[논문]마산 각섬석-흑운모 화강암의 연령: 후기 백악기 정치연령

이태호; 박계헌; 김정민; 김명정

doi:10.7854/jpsk.2017.26.1.1

[국내논문] 마산 각섬석-흑운모 화강암의 연령: 후기 백악기 정치연령
The Late Cretaceous Emplacement Age of Masan Hornblende-Biotite Granite 원문보기

암석학회지 = The journal of the petrological society of korea, v.26 no.1, 2017년, pp.1 - 11

이태호 (부경대학교 일반대학원 지구환경시스템과학부) , 박계헌 (부경대학교 일반대학원 지구환경시스템과학부) , 김정민 (한국기초과학지원연구원 지구환경연구부) , 김명정 (부경대학교 일반대학원 지구환경시스템과학부)

초록
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백악기 경상분지 남부의 마산 각섬석-흑운모 화강암의 정치연령을 규명하기 위하여 K-Ar, Ar-Ar 및 U-Pb 연대측정을 수행하였다. 각섬석 K-Ar 연대측정으로 구한 약 108 Ma의 연령은 이전에 보고된 Rb-Sr 연령과 비슷하다. 그러나 단입자 전용융으로 구한 각섬석 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 연대측정 결과는 분산이 심하여 의미있는 연령을 구할 수 없었으며 이는 각섬석의 변질에 의한 동위원소계의 교란영향으로 평가된다. 따라서 동일 암석에서 분리한 각섬석에 대한 K-Ar 연대측정 결과 역시 신뢰하기 어렵다. 흑운모에 대한 단입자 전용융 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 연대측정 결과는 평균 $75.8{\pm}3.0Ma$의 결과가 구해졌으며, 젊은 쪽으로 분산되는 45-75 Ma 범위의 값을 제거하면 약 80 Ma의 연령이 산출된다. 한편 SHRIMP와 LA-MC-ICPMS로 저어콘에 대한 U-Pb 연대측정을 수행하여 구한 마산 각섬석-흑운모 화강암의 정치연령은 각각 $87.6{\pm}2.7Ma$와 $86.8{\pm}0.4Ma$이다. 약 80 Ma의 흑운모 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 연령은 마산 각섬석-흑운모 화강암의 냉각연령을 반영하는 것이거나 또는 주변에서 일어난 경상분지 내의 강한 화성활동에 의한 열적 교란의 영향일 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

We have dated the K-Ar, Ar-Ar and U-Pb ages of the Masan hornblende-biotite granite in the southern Cretaceous Gyeongsang basin to constrain its emplacement age. The ~108 Ma hornblende K-Ar age obtained in the study is similar to the previously reported Rb-Sr age. However, the single grain total fusion $^{40}Ar/^{39}Ar$ dating on hornblende failed to yield statistically meaningful ages because the isotopic system was open during its alteration. Thus the hornblende K-Ar age in the study is also unlikely to be reliable. The single grain total fusion $^{40}Ar/^{39}Ar$ dating on biotite yielded an average age of $75.8{\pm}3.0Ma$. Apart from scattered data in the range of ~45-75 Ma, the average age increased to ~80 Ma. The SHRIMP and LA-MC-ICPMS U-Pb isotopic compositions of zircon from the Masan hornblende-biotite granite yielded its emplacement age as $87.6{\pm}2.7Ma$ and $86.8{\pm}0.4Ma$, respectively. It is thus likely that the ~80 Ma $^{40}Ar/^{39}Ar$ age of biotite might reflect the cooling age of Masan hornblende-biotite granite or the thermal influences from later intense igneous activities in the Gyeongsang basin.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 이러한 연대측정법으로 구한 연령은 백악기 후기의 화성활동이 활발했던 한반도의 경우 이에 의한 열적 교란 등으로 인하여 원래의 분출 또는 정치시기를 정확하게 대표하지 못할 가능성이 있다. 따라서 여기에서는 비교적 최근에 많은 자료가 축적된 저어콘 또는 스핀 등에 대한 U-Pb 연대측정의 결과를 중심으로 논의한다. SHRIMP(Sensitive High Resolution Ion Micro Probe) 저어콘 U-Pb 연대측정에 의한 자료는 연대측정 방법을 생략하였으며, 다른 방법에 의한 연대측정 결과의 경우에는 어떤 방법에 의한 것인지를 명기하였다.
그러나 마산 각섬석-흑운모 화강암의 경우 아직 이처럼 U-Pb 연대측정에 의해 연령이 확인된 바 없다. 따라서 이 연구에서는 마산 각섬석-흑운모 화강암에 대하여 K-Ar, Ar-Ar 및 저어콘 U-Pb 연대측정 등 다양한 연대측정법을 적용하여 정확한 정치시기를 알아내고자 하였으며 그 결과를 보고한다.

제안 방법

K-Ar 연대측정을 위한 K 함량분석은 유도결합플라즈마 분광기(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy)를 이용하여 분석하였고, Ar은 고정진공 질량분석기(Static Vacuun Mass Spectrometry)를 이용하여 분석하였다. 한국기초과학지원연구원의 기기를 이용한 K-Ar 분석법에 대한보다 상세한 내용은 Kim (2001)에 기술되어 있다.
마산 각섬석-흑운모 화강암의 연령을 추가적으로 확인하기 위하여 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 저어콘에 대한 추가적인 UPb 연령측정을 수행하였다(Table 6). 보다 상세한 분석조건과 자료처리 방법은 Kim, M.
Ar 연대측정, 그리고 저어콘 U-Pb 연대측정이다. 비교적 입자의 크기가 큰 각섬석과 흑운모의 분리는 암석 파쇄 후 실체 현미경 하에서 불순물이 관찰되지 않는 순수한 입자만을 골랐다. 저어콘의 분리는 암석의 파쇄 후 비이커 팬닝으로 중광물 부분을 모은 후 실체현미경하에서 저어콘 입자들을 골라내는 일반적인 방법을 사용하였다.
Ar 연대측정은 한국기초과학지원연구원에 최근 도입된 불활성기체의 동위원소 조성분석용 질량분석기인 ARGUS VI 시스템을 이용하였다. 연구용 원자로를 이용하여 중성자를 쪼인 광물의 단일 입자를 전체 용융시켜 추출한 가스를 정제하여 불활성기체의 동위원소 분석을 수행하였다. ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정의 원리, 레이저 가열 시스템, 가스 추출 및 정제 시스템, 중성자 조사(irradiation), 질량분석에 의한 아르곤 동위원소 비율의 측정과 J 값의 결정 등 연대측정을 위한 상세한 내용은 Kim and Jeon(2015)에 기술되어 있다.
저어콘에 대한 U-Pb 연대측정을 위하여 에폭시 마운트를 제작한 뒤에 저어콘의 음극선발광(cathodoluminescence, CL) 영상 및 후방전자산란(backscattered electron, BSE) 영상을 획득하고 이를 바탕으로 U-Pb 연대측정을 위한 분석점들을 선정하였다. U-Pb 연대측정은 한국기초과학지원연구원에 설치된 SHRIMPIIe 기종의 고분해능 이온마이크로프로브를 이용하여 수행하였다.
비교적 입자의 크기가 큰 각섬석과 흑운모의 분리는 암석 파쇄 후 실체 현미경 하에서 불순물이 관찰되지 않는 순수한 입자만을 골랐다. 저어콘의 분리는 암석의 파쇄 후 비이커 팬닝으로 중광물 부분을 모은 후 실체현미경하에서 저어콘 입자들을 골라내는 일반적인 방법을 사용하였다. 모든 연대측정 분석은 한국기초과학지원연구원의 기기를 사용하여 수행되었으며, 분석법별로 연대측정 방법과 그 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

연구대상 암체인 마산 각섬석-흑운모 화강암은 백악기 경상분지의 남부에 위치하고 있으며, Lee et al.(1995)에 의해 100.
이 암체의 정확한 정치시기를 결정하기 위한 연대측정에 사용된 표품은 Lee et al. (1995)이 마산 각섬석-흑운모 화강암이라고 표시한 암체 중에서 북쪽 방향으로 뻗어있는 부분에서 채취하였다(Fig. 1).

이론/모형

저어콘에 대한 U-Pb 연대측정을 위하여 에폭시 마운트를 제작한 뒤에 저어콘의 음극선발광(cathodoluminescence, CL) 영상 및 후방전자산란(backscattered electron, BSE) 영상을 획득하고 이를 바탕으로 U-Pb 연대측정을 위한 분석점들을 선정하였다. U-Pb 연대측정은 한국기초과학지원연구원에 설치된 SHRIMPIIe 기종의 고분해능 이온마이크로프로브를 이용하여 수행하였다. 동위원소 분석을 위한 일차이온빔은 산소 음이온(O²⁻)을 이용하였다.
마산 각섬석-흑운모 화강암에서 분리한 흑운모와 각섬석에 대한 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정은 한국기초과학지원연구원에 최근 도입된 불활성기체의 동위원소 조성분석용 질량분석기인 ARGUS VI 시스템을 이용하였다. 연구용 원자로를 이용하여 중성자를 쪼인 광물의 단일 입자를 전체 용융시켜 추출한 가스를 정제하여 불활성기체의 동위원소 분석을 수행하였다.
저어콘의 분리는 암석의 파쇄 후 비이커 팬닝으로 중광물 부분을 모은 후 실체현미경하에서 저어콘 입자들을 골라내는 일반적인 방법을 사용하였다. 모든 연대측정 분석은 한국기초과학지원연구원의 기기를 사용하여 수행되었으며, 분석법별로 연대측정 방법과 그 결과는 다음과 같다.
동위원소 분석을 위한 일차이온빔은 산소 음이온(O²⁻)을 이용하였다. 이 기기를 이용한 일반적인 연대측정법은 Williams et al. (2009)에 기술되어있으며, 연령의 계산은 Isoplot/Ex와 Squid(Ludwig, 2008, 2009) 프로그램을 이용하였다. SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대측정 결과(Table 5) 분석값은 대체로 일치곡선(concordia)에 잘 놓이며 87.

성능/효과

두 광물에 대한 분석결과 흑운모에서 각섬석보다 신뢰할만한 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연령이 얻어졌다. 일반적으로는 K-Ar 시스템에 대한 폐쇄온도는 흑운모가 약 300℃내외, 그리고 각섬석은 530°C 부근이다(Harrison, 1980; Harrison et al.
분석결과로 계산하면 가중평균연령은 86.8±0.4(n=41) Ma로(Fig. 3b) SHRIMP로 측정한 저어콘 U-Pb 연령과 오차범위 내에서 일치하며 SHRIMP 분석보다 더 많은 수의 분석점들로부터 가중평균값을 구해 더 정밀한 값을 구할 수 있었다.
연대측정 결과를 종합해보면 SHRIMP 저어콘 U-Pb연령에서 약간의 분산을 보이기는 하지만 87.6±2.7 Ma의 연령이 구해졌고, LA-MC-ICPMS 분석에서 훨씬 더 많은 수의 분석에서 이와 일치하는 86.8±0.4 Ma의 일치곡선 연령을 구할 수 있었다.
따라서 마산 각섬석-흑운모 화강암에서 구한 흑운모의 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연령은 후기에 일어난 열적 교란의 영향 때문이거나, 또는 지속된 화성활동으로 인하여 상당히 후기까지도 폐쇄온도 이상의 온도가 유지된 결과일 가능성도 있다고 생각한다. 종합적으로 판단할 때 유천층군 분포지와 같이 빈번한 화성활동에 의한 열적 교란이 있는 지역에서는 K-Ar 또는 Rb-Sr 시스템에 의한 연대측정은 잘못된 연령을 내놓을 가능성이 높으며, 이러한 연대측정 시스템을 이용한 연대측정 자료의 해석 시에는 많은 주의가 필요함을 말해준다. 따라서 이러한 지역에서 원래의 화성활동 시기를 알아내기 위해서는 폐쇄온도가 높고 정밀한 연령을 얻을 수 있는 저어콘 U-Pb 연대측정이 최상의 선택인 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	백악기 경상분지는 어떤 정보를 가지고 있는가?	한반도의 동남부에 위치한 백악기 경상분지는 백악기 동안에 한반도가 겪은 지구조적 환경변화 및 지각진화의 정보를 간직하고 있다. 특히 경상분지의 진화 동안에 일어난 분지 내 화성활동의 분포와 연령은 당시의 지구조적 환경이 어떠한 변천과정을 겪었는지를 파악하는 데 있어 매우 중요하다.
	경상분지 안의 심성암체들이 위치하는 곳의 특징은 어떠한가?	1 Ma의 Rb-Sr 전암 연령이 보고된 마산 각섬석-흑운모 화강암이다. 그러나 이 화강암질 심성암체들이 위치하는 곳은 주변의 경상누층군 퇴적층 연령이 더 젊은 것으로 알려졌으며(Lee et al., 2014),1:50,000 한국지질도 영산도폭(Kim and Lee, 1964), 의령도폭(Choi and Kim, 1963)과 마산도폭(Kim and Kim, 1963) 등 이 암체들이 나타나는 지역의 지질도 조사자들은 모두 이 심성암체들이 퇴적층을 관입하고 있는 것으로 보고하였기 때문에 이 연대측정 결과들을 확실한 정치시기를 나타내는 연령인지 재확인할 필요가 있다.
	경상분지 내 화성활동의 분포와 연령은 왜 중요한가?	한반도의 동남부에 위치한 백악기 경상분지는 백악기 동안에 한반도가 겪은 지구조적 환경변화 및 지각진화의 정보를 간직하고 있다. 특히 경상분지의 진화 동안에 일어난 분지 내 화성활동의 분포와 연령은 당시의 지구조적 환경이 어떠한 변천과정을 겪었는지를 파악하는 데 있어 매우 중요하다. 경상분지의 동남부에는 화강암질 심성암체와 안산암질 내지 유문암질의 화산암류들이 밀집되어 분포하고 있으며, 이들에 대한 여러 차례의 연대측정 결과들이 보고되었다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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