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문제 정의
- 또한 섬록암과 반상화강암에 대한 전암 시료 분석을 통하여 이들 암석의 주원소 및 미량원소 함량과 Sr 및 Nd의 동위원소 성분을 측정하였다. 이로부터 청주 화강암체 생성의 근원 물질을 추정하여 대보화강암체와의 지구과학적인 연관성을 조사하였다.
- 따라서 청주 화강암에 대한 지구화학적, 동위원소적 연구는 청주 화강암이 주변 지역의 대보화강암과 별도의 암체인지 동일한 암체인지 상관관계를 정립해주는 중요한 실험 방법이다. 이번 연구에서는 청주 화강암체 내부에 분포하는 섬록암, 흑운모 화강암 및 산성암맥에서 저어콘 결정을 채취하고, 이에 대한 UPb 동위원소성분 분석을 통하여 청주 화강암의 관입 및 정치시기를 확립하였다. 또한 섬록암과 반상화강암에 대한 전암 시료 분석을 통하여 이들 암석의 주원소 및 미량원소 함량과 Sr 및 Nd의 동위원소 성분을 측정하였다.
제안 방법
- 미량원소 분석은 한국기초과학지원연구원 서울분소의 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS; Elan 6100)를 이용하였다(Table 2). Sr-Nd 동위원소성분은 한국기초과학지원연구원 오창센터의 열이온화질량분석기(TIMS; VG54-30)를 사용하여 분석하였다(Table 3). 자세한 분석 방법은 정연중 외(2008)에 설명되어 있다.
- 이번 연구에서는 청주 화강암체 내부에 분포하는 섬록암, 흑운모 화강암 및 산성암맥에서 저어콘 결정을 채취하고, 이에 대한 UPb 동위원소성분 분석을 통하여 청주 화강암의 관입 및 정치시기를 확립하였다. 또한 섬록암과 반상화강암에 대한 전암 시료 분석을 통하여 이들 암석의 주원소 및 미량원소 함량과 Sr 및 Nd의 동위원소 성분을 측정하였다. 이로부터 청주 화강암체 생성의 근원 물질을 추정하여 대보화강암체와의 지구과학적인 연관성을 조사하였다.
- 주원소 분석은 부경대학교 공동실험실습관에 설치되어 있는 X-선 형광분석기(SHIMADZUXRF-1700)를 사용하였다. 미량원소 분석은 한국기초과학지원연구원 서울분소의 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS; Elan 6100)를 이용하였다(Table 2). Sr-Nd 동위원소성분은 한국기초과학지원연구원 오창센터의 열이온화질량분석기(TIMS; VG54-30)를 사용하여 분석하였다(Table 3).
- 분리된 저어콘 입자들은 표준시료와 함께 에폭시마운트에 시료별로 고정시킨 후, 저어콘 입자의 절반정도가 드러날 때까지 연마하였다. 연마된 저어콘 입자들의 내부 조직을 관찰하기 위해 한국기초과학지원연구원 오창센터의 주사전자현미경(SEM; JEOL6610LV)을 이용하여 후방산란전자영상 및 음극선발광영상을 촬영하였다. 저어콘의 U-Th-Pb 동위원소 성분분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터의 고분해능이차이온질량분석기(SHRIMP)를 이용해서 수행하였다.
- 저어콘의 연대측정을 위하여 채취한 시료들을 유압 파쇄기와 아게이트밀을 이용하여 파쇄 하였다. 이 분말 시료들에서 물과 중액을 이용한 전통적인 비중분리방법과 자성분리방법을 적용한 후 마지막으로 수작업을 거쳐 저어콘 결정들을 추출하였다. 분리된 저어콘 입자들은 표준시료와 함께 에폭시마운트에 시료별로 고정시킨 후, 저어콘 입자의 절반정도가 드러날 때까지 연마하였다.
- 이들 결정으로부터 측정한 점분석 자료에서 170±5 Ma(tσ)의 206Pb/238U 가중평균 연대를 구하였다(Fig. 5c).
- 저어콘의 연대측정을 위하여 채취한 시료들을 유압 파쇄기와 아게이트밀을 이용하여 파쇄 하였다. 이 분말 시료들에서 물과 중액을 이용한 전통적인 비중분리방법과 자성분리방법을 적용한 후 마지막으로 수작업을 거쳐 저어콘 결정들을 추출하였다.
- 전암 시료 분석을 위하여 채취한 시료를 유압 파쇄기와 아게이트밀을 이용하여 72 µm 이하의 분말로 분쇄하였다.
- 흑운모 화강암 시료(CJ2)에서 채취한 저어콘 입자에서는 총 14개의 점분석을 수행하였다. 이 중 1개의 점분석을 제외한 13개의 점분석 자료는 비교적 일치 연대를 지시하며, 전반적인 연대분포는 섬록암 시료와 유사하다(Table 1; Fig.
대상 데이터
- 한 개의 섬록암 시료(CJ1)와 두 개의 반상화강암시료(CJ4 and CJ5)에 대한 전암 주원소 및 미량원소 분석 결과는 Table 2에 정리하였다. 더불어 연대측정이 이루어진 흑운모 화강암 시료(CJ2)에 해당하는 지화학 분석을 수행하지 않았기 때문에 비슷한 위치의 시료인 Cheong and Chang(1996)의 DB19-1번 시료의 것을 인용하여 사용하였다(Table 2). 섬록암을 제외한 화강암 시료들은 모두 67 wt.
- 분석에 이용된 1차 이온 빔의 크기와 전류는 각각 ~20 µm 및 ~3 nA이다.
- 산성암맥 시료에서 채취한 총 10개의 저어콘 중에서 장단축의 비율이 1:1인 결정의 수는 4개이다. 이들 결정으로부터 측정한 점분석 자료에서 170±5 Ma(tσ)의 206Pb/238U 가중평균 연대를 구하였다(Fig.
- 섬록암 시료(CJ1)에서 채취한 저어콘 입자로부터 총 17개의 점분석을 실시하였다. Pb 손실 혹은 혼합연대를 나타내는 한 개의 점분석을 제외한 16개의 점분석 자료는 일치연대를 지시한다(Table 1; Fig.
- 연구지역인 청주시-청원군 지역은 대부분 화강암류로 구성되어 있으며, 이 화강암체를 기준으로 서북부에는 경기육괴 편마암이, 동부에는 옥천변성대의 변성퇴적암이 분포하고 있다(Fig. 1b). 경기육괴 편마암류는 주로 흑운모 편마암과 안구상편마암이 주를 이룬다(권영일과 진명식, 1974).
- 이 연구는 2009년도 충북대학교 학술연구지원사업과 한국연구재단 일반연구자지원사업(#2011-0014837)의 연구비 지원으로 수행하였다.
- 분석에 이용된 1차 이온 빔의 크기와 전류는 각각 ~20 µm 및 ~3 nA이다. 저어콘의 우라늄 농도는 SL13 저어콘(238 ppmU; Claou-Long et al., 1995) 표준시료를 사용하여 측정하였고, U-Pb 동위원소성분은 미국 미네소타주둘루스 복합체(Duluth Complex)에서 산출하는 FC1 저어콘(206Pb/238U=0.1859; Paces and Miller, 1993) 표준시료를 사용하여 측정하였다. 분석한 저어콘의 U-Th-Pb 동위원소비는 PRAWN/LEAD 프로그램을 사용하여 계산되었고, 계산된 동위원소비는 Isoplot/EX(Ludwig, 2003)을 이용하여 절대연령 환산 및 도표를 작성하였다.
- 전암 시료 분석을 위하여 채취한 시료를 유압 파쇄기와 아게이트밀을 이용하여 72 µm 이하의 분말로 분쇄하였다. 주원소 분석은 부경대학교 공동실험실습관에 설치되어 있는 X-선 형광분석기(SHIMADZUXRF-1700)를 사용하였다. 미량원소 분석은 한국기초과학지원연구원 서울분소의 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS; Elan 6100)를 이용하였다(Table 2).
- 3c). 주원소, 미량원소 및 Sr-Nd 동위원소 분석을 위하여 추가로 두개의 반상화강암 시료(CJ4 and CJ5)를 채취하였다(Fig. 1b). 반상화강암의 가장 큰 특징은 장축의 길이가 5 cm 내외인 분홍색 K-장석 반정의 산출이다.
- 청주 화강암의 관입 및 정치 시기를 판단하기 위하여 저어콘의 U-Pb 연대측정을 목적으로 우암산 사면절개지에서 섬록암(CJ1), 흑운모 화강암(CJ2), 그리고 산성암맥 (CJ3) 시료를 채취하였다(Fig. 1b). 시료 채취 인근 지점에서 이 세 암석의 관입 선후 관계를 관찰 할 수 있는데, 흑운모 화강암은 섬록암을 관입하고 있으며, 다시 이 두 암체를 산성암맥이 관입하고 있다(Fig.
데이터처리
- Sr과 Nd의 모델연대를 계산하기 위하여 사용한 CHUR(Chondritic Uniform Reservoir)의 현재값은 87Sr/86Sr=0.7045, 87Rb/86Sr=0.0816, 143Nd/144Nd=0.512638, 147Sm/144Nd=0.1966이며, 이로부터 εSr과 εNd 값을 계산하였다(Faure, 1986; Wasserburg et al., 1981).
- 자세한 분석 방법은 정연중 외(2008)에 설명되어 있다. 분석한 동위원소 성분의 질량분별효과는 각 원소의 안정동위원소비(152Sm/147Sm=1.7831, 86Sr/88Sr=0.1194, 146Nd/144Nd=0.7219)를 이용하여 보정하였다. 이번 실험 중 측정한 표준시료 NBS987의 87Sr/86Sr 평균값은 0.
- 1859; Paces and Miller, 1993) 표준시료를 사용하여 측정하였다. 분석한 저어콘의 U-Th-Pb 동위원소비는 PRAWN/LEAD 프로그램을 사용하여 계산되었고, 계산된 동위원소비는 Isoplot/EX(Ludwig, 2003)을 이용하여 절대연령 환산 및 도표를 작성하였다. 이로부터 구한 연령의 불확실도는 95% 신뢰수준으로 계산하였다.
이론/모형
- 저어콘의 U-Th-Pb 동위원소 성분분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터의 고분해능이차이온질량분석기(SHRIMP)를 이용해서 수행하였다. SHRIMP 장비를 이용한 U-Th-Pb 동위원소성분 분석법은 Williams(1998)에 서술된 과정을 따랐다. 분석에 이용된 1차 이온 빔의 크기와 전류는 각각 ~20 µm 및 ~3 nA이다.
- 연마된 저어콘 입자들의 내부 조직을 관찰하기 위해 한국기초과학지원연구원 오창센터의 주사전자현미경(SEM; JEOL6610LV)을 이용하여 후방산란전자영상 및 음극선발광영상을 촬영하였다. 저어콘의 U-Th-Pb 동위원소 성분분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터의 고분해능이차이온질량분석기(SHRIMP)를 이용해서 수행하였다. SHRIMP 장비를 이용한 U-Th-Pb 동위원소성분 분석법은 Williams(1998)에 서술된 과정을 따랐다.
성능/효과
- 5c; Table 1), 분석개수가 적기 때문에 단정 짓기는 어렵다. 결론적으로 화강암에서 다양한 연대의 포획결정과 상속핵 연대 측정 결과는 동화작용에 참여한 지각 물질이 경기육괴와 옥천변성대의 암석일 가능성을 지시한다.
- 최근에 옥천변성대 쇄설성 저어콘을 분석한 결과는 고생대부터 시생대까지 다양한 연대의 쇄설성 저어콘이 존재한다고 발표되었다(Cho et al, 2010; 박계헌 외, 2011). 따라서 이번에 분석된 저어콘들의 상속핵은 경기육괴 뿐만 아니라 옥천변성대의 암석에서 기원한 것으로 보는 것이 타당하다. 산성암맥의 포획결정들은 대부분 1.
- 비록 분석한 저어콘 입자의 수가 적지만(n=4), 산성암맥의 자생결정으로부터 구한 저어콘의 U-Pb 연대는 170±5 Ma이며(Fig. 5c), 오차범위에서는 중첩되지만 산성암맥이 섬록암과 흑운모 화강암을 모두 관입하고 있는 야외 산상과 잘 일치한다.
- 이번 실험 중 측정한 표준시료 NBS987의 87Sr/86Sr 평균값은 0.710243±0.000004(2σ; N=30)이고, Jndi-1의 143Nd/144Nd 평균값은 0.512104±0.000004(2σ; N=23) 이다.
- 이번 연구에서 분석한 저어콘의 생성연대는 노두에서 관찰되는 관입양상과 일치하는 결과를 보여준다. 야외에서는 흑운모 화강암에 의한 섬록암의 관입과 산성암맥에 의한 흑운모 화강암 및 섬록암의 관입을 뚜렷하게 관찰할 수 있다(Fig.
- 청주 화강암체는 반상화강암과 흑운모 화강암, 섬록암 및 각종 암맥류로 구성되어 있다. 이번 연구에서 수행한 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대측정 결과 청주 화강암체는 170-174 Ma에 관입하였다. 전암 시료에 대한 주원소 및 미량원소 분석결과는 청주 화강암체가 칼크-알칼리 계열의 중알루미나 성분의 화강암섬록암에 속하며 섭입과 관련하여 생성되었을 가능성을 지시하는 한편, 기존의 대보화강암체의 전암 지화학 분석결과와도 잘 일치한다.
- , 2003a)와 원생대 이후에 형성된 옥천대(Cho et al, 2010; 박계헌 외, 2011) 사이에 있는 청주 화강암의 지리적인 특성은 얼마 되지 않는 포획결정의 분석 개수로도 마그마 동화작용에 작용한 모암을 부분적으로 추정할 수 있다고 판단하였다. 이번에 분석된 상속핵 및 포획결정들은 대략 2.1, 1.8, 0.8 및 0.4 Ga의 연대가 산출되었다(Fig. 5; Table 1). 경기육괴의 경우, 일부 후기 원생대의 관입암체(ca.
- 전암 시료에 대한 주원소 및 미량원소 분석결과는 청주 화강암체가 칼크-알칼리 계열의 중알루미나 성분의 화강암섬록암에 속하며 섭입과 관련하여 생성되었을 가능성을 지시하는 한편, 기존의 대보화강암체의 전암 지화학 분석결과와도 잘 일치한다. 청주 화강암체의 SrNd 동위원소 조성 역시 기존의 대보화강암체의 결과물과 일치하며, 이 결과는 청주 화강암을 형성한 마그마가 부화된 하부지각물질의 부분용융 산물이거나 맨틀기원의 모마그마와 지각 물질의 혼염에 의하여 생성되었을 가능성을 지시한다. 다양한 저어콘의 상속핵 및 포획결정의 연대(~2.
- 하커(Harker) 다이어그램(Fig. 6)에서, 화강암의 TiO2 (0.41-0.62 wt.%), Fe2O3 (3.14-3.54 wt.%), MnO (0.04-0.06 wt.%), MgO (0.81-1.21 wt.%) 및 CaO (2.50-2.79 wt.%) 함량은 섬록암에 비해 낮은 반면에 Al2O3(15.22-16.18 wt.%), K2O (3.88-4.59), Na2O (2.66-4.20 wt.%) 함량은 높게 나타났다(Table 2; Fig. 7).
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