지로 추정된다.
지형
팔공산 화강암체는 차별 풍화와 침식에 의해 토르(tor), 판상절리, 급애(절벽바위), 나마(gnamma), 암괴류(돌강), 풍화동굴, 폭포 등 다양한 화강암 지형을 발달시켰다. 팔공산 주 능선(가산-비로봉-환성산-초례봉)을 따라 이러한 지형 경관이 집중적으로 분포한다. 화강암체 주변의 혼펠스는 침식에 강해 화강암체를 둘러싼 환상산맥(ring-type mountain) 구조를 형성하고 있다.
참고 문헌
- 최철, "팔공산화강암과 인근지역의 중력탐사 연구", 연세대학교 대학원.
- 홍영국 (1983), "백악기 팔공산 화강암의 암석학적 및 지구화학적 연구", 광산지질, 16(2): 83-109.
- 최원희, 좌용주 (2004), "Petrological and geochemical evidences for magma mixing in the Palgongsan Pluton", Geosciences Journal, 8: 343-354.
- 황종선 외 (2003), "팔공산화강암체와 그 인근지역에서의 중력탐사 연구", 대한자원환경지질학회, 36(4): 305-312.
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- 신국진 (2014), "팔공산 주변 혼펠스의 변성도에 따른 특성변화", 경북대학교 대학원.
- 장기홍, 박순옥 (1997), "경상분지 중앙부의 구조발달사와 화산활동사", 대한자원환경지질학회, 30(2): 143-151.
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- 윤순옥 외 (2004), "대구시 북부 팔공산지의 지질특성과 지형발달", 지질학회지, 40(1): 77-92.
- 문성우, 좌용주 (2014), "팔공산 선본사 관봉 석조여래좌상 및 삼층석탑의 석재에 대한 연구", 한국지구과학회지, 35(7): 554-561.
