The Bonggil Pseudotachylyte, SE Korea: Its occurrence and characteristics

봉길 슈도타킬라이트: 산상과 특성

Pseudotachylytes, i.e., solidified friction-induced melts, are strong evidence of seismic slip on faults. Here we report pseudotachylyte (PT)-bearing faults studied in outcrops of granodiorite (SHRIMP U-Pb zircon age, $75.0{\pm}1.5Ma$) and biotite granite (SHRIMP U-Pb zircon age, $58.4{\pm}1.1Ma$) on the coast of Bonggil-ri, Yangbuk-myeon, Gyeongju, SE Korea. Three types of pseudotachylyte are identified on the basis of thickness and morphology: Single dyke-, fault vein-, and injection vein-type PT. The single dyke-type PT shows a variation of thickness from 15~40 centimeters along its strike and has an average thickness of 21 cm, which is the largest in the world, as far as we know. The PT is dark gray and neighbors with several tens meters-thick cataclasite zone. At a first glance it looks like a mafic dike, but it has a chemical composition almost identical to the wall rock of granodiorite. Also, it has many subrounded clasts which consist predominantly of quartz and feldspar and newly crystallized tiny grains (submicrometers to several micrometers in size) such as plagioclase, K-feldspar, quartz, biotite, and Fe-oxides. The feldspars and biotite are euhedral and some plagioclase grains show zoning. Flow structures and embayed clasts are also observed. A number of fault vein-type PTs occur as thin (as thick as 2 cm) layers generated on the fault plane, and striations, such as slickensides indicating slip direction, develop along the fault planes and formed during co-seismic slip at the interface between the wall rock and frictional melt. Smaller injection vein-type PTs are found along the single dyke-type PT and the fault vein-type PTs, and appear in a variety of shapes (bleb, lens, sigmoid, network, and breccia) based on field occurrence and vein geometry. All of these observations indicate the PT formed due to frictional melting of the wall rock minerals during fault slip. We propose to call the single dyke type-PT to "Bonggil Pseudotachylyte" considering the thickness of the PT and the locality of the study area. The Bonggil PT-bearing fault strikes $N54^{\circ}W$, dips to NE with an angle of $65{\sim}72^{\circ}$, shows sinistral-reverse oblique-slip sense, and can be traced continuously over ~110 m. Since $^{40}Ar/^{39}Ar$ whole rock age of the Bonggil PT is $47.3{\pm}1.4Ma$, the age of seismic faulting which is responsible for the formation of the Bonggil PT should be younger than the Middle Eocene. Further work will be conducted to understand the mechanical aspect of the PT formation.

한반도 남동부 경주시 양북면 봉길리 해안가에 노출된 슈도타킬라이트(PT)에 대하여 야외관찰, 구조지질학적 특성, 암석기재학적 및 지화학적 분석, 연대측정 연구를 수행하였다. 모암인 화강섬록암(SHRIMP U-Pb 저어콘 연대, $75.0{\pm}1.5Ma$)과 흑운모화강암(SHRIMP U-Pb 저어콘 연대, $58.4{\pm}1.1Ma$)을 절단하며 노출된 PT들은 두께와 산출 형태에 따라 단일암맥형, 단층세맥형, 주입세맥형 PT로 구분된다. 단일암맥형 PT는 단층의 주향을 따라 15~40 cm의 두께변화를 보이나, 평균 21 cm로 세계최대급에 속한다. 야외에서 일견 염기성암맥처럼 인지되는 단일암맥형 PT는 모암인 화강섬록암의 화학조성과 거의 일치하며, 함유된 잔류광물들은 석영, 알칼리장석, 사장석, 흑운모로 아원형의 암편들과 함께 쇄설성 조직과 융식구조를 나타낸다. 또한 새롭게 결정화된 미립의 사장석, 알칼리장석, 석영, 흑운모 등이 관찰되며, 특히 장석과 흑운모는 자형의 형태로, 사장석은 누대구조를 보인다. 세계적으로 가장 많이 보고되며 연구지역에서도 다수 관찰되는 단층세맥형 PT는 판상의 얇은 두께(1 mm~2 cm)로 단층면을 따라 수십 cm~수십 m의 길이로 나타나며, 암맥형 PT와 거의 평행하게 분포한다. 단층세맥형 PT의 면상에는 단층의 모암과 용융물의 경계면을 따라 단층의 운동학적 특성을 지시하는 조선이 뚜렷하여 단층의 미끌림 방향과 고응력장 분석에 유용한 자료를 제공한다. 소규모의 주입세맥형 PT는 암맥형 PT와 단층세맥형 PT로부터 용융물이 주변의 모암으로 주입되어 형성된 것으로 야외산상 및 기하에 따라 기포형, 렌즈형, S자형, 망상형, 각력형 등의 다양한 형태로 산출된다. 이상의 관찰과 분석은 연구지역 PT들의 형성이 고속으로 운동하는 단층활면에 발생한 마찰열로 인하여 모암이 선별적으로 용융 및 마모된 결과임을 지시한다. 여기서 연구자들은 암맥형의 PT를 기존에 보고된 지진성 단층작용에 의한 PT의 두께자료에 근거하여 세계최대급으로 추정하였으며, 이를 "봉길 슈도타킬라이트"로 명명하였다. 봉길 PT를 수반한 단층의 자세와 운동감각은 각각 $N54^{\circ}W/65-72^{\circ}NE$와 역이동성 좌수주향이동 운동을 나타내며, 봉길 PT는 야외에서 약 110 m 이상 연장된다. 봉길 PT에서 수행된 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 전암 연령은 $47.3{\pm}1.4Ma$이며 이로부터 봉길 PT는 신생대 중기 에오세 이후에 지진성 단층운동으로 생성된 것임을 제시한다. 한편 본 연구에서 완전히 규명하지 못한 PT의 역학적 측면과 봉길 PT를 수반한 단층의 운동학적 특성은 후속연구를 통하여 밝힐 예정이다.