신원생대 백령층군 사암의 쇄설성 저어콘 LA-MC-ICPMS U-Pb 연령: 중원생대 집중연령의 의미 LA-MC-ICPMS U-Pb Ages of the Detrital Zircons from the Baengnyeong Group: Implications of the Dominance of the Mesoproterozoic Zircons원문보기
백령층군의 사암에서 분리한 쇄설성 저어콘에 대해 LA-MC-ICPMS를 이용하여 U-Pb 연령을 측정하였다. 저어콘 연령은 주로 중원생대와 고원생대말의 기간인 약 1100-1800 Ma의 범위에 집중된다. 그러나 하부고생대 조선누층군이나 상부고생대 평안누층군의 쇄설성 저어콘들에서 흔히 나타나는 1800-2000 Ma 또는 약 2500 Ma의 고원생대 연령은 거의 나타나지 않는 특징을 보인다. 이러한 특징은 북한의 신원생대 상원계 퇴적암과 동일하며, 백령층군이 상원계의 남서쪽 연장부에 해당함을 시사한다. 군산 인근에 분포하는 임피층이 백령층군과 아주 비슷한 쇄설성 저어콘의 연령분포를 보이는 것은 임피층 역시 상원계에 대비될 가능성을 시사한다. 따라서 옥천변성대의 황강리층, 태백산 분지의 묘봉층, 삼방산층, 세송층 등 여러 퇴적층에서 보고된 중원생대 연령의 쇄설성 저어콘들은 중원생대의 저어콘을 갖는 한반도 내의 암석으로부터 유래하였을 가능성이 있다.
백령층군의 사암에서 분리한 쇄설성 저어콘에 대해 LA-MC-ICPMS를 이용하여 U-Pb 연령을 측정하였다. 저어콘 연령은 주로 중원생대와 고원생대말의 기간인 약 1100-1800 Ma의 범위에 집중된다. 그러나 하부고생대 조선누층군이나 상부고생대 평안누층군의 쇄설성 저어콘들에서 흔히 나타나는 1800-2000 Ma 또는 약 2500 Ma의 고원생대 연령은 거의 나타나지 않는 특징을 보인다. 이러한 특징은 북한의 신원생대 상원계 퇴적암과 동일하며, 백령층군이 상원계의 남서쪽 연장부에 해당함을 시사한다. 군산 인근에 분포하는 임피층이 백령층군과 아주 비슷한 쇄설성 저어콘의 연령분포를 보이는 것은 임피층 역시 상원계에 대비될 가능성을 시사한다. 따라서 옥천변성대의 황강리층, 태백산 분지의 묘봉층, 삼방산층, 세송층 등 여러 퇴적층에서 보고된 중원생대 연령의 쇄설성 저어콘들은 중원생대의 저어콘을 갖는 한반도 내의 암석으로부터 유래하였을 가능성이 있다.
The U-Pb ages of detrital zircons from the Baengnyeong Group were determined by LA-MC-ICPMS, yielding condensed age population in the range from 1100 Ma to 1800 Ma corresponding to the Mesoproterozoic to late Paleoproterozoic. However, detrital zircons of ca.1800-2000 Ma or ca. 2500 Ma ages, which a...
The U-Pb ages of detrital zircons from the Baengnyeong Group were determined by LA-MC-ICPMS, yielding condensed age population in the range from 1100 Ma to 1800 Ma corresponding to the Mesoproterozoic to late Paleoproterozoic. However, detrital zircons of ca.1800-2000 Ma or ca. 2500 Ma ages, which appear frequently in the lower Paleozoic Joseon Supergroup and the upper Paleozoic Pyeongan Supergroup are lacking in the Baengnyeong Group. Such characteristics are identical to those of the Neoproterozoic Sangwon System of North Korea, suggesting that the Baengnyeong Group might be the southwestern extension of the Sangwon System. The zircon age distribution patterns from the Impi Formation in the Gunsan area closely resemble those of the Baengnyeong Group, implying possible correlation of the Impi Formation to the Sangwon System. Therefore, the Mesoproterozoic detrital zircons reported from the Hwangangni Formation of the Okcheon Metamorphic Belt and the Myobong, Sambangsan and Sesong Formations of the Taebaeksan Basin might be derived from the provenances within the Korean peninsula.
The U-Pb ages of detrital zircons from the Baengnyeong Group were determined by LA-MC-ICPMS, yielding condensed age population in the range from 1100 Ma to 1800 Ma corresponding to the Mesoproterozoic to late Paleoproterozoic. However, detrital zircons of ca.1800-2000 Ma or ca. 2500 Ma ages, which appear frequently in the lower Paleozoic Joseon Supergroup and the upper Paleozoic Pyeongan Supergroup are lacking in the Baengnyeong Group. Such characteristics are identical to those of the Neoproterozoic Sangwon System of North Korea, suggesting that the Baengnyeong Group might be the southwestern extension of the Sangwon System. The zircon age distribution patterns from the Impi Formation in the Gunsan area closely resemble those of the Baengnyeong Group, implying possible correlation of the Impi Formation to the Sangwon System. Therefore, the Mesoproterozoic detrital zircons reported from the Hwangangni Formation of the Okcheon Metamorphic Belt and the Myobong, Sambangsan and Sesong Formations of the Taebaeksan Basin might be derived from the provenances within the Korean peninsula.
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문제 정의
백령도는 북한 황해남도의 서쪽 끝에서 서해쪽으로 돌출해있는 장산곶을 마주보는 곳에 위치한다. 이 연구에서는 앞에서 언급한 문제들에 대한 논의의 단서를 구하기 위한 방도의 하나로 지리적인 위치로 볼 때 인접한 황해남도의 지질이 연장되어 분포할 가능성이 매우 높은 백령도에서 채취한 규질 사암으로부터 분리한 저어콘에 대한 U-Pb 연대측정을 수행하였으며, 그 결과를 보고한다. 특히 백령층군의 쇄설성 저어콘에서 뚜렷하게 나타나는 중원생대 연령의 의미에 대해서 집중적으로 논의하고자 한다.
, 2003) 그리고 홍성 지역(Kim and Kee, 2015) 등 여러 지역에서 발견되는 등 새로운 사실들이 밝혀지고 있다. 이처럼 많은 자료들이 보고되었음에도 불구하고 아직까지 해결되지 못하고 있는 문제의 하나가 북중국과 남중국 사이의 트라이아스기 대륙충돌대가 한반도로 연장되는지 여부, 이에 따라 경기육괴와 영남 육괴가 중국의 북중국지괴와 남중국지괴중 어떤 지괴와 대비될 수 있는지에 대한 대답이다. 북중국지괴와 경기 및 영남육괴와의 연결 문제를 연구하는데 있어서 그 사이에 놓여있는 북한지역은 분명히 이러한 문제의 해결에 매우 중요함은 분명하지만 안타깝게도 한국학자들에 의한 연구는 아주 적은 수에 불과하다(Lee and Kim, 2003; Song et al.
이 연구에서는 앞에서 언급한 문제들에 대한 논의의 단서를 구하기 위한 방도의 하나로 지리적인 위치로 볼 때 인접한 황해남도의 지질이 연장되어 분포할 가능성이 매우 높은 백령도에서 채취한 규질 사암으로부터 분리한 저어콘에 대한 U-Pb 연대측정을 수행하였으며, 그 결과를 보고한다. 특히 백령층군의 쇄설성 저어콘에서 뚜렷하게 나타나는 중원생대 연령의 의미에 대해서 집중적으로 논의하고자 한다.
제안 방법
저어콘의 분리는 암석의 파쇄 후 비이커 팬닝으로 중광물을 분리하고, 이로부터 실체현미경을 이용하여 저어콘 입자들을 고르는 일반적인 방법을 사용하였다. U-Pb 연대분석을 위한 에폭시 마운트를 제작한 뒤에 저어콘의 음극선발광 영상(cathodoluminescence, CL) 및 후방전자산란 영상을 획득하고 이를 바탕으로 UPb 연대측정을 위한 분석점들을 선정하였다. 저어콘에 대한 U-Pb 연대측정은 한국기초과학지원연구원에 설치된 레이저 삭마(Laser Ablation, LA) 장치(New Wave Research 193 nm wavelength ArF excimer laser ablation system)가 부착된 Nu Plasma-II 모델의 다 검출기 유도결합플라즈마 질량분석기(Multi-collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer, MC-ICPMS)를 이용하여 수행되었다.
레이저 삭마 다검출기 유도결합 플라즈마 질량분석기(LA-MC-ICPMS)의 분석조건은 빔 직경 15 µm, 에너지 2-3 J/cm2 그리고 5 Hz의 반복률로 분석을 하였으며, 레이저에 의해 저어콘에 만들어진 구덩이에서 뜯겨져 나온 잘게 부수어진 물질들을 플라즈마로 보내기 위하여 헬륨 (970 ml/Min)을 사용하였다.
레이저 삭마 다검출기 유도결합 플라즈마 질량분석기(LA-MC-ICPMS)의 분석조건은 빔 직경 15 µm, 에너지 2-3 J/cm2 그리고 5 Hz의 반복률로 분석을 하였으며, 레이저에 의해 저어콘에 만들어진 구덩이에서 뜯겨져 나온 잘게 부수어진 물질들을 플라즈마로 보내기 위하여 헬륨 (970 ml/Min)을 사용하였다. 배경값 측정 시간, 레이저 삭마 시간(dwell time) 그리고 워시아웃 시간은 각각 35초, 30초 그리고 15초씩 할당하였으며, 측정은 0.2초씩 150회 반복하였다. U 농도와 연령보정을 위해 91500 (80 ppm, 1065 Ma; Wiedenbeck et al.
2). 장촌층 1개 표품에서 분리한 저어콘에서 29개 분석점, 두무진 층의 2개 표품에서는 각각 34개와 58개의 분석점 등총 121개의 분석점에서 U-Pb 분석을 수행하였다. UPb 연령분석자료는 Table 1에 수록되어 있으며, Fig.
대상 데이터
분석시 고정된 7개의 검출기를 이용하여 원자질량단위 202부터 238 범위의 동위원소들을[202Hg, 204(Hg+Pb), 206Pb, 207Pb, 208Pb, 232Th 그리고 238U] 동시에 분석하였으며 235U는 238U/235U=137.88을 이용하여 계산하였다. 레이저 삭마 다검출기 유도결합 플라즈마 질량분석기(LA-MC-ICPMS)의 분석조건은 빔 직경 15 µm, 에너지 2-3 J/cm2 그리고 5 Hz의 반복률로 분석을 하였으며, 레이저에 의해 저어콘에 만들어진 구덩이에서 뜯겨져 나온 잘게 부수어진 물질들을 플라즈마로 보내기 위하여 헬륨 (970 ml/Min)을 사용하였다.
쇄설성 저어콘 U-Pb 연대측정에 사용된 백령층군의 표품이 채취된 장소는 다음과 같다. 우선 장촌층 분포 지인 백령도의 남쪽에 위치한 장촌 습곡 입구에서 1개 (24-3)를 채취하였으며, 두무진층이 분포하는 백령도 북서쪽 모서리에 위치한 두무진 선대암 일대에서 2개의 표품(24-5, 24-5)을 채취하였다. 이 표품들은 모두 규질사암으로 채취 위치에 따른 뚜렷한 암상의 차이는 없다.
데이터처리
, 1995) 저어콘 표준물질을 사용하였고 보통납 보정은 Andersen (2002)에 의해 제시된 방법을 이용하였다. 분석된 데이터는 Iolite 2.5 프로그램 (Paton et al., 2010, 2011)과 Isoplot 3.71 (Ludwig, 2008)을 이용해 배경값 보정, 동위원소 분별 보정 그리고 다운홀(downhole) 분별 보정을 한 후 연대계산을 하였다.
이론/모형
2초씩 150회 반복하였다. U 농도와 연령보정을 위해 91500 (80 ppm, 1065 Ma; Wiedenbeck et al., 1995) 저어콘 표준물질을 사용하였고 보통납 보정은 Andersen (2002)에 의해 제시된 방법을 이용하였다. 분석된 데이터는 Iolite 2.
U-Pb 연대분석을 위한 에폭시 마운트를 제작한 뒤에 저어콘의 음극선발광 영상(cathodoluminescence, CL) 및 후방전자산란 영상을 획득하고 이를 바탕으로 UPb 연대측정을 위한 분석점들을 선정하였다. 저어콘에 대한 U-Pb 연대측정은 한국기초과학지원연구원에 설치된 레이저 삭마(Laser Ablation, LA) 장치(New Wave Research 193 nm wavelength ArF excimer laser ablation system)가 부착된 Nu Plasma-II 모델의 다 검출기 유도결합플라즈마 질량분석기(Multi-collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer, MC-ICPMS)를 이용하여 수행되었다.
성능/효과
백령층군 쇄설성 저어콘의 U-Pb 연대분석 결과에서 가장 낮은 연령은 약 1050 Ma, 그리고 가장 높은 연령은 약 2800 Ma의 범위를 보인다. 3개의 표품으로부터 분석된 연령분포는 서로 비슷한 양상을 보이며, 이들을 종합하여 볼 때(Fig. 4) 대부분의 저어콘은 고원생대말부터 중원생대말에 해당하는 약 1800-1100 Ma의 범위에 놓이며, 1800 Ma를 넘는 것은 불과 몇 개 입자뿐이다. 중원생대의 시작시기인 약 1600 Ma 부근에 저어콘 연령이 집중되어 뚜렷한 피크를 보이며, 그다음으로는 약 1150 Ma에 거의 비슷한 정도로 집중되는 쌍모식 양상의 분포을 보인다(Fig.
2). 분석된 저어콘들의 CL 영상은 진동누대구조를 보여주며, U-Pb 연대에 따라 특별히 구분되는 특징을 보이지는 않는다(Fig. 2). 장촌층 1개 표품에서 분리한 저어콘에서 29개 분석점, 두무진 층의 2개 표품에서는 각각 34개와 58개의 분석점 등총 121개의 분석점에서 U-Pb 분석을 수행하였다.
후속연구
Kim et al.(2012) 은 가장 젊은 저어콘의 연령으로부터 임피층이 약 1050 Ma 이후의 신원생대 암체로 해석하였으며, 쇄설성 저어콘의 U-Pb 연령분포 양상은 임피층 역시 북한의 상원계에 대비될 가능성이 매우 높으며, 이러한 지층대비는 다른 후속 연구들에 의해 시급히 확인할 필요가 있다고 판단된다.
(2012)이 북한의 황해남도 상원계 암석에서 보고한 저어콘의 가장 젊은 206Pb/238U 연령 992±6 Ma(207Pb/206Pb 연령은 968±25 Ma)과 큰 차이는 아니지만 약간 오래된 연령을 나타낸다. 따라서 이 연구에서 분석된 쇄설성 저어콘 U-Pb 연령만을 근거로 한다면 백령층군의 퇴적시기가 중원생대 최후기 이후임을 나타내지만 북한의 상원계 암석과 매우 유사한 연대분포를 감안한다면 백령층군 역시 신원생대초 이후의 퇴적시기를 가질 확률이 높을 것으로 판단되며, 보다 정밀한 퇴적시기는 향후 보완적인 연구를 통해 밝혀져야 할 것이다.
, 2008). 따라서 중원생대의 연령 성분이 백령층군을 포함한 상원계 퇴적층에 뚜렷이 나타남은 해당시기 동안 한반도의 고 지리적 위치를 추정하는데 중요한 단서가 될 수 있으며, 북중국을 포함하는 한중지괴의 고지리를 한정함으로써 중원생대말-신원생대초의 보다 완전한 세계 고지리도의 구축에 일조할 수 있는 중요한 단서가 될 것으로 생각한다. 비록 중원생대가 전지구적인 지각진화에 상당히 중요한 시기이지만 그동안 한반도에서는 이와 같은 중원생대의 연령이 정량적인 연대측정을 통해서는 거의 알려지지 않은 시기이기도 하다.
한편 앞에서 언급한 묘봉층, 삼방산층, 세송층 등은 중원생대 또는 신원생대 성분을 갖는 것으로 보고되기는 하였으나 중원생대 연령을 나타내는 저어콘 수가 많지는 않아 현재로는 근원지를 추적하기 위한 정밀한 연대 성분 파악이 어렵다. 따라서 추가적인 연구를 통해 보다 정밀하게 연대분포의 특성을 파악한다면 남한에 분포하는 임피층 또는 북한의 상원계 쇄설성 저어콘의 U-Pb 연대분포 특성과 정밀한 대비가 가능할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
저어콘 연령은 어디에 집중되는가?
백령층군의 사암에서 분리한 쇄설성 저어콘에 대해 LA-MC-ICPMS를 이용하여 U-Pb 연령을 측정하였다. 저어콘 연령은 주로 중원생대와 고원생대말의 기간인 약 1100-1800 Ma의 범위에 집중된다. 그러나 하부고생대 조선누층군이나 상부고생대 평안누층군의 쇄설성 저어콘들에서 흔히 나타나는 1800-2000 Ma 또는 약 2500 Ma의 고원생대 연령은 거의 나타나지 않는 특징을 보인다.
백령도는 어디에 위치하는가?
백령도는 북한 황해남도의 서쪽 끝에서 서해쪽으로 돌출해있는 장산곶을 마주보는 곳에 위치한다. 이 연구에서는 앞에서 언급한 문제들에 대한 논의의 단서를 구하기 위한 방도의 하나로 지리적인 위치로 볼 때 인접한 황해남도의 지질이 연장되어 분포할 가능성이 매우 높은 백령도에서 채취한 규질 사암으로부터 분리한 저어콘에 대한 U-Pb 연대측정을 수행하였으며, 그 결과를 보고한다.
저어콘 연령의 특징은 무엇인가?
저어콘 연령은 주로 중원생대와 고원생대말의 기간인 약 1100-1800 Ma의 범위에 집중된다. 그러나 하부고생대 조선누층군이나 상부고생대 평안누층군의 쇄설성 저어콘들에서 흔히 나타나는 1800-2000 Ma 또는 약 2500 Ma의 고원생대 연령은 거의 나타나지 않는 특징을 보인다. 이러한 특징은 북한의 신원생대 상원계 퇴적암과 동일하며, 백령층군이 상원계의 남서쪽 연장부에 해당함을 시사한다.
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