동북아시아지역 선캠브리아 지괴에 대한 암석학, 지구화학 및 지구연대학적 연구 : 1. 지리산 지역 변성암의 변성연대 Petrological, Geochemical and Geochronological Studies of Precambrian Basement in Notheast Asia Region: 1. Age of the Metamorphism of Jirisan Area원문보기
영남육괴의 지리산 지역에 분포하는 변성암류의 번성연대를 알아내기 위하여 전암 및 분리한 석류석에 대해 Sm-Nd 연대측정을 실시하였다. 그 결과 반상변정질 편마암은 $1819\pm$53 Ma, 이질 편마암은 $1780\pm$26 Ma, 반상변정질 편마암내 포획암인 우흑질 백립암은 $1717\pm$17Ma, 그리고 석영장 석질 편마암 내에 포획암으로 들어있는 이질 편마암은 $1763\pm$14Ma의 연대를 나타낸다. 이와 같은 지리산 지역 기저 암석의 변성연대와 유사한 연대가 영남육괴의 여러 다른 지역에서도 보고되고 있다. 이는 17~18억년의 시기에 영남육괴 전반에 걸쳐 광범위하면서도 강력한 변성작용이 일어났음을 나타낸다. 이 시기는 경기육괴의 백립암상 변성작용에 대한 기존 변성연대 측정결과와도 오차범위 내에서 일치한다. 이는 두 육괴가 선캠브리아의 비슷한 시기에 유사한 지구조적 사건을 겪었음을 의미하며, 북중국과 남중국 사이의 충돌대가 경기육괴와 영남육괴의 사이를 가로 질러가지는 않을 가능성을 시사한다. 한편 반상변정질 편마암 내에 포획되어 있는 규장질 편마암은 이러한 변성시기보다는 오래된 $1982\pm$42Ma의 연대를 갖는다. 이 연대는 방상변정질 편마암의 원암 생성시기를 나타내는 저어콘 U-Pb 연대와 동일한다.
영남육괴의 지리산 지역에 분포하는 변성암류의 번성연대를 알아내기 위하여 전암 및 분리한 석류석에 대해 Sm-Nd 연대측정을 실시하였다. 그 결과 반상변정질 편마암은 $1819\pm$53 Ma, 이질 편마암은 $1780\pm$26 Ma, 반상변정질 편마암내 포획암인 우흑질 백립암은 $1717\pm$17Ma, 그리고 석영장 석질 편마암 내에 포획암으로 들어있는 이질 편마암은 $1763\pm$14Ma의 연대를 나타낸다. 이와 같은 지리산 지역 기저 암석의 변성연대와 유사한 연대가 영남육괴의 여러 다른 지역에서도 보고되고 있다. 이는 17~18억년의 시기에 영남육괴 전반에 걸쳐 광범위하면서도 강력한 변성작용이 일어났음을 나타낸다. 이 시기는 경기육괴의 백립암상 변성작용에 대한 기존 변성연대 측정결과와도 오차범위 내에서 일치한다. 이는 두 육괴가 선캠브리아의 비슷한 시기에 유사한 지구조적 사건을 겪었음을 의미하며, 북중국과 남중국 사이의 충돌대가 경기육괴와 영남육괴의 사이를 가로 질러가지는 않을 가능성을 시사한다. 한편 반상변정질 편마암 내에 포획되어 있는 규장질 편마암은 이러한 변성시기보다는 오래된 $1982\pm$42Ma의 연대를 갖는다. 이 연대는 방상변정질 편마암의 원암 생성시기를 나타내는 저어콘 U-Pb 연대와 동일한다.
For the determination of metamorphic age of the metamorphic rocks distributed in the Ji-san area of Youngnam massif, Sm and Nd isotopic compositions were analyzed for the whole rock and garnet separates. As the result, we obtained 1799 + 11 Ma from the porphyroblastic gneiss, 1776 +30 Ma from the me...
For the determination of metamorphic age of the metamorphic rocks distributed in the Ji-san area of Youngnam massif, Sm and Nd isotopic compositions were analyzed for the whole rock and garnet separates. As the result, we obtained 1799 + 11 Ma from the porphyroblastic gneiss, 1776 +30 Ma from the metapelite, 1714+35 Ma from the mafic granulite xenolith within the porphyroblastic gneiss, and 1776+30 Ma from the metapelite occurred as a xenolith within the quartzofeldspathic gneiss. There have been reports of geologic ages similar to such metamorphic ages of Jirisan area from the other portion of the Youngnam massif, which reveals that very intense metamorphism took place over the vast area of Youngnam massif during the period of 1.7-1.8 Ga ago. The granulite facies metomorphism of the Gyeonggi massif also shows the age similar to this period. Such resemblance in their metamorphic ages suggests that these massifs experienced similar tectonothermal events occurred at about the same Precambrian periods, which implies the possibility that the extension of the collision belt between the north and south China blocks does not extend through some places between the Youngnam and Gyeonggi massifs. On the other hand a quarzofeldspathic xenolith of porphyroblastic gneiss show 1928 +42 Ma which is older than above age of the metamorphism and is identical with the zircon U-Pb age of porphyroblastic gneiss indicating the formation age of the protolith of the porphyroblastic gneiss.
For the determination of metamorphic age of the metamorphic rocks distributed in the Ji-san area of Youngnam massif, Sm and Nd isotopic compositions were analyzed for the whole rock and garnet separates. As the result, we obtained 1799 + 11 Ma from the porphyroblastic gneiss, 1776 +30 Ma from the metapelite, 1714+35 Ma from the mafic granulite xenolith within the porphyroblastic gneiss, and 1776+30 Ma from the metapelite occurred as a xenolith within the quartzofeldspathic gneiss. There have been reports of geologic ages similar to such metamorphic ages of Jirisan area from the other portion of the Youngnam massif, which reveals that very intense metamorphism took place over the vast area of Youngnam massif during the period of 1.7-1.8 Ga ago. The granulite facies metomorphism of the Gyeonggi massif also shows the age similar to this period. Such resemblance in their metamorphic ages suggests that these massifs experienced similar tectonothermal events occurred at about the same Precambrian periods, which implies the possibility that the extension of the collision belt between the north and south China blocks does not extend through some places between the Youngnam and Gyeonggi massifs. On the other hand a quarzofeldspathic xenolith of porphyroblastic gneiss show 1928 +42 Ma which is older than above age of the metamorphism and is identical with the zircon U-Pb age of porphyroblastic gneiss indicating the formation age of the protolith of the porphyroblastic gneiss.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
영남육괴의 기저암에 대한 연대측정은 오래전부터 시도되어 왔으며 적지않은 자료가 있으나 일부 분석자료들은 부적절한 시료의 선택과 정밀하지 못한 분석으로 오히려 혼란을 가져올 수 있는 것으로 판단된다. 따라서 이 연구에서는 분석의 정밀도가 높은 비교적 최근에 보고된 자료들에 한정하여 논의하였음을 밝힌다.
연대자료만을 보고하고 있다. 따라서 이 연구에서는 영남육괴 중에서도 광역변성작용에 대한 연구가 집중적으로 수행되었던 지리산 지역의 변성암류에 대하여 변성연대 측정을 시도하였다. 연대 측정의 결과는 현재까지 보고된 한반도 선캠브리아변성암류에 대한 연대측정 자료들과 비교하여 논의하였다.
또한 시료준비와 동위원소 분석, 실내작업에 도움을 준 김동연 석사와 정창식 박사께도 감사드린다. 이 연구는 1996년도 한국학술진홍재단의 국제협력연구과제 연구비에 의해 수행되었으며 이에 감사하는 바이다.
우선 경기육괴와 영남육괴의 지각발달사가 유사한지 혹은 서로 다른지 여부와, 각각 중국의 북중국과 남중국 어느 지괴와 밀접한 연관성을 보이느냐를 밝히는 것으로부터 충돌 대의 연장선 문제는 해결의 단서를 찾을 수 있을 것이다. 이 연구에서는 앞에서 경기와 영남육괴가 유사한 지각발달사를 갖고 있으며 따라서 동일한지괴로 발달해왔을 가능성을 언급하였다. 따라서 남중국과 북중국 사이에서 발견되는 대륙충돌대가 경기와 영남육괴의 사이로 지나갈 가능성은 적은 것으로 생각할 수 있다.
제안 방법
동위원소 비율은 9개의 파라데 이 검출기를 장착한 기초과학지원연구소VG 54-30 열이온화 질량분석기를 이용하여 측정하였다. Nd 동위원소 비율의 측정은 역동적 (dynamic) 모드로 측정하여 143Nd/144Nd 비율은 146Nd/142Nd = 0.7219 에 맞추어 출력하였으며 시료에 더한 스파이크의 Nd부분을 감안하여 추가로 보정하였다. 기초과학지원연구소에서의 La Jolla Nd 표준의 반복 측정 결과는 143Nd/144Nd = 0.
2M HIBA(alpha-hydroxy-isobuteric acid)를 쓰는 컬럼을 이용해 분리하였다. 동위원소 비율은 9개의 파라데 이 검출기를 장착한 기초과학지원연구소VG 54-30 열이온화 질량분석기를 이용하여 측정하였다. Nd 동위원소 비율의 측정은 역동적 (dynamic) 모드로 측정하여 143Nd/144Nd 비율은 146Nd/142Nd = 0.
분리하였다. 석류석의 분리는 분쇄 및 체질 뒤에 자력 선별기를 이용하여 석류석을 다른 광물들로부터 구분한 뒤에 최종적으로는 양안 실체현미경 아래에서 불순물들을 손으로 골라 버렸다. 동위원소 분석을 위한 시료 전처리와 Nd의 동위원소 비율 분석과 Sm 및 Nd의 동위원소 희석법에 의한 정량분석은 기초과학지원연구소에서 수행하였다 .
따라서 이 연구에서는 영남육괴 중에서도 광역변성작용에 대한 연구가 집중적으로 수행되었던 지리산 지역의 변성암류에 대하여 변성연대 측정을 시도하였다. 연대 측정의 결과는 현재까지 보고된 한반도 선캠브리아변성암류에 대한 연대측정 자료들과 비교하여 논의하였다. 영남육괴의 기저암에 대한 연대측정은 오래전부터 시도되어 왔으며 적지않은 자료가 있으나 일부 분석자료들은 부적절한 시료의 선택과 정밀하지 못한 분석으로 오히려 혼란을 가져올 수 있는 것으로 판단된다.
영남육괴의 시료들은 Sm-Nd 동위원소 계를 이용한 연대측정을 위하여 전암 분말을 제작하였으며 석류석을 분리하였다. 석류석의 분리는 분쇄 및 체질 뒤에 자력 선별기를 이용하여 석류석을 다른 광물들로부터 구분한 뒤에 최종적으로는 양안 실체현미경 아래에서 불순물들을 손으로 골라 버렸다.
대상 데이터
이 연구에서는 영남육괴 중에서도 백립암상의 변성작용이 보고되어 변성도가 높은 것으로 알려져 있으며 비교적 연구가 많이 이루어진 영남육괴의 서남부에 위치한 지리산 일대의 변성암류를 연구대상으로 선택하였다(Fig. 1). 이 지역의 선캠브리아편마암류는 기존 연구들에서 호상편마암, 미그마타이트 질 편마암, 조립화강암질 편마암등으로 구분된 준 편마암류와 유색광물의 함량과 주구성 암종에 따라 우백질 화강편마암, 혹운모 편마암, 각섬석 편마암, 흑운모가섬석 편마암으로 분류되는 정편마암으로 구성되어 있으며, 각섬암 내지 상부 각섬암 상의 고 변성을 받은 것으로 알려져 왔다(이상만, 1980).
한편 반상변정질 편마암 내의 백립암 상을 나타내는 이질 편마암은 정점에서 800-850℃, 6kb이고 후퇴시는 500℃, 4kb 정도로 시계방향의 후퇴경로를 보이는데 반하여 차노카이트의경우는 초기에 600~650℃, 2kb, 정점에서는 600-750℃, 7~9kb이고 다시 400~600℃, 4~6kh로 후퇴된 반시계방향의 진화경로를 나타낸다. 지리산 지역에 분포하는 변성암류 중에서 변성연대 측정을 위해 이 연구에서 분석한 암석은 이질 편마암, 석영 장석 질 편마암 및 포획암으로 나타나는 이질 편마암, 그리고 반상변정질 편마암 및 그 안에 포획암으로 산출하는 우혹질 백립암과 규장질 포획암 등이다.
이론/모형
석류석의 분리는 분쇄 및 체질 뒤에 자력 선별기를 이용하여 석류석을 다른 광물들로부터 구분한 뒤에 최종적으로는 양안 실체현미경 아래에서 불순물들을 손으로 골라 버렸다. 동위원소 분석을 위한 시료 전처리와 Nd의 동위원소 비율 분석과 Sm 및 Nd의 동위원소 희석법에 의한 정량분석은 기초과학지원연구소에서 수행하였다 . 암석 분말과 석류석은 테플론 용기안에 넣고 150Nd-149Sm 혼합 스파이크를 더한 뒤에 혼합산(HF: HClO4:HNO3 = 4:1:1)을 더한 뒤에 가열판 위에서 용해시켰다.
이 연구에서 변성연대를 구하기 위해 Sm-Nd 연대측정법을 선택하였다. 그 이유는 이 일대 변성 광물로 흔히 산출되는 석류석이 매우 높은 SnVNd 비율을 갖기 때문에 비교적 용이하게 높은 정밀도로 변성연대를 구할 수 있을 것으로 판단하였기 때문이다.
성능/효과
남한의 선캠브리아 기저 지각의 발달사를 밝히기 위해 실시한 영남육괴의 지리산 지역에 분포하는 변성암류에 대한 Sm-Nd 연대측정 결과를 종합하면 지리산 지역에 광범위하면서도 강력한 변성작용이 약 17~18억년 전에 일어났음을 알 수 있다. 한편 반 상변 정질 편마암내에 포획되어 있는 규장질 편마암이 나타내는 1940±30 Ma의 연대는 lurek and Kim(1995, 1996)이 반상변정질 편마암에서 분리한 저어 콘의 U-Pb 연대와 동일하며 반상변정질 편마암의 원암 생성연대로 해석된다.
5m, 길이 약 3m 정도의 규장질 편마암의 변성연대 1928+ 42 Ma는 반상변정질 편마암의 생성시기 (1890 ± 6 ~ 1945 + 5 Ma; Turek and Kim, 1995, 1996)와 동일한 값이다. 따라서 이 규장질 편마암은 반 상변 정질 편마암의 원암이 관입할 당시 포획되어 변성작용을 받은 결과이며, 이후 약 18억2천만 년의 부근의 시기에 이 관입체가 광역변성작용을 받아 반 상변 정질 편마암이 만들어질 당시에는 이 이질 편마암 포획체의 Sm-Nd 동위원소 계는 큰 교란을 받지 않은 것으로 판단된다. 석류석의 Sm-Nd 계는 600℃ 이상의 온도에서 폐쇄계를 유지하지 못할 수도 있으나(Vance et al.
, 1996)가 보고되었다. 이를 종합하면 선캠브리아 말에 경기육괴에는 염기성 화성활동 및 거의 동시적인 석회암의 퇴적, 뒤이은 광역 변성작용이 있었음을 알 수 있다. Lee et al(1994)는 경기육괴 장호원지역에 분포하는 석류석 편마암으로부터 1198 + 33(2σ) Ma의 광물연대를 구하였으며 이는 석류석둥 구성광물이 만들어진 변성연대를 나타낸다고 해석된다.
한편 반상변정질 편마암 자체와 반상변정질 편마암 내에 포획암으로 산출하는 우혹질 백립암, 석영 장석 질 편마암 내에 포획암으로 들어있는 이질 편마암 등 산청-하동의 넓은 지역에 걸쳐 분포하는 다양한 종류의 변성암들의 변성 연대가 1717±17-1819±53 Ma의 범위에 집중되는 것은 이 시기의 변성작용이 매우 강력하였으며 상당히 넓은 범위에 걸쳐 일어났음을 확인해 주는 결과라고 할 수 있다.
후속연구
즉 한반도의 여러 선캠브리아 지괴들이 중국의 북중국과 남중국둥 어떤 부분과 대비가 되느냐에 따라 이 문제에 대한 답이 주어질 수도 있다. 만약 옥천대와 대상의 대보 화강암 등에 의해 나누어져 경기육괴와 영남육괴의 두 부분으로 구성되어 있는 남한의 선캠브리아 기저지각이 서로 일치하는 지각발달사를 나타낸다면 남중국과 북중국 사이 충돌대의 연장선이 경기와 영남육괴의 사이를 지나갈 것이라는 가설은 보다 직접적이고 확실한 지질학적 증거를 찾아야만 설득력을 갖게 될 것이다. 반면에 두 육괴가 서로 다른 지각발달사를 나타낸다면 둘 사이를 지나가는 충돌 대의 연장선은 더욱 확률이 높은 가설이 될 것이다.
다른 해석으로는 동위원소 초기치가 광역변성시에 동질화되었다기 보다는 근본적으로 유사한 값을 가진 근원물질에서 유래된 암석들이었을 가능성을 생각해 볼 수 있다. 이러한 해석들은 보다 넓은 지역의 변성암들에 대한 추가적인 분석을 통해 가려낼 수 있을 것으로 판단한다.
따라서 경기와 영남육괴에서 공통적으로 발견된 약 30억 년의 연대를 갖는 저어콘의 존재만으로는 두 육괴를 중국의 북중국이나 남중국 어느 한 곳과 연관시키기는 곤란하다고 볼 수 있다. 전통적인 한중지괴 (Sino-Korean Craton)의 이름대로 한반도는 중국의 북동부 지역과 함께 지각발달을 해온 것일지 아니면 모두 다 남중국과 함께 발달해온 것인지는 추가적인 연구가 필요하다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.