바다드 해구판의 기원과 새우머리 블록 이동에 관한 판구조 모델 비교

초록

본 연구는 바다드 해구 아래 매몰된 ATS 해양판을 구조 복원하여 새우머리(버드 헤드) 블록의 기원과 이동 경로를 검증한다. 복원 결과, 블록은 현재 위치에서 시계방향으로 20‑35° 회전했으며, ATS 해양분지는 거의 직사각형 형태였음을 보여준다. 이러한 결과는 새우머리 블록이 서부 이리안 자야에 자생(auto‑chthonous)했으며, ATS 해양개방 시기에 대륙 변환 경계였다는 기존 가설을 지지한다.

상세 분석

본 논문은 동남아시아와 오스트레일리아 대륙 경계에 위치한 바다드 아크(Banda Arc)의 지하 구조를 정밀히 해석함으로써, 오래전 매몰된 아르고‑타님바르‑세람(Argo‑Tanimbar‑Seram, 이하 ATS) 해양판의 원래 형태와 새우머리(버드 헤드) 블록의 기원에 대한 두 가지 대립 가설을 과학적으로 평가한다. 첫 번째 가설은 버드 헤드 블록이 외부에서 이동해온 ‘이주성(allochthonous)’ 블록이라는 주장으로, 이 경우 ATS 해양판이 현재의 볼 형태로 휘어지면서 블록이 서쪽에서 북쪽으로 끌려 들어갔을 것이라고 예상한다. 두 번째 가설은 블록이 원래 서부 이리안 자야에 고정돼 있었으며, ATS 해양판이 열리면서 대륙 변환 경계(transform margin)를 형성했다는 ‘자생성(autochthonous)’ 주장이다.

연구팀은 최신 지진단층영상과 기존 판구조 모델을 기반으로, 구조지질 복원 기법(특히 ‘슬래브 언폴딩’)을 적용해 매몰된 ATS 슬래브를 3차원으로 풀어냈다. 복원 과정에서 슬래브의 두께, 밀도, 그리고 변형률을 고려해 여러 가능한 초기 형태(직사각형, 트라페zo이드, 비대칭 사각형 등)를 시뮬레이션하였다. 결과는 다음과 같다.

1. 슬래브 형태: 복원된 슬래브는 원래 거의 직사각형에 가까운 형태였으며, 현재 관측되는 볼 모양은 대륙판에 의해 강제된 회전과 압축에 의해 발생한 변형이다. 이는 ATS 해양판이 초기에는 비교적 균일한 해저 확장 구조를 가졌음을 시사한다.

2. 버드 헤드 블록 회전: 최적 복원 모델에서는 버드 헤드 블록이 현재 위치에서 시계방향으로 20‑35° 회전해야만 슬래브와 일치한다. 이 회전 각도는 기존 판운동 모델이 제시한 회전값(10‑15°)보다 크게, 블록이 독립적인 회전 메커니즘을 가졌음을 의미한다.

3. 판구조 시나리오와의 일치성: 저자들은 Jurassic‑Cretaceous 시기의 여러 판운동 시나리오(예: ‘Australia‑Antarctica‑India’ 회전, ‘Gondwana‑Laurasia’ 분리)를 재검토했다. 복원된 ATS 해양판의 직사각형 형태와 버드 헤드 블록의 큰 회전은, 특히 165‑150 Ma 사이에 서부 Irian Jaya가 대륙 변환 경계로 작용했을 때의 모델과 가장 잘 맞는다.

4. 지구물리학적 근거: 고해상도 지진단층 이미지에서 관측된 슬래브의 ‘볼’ 형태는 실제 매몰된 판이 아니라, 상부 대륙판에 의해 강제된 ‘굴곡’임을 보여준다. 또한, 슬래브 내부의 고밀도 영역은 초기 해양판의 균일한 두께와 일치한다.

5. 광범위한 함의: 버드 헤드 블록이 자생적이라는 결론은, Late Jurassic에 동남아시아와 오스트레일리아 사이에 존재했던 대규모 대륙 변환 경계가 현재의 복잡한 판경계(예: 뉴기니‑아라비아‑인도네시아 접합부)의 전구체였음을 의미한다. 이는 Tethyan‑Pacific 영역 전체의 판구조 재구성에 중요한 제약을 제공한다.

결론적으로, 이 연구는 고해상도 지진학 데이터와 정교한 구조복원 기법을 결합해, 기존의 ‘이주성’ 가설보다 ‘자생성’ 가설을 강력히 지지한다. 이는 ATS 해양판의 초기 지형을 직사각형으로 재정의하고, 버드 헤드 블록이 대륙 변환 경계 위에서 회전·이동했음을 입증한다. 이러한 결과는 동남아시아-오스트레일리아 판경계의 진화와, 전 세계적인 판구조 모델링에 새로운 기준점을 제공한다.