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문제 정의
- 우리는 계명산층내 변성화산암의 생성시기 규명을 위한 연대측정 연구중 계명산층 암석에서 분리한 저어콘 여러 입자들 중에서 변성작용시기에 성장한 연변부를 갖는 저어콘을 찾았으며, 이로부터 정밀한 고분해능 이온프로브(Sensitive High Resolution Ion Micro Probe, SHRIMP)를 이용하여 U-Pb 연대를 측정할 수 있었다. 이 논문에서는 이렇게 측정된 저어콘들의 변성 U-Pb 연대결과를 보고하고, 그 의미에 대하여 논의한다.
제안 방법
- 직경 1인치의 원통형 에폭시 마운트에 심은 저어콘을 두께의 약 절반이 드러날 때까지 갈아낸 뒤에 광택이 날 정도로 평탄하게 연마하였다. 금으로 코팅한 마운트로부터 한국기초과학지원연구원의 주사전자 현미경(JEOL JSM-6610LV 모델)을 이용하여 획득한 후방산란전자(backscattered electron, BSE) 및 음극선 발광(cathodoluminescence, CL) 영상을 검토하여 덧성장 구역을 파악한 뒤에 연대측정을 수행할 분석점의 위치를 선정하였다(Fig. 2). 연대측정은 한국기초 과학지원연구원에 설치되어 있는 SHRIMP-IIe 기종을 이용하였다.
- 1 이하의 낮은 Th/U 비율을 갖는 것으로 확인되었기 때문에 광역변성작용시에 덧성장한 것으로 해석하였다. 대부분의 덧성장 누대의 폭이 매우 좁아 SHRIMP를 이용한 U-Pb 연대측정이 곤란하지만 일부 저어콘 입자들에서 충분히 넓은 폭으로 발달한 덧성장 조직을 발견하였으며 이 구역들에 대한 SHRIMP U-Pb 연대측정을 수행하였다. 그 결과로 구한 259.
- U-Pb 연대측정을 위한 저어콘의 분리와 SHRIMP U-Pb 분석법은 통상적인 방법을 사용하였다. 암석을 파쇄한 뒤 비이커와 물을 이용하여 중광물 부분을 모은 뒤에 실체현미경을 이용하여 저어콘 만을 골라내었다. 직경 1인치의 원통형 에폭시 마운트에 심은 저어콘을 두께의 약 절반이 드러날 때까지 갈아낸 뒤에 광택이 날 정도로 평탄하게 연마하였다.
- 우리는 계명산층내 변성화산암의 생성시기 규명을 위한 연대측정 연구중 계명산층 암석에서 분리한 저어콘 여러 입자들 중에서 변성작용시기에 성장한 연변부를 갖는 저어콘을 찾았으며, 이로부터 정밀한 고분해능 이온프로브(Sensitive High Resolution Ion Micro Probe, SHRIMP)를 이용하여 U-Pb 연대를 측정할 수 있었다. 이 논문에서는 이렇게 측정된 저어콘들의 변성 U-Pb 연대결과를 보고하고, 그 의미에 대하여 논의한다.
- 단일 암석표품으로부터 분리한 저어콘들 중에서는 충분히 넓은 덧성장부를 가진 입자의 수가 GMS 2-10 표품에서 3개로 가장 많았고, GMS 2-5와 GMS 2-9에서 각각 2개씩, 그리고 GMS 2-7에서 1개 입자이다. 이들이 모두 동일한 노두의 암석이고, 일치곡선상 동일한 위치에 놓이기 때문에 이들을 모두 합하여 연대를 계산하였다. 이렇게 계산된 일치곡선 연령이 259.
- 그러나 이들 중 대부분은 그 폭이 10 µm 이하로 매우 좁아 통상적으로 연대측정시 이용되는 SHRIMP 이온빔의 직경인 25~30 µm에 비해 매우 작기 때문에 정확한 연대측정이 곤란하였다. 하지만 이러한 덧성장(overgrowth) 조직의 폭이 연대측정이 가능한 정도로 충분해 보이는 여러 개의 저어콘 입자들을 발견하였으며 이에 대한 SHRIMP U-Pb 분석을 수행하였다. 비교적 좁은 덧성장 누대를 갖는 입자들이 많으며, 분석시 비교적 저해상도의 CL을 바탕으로 분석점을 선정하였기 때문에 덧성장부가 아닌 원래의 마그마에서 성장한 저어콘 구역 일부가 분석에 포함된 경우도 발생하였다.
대상 데이터
- 2). 연대측정은 한국기초 과학지원연구원에 설치되어 있는 SHRIMP-IIe 기종을 이용하였다. 이 기기를 이용한 일반적인 연대측정법은 Ireland and Williams(2003) 및 Williams et al.
이론/모형
- Errors are 1-sigma. Common lead correction was applied using 207Pb-method. Apparent ages were calculated based on 206Pb/238U ratios.
- U-Pb 연대측정을 위한 저어콘의 분리와 SHRIMP U-Pb 분석법은 통상적인 방법을 사용하였다. 암석을 파쇄한 뒤 비이커와 물을 이용하여 중광물 부분을 모은 뒤에 실체현미경을 이용하여 저어콘 만을 골라내었다.
- 분석점들에 대한 U-Pb 동위원소 분석결과는 Table 1에 1σ의 분석오차로 보고하였으며, 본문에서 이 연구의 결과로 보고 및 논의한 연대들은 모두 2σ의 오차범위를 사용하였다. 연령의 계산은 Isoplot/Ex와 Squid(Ludwig, 2008, 2009) 프로그램을 이용하였다.
성능/효과
- 3). SHRIMP 분석 이후에 고해상도의 CL 영상을 취득하여 확인한결과 연대계산에 이용된 분석점들은 모두 덧성장 구역의 안에 놓임이 확인되었다. 단일 암석표품으로부터 분리한 저어콘들 중에서는 충분히 넓은 덧성장부를 가진 입자의 수가 GMS 2-10 표품에서 3개로 가장 많았고, GMS 2-5와 GMS 2-9에서 각각 2개씩, 그리고 GMS 2-7에서 1개 입자이다.
- (2007)의 결과와 오차범위 내에서 합치한다. 따라서 이 연구에서 구한 연령은 기존의 연령측정 결과보다 크게 향상된 정밀도를 갖는, 적어도 옥천변성대 북동부 지역의 광역적 변성시기를 나타내는 연령으로 해석된다.
- 분석자료 중에서 분석점들의 Th/U 비율이 0.1이하인 분석자료만을 취합하여 그 분석결과를 일치곡선(Concordia) 도형에 도시해보면 일치곡선(concordia curve)에 잘 놓임을 알 수 있다(Fig. 3). SHRIMP 분석 이후에 고해상도의 CL 영상을 취득하여 확인한결과 연대계산에 이용된 분석점들은 모두 덧성장 구역의 안에 놓임이 확인되었다.
- 분석자료 중에서 오차가 큰 GMS 2-9_18.1 값을 제외하면 259.3±1.2 Ma로 오차가 크게 개선되지만 분석점의 수가 7개로 줄어들며, 오차의 개선이 큰 의미는 없는 것으로 판단한다.
- (2005, 2006, 2007)은 옥천변성대의 여러 지역으로부터 식물화석을 발견하였으며, 이를 근거로 B층은 중기 석탄기, C층은 후기 석탄기, 비봉층은 페름기로 구분하였고, 비봉층의 직상위에 놓이는 E층의 지질시대는 비봉층과 같거나 약간 젊은 페름기초 이후로 해석하였다. 이러한 결과와 페름기 후기로 결정된 계명산층에서 구한 옥천변성대의 변성시기를 종합해보면 옥천변성대의 퇴적은 페름기가 끝나기 전에 훨씬 전에 종료되었으며, 페름기 말에는 상당한 변성작용을 받았던 것으로 해석된다.
- , 2007). 이러한 연구결과들을 종합해보면 다소 분산되기는 하지만 옥천변성대북동부의 덕평 지역에서는 대략 280~290 Ma의 연령에 광역변성작용이 일어났던 것으로 나타난다. 하지만 이 연령측정의 오차범위가 비교적 크기 때문에 당시의 지구조환경의 변화를 구체적으로 논의하기에는 보다 정밀도가 높은 연대측정 자료가 필요하다.
- 이러한 분석결과 들은 시기가 다른 저어콘의 혼합으로 원래의 생성시기와 변성시기 사이의 중간연령을 나타내게 되기 때문에 고려대상에서 제외하였다. 확실하게 넓은 폭을 갖는 덧성장 조직으로부터 분석된 결과들을 보면 진동누대조직을 보이는 부분과는 달리 확연히 낮은 Th/ U 비율을 갖는 것을 확인할 수 있었으며(Table 1), 이는 변성작용시에 덧성장이 일어났음을 나타낸다.
후속연구
- 이러한 차이는 충돌과 변성작용이 동쪽으로부터 일어난 점차 서쪽으로 옮겨갔기 때문인 것으로 해석할 수도 있다. 그러나 각 지역이 서로 연관성이 없는 별개의 변성작용 사건들을 기록하고 있을 가능성도 전적으로 배제할 수는 없으며, 추가적인 연구에 의해 규명되어야 할 필요가 있다.
- 그러나 덕평-미원 지역에서 보고된 변성작용이 정말로 동시기의 변성작용을 나타내는지 여부는 확실하지 않다. 이 문제를 해결하기 위해서는 덕평-미원지역으로부터도 더 정밀한 오차범위를 갖는 연대측정 결과가 구해져야 할 것이며, 또한 두 지역의 광역 변성작용 성격을 비교할 수 있는 보다 상세한 연구가 필요하다고 생각한다.
- 이 연구에서 계명산층의 변성화산암으로부터 구한 259.7±3.3 Ma의 변성시기를 덕평-미원지역의 변성퇴적암에서 보고된 변성연령과 비교해 볼 필요가 있다.
- , 2011). 이러한 결과는 이 지역의 옥천변성대 구성층들 사이의 관계를 규명하는 연구가 추가적으로 수행되어야 할 필요성을 말해준다.
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