[논문]강화 석모도 화강암류와 온천수의 지구화학: 온천수의 기원규명을 위한 Sr 동위원소의 응용

이승구; 김통권; 이진수; 송윤호

강화 석모도 화강암류와 온천수의 지구화학: 온천수의 기원규명을 위한 Sr 동위원소의 응용
Rb-Sr Isotope Geochemistry in Seokmodo Granitoids and Hot Spring, Gangwha: An Application of Sr Isotope for Clarifying the Source of Hot Spring 원문보기

암석학회지 = The journal of the petrological society of korea, v.15 no.2 = no.44, 2006년, pp.60 - 71

이승구 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부) , 김통권 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부) , 이진수 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부) , 송윤호 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부)

초록
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인천광역시 강화군의 석모도는 주로 흑운모 화강암과 각섬석 화강섬록암으로 구성되어 있으며, 각섬석 화강섬록암에 의해 흑운모 화강암은 남과 북으로 양분된다. 남쪽의 흑운모 화강암 지역에서는 수온이 $72^{\circ}C$에 달하는 Na-Cl형의 고온성 온천이 산출된다. 흑운모 화강암의 Rb-Sr 전암연대는 각섬석 화강섬록암을 기준으로 북쪽에 분포하는 흑운모 화강암은 $207{\pm}70Ma$이고 Sr 초기치는 0.7132이다. 그리고 주로 남쪽에 분포하는 흑운모 화강암은 $132{\pm}50Ma$이고 Sr 초기치는 0.7125로서 양 화강암체가 지각기원물질의 마그마로부터 생성되었음을 지시해준다. 남북의 흑운모 화강암과 각섬석 화강섬록암체는 칼크-알칼리계열의 마그마로부터 분화되어온 특징을 보여주며, Rb과 Y+Nb 그리고 Yb+Ta의 상관관계도는 충돌대환경에서 마그마가 형성되었음을 지시해준다. 2005년과 2006년의 3월에 채취된 온천수의 Sr 동위원소비는 0.714507와 0.714518로서 거의 변화가 없고, 이 값은 남쪽에 흑운모 화강암의 Sr 동위원소비의 현재값과 거의 일치한다. 이와 같은 온천수의 Sr 동위원소비는 석모도내 온천수가 흑운모 화강암과 밀접한 연관성이 있음을 지시해주는 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Seokmodo consists mainly of biotite granite and granodiorite. The biotite granite is divided into the south and the north part by granodiorite. There occurs high temperature hot spring of which temperature is up to $72^{\circ}C$. The Rb-Sr isotopic data for the biotite granite define whole-rock isochron ages of $207{\pm}70$ Ma with initial Sr isotopic ratio of 0.7132 in north part and $132{\pm}50$ Ma with initial Sr isotopic ratio of 0.7125 in south part, suggesting that the magma be derived from the crustal source material. The geochemical characteristics of the biotite granite and hornblende granodiorite indicate that they were crystallized from calc-alkaline under syn-collisional tectonic environment. The samples of hot spring were collected at March 2005 and March 2006. The $^{87}Sr/^{86}Sr$ ratios of hot spring are 0.714507 and 0.714518, respectively and correspond to those oi the granite being occurred at the south part. The similarity of $^{87}Sr/^{86}Sr$ ratios between the granite and hot spring strongly suggests that the hot spring might be derived from the Seokmodo biotite granite.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 논문에서는 강화도 화강암류의 화학조성 (주성분, 희토류원소 및 Rb-Sr 동위원소계)과 온천수의 화학조성을 보고하고자 한다. 그리고 이들 화강암류와 온천수의 지구화학적 특성 특히 Sr동위원소비의 지구 화학적 특성을 토대로 서로간의 상관성에 대해서 살펴 보고자 한다.
1의 BH₁). 이 논문에서는 강화도 화강암류의 화학조성 (주성분, 희토류원소 및 Rb-Sr 동위원소계)과 온천수의 화학조성을 보고하고자 한다. 그리고 이들 화강암류와 온천수의 지구화학적 특성 특히 Sr동위원소비의 지구 화학적 특성을 토대로 서로간의 상관성에 대해서 살펴 보고자 한다.

제안 방법

이때 1개의 시료는 고순도의 진한 질 산으로 처리하여 (pH 2 이화) 박테리아 증식, 산화반응 차단 및 양이온의 시료채취용기벽에 흡착되거나 공침 등이 일어나는 것을 방지하여 주로 양이온과 금속이온 의 분석에 사용하였고, 다른 하나는 산처리를 하지 않고 실내 음이온의 분석에 사용하였다. 물 속에 용존되어 있는 성분인 유리 탄산(CO), 변하기 쉬운 중탄산 (HCO3-1) 및 탄산(CO:) 성분들은 현장에서 습식으로 분석하였다. 나머지 성분은 실내에서 주로 원자흡광분 석기 (Atomic Absorption Spectroscope, A AS; 한국지질 자원연구원)를 이용하여 분석하였다.
암석내 주성분원소, 희토류원소 그리고 기타 미량원 소는 한국지 질자원연구원의 XRF(Shimadzu MXF-2300) 와 ICP-MS(Elan 6100, Perkin-Elmer Ltd.)를 이용하여 분석하였다. 주성분의 분석오차는 3% 이내이고 미량 원소와 희토류원소의 경우 분석오차는 10% 이내로 판단된다.
연대측정을 위한 Nd, Sm, Sr, Rb의 함량과 Nd, Sr 동위원소비는 한국기초과학지원연구원의 열이온 화질 량분석기 (VG Sector 54-30)를 이용하여 측정하였다. 온 천수의 Sr 동위원소 비도 한국기초과학지원연구원의 열 이온화 질량분석기 (VG Sector 54-30)를 이용하여 측정하였다.
연대측정을 위한 Nd, Sm, Sr, Rb의 함량과 Nd, Sr 동위원소비는 한국기초과학지원연구원의 열이온 화질 량분석기 (VG Sector 54-30)를 이용하여 측정하였다. 온 천수의 Sr 동위원소 비도 한국기초과학지원연구원의 열 이온화 질량분석기 (VG Sector 54-30)를 이용하여 측정하였다. NIST987 Sr 표준시료의 7회 반복측정에 의한 #비는 0.
희토류원소의 실험방법은 김건한과 음철헌 (2004)에 기재되어 있다. 온천수의 경우, 현장에서 온 도, 수소이온농도, 전기전도도, 탄산이온 농도 등을 측정 하였으며 , 0.45 nm의 셀룰로오즈 여 과지로 거른 후, 음이온, 양이온(희토류원소 포함)용으로 분리하여 시료를 채취하였다. 이때 1개의 시료는 고순도의 진한 질 산으로 처리하여 (pH 2 이화) 박테리아 증식, 산화반응 차단 및 양이온의 시료채취용기벽에 흡착되거나 공침 등이 일어나는 것을 방지하여 주로 양이온과 금속이온 의 분석에 사용하였고, 다른 하나는 산처리를 하지 않고 실내 음이온의 분석에 사용하였다.
이는 흑운모 화강암에 접하여 후기에 관입 한 각섬석 화강섬록암의 영향을 완전히 배재하기는 어렵다는 것을 지시해준다. 이 연구에서는 흑운모 화강 암내에서 용출되는 온천수와 화강암과의 Sr동위원소비 의 상관성에 초점을 두고 진행하였다. 그러므로 향후 각섬석 화강섬록암의 보다 정확한 생성연대, 그리고 흑운모 화강암과의 성인적 혹은 조구조적 연관관계의 규명을 통해 석모도내 온천수의 형성과정을 보다 명확히 밝혀낼 수 있는 연구가 필요하다고 판단된다.
45 nm의 셀룰로오즈 여 과지로 거른 후, 음이온, 양이온(희토류원소 포함)용으로 분리하여 시료를 채취하였다. 이때 1개의 시료는 고순도의 진한 질 산으로 처리하여 (pH 2 이화) 박테리아 증식, 산화반응 차단 및 양이온의 시료채취용기벽에 흡착되거나 공침 등이 일어나는 것을 방지하여 주로 양이온과 금속이온 의 분석에 사용하였고, 다른 하나는 산처리를 하지 않고 실내 음이온의 분석에 사용하였다. 물 속에 용존되어 있는 성분인 유리 탄산(CO), 변하기 쉬운 중탄산 (HCO3-1) 및 탄산(CO:) 성분들은 현장에서 습식으로 분석하였다.

대상 데이터

연구지역은 행정구역상 인천광역시 강화군 강화읍 삼산면의 석모도이다. 이 석모도는 강화도의 산계의 연 장선상에 놓이며, 석모도의 남서부 해안가에는 선캠브리아기의 장봉편암이 부포하고 이를 순차적으로 쥬라 기의 반상흑운모 화강암, 중립질 흑운모 화강암(이하 흑운모 화강암), 각섬석 화강섬록암이 관입하여 분포한다.

이론/모형

6은 흑운모 화강암 의 Rb-Sr 동위원소계를 도시한 도면이다. Ludwig(1999) 의 ISOPLOT 프로그램을 이용하여 Rb-Sr의 등시선 연 대를 계산하였다. Fig.
나머지 성분은 실내에서 주로 원자흡광분 석기 (Atomic Absorption Spectroscope, A AS; 한국지질 자원연구원)를 이용하여 분석하였다. 희토류원소의 측 정은 한국지질자원연구원의 ICP-MS(Perkin Elner사의 Elan DRC II)를 이용하여 측정하였다. 측정시 5% 질 산용액 및 시료용기의 바닥값은 1 ppt(10-12/ml)이하였다.

성능/효과

1) 석모도의 화강암류는 흑운모 화강암과 각섬석 화 강섬록암이며, 흑운모 화강암은 각섬석 화강섬록암에 의해 남과 북으로 양분된다
1)Eu* is defined as the ratio ofobserved Eu abundance to that which would fall on the Sm-Gdjoin in chondrite-normalized REE patterns.
2) 흑운모 화강암의 Rb-Sr 전암연대는 각섬석 화강 섬록암을 기준으로 북쪽에 분포하는 흑운모 화강암은 207±70Ma이고 Sr 초기치는 0.7132이, 남쪽에 분포하는 흑운모 화강암은 132±50 Ma이고 Sr 초기치는 0.7125로서 지각기원물질로부터 마그마가 생성되어졌음을 지시해준다.
3) 두 암체의 마그마는 칼크-알칼리계열의 특징을 보여주며, Rb과 Y+Nb 그리고 Yb+Ta의 상관관계에 의하면 두 암체는 충돌대환경에서 마그마가 형성되어졌음을 지시해준다.
3) 희토류원소 분포도를 비교해보면, 남쪽에 분포하는 흑운모 화강암의 Eu의 부(-)의 이상의 변화폭이 북쪽에 분포하는 흑운모 화강암의 Eu의 부(-)의 이상보다 적은 편이다. 이는 Rb-Sr 전암연대에 의한 두 화강 암체의 정치시기와 일치하는 경향이라 볼 수 있다.
5) 남쪽의 흑운모 화강암지역에서는 용출되는 수온 72℃2의 온천수는 Na(-Ca)-Cl형의 수질특성을 갖는다.
6) 2005년과 2006년의 3월에 채취된 온천수의 Sr 동 위원소비는 0.714507와 0.714518로서 거의 변화가 없고, 이 값은 남쪽에 흑운모화강암의 Sr동위원소비와 거의 일치한다. 이와 같은 온천수의 Sr동위원소비는 석모도내 온천수가 흑운모 화강암과 밀접한 연관성이 있음을 지시해주는 것이다.
2는 Si0의 함량변화에 따른 다른 주성 분의 변화도(Harker diagram)이다. SiCe의 함량이 증가함에 따라 MgO, total Fe2O₃, CaO, MnO, TiO₂, P2O₅는 감소하는 경향을 보여준다. KQ는 완만하지만 증가하는 경향을 보여준다.

후속연구

이 연구에서는 흑운모 화강 암내에서 용출되는 온천수와 화강암과의 Sr동위원소비 의 상관성에 초점을 두고 진행하였다. 그러므로 향후 각섬석 화강섬록암의 보다 정확한 생성연대, 그리고 흑운모 화강암과의 성인적 혹은 조구조적 연관관계의 규명을 통해 석모도내 온천수의 형성과정을 보다 명확히 밝혀낼 수 있는 연구가 필요하다고 판단된다.
그리고 우리나라의 고온성 온천의 수온을 살펴보면 백악기 화강 암류가 분포하는 지역에서 산출되는 온천(예: 부곡온 천, 해운대온천 및 동래온천 등)의 수온은 60-78K로 쥬라기 화강암류가 분포하는 지역에서 산출되는 온천수(온양, 유성, 덕산, 속초 등)의 45-55℃에 비해 10℃이상 높은 경향을 보여준다. 이와 같은 화강암분포와 온도와의 경향 또한 우리나라 온천수의 열원을 밝혀낼 수 있는 간접적인 자료로 활용되어질 수 있다고 본다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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