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무주 왕정리 일대 구상 화강편마암의 성인과 형성시기
The Origin and Age of the Orbicular Granite Gneiss in Wangjungri, Muju 원문보기

암석학회지 = The journal of the petrological society of korea, v.22 no.2, 2013년, pp.117 - 135  

오창환 (전북대학교 지구환경과학과) ,  이병춘 (전북대학교 지구환경과학과) ,  이기욱 (한국기초과학지원연구원 환경과학연구부)

초록
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무주군 왕정리 지역에서 구상 화강편마암이 초기 원생대 변성퇴적암류를 관입하는 우백질 복운모 화강암내에 포획체의 형태로 나타난다. 우백질 복운모 화강암의 전암성분 분석치와 SHRIMP 저어콘 연대측정 결과는 우백질 복운모 화강암이 $1875{\pm}75$ Ma에 대륙 충돌 환경에서 형성된 S-type 화강암임을 지시한다. 우백질 복운모 화강암내에 나타나는 구상 화강편마암으로부터 추출된 모나자이트에 대한 SHRIMP 분석에 의해 구상 화강편마암을 형성시킨 변성작용 시기가 $1867{\pm}4$ Ma임이 밝혀졌고 이 변성 연령은 우백질 복운모 화강암의 관입시기와 오차 범위내에서 유사하다. 이는 우백질 복운모 화강암 관입시 마그마내로 침강한 변성퇴적암이 마그마에 의해 $650-740^{\circ}C$, 4-6.5 kbar 정도의 열변성작용을 받아 구상 화강편마암이 만들어졌음을 지시한다. 열변성 작용시 근청석을 주로 하는 구상 화강편마암의 핵부가 만들어졌고 이때 일부 구상 화강편마암에서는 석영장석을 포함한 일부 광물이 용융되어 만들어진 우백질 용융체가 핵부를 빠져나온 후 핵부 주변에서 결정화하여 우백질 각부를 형성하였다. 구상 화강편마암이 형성된 후 마그마 분화작용 중 최후에 남아있던 열수가 구상 화강편마암에 침투하여 후퇴 변성작용을 일으키고 이때 근청석이 pinite화 되면서 세립의 녹니석견운모로 치환되었다. 무주 화강편마암은 퇴적기원의 변성암이므로 앞으로는 무주 화강암질 편마암으로 명명하는 것이 적합하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Orbicular granite gneisses occur as a xenolith within two-mica leucogranites, together with early Paleoproterozoic metasedimentary xenoliths, in Wangjeong-ri, Muju area. The whole-rock chemistries and SHRIMP zircon Pb/U ages of the leucogranites indicate that they are S-type granitoids formed in the...

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  • 따라서 이에 기인한 주원소 분석의 신뢰도 향상을 위해 Kwon et al.(1995)이 실시한 구상 화강편마암의 핵부와 각부에 대한 주원소 분석 자료를 함께 도시하고 해석하였다(Fig. 6). 각부는 핵에 비하여 SiO2, Na2O와 CaO 성분이 높은 반면 K2O, FeOT , MgO, Al2O3 함량은 낮다.
  • 12a). 13개의 모나자이트에서 14점의 U-Pb 동위원소 분석을 실시하였고 TeraWasserburg 조화선상에 도시하였다(Fig. 11b). 모나자이트의 Th과 U의 함량은 각각 31361-42741 ppm과 3417-6073 ppm이며 Th/U 비율은 7.
  • 12c). 21개의 저어콘 에서 24점의 U-Pb 동위원소 분석을 실시했고 Tera-Wasserburg 조화선상에 도시 했다(Fig. 12d). 저어콘의 상속핵에서 Th과 U의 농도는 각각 56-931 ppm과 149-1442 ppm이며 Th/U 비율은 0.
  • 광물의 화학조성을 알아보기 위하여 TYPE-I과 TYPE-II 구상 화강편마암을 대상으로 EPMA을 실시 하였다. 전자현미분석은 한국기초과학지원연구원 전주센터에 설치되어 있는 일본 SHIMADZU사의 EPMA1600을 사용하였다.
  • 구상 화강편마암의 핵부와 각부 그리고 구상 화강편마암을 포함하고 있는 주변 우백질 복운모 화강암 2개의 시료와 우백질 흑운모 화강암 3개, 함전기석화강암 1개 시료에 대해서 주성분 원소, 미량원소및 희유원소 분석을 실시하였다. 분석은 캐나다 Activation Laboratories Ltd.
  • 구상 화강암의 핵부에서는 저어콘이 너무 적게 산출되었고 저어콘의 우라늄양이 높아 저어콘 연령을 측정할 수 없었다. 따라서 모나자이트를 선별하여 연대측정 분석이 이루어졌고, 구상 화강편마암을 포획하고 있는 우백질 복운모 화강암으로부터 저어콘을 추출하여 연령을 측정하였다. 모나자이트와 저어콘의 추출은 조분쇄기(Jaw crusher)로 분쇄 후 표준 망체를 이용해 180 메쉬에 해당하는 부분을 따로 분리했다.
  • 모나자이트와 저어콘의 표준물질은 각각 USGS 표준 모나자이트와 FC-1을 사용했다. 모나자이트 분석 시에 에너지 필터를 이용하여 간섭 동위원소의 영향을 최소화 하였다. 분석을 위한 후방산란영상(BSE: back scattered electron)과 음극발광영상(CL: cathodoluminescence image)는 한국 기초과학 지원 연구원 오창 캠퍼스 SHRIMP센터에서 얻었다.
  • 무주 구상 화강편마암과 주변의 화강암의 생성시기를 알아보기 위하여 충북 청원군 오창읍에 위치한 기초과학연구소 오창분원 초정밀분석동에서 SHRIMP를 이용한 연대측정 분석을 실시하였다. 분석 대상은 무주 구상 화강편마암(MJ-1, 북위 36o 2'24.
  • 모나자이트와 저어콘의 추출은 조분쇄기(Jaw crusher)로 분쇄 후 표준 망체를 이용해 180 메쉬에 해당하는 부분을 따로 분리했다. 분리된 시료를 패닝(panning)하여 중광물을 회수하고 실체 현미경을 이용하여 모나자이트와 저어콘을 추출 했다. 빔의 분석직경은 30 µm 내외이다.
  • 구상 화강편마암의 핵부와 각부 그리고 구상 화강편마암을 포함하고 있는 주변 우백질 복운모 화강암 2개의 시료와 우백질 흑운모 화강암 3개, 함전기석화강암 1개 시료에 대해서 주성분 원소, 미량원소및 희유원소 분석을 실시하였다. 분석은 캐나다 Activation Laboratories Ltd.,에 설치된 유도결합 플라즈마 원자방출 분광기(FUS-ICP-AES; TermoHarrelAsh ENVIRO II)와 유도결합 플라즈마 질량분석기 (FUS-ICP/MS; Perkin Elmer Optima 3000)을 이용 하였고 분석결과는 Table 2와 같다.
  • 5 kbar 정도의 열변성작용을 받아 구상 화강편마암으로 변성되었다. 열변성작용시 근청석을 주로하는 구상 화강편마암의 핵부가 만들어졌고 석영과 사장석을 포함한 일부 광물이 용융되어 만들어진 우백질 용융체가 주변 마그마의 압력에 의해 핵부를 빠져나온 후 핵부 주변에서 결정화하여 우백질 각부를 형성하였다. 구상 화강편마암이 형성된 후 마그마 결정작용 중 최후에 남아있던 열수가 구상 화강편마암에 후퇴 변성작용을 일으키고 이때 근청석이 피나이트(pinite)화 되면서 세립의 녹니석과 백운모로 치환되었다.
  • 이 연구에서는 무주군 왕정리 일대에서 채취한 구상 화강편마암과 그 주변 암석 시료의 박편을 제작하여 암석기재학적 관찰을 실시하고 그 중 중요한 시료에 대하여 전자현미분석기(EPMA)를 이용한 광물성분 분석, 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP/MS)를 이용한 전암성분 분석 그리고 고분해능 이차이온질량분석기(SHRIMP를) 이용한 연대 측정을 수행하여 무주 구상 화강편마암의 성인과 형성시기를 밝혔다.
  • 주원소 분석과 동일하게 무주 구상 화강편마암의 핵부와 각부 그리고 구상 화강편마암 주변의 우백질 복운모 화강암과 우백질 흑운모 및 전기석 화강암에 대한 미량 및 희유 원소 분석을 실시하였고 결과는 Fig. 8과 Table 2에 나타내었다. 무주 구상 화강편마암의 핵부에 비해 각부에서 Y, Rb, Zr 함량이 낮으며 Sr함량이 높다.

대상 데이터

  • 기질효과 보정은 ZAF 방법을 사용하였다. 각 원소에 사용된 천연 혹은 합성 표준 시료는 Kynite(Si, Al), Orthoclase(K), Wollastonite(Ca), Pyrite(Fe), Albite(Na, Si, Al), MgO(Mg), TiO2(Ti), Rhodonite(Mn) 을 사용하였다. 각각의 광물에 대한 전자현미 분석 결과는 Table 1에 정리하였다.
  • 빔의 분석직경은 30 µm 내외이다. 모나자이트와 저어콘의 표준물질은 각각 USGS 표준 모나자이트와 FC-1을 사용했다. 모나자이트 분석 시에 에너지 필터를 이용하여 간섭 동위원소의 영향을 최소화 하였다.
  • 분석 대상은 무주 구상 화강편마암(MJ-1, 북위 36o 2'24.58, 동경 127o 41' 36.29)과 구상 화강암 주변에 산출하는 우백질 복운모 화강암(MJ101121-1, 북위 36o 2' 16.25, 동경 127o 41' 7.37)을 선정 했다.
  • 모나자이트 분석 시에 에너지 필터를 이용하여 간섭 동위원소의 영향을 최소화 하였다. 분석을 위한 후방산란영상(BSE: back scattered electron)과 음극발광영상(CL: cathodoluminescence image)는 한국 기초과학 지원 연구원 오창 캠퍼스 SHRIMP센터에서 얻었다. 연대측정 계산은 Isoplot/Ex와 Squid 프로그램(Ludwig, 2008, 2009)를 사용하여 처리했다.
  • 소백산육괴의 중앙부에 해당하는 전라북도 무주군 왕정리 일대의 우백질 복운모 화강암내에 구상구조를 가지는 화강편마암이 산출하고 있다(Fig. 1). 구상구조란 구성 광물들이 동심원상 또는 방사상으로 배열된 구조를 보이는 것으로, 구상 구조를 가지는 암석은 국내외에서 매우 드물게 산출되며 미관상 아름다워 많은 관심의 대상이 되어왔으며 보존가치가 높다.
  • , 1989) 자세한 연구가 수행되지 않았다. 연구지역의 주변부인 전라북도 무주군 오산리 일대에는 원생대 초기로 예상되는 대리암과 흑색 천매암이 시대 미상의 우백질 복운모 혹은 우백질 흑운모 화강암에 관입되어 나타나고 있다. 그리고 일부 지역에서는 중생대 쥬라기 시기의 만계리 역암이 우백질 복운모 혹은 우백질 흑운모 화강암을 부정합으로 피복하고 있으며 중생대 백악기의 화산암류와 반상 화강암이 이들 암석들을 관입하였다(Fig.
  • 광물의 화학조성을 알아보기 위하여 TYPE-I과 TYPE-II 구상 화강편마암을 대상으로 EPMA을 실시 하였다. 전자현미분석은 한국기초과학지원연구원 전주센터에 설치되어 있는 일본 SHIMADZU사의 EPMA1600을 사용하였다. 분석 조건으로 가압전압은 15 kv, 빔(beam) 직경은 3 µm, 빔 전류는 20 nA이다.

이론/모형

  • 분석 조건으로 가압전압은 15 kv, 빔(beam) 직경은 3 µm, 빔 전류는 20 nA이다. 기질효과 보정은 ZAF 방법을 사용하였다. 각 원소에 사용된 천연 혹은 합성 표준 시료는 Kynite(Si, Al), Orthoclase(K), Wollastonite(Ca), Pyrite(Fe), Albite(Na, Si, Al), MgO(Mg), TiO2(Ti), Rhodonite(Mn) 을 사용하였다.
  • 분석을 위한 후방산란영상(BSE: back scattered electron)과 음극발광영상(CL: cathodoluminescence image)는 한국 기초과학 지원 연구원 오창 캠퍼스 SHRIMP센터에서 얻었다. 연대측정 계산은 Isoplot/Ex와 Squid 프로그램(Ludwig, 2008, 2009)를 사용하여 처리했다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
화강편마암이 산출되는 곳은? 소백산육괴의 중앙부에 해당하는 전라북도 무주군 왕정리 일대의 우백질 복운모 화강암내에 구상구조를 가지는 화강편마암이 산출하고 있다(Fig. 1).
구상구조란 무엇인가? 1). 구상구조란 구성 광물들이 동심원상 또는 방사상으로 배열된 구조를 보이는 것으로, 구상 구조를 가지는 암석은 국내외에서 매우 드물게 산출되며 미관상 아름다워 많은 관심의 대상이 되어왔으며 보존가치가 높다. 국내에서는 구상 구조를 갖는 암석으로 연구 지역인 무주군 왕정리의 구상 화강편마암을 비롯하여 경상북도 상주군 운평리의 구상화강암(천연 기념물 제 69호, Kim and Park, 1992; Lee et al.
구상 화강편마암 주변에 있는 우백질 복운모 화강암의 특징은? 일부 지역에서 후기에 생성된 것으로 추정되는 페그마타이트 형태의 함전기석 화강암이 관찰되기도 한다. 우백질 복운모 화강암은 주로 석영, 사장석, 정장석, 미사장석으로 이루어져있으며 백운모와 흑운모를 포함하고 있다. 우백질 흑운모 화강암내 광물군은 백운모를 제외하고는 우백질 복운모 화강암의 광물군과 동일하다.
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