본 연구에서는 한반도 남동부지역 주요단층인 양산단층대 주단층의 북단인 포항북부지역에 나타나는 단층으로부터 결정된 복수의 단층활동연대를 제시하였다. 4개 단층점토별 3개 입도분리 시료($<0.1{\mu}m$, $0.1-0.4{\mu}m$, $0.4-1.0{\mu}m$)에 대해서 일라이트 폴리타입 정량분석 결과 및 K-Ar 연대측정 결과를 일라이트 혼합연대해석법(IAA) 적용 및 해석을 통해 단층활동 절대연대를 결정하였다. 연대해석 결과, $19.6{\pm}1.86Ma$와 $26.1{\pm}2.55{\sim}27.9{\pm}3.46Ma$ 시기의 두 번의 뚜렷한 천부 단층활동연대가 결정되었다. 이 연대는 양산단층대 남부지역인 상천리 일대에서 결정된 단층활동연대(41.5~43.5 및 50.7 Ma) 보다 훨씬 젊은 연대이며, 동해확장과 관련된 지구조운동시기와 매우 근접한 연대이다. 양산단층대에 대한 동일한 방법의 단층활동연대 연구가 이루어질 경우 양산단층대 형성 및 진화와 관련된 지구조운동 시간대와 각 시간대의 공간적 분포 특성 등이 규명될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 한반도 남동부지역 주요단층인 양산단층대 주단층의 북단인 포항북부지역에 나타나는 단층으로부터 결정된 복수의 단층활동연대를 제시하였다. 4개 단층점토별 3개 입도분리 시료($<0.1{\mu}m$, $0.1-0.4{\mu}m$, $0.4-1.0{\mu}m$)에 대해서 일라이트 폴리타입 정량분석 결과 및 K-Ar 연대측정 결과를 일라이트 혼합연대해석법(IAA) 적용 및 해석을 통해 단층활동 절대연대를 결정하였다. 연대해석 결과, $19.6{\pm}1.86Ma$와 $26.1{\pm}2.55{\sim}27.9{\pm}3.46Ma$ 시기의 두 번의 뚜렷한 천부 단층활동연대가 결정되었다. 이 연대는 양산단층대 남부지역인 상천리 일대에서 결정된 단층활동연대(41.5~43.5 및 50.7 Ma) 보다 훨씬 젊은 연대이며, 동해확장과 관련된 지구조운동시기와 매우 근접한 연대이다. 양산단층대에 대한 동일한 방법의 단층활동연대 연구가 이루어질 경우 양산단층대 형성 및 진화와 관련된 지구조운동 시간대와 각 시간대의 공간적 분포 특성 등이 규명될 수 있을 것이다.
Here we present the timings of reactivated events from a fault in the northern Pohang area, which should be located at the northern-end of Yangsan fault line, the major fault in the southeastern Korean Peninsula. Recently developed illite-age-analysis (IAA) approach was employed for determining the ...
Here we present the timings of reactivated events from a fault in the northern Pohang area, which should be located at the northern-end of Yangsan fault line, the major fault in the southeastern Korean Peninsula. Recently developed illite-age-analysis (IAA) approach was employed for determining the fault-activated timing, combined with illite-polytype quantification using the optimized full-pattern-fitting (FPF) method, and K-Ar age-dating for each size fraction($<0.1{\mu}m$, $0.1-0.4{\mu}m$, and $0.4-1.0{\mu}m$) of 4 fault clay samples. Two chronological records of brittle fault-activation events were recognized at $19.6{\pm}1.86Ma$ and $26.1{\pm}2.55-27.9{\pm}3.46Ma$. The ages are much younger than those of fault clays from Sangcheon-ri area (41.5~43.5 and 50.7 Ma), the southern part of Yangsan fault line, and are close to the timing of East Sea-opening event. Further chronological analysis for additional sites of the Yangsan fault should be needed to reveal the time-scheme of the tectonic events and their spatial distributions along the fault line.
Here we present the timings of reactivated events from a fault in the northern Pohang area, which should be located at the northern-end of Yangsan fault line, the major fault in the southeastern Korean Peninsula. Recently developed illite-age-analysis (IAA) approach was employed for determining the fault-activated timing, combined with illite-polytype quantification using the optimized full-pattern-fitting (FPF) method, and K-Ar age-dating for each size fraction($<0.1{\mu}m$, $0.1-0.4{\mu}m$, and $0.4-1.0{\mu}m$) of 4 fault clay samples. Two chronological records of brittle fault-activation events were recognized at $19.6{\pm}1.86Ma$ and $26.1{\pm}2.55-27.9{\pm}3.46Ma$. The ages are much younger than those of fault clays from Sangcheon-ri area (41.5~43.5 and 50.7 Ma), the southern part of Yangsan fault line, and are close to the timing of East Sea-opening event. Further chronological analysis for additional sites of the Yangsan fault should be needed to reveal the time-scheme of the tectonic events and their spatial distributions along the fault line.
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문제 정의
본 연구에서 결정된 BK-1 및 4 시료의 2M1일라이트 연대(75.1±4.99 Ma 및 88.6±5.34 Ma)가 유사한 것으로 볼 때, 단층점토 내 2M1 일라이트의기원물질이 하양층군의 퇴적 이 후 변질 혹은 열적 교란 작용을 받은 일라이트일 가능성을 지시한다.
본 연구에서는 한반도 주요단층대에 대한 단층활동 절대연대 결정연구의 일환으로, 양산단층대 북단인 포항북부지역 단층노두를 대상으로 단층점토 입도분리시료에 대해 Chung et al. (2013) 방법을 이용한 입도별 일라이트 폴리타입 정량분석과 K-Ar 연대측정 결과의 IAA법 적용하여 양산단층 재활동 절대연대를 결정하고, 상천리 일대 단층활동연대와의 차이를 비교하여 양산단층의 활동 및 재활동 연대의 지구조적 의미를 논의하고자 한다.
제안 방법
<0.1 μm 입도구간 원심분리 혼탁액에 대해서는 NaCl 포화용액을 가하여 약 1일 동안 응집 침강시켜 부피를 최소화 한 후 투석법(Dialysis)을 이용하여 NaCl 이온을 제거하였다.
<0.1 μm 입도분리를 통해 이 구간 입도가 거의 제거되었다고 판단된 경우, 0.1μm~0.4 μm및 0.4 μm~1.0 μm 입도구간 분리를 동일한 원심분리방법과 투석법을 적용하여 실시하였다.
즉, 모든시료에서 2M1 일라이트 함량이 많을수록 연대가 오래된 것을 확인 할 수 있으며, 이를 토대로 각 입도별로생성된 연대가 다른 일라이트들이 혼합되어 있음을 유추할 수 있다. 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; Grathoffand Moore, 1996; van der Pluijm et al., 2001).
비교정량하는 방법은 각 step당 이론값과 실측값의 상대적일치정도 ((Σ|이론값-측정값|/이론값)/n×100, R%), 즉 백분율 차이의 평균이 최소값이 될 때까지 뉴턴법을 이용하여 R% 값이 최대 10% 이내로 최소화함으로써 그신뢰도를 정량적으로 제시하였다(Chung et al., 2013).
약 40 g을 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~1.0μm의 3개 구간에 대하여 입도분리하였다.
이 방법은 층형의 결정구조를 갖는 점토광물을 대상으로 하는 X-선 회절분석 시에 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.
일라이트 폴리타입 정량분석 결과와 K-Ar 연대측정 결과를 40Ar/K과 일차함수 관계인 eλt-1에 대한일라이트 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.
투석횟수는 약 5~7회이며, 매 투석마다 시료 부피의 10배 이상의 증류수를 이용하였다. 투석의 완료는 질산은 수용액을 이용하여 염화은 불용성염 생성 여부를 통해결정하였다. <0.
대상 데이터
BK-1 시료는19.6±1.86 Ma로 가장 젊은 1M/1Md 일라이트 연대를보였으며, BK-2, 3, 4 시료는 각각 26.1±2.55 Ma,27.9±3.46 Ma 및 26.9±1.24 Ma로 27 Ma 근처의 유사한 1M/1Md 일라이트 연대를 보였다(Fig. 4).
단층연대측정을 위한 시료 채취는 양산단층 북단인경상북도 포항시 북고 송라면에 위치한 보경사 인근N36o14'59", E129o19'04" 하천가 단층노두에서 이루어졌다.
19'04" 하천가 단층노두에서 이루어졌다. 단층점토시료는 단층면에 수직하게 흐르는 하천과 다소 경사가 급하게 발달한 노두면에서 단층점토가 가장 크게 발달한 지점(BK-1), BK-1 노두면 우측 지점(BK-2, 3), 그리고 동편으로 수m 떨어진 지점(BK-4)등 총 4개 지점에서 채취되었다(Fig. 2).
이는 방사광 빔라인의 강한 X-선 사용으로 인해 보다 정밀한 회절패턴을 얻을 수 있어 일라이트 폴리타입 정량분석의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 시료 분석에는 직경0.5mm Boron Capillary를 이용하였다. 이 방법은 층형의 결정구조를 갖는 점토광물을 대상으로 하는 X-선 회절분석 시에 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.
이론/모형
연대 및 오차 값은 Itaya et al.(1991)의 방법을 따라 계산되었다.
2008)을 개선하여 정확도를 높인 Chung et al.(2013)이 제시한 Full-pattern-fitting (FPF)법을 사용하였다. FPF법은 부정방시료의 XRD자료를 이용하여 Cu-target 대상 22°에서33° 2θ 간격의 피크를 대상으로 WILDFIREC 시뮬레이션(Reynolds, 1994)을 통해 결정한 2M1, 1M 및1Md 폴리타입 X-선 회절패턴의 혼합비(상대적 함량)및 scale factor를 변수로 하여 실측된 X-선 회절패턴과의 최적 일치 값을 찾는 방법으로 실행되었다.
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.
입도분리 시료에 대한 X-선 회절분석(X-ray diffracto-metry)은 이전의 연구(Song et al., 2014, 2016; Chunget al., 2014; Khulganakhuu et al., 2015)에서 사용하였던 Micro-focused X-선 회절분석기 대신 최초로포항가속기연구소 5A 방사광 빔라인 X-ray Diffracto-meter System을 이용하였다. 이는 방사광 빔라인의 강한 X-선 사용으로 인해 보다 정밀한 회절패턴을 얻을 수 있어 일라이트 폴리타입 정량분석의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
, 2013). 입도분리시료의 K-Ar 연대측정은 오카야마 이과대학(Okayama University of Science)의 K-Ar 질량분석연구실에서 Total K 함량과 방사성(Radiogenic) 40Ar 함량을 측정함으로써 이루어 졌다. 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.
성능/효과
0μm 입도 시료를 제외한 모든 시료에서 평균 오차율(R) 값 10% 이내로 Fitting 되는 것으로 나타나 정량분석 값의 신뢰성이 높음을 지시한다(Table 1). 2M1 일라이트 함량이 BK-1시료에서 5.0~25.0%, BK-2 시료에서 6.0~38.8%,BK-3 시료에서 6.0~20.0%, BK-4 시료에서 4.0~22.0%로 각각 나타났으며, 4개 시료 모두에서 입도증가에 따라 2M1 일라이트 함량이 증가한다. FPF법 정량분석결과에 대한 오차를 나타내는 R(%) 값은 6.
4개 대상시료의 IAA 혼합연대 해석결과, 2개의 1M/1Md 일라이트 연대가 결정되었다. BK-1 시료는19.
K-Ar 연대측정은 대부분의 시료에서 100 μg 내외로 측정하였고, 모든 결과가 3% 이내의 오차범위 내에서 비교적 정확하게 측정되었다.
0μm의 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.
보경사지역 양산단층의 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 단층 점토 내 K-함유광물인 1M/1Md 및 2M1 일라이트 폴리타입의 상대 함량이 K-Ar 연대측정 값에 영향을 주는 주요 요소임을 지시하며, 따라서 1M/1Md 및 2M1폴리타입 상대비에 기초하는 단층연대 해석 결과가 매우 높은 신뢰도를 갖고 있음을 의미한다.
5° 2θ 값)과 뚜렷이 구분될 수 있다(Grathoff and Moore, 1996). 양산단층 대상시료 모두에서 입도가 증가함에 따라 2M1일라이트 피크가 뚜렷하게 강해지는 경향을 보이며, 전형적인 1M 일라이트 피크는 뚜렷하지 않으며, 1Md일라이트에 의한 피크 Broadening은 세립질 입도에서 뚜렷해진다. 모든 시료의 입도에 소량의 녹니석, 카올리나이트 및 사장석이 함유되어 있어 FPF법의 R%값 상승요인이 되지만, 이들 광물들은 모두 결정구조 내에 K 등 연대측정에 영향을 줄 수 있는 원소를 갖고 있지 않기 때문에 오차요인이 되지 않는다.
4). 입도별 혼합연대 결과, 모든 시료에서 뚜렷한 양(+)의 일차함수관계 (r2=0.99)를 보이며 입도 증가에 따라 연대 값이 증가한다. 즉, 모든시료에서 2M1 일라이트 함량이 많을수록 연대가 오래된 것을 확인 할 수 있으며, 이를 토대로 각 입도별로생성된 연대가 다른 일라이트들이 혼합되어 있음을 유추할 수 있다.
99)를 보이며 입도 증가에 따라 연대 값이 증가한다. 즉, 모든시료에서 2M1 일라이트 함량이 많을수록 연대가 오래된 것을 확인 할 수 있으며, 이를 토대로 각 입도별로생성된 연대가 다른 일라이트들이 혼합되어 있음을 유추할 수 있다. 따라서 일차회귀분석을 통해 얻은 일차함수식을 이용하여 2M1 일라이트 함량이 0% 및 100%절편 값으로 부터 순수 1M/1Md 및 2M1 일라이트 연대를 결정하였다(Fig.
측정된 회절패턴과 시뮬레이션 회절패턴의 Fitting 결과, BK-3, 4의 0.4μm~1.0μm 입도 시료를 제외한 모든 시료에서 평균 오차율(R) 값 10% 이내로 Fitting 되는 것으로 나타나 정량분석 값의 신뢰성이 높음을 지시한다(Table 1).
후속연구
이는, 단층 활동연대 자료가 부족하지만, 양산단층대를 따라 시간적 차이를 두고 발생한 천부 단층활동이 공간적으로도 뚜렷한 차이를 보일 가능성을 시사한다. 동일한 방법으로 천부단층활동연대에 대한 추가적인자료가 제공될 경우 양산단층대를 따라 발생한 천부단층활동의 시공간적 분포특성을 규명할 수 있을 것이다.
, 2016) 결과와 본 연구결과의 뚜렷한 공간적 단층연대 차이는 양산단층대를 따라 발생한 천부단층활동이시공간적으로 달리 일어났었을 가능성을 지시한다. 따라서 양산단층대를 따라 지속적인 천부단층활동연대 결정을 통한 정보가 축적될 경우 현재의 지각안정성과직결된 신생대 이 후의 지구조운동에 대한 시공간적특성파악 및 Time-scheme을 확립할 수 있을 것이며,양산단층대의 활성 여부를 규명하고 대규모 지진발생가능성 판단의 핵심 기초정보를 제공할 것이다.
, 2015)에서 사용하였던 Micro-focused X-선 회절분석기 대신 최초로포항가속기연구소 5A 방사광 빔라인 X-ray Diffracto-meter System을 이용하였다. 이는 방사광 빔라인의 강한 X-선 사용으로 인해 보다 정밀한 회절패턴을 얻을 수 있어 일라이트 폴리타입 정량분석의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 시료 분석에는 직경0.
, 2013, 2015). 이러한 주요 구조선인 양산단층대에 대한 생성연대 및 재활동 시기를 결정할 수 있다면 신생대 이후 한반도 지구조진화의 보다 정확한 시간대(time-scheme)를 결정할 수 있을 것이며, 활성단층 여부 판단의 핵심자료가 될 수 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, 양산단층 활동 및 재활동 절대연대를 결정하는 연구는 시도된 바가 없다.
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