본 연구에서는 한반도 중부지역 주요단층 중의 하나로 선캠브리아기의 흑운모 화강편마암을 절단하는 인제단층의 단층점토에 대한 IAA법 적용 및 해석을 통해 단층 재활동 절대연대를 결정하였다. 인제단층 홍천지점에서 채취된 4개 단층시료에 대한 K-Ar 연대측정 및 IAA 해석 결과, 3회($87.0{\pm}0.12Ma$, $65.5{\pm}0.05$ 및 $66.6{\pm}1.38Ma$, $45.6{\pm}0.15Ma$)의 뚜렷한 천부 단층 재활동연대가 확인되었다. 동일한 방법으로 결정된 193~196 Ma 및 $254.3{\pm}6.96Ma$의 $2M_1$일라이트 연대는 상대적으로 심부의 단층활동과 연관된 것으로 보인다. 본 연구결과들은 $254.3{\pm}6.96Ma$ 시기에 인제단층이 처음 생성되었을 가능성이 있으며, 약 87 Ma 이 후로는 천부 지각에서의 단층활동이 일어났었음을 제시한다. 약 87 Ma 이 후의 천부 지각 단층활동은 동 시기를 전후로 해서 한반도에 영향을 불국사 조산운동에 기인하는 것으로 생각된다.
본 연구에서는 한반도 중부지역 주요단층 중의 하나로 선캠브리아기의 흑운모 화강편마암을 절단하는 인제단층의 단층점토에 대한 IAA법 적용 및 해석을 통해 단층 재활동 절대연대를 결정하였다. 인제단층 홍천지점에서 채취된 4개 단층시료에 대한 K-Ar 연대측정 및 IAA 해석 결과, 3회($87.0{\pm}0.12Ma$, $65.5{\pm}0.05$ 및 $66.6{\pm}1.38Ma$, $45.6{\pm}0.15Ma$)의 뚜렷한 천부 단층 재활동연대가 확인되었다. 동일한 방법으로 결정된 193~196 Ma 및 $254.3{\pm}6.96Ma$의 $2M_1$ 일라이트 연대는 상대적으로 심부의 단층활동과 연관된 것으로 보인다. 본 연구결과들은 $254.3{\pm}6.96Ma$ 시기에 인제단층이 처음 생성되었을 가능성이 있으며, 약 87 Ma 이 후로는 천부 지각에서의 단층활동이 일어났었음을 제시한다. 약 87 Ma 이 후의 천부 지각 단층활동은 동 시기를 전후로 해서 한반도에 영향을 불국사 조산운동에 기인하는 것으로 생각된다.
Recently developed illite-age-analysis(IAA) approach was applied to determine the fault-reactivated events for the Inje fault that cut through Precambrian biotite granitic gneiss with NNE-SSW trend in the middle of Korean peninsula. Three distinct fault-reactivated events of shallow crustal regime w...
Recently developed illite-age-analysis(IAA) approach was applied to determine the fault-reactivated events for the Inje fault that cut through Precambrian biotite granitic gneiss with NNE-SSW trend in the middle of Korean peninsula. Three distinct fault-reactivated events of shallow crustal regime were recognized using the combined approach of optimized illite-polytype quantification and K-Ar age-dating of clay fractions separated from 4 fault clay samples: $87.0{\pm}0.12Ma$, $65.5{\pm}0.05$ and $66.6{\pm}1.38Ma$, $45.6{\pm}0.15Ma$, respectively. As well, $2M_1$ illite ages of 193~196 Ma and $254.3{\pm}6.96Ma$ were discernible, which may be related to the fault-activated time in the relatively deep crust. The study results suggest that the Inje fault would be firstly formed at $254.3^{\circ}$${\ae}6.96Ma$ and sporadically reactivated in shallow regime since about 87 Ma. These reactivation events in shallow regime might be due to the Bulguksa orogeny that would be strongly influenced in Korean peninsula at that time.
Recently developed illite-age-analysis(IAA) approach was applied to determine the fault-reactivated events for the Inje fault that cut through Precambrian biotite granitic gneiss with NNE-SSW trend in the middle of Korean peninsula. Three distinct fault-reactivated events of shallow crustal regime were recognized using the combined approach of optimized illite-polytype quantification and K-Ar age-dating of clay fractions separated from 4 fault clay samples: $87.0{\pm}0.12Ma$, $65.5{\pm}0.05$ and $66.6{\pm}1.38Ma$, $45.6{\pm}0.15Ma$, respectively. As well, $2M_1$ illite ages of 193~196 Ma and $254.3{\pm}6.96Ma$ were discernible, which may be related to the fault-activated time in the relatively deep crust. The study results suggest that the Inje fault would be firstly formed at $254.3^{\circ}$${\ae}6.96Ma$ and sporadically reactivated in shallow regime since about 87 Ma. These reactivation events in shallow regime might be due to the Bulguksa orogeny that would be strongly influenced in Korean peninsula at that time.
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문제 정의
본 연구에서는 연속 진행되고 있는 한반도 주요단층대에 대한 단층활동 절대연대 결정연구의 일환으로, 추가령단층대와 연계성이 높은 인제단층을 대상으로 이전 연구에서 적용되었던 단층점토에 대한 입도별 일라이트 폴리타입 정량분석과 K-Ar 연대측정 결과의 IAA법을 동일하게 적용하여 중생대 이후 단층활동 절대연대를 결정하고, 추가령단층대에서 결정된 단층활동연대와의 연계성과 지구조적 의미를 논의하고자 한다.
4)는 인제단층이 백악기 이후에 최소 3회의 시기를 달리하는 단층 재활동운동이 있었음을 지시한다. 즉, 인제단층의 백악기 이후 활동시기에 대한 직접적인 연대가 본 연구를 통해서 최초로 제시되었다. 특히 약 87 Ma의 단층활동 연대는 인접한 추가령단층대의 대광리단층 모암인 동막골 응회암이 열수변질을 받아 공극에 충진된 1M 일라이트 연대(87.
제안 방법
<0.1 µm 입도구간 원심분리 혼탁액에 대해서는 NaCl 포화용액을 가하여 약 1일 동안응집 침강시켜 부피를 최소화 한 후 투석법(Dialysis)을 이용하여 NaCl 이온을 제거하였다.
<0.1 µm 입도분리를 통해 이 구간 입도가 거의 제거되었다고 판단된 경우, 0.1 µm~0.4 µm 및 0.4 µm~1.0 µm 입도구간 분리를 동일한 원심분리방법과 투석법을 적용하여 실시하였다.
PbThU 동위원소 분석은 SHRIMP II ion microprobe를 이용하여 이루어졌다.
X-선 회절분석은 Motarget으로 2°~50° 2θ, 0.01° 단계조사(Step scanning)조건에서 이루어졌으며, 측정된 X-선 분석자료는 CMPR프로그램이 지원하는 선형 내사법을 통해 Cu-target, 0.02° 단계검출 조건의 피크강도 값으로 변환되었다.
5)에 도시하였으며, 각 분석지점의 상세 결과를 Table 2에 제시하였다. 모든 저어콘의 CL 사진은 결정성장에 따른 뚜렷한 누대 구조를 보이고 있으며, 모든 분석지점은 저어콘 입자의 가장자리 부분을 선택하여 실시하였다. 도시 결과 21개 분석지점 중 11개가 약 1600~1700 Ma, 그리고 8개가 1800~2100 Ma 연대에 도시되고 있다(Fig.
1859) 및 SL13(Sri Lankan gem zircon, U=238 ppm)과 함께 epoxy 수지로 굳힌 후 연마편 시료로 준비하였다. 분석 전, 각 저어콘 입자에 대해서는 Cathodoluminescence(CL)가 장착된 주사전자현미경(SEM, JEOL model-6610LV)을 이용, 관찰 후 사진 촬영하여 누대구조(Zoning) 등의 내부구조를 고려한 분석지점을 결정하였다. PbThU 동위원소 분석은 SHRIMP II ion microprobe를 이용하여 이루어졌다.
비교 정량하는 방법은 각 step당 이론값과 실측값의 상대적 일치 정도((Σ|이론값−측정값|/이론값)/n×100, R%), 즉 백분율 차이의 평균이 최소값이 될 때까지 뉴턴법을 이용하여 R% 값이 최대 10% 이내로 최소화함으로써 그 신뢰도를 정량적으로 제시하였다(Chung et al., 2013).
약 40g을 NaHCO3(pH 10) 용액에 넣어 혼탁액을 1~2일 동안 교반한 후 원심분리방법을 이용하여 <0.1 µm, 0.1 µm~0.4 µm, 0.4 µm~1.0 µm의 3개 구간에 대하여 입도분리하였다.
)을 이용하였다. 이 방법은 층형의 결정구조를 갖는 점토광물을 대상으로 하는 X-선 회절분석시에 발생하여 부정방위(Random orientation)의 (hkl) 회절결과를 얻는데 어려움을 야기하는 정방위(Preferred orientation) 상태를 최소화 시킬 수 있어, 일라이트 폴리타입 정량분석법 적용에 최적의 X-선 분석자료를 제공한다. 또한 붕소 미세관과 2D-image plate를 이용하기 때문에 극소량의 시료만으로 회절패턴을 얻을 수 있어 입도분리 시 극소량인 <0.
일라이트 폴리타입 정량분석 결과와 K-Ar 연대측정 결과를 40Ar/K과 일차함수 관계인 eλt-1에 대한 일라이트 내 2M1 폴리타입 상대함량의 정량분석 결과를 도시하여 혼합연대 해석(Illite-Age-Analysis, IAA)을 시도하였다(Fig. 4).
일라이트 폴리타입 정량분석 과정은 Cu-target, 0.02° 단계검출 조건의 분석값을 이용하여 일라이트 폴리타입 관련 (hkl) 피크들이 관찰되는 15°에서 40°사이의 2θ 각도구간을 대상으로 이루어졌다.
입도분리시료의 K-Ar 연대측정은 오카야마 이과대학(Okayama University of Science)의 K-Ar 질량분석연구실에서 Total K 함량과 방사성(Radiogenic) 40Ar 함량을 측정함으로써 이루어졌다. Total K 함량은 원자흡광분석기(Atomic absorption spectroscopy)를 이용하여 2회 반복 측정을 통해 ±2% 이내의 오차값을 갖도록 분석하였으며, 방사성 40Ar은 이방성 희석방법(Anisotopic dilution method)을 적용, 질량분석기를 이용하여 분석하였다.
투석횟수는 약 5~7회이며, 매 투석마다 시료 부피의 10배 이상의 증류수를 이용하였다. 투석의 완료는 질산은 수용액을 이용하여 염화은 불용성염 생성 여부를 통해 결정하였다. <0.
대상 데이터
2). 단층의 모암인 흑운모화강편마암의 정확한 연대결정을 위해 동일지점에서 화강편마암 시료를 채취하였다.
, 2001). 대상 노두에서 관찰된 4개의 단층으로부터 단층점토시료를 채취하였다(Fig. 2). 단층의 모암인 흑운모화강편마암의 정확한 연대결정을 위해 동일지점에서 화강편마암 시료를 채취하였다.
본 연구의 대상 단층인 인제단층은 강원도 고성에서 인제와 홍천을 지나 용인까지 이어지면서 경기육괴 내부를 자르는 단층으로, 남북방향에 가까운 추가령단층대 보다는 다소 북북동-남남서 방향의 단층주향을 갖는 대규모의 단층이다(Fig. 1). 인제단층은 추가령을 중심으로 발달된 일련의 단층군인 추가령단층대의 남동부에 위치하며, 단층과 관련된 선상구조를 추적하면, 강원도 고성군 가진리에서부터 인제군 북면 및 남면, 홍천군 양평군, 경기도 광주시, 용인시 처인구까지 이르는 단층이며, 용인시 고림동 부근에서 남북방향의 추가령단층대에 의해 잘리거나 합류하게 된다(Kim, et al.
본 연구의 대상지역인 홍천군 홍천읍 하오안리(N37°39' 54'', E127°51'70'')에서는 경기육괴의 흑운모화강편마암을 절단하며 나타난다.
분리된 저어콘 입자들은 UPb calibration과 U 표준시료로 쓰이는 FC1(Duluth gabbro, 206Pb/238U=0.1859) 및 SL13(Sri Lankan gem zircon, U=238 ppm)과 함께 epoxy 수지로 굳힌 후 연마편 시료로 준비하였다.
7093 Å)이다. 분석에는 0.6 mm내경에 0.8 mm의 외경을 갖는 붕소(Boron) 미세관(Capillary, Charles-supper Co.)을 이용하였다. 이 방법은 층형의 결정구조를 갖는 점토광물을 대상으로 하는 X-선 회절분석시에 발생하여 부정방위(Random orientation)의 (hkl) 회절결과를 얻는데 어려움을 야기하는 정방위(Preferred orientation) 상태를 최소화 시킬 수 있어, 일라이트 폴리타입 정량분석법 적용에 최적의 X-선 분석자료를 제공한다.
데이터처리
4). 도시 결과, 모든 시료에서 뚜렷한 일차함수 관계를 보이며, 따라서 일차회귀분석을 통해 얻은 일차함수식을 이용하여 2M1 일라이트 함량이 0% 및 100% 절편 값으로 부터 순수 1M/1Md 및 2M1 일라이트 연대를 결정하였다(Fig. 4)(Pevear, 1992,1999; Grathoff and Moore, 1996; van der Pluijm et al., 2001).
이론/모형
연대 및 오차 값은 Itaya et al.(1991)의 방법을 따라 계산되었다.
(2009)의 방법을 따라 실시하였으며, Concordia diagrams (with 1σ error ellipses)과 Concordia ages (95% confidence level)는 Isoplot 3.00a software (Ludwig, 2003)를 이용하여 계산하였다.
2008)을 개선하여 정확도를 높인 Chung et al.(2013)이 제시한 Full-patternfitting(FPF)법을 사용하였다. FPF법은 부정방시료의 XRD자료를 이용하여 Cu-target 대상 22°에서 33°2θ 간격의 피크를 대상으로 WILDFIREC 시뮬레이션(Reynolds, 1994)을 통해 결정한 2M1, 1M 및 1Md 폴리타입 X-선 회절패턴의 혼합비(상대적 함량) 및 scale factor를 변수로 하여 실측된 X-선 회절패턴과의 최적 일치 값을 찾는 방법으로 실행되었다.
3. Random-oriented micro-focused XRD results for all size fractions of 4 fault clay samples and illite-polytypequantification results using full-pattern-fitting method for each size fraction. (a), (b), and (c) are HC-1-2, (d), (e), and (f) areHC-3-1, (g), (h), and (i) are HC-5-2, and (j), (k), and (l) are HC-7-2.
Total K 함량은 원자흡광분석기(Atomic absorption spectroscopy)를 이용하여 2회 반복 측정을 통해 ±2% 이내의 오차값을 갖도록 분석하였으며, 방사성 40Ar은 이방성 희석방법(Anisotopic dilution method)을 적용, 질량분석기를 이용하여 분석하였다.
단층의 모암인 흑운모 화강편마암에 대한 연대는 한국기초과학지원연구원 오창센터에서 모암에서 분리된 저어콘을 대상으로 Sensitive high resolution ion microprobe(SHRIMP) 장비를 이용한 U-Pb 연대측정법으로 결정하였다. 저어콘 입자는 암석시료 파쇄 후 중액법을 이용하여 분리되었다.
입도분리 시료에 대한 X-선 회절분석(X-ray diffractometry)은 RIGACU사의 Micro-focused Multi-purpose X-ray Diffractometer System (VariMax-007HF M, Mo-target, iImaging plate detector)을 이용하였다. 이 X-선 회절분석기는 Image plate상 나타나는 Debye cone 을 이용한 2D-image processing을 지원하고, X-선의 타깃 금속은 Mo-Kα(λ=0.
단층의 모암인 흑운모 화강편마암에 대한 연대는 한국기초과학지원연구원 오창센터에서 모암에서 분리된 저어콘을 대상으로 Sensitive high resolution ion microprobe(SHRIMP) 장비를 이용한 U-Pb 연대측정법으로 결정하였다. 저어콘 입자는 암석시료 파쇄 후 중액법을 이용하여 분리되었다. 분리된 저어콘 입자들은 UPb calibration과 U 표준시료로 쓰이는 FC1(Duluth gabbro, 206Pb/238U=0.
성능/효과
FPF법을 이용한 일라이트 폴리타입 상대함량의 정량분석 결과를 Figure 3에 제시하였으며, Table 1에 요약하였다. 2M1 일라이트 함량이 HC-1-2 시료에서 6.0~21.0%, HC-3-1 시료에서 2.0~23.6%, HC-5-2 시료에서 14.0~36.0%, HC-7-2 시료에서 7.0~19%로 각각 나타났으며, 4개 시료 모두에서 입도증가에 따라 2M1 일라이트 함량이 증가한다. FPF법 정량분석결과에 대한 오차를 나타내는 R(%) 값은 2.
4개 대상시료의 IAA 혼합연대 해석결과, 3개의 1M/1Md 일라이트 연대와 2개의 2M1 일라이트 연대가 결정되었다. HC-1-2 시료는 87.
0~19%로 각각 나타났으며, 4개 시료 모두에서 입도증가에 따라 2M1 일라이트 함량이 증가한다. FPF법 정량분석결과에 대한 오차를 나타내는 R(%) 값은 2.65~6.23%로 정량분석결과가 매우 우수함을 지시한다.
,2010; Cheong and Kim, 2012, 등) 불국사조산운동의 천부의 화성활동(Lee, 1987)이 87 Ma를 전후로 본격적으로 시작된 것으로 생각된다. 또한 본 연구에서 결정된 백악기말부터 제3기초에 이르는 3회의 단층활동연대, 그리고 제4기 동안 우수향의 주향이동운동을 겪었을 것이라는 최근 연구결과(KIGAM, 2012)를 볼 때, 단층활동이 제3기 이후 최근까지 이어져 왔을 것으로 판단된다. 인제단층에서 관찰된 단층활동이 약 21 Ma의 시간 차이를 보이며 나타나는 것은 큰 규모의 단층 활동이 주기성을 가질 가능성을 제시해 주며, 동일 단층의 다른 지점에 대한 추가적인 연대측정이 이루어질 경우 주기성 여부가 보다 명확해 질 것으로 생각된다.
0 µm의 3개 구간에 대하여 입도분리하였다. 모든 입도분리과정에 NaHCO3 용액을 사용하여 미세입자들의 이온결합을 약화시켜 뭉침을 방지함과 동시에 일라이트 내 교환 가능한 K를 제거함으로써 K-Ar 연대측정값의 오차요인을 최소화하였다. <0.
5° 2θ 값)과 뚜렷이 구분될 수 있다(Grathoff and Moore,1996). 인제단층 대상시료 모두에서 입도가 증가함에 따라 2M1 일라이트 피크가 뚜렷하게 강해지는 경향을 보이며, 전형적인 1M 일라이트 피크는 뚜렷하지 않으며, 1Md 일라이트에 의한 피크 Broadening은 세립질 입도에서 뚜렷해진다. 모든 시료의 입도에도 소량의 녹니석이 함유되어 나타나는데, 녹니석 구조는 K 등 연대측정에 영향을 줄 수 있는 원소를 갖고 있지 않기 때문에 오차요인이 되지 않는다.
인제단층의 홍천지점 단층점토에 대한 일라이트 혼합연대 해석(IAA)에서 모든 시료가 K-Ar 연대 값과 2M1 폴리타입 상대함량 사이에 매우 뚜렷한 양(+)의 일차함수관계(r2=0.99)를 보이는데(Fig. 4), 이는 단층점토 중 K-함유광물인 1M/1Md 및 2M1 일라이트 폴리타입의 상대 함량이 K-Ar 연대측정 값에 영향을 주는 주요요소임을 지시하며, 따라서 1M/1Md 및 2M1 폴리타입 상대비에 기초하는 IAA 해석결과의 신뢰도가 매우 높음을 지시해 준다. 또한 일라이트 폴리타입 중 1M/1Md 일라이트가 2M1 일라이트 생성 후 상대적으로 낮은 온도(<180°C)에서 생성되었고, 이후에 물리적 운동에 의해 두 폴리타입이 혼합되었음을 의미한다(Vrolijk and van der Pluijm, 1999; Grathoff etal.
단층점토 입도분리 시료에 대한 K-Ar 연대측정 결과 또한 Table 1에 함께 제시하였다. 입도별 혼합연대 결과는 모든 시료에서 뚜렷한 양(+)의 일차함수관계(r2=0.99)를 보이며 입도 증가에 따라 연대 값이 증가한다. 일라이트 폴리타입 정량분석 결과와 K-Ar 연대측정 결과를 40Ar/K과 일차함수 관계인 eλt-1에 대한 일라이트 내 2M1 폴리타입 상대함량의 정량분석 결과를 도시하여 혼합연대 해석(Illite-Age-Analysis, IAA)을 시도하였다(Fig.
후속연구
이는 단층점토의 일라이트 폴리타입의 광물학적 정량분석과 K-Ar 연대측정을 통한 단층활동 직접연대 성공적으로 결정할 수 있음을 명확히 제시한다. 따라서 한반도 주요 지구조선에 대해 동일 방법 적용을 통한 다수의 단층활동연대를 지속적으로 결정한다면, 고기 단층활동의 주기성 여부를 확인할 수 있을 것이며, 중생대 이후 지구조활동의 정밀한 Time-scheme을 확립할 수 있을 것이다. 이러한 자료는 한반도 지구조진화연구에 대한 보다 구체적인 연대정보 및 현시점의 지진재해에 예방을 위한 기초정보로 활용될 수 있을 것이다.
따라서 한반도 주요 지구조선에 대해 동일 방법 적용을 통한 다수의 단층활동연대를 지속적으로 결정한다면, 고기 단층활동의 주기성 여부를 확인할 수 있을 것이며, 중생대 이후 지구조활동의 정밀한 Time-scheme을 확립할 수 있을 것이다. 이러한 자료는 한반도 지구조진화연구에 대한 보다 구체적인 연대정보 및 현시점의 지진재해에 예방을 위한 기초정보로 활용될 수 있을 것이다.
, 2012). 이러한 주요 구조선에 대한 생성 및 재활동 절대연대를 결정할 수 있다면 한반도의 지구조진화의 보다 정확한 Time-scheme(연대체계)을 정립하는 핵심자료가 될 수 있을 것이다. 최근까지의 주요단층대의 활동연대는 주로 연계된 화성암에 대한 절대연대측정 결과(Cheong and Kim, 2012 등)를 기초로 유추되어 왔을 뿐이며, 따라서 정확한 단층활동연대를 결정하기 어려웠다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주요 구조선에 대한 생성 및 재활동 절대연대를 결정하여 기대할 수 있는 효과는 무엇인가?
, 2012). 이러한 주요 구조선에 대한 생성 및 재활동 절대연대를 결정할 수 있다면 한반도의 지구조진화의 보다 정확한 Time-scheme(연대체계)을 정립하는 핵심자료가 될 수 있을 것이다. 최근까지의 주요단층대의 활동연대는 주로 연계된 화성암에 대한 절대연대측정 결과(Cheong and Kim, 2012 등)를 기초로 유추되어 왔을 뿐이며,따라서 정확한 단층활동연대를 결정하기 어려웠다.
국내에 생성된 관입암 및 화산암들의 생성 배경은 어떠한가?
한반도에는 중생대 이 후 대보조산운동 및 불국사 조산운동이 이어지면서 지속적인 마그마의 관입 및 분출이 이루어져 쥐라기부터 신생대 제3기 초까지 다양한 시기의 관입암 및 화산암이 생성되었다. 이 시기의 조산운동과 수반되어 다양한 지각변형작용이 발생하면서 한반도의 주요 구조선들이 형성되었다.
한반도의 주요 구조선들은 무엇이 있는가?
이 시기의 조산운동과 수반되어 다양한 지각변형작용이 발생하면서 한반도의 주요 구조선들이 형성되었다. 여기에는 트라이아스기 말부터 신생대 제4기까지 지속적인 단층활동이 있었던 것으로 알려진, 남북방향에 근접한 주향 방향으로 수도권을 관통하는 추가령단층대(대광리단층,왕숙천단층, 신갈단층 등, Choi et al., 2012)가 대표적이며, 이 보다는 북북동-남남서 방향에 가깝게 약간 기울어진 인제단층과 금왕단층도 유사 시기의 지각변형작용의 산물로 알려져 있다(Choi et al., 2012).
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