[논문]단양 국가지질공원 기반암류의 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연령

정원석; 한기운; 김태환; 엄현우; 김윤섭

doi:10.22807/kjmp.2020.33.4.339

[국내논문] 단양 국가지질공원 기반암류의 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연령
SHRIMP Zircon U-Pb Ages of Basement Rocks in the Danyang National Geopark 원문보기

광물과 암석 = Korean journal of mineralogy and petrology, v.33 no.4, 2020년, pp.339 - 347

정원석 (충북대학교 자연과학대학 지구환경과학과) , 한기운 (충북대학교 자연과학대학 지구환경과학과) , 김태환 (극지연구소 극지지구시스템연구부) , 엄현우 (충북대학교 자연과학대학 지구환경과학과) , 김윤섭 (충북대학교 자연과학대학 지구환경과학과)

초록
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단양 국가지질공원 남쪽에 분포하는 기반암에서 저어콘 U-Pb 연령측정을 수행하였다. 연령 측정은 2개의 시료에서 실시하였으며, 이들 시료는 우흑질과 우백질이 뚜렷이 구분되는 혼성암질 편마암으로 흑운모±규선석±석류석+장석+석영의 광물조합을 가진다. 함규선석 및 함석류석 편마암시료에서 각각 수집한 저어콘 결정들에 대해 고분해능 이차이온질량분석기(SHRIMP)를 사용하여 U-Pb 동위원소 성분비를 측정하였으며, 이로부터 1870±10 Ma (2σ)와 1863±6 Ma (2σ)의 변성 연령을 구하였다. 1.87~1.86 Ga의 변성 연령은 영남육괴고원생대 고온-저압의 광역변성작용의 시기(1.87~1.85 Ga)와 일치한다. 저어콘 결정들의 상속핵 연령을 기반으로 두 시료에서 얻어진 최고 퇴적연령은 2.06 Ga로 혼성암질 편마암 모암의 퇴적시기는 2.06~1.87 Ga 사이일 것으로 추정된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We carried out the U-Pb age dating of zircon from basement rocks in the southern part of the Danyang National Geopark. Two migmatitic gneisses composed of biotite±sillimanite±garnet+feldspar+quartz were dated. Leucosomes in the samples were clearly distinguished from their melanosomes. The U-Pb isotopic compositions of zircon from sillimanite- and garnet-bearing migmatitic samples were measured using a secondary ion microprobe, yielding metamorphic ages, 1870±10 Ma (2σ)와 1863±6 Ma (2σ), respectively. 1.87~1.86 Ga metamorphic ages are consistent with those of the Paleoproterozoic low-P and high-T regional metamorphism (1.87~1.85 Ga) in the Yeongnam Massif. The maximum depositional age based upon the apparent 207Pb/206Pb ages of detrital zircon in the samples was estimated as 2.06 Ga, and thus sedimentation age of the protolith of the migmatitic gneisses ranges between 2.06 and 1.87 Ga.

Keyword

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. (a) Tectonic map of the southern Korean Peninsula showing location of the study area and Yeongnam Massif (YM). IB: Imjingang Belt, GM: Gyeonggi massif, OMB: Ogcheon Metamorphic Belt, TB: Taebaeksan Basin, GB: Gyeongsang Basin. (b) Geological map of the Danyang area with sample locations modified from Kwon et al. (2003). Mineral assemblages are also shown for representative samples from each metamorphic zone together with isograds of previous studies (Kwon et al., 2003; Kim and Cho, 2003). Mineral abbreviations are from Kretz (1983).
표 Table 1. Lithologies, GPS coordinates and mineral assemblages of samples for SHRIMP U-Pb zircon dating
그림 Fig. 2. Cathodoluminescence images of zircon separated from samples 170211-01 and 170212-03. Spot numbers, apparent ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb ages and discordances in Table 2 are also shown in each image. Ellipses denote the analytical spots.
표 Table 2. U-Pb isotopic data of zircon from two migmatitic gneisses in the study
표 Table 2. U-Pb isotopic data of zircon from two migmatitic gneisses in the study
그림 Fig. 3. Tera-Wasserburg plots and weighted mean ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb ages of (a) sample 170211-01, and (b) sample 170212-03, respectively. Error ellipses of data points in Tera-Wasserburg plots are 1σ at 95% confidence level. Solid ellipses are metamorphic overgrowth rim data, and dashed ones are inherited core or discordant data.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 소백산 육괴의 변성 시기를 정확하게 규명하는 것은 영남 육괴의 지체구조의 유래를 밝히는데 있어서 중요할 뿐만 아니라, 고 원생대 북중국 지괴의 진화 과정을 이해하는데 필수적인 정보를 제공할 것이다. 이 연구에서는 고분해능 이차 이온 질량분석기를 이용하여 단양 지질공원 일대에 분포하는 혼성암질 편마암의 저어콘 U-Pb 연령을 측정하여 변성 시기를 제한하고 기존 연구 결과와 비교하고자 한다.

제안 방법

저어콘 결정의 분리는 유압파쇄기와 바이브레이팅컵밀(vibrating cup mill)을 이용하여 시료를 파쇄한 후 선광팬과 흐르는 물을 이용해 저어콘을 분리하는 방식을 사용한 후 추가적으로 자석을 이용한 자성 광물 분리와 요오드화 메틸렌(diiodomethane; d=3.32)을이용한 중액선별 방식을 활용하였다(Cheong et al., 2013). 분리한 저어콘 결정들을 표준시료와 함께 에폭시 마운트에 시료별로 고정시킨 후, 저어콘 결정들이 절반 정도가 드러날 때까지 연마하였다.
분리한 저어콘 결정들을 표준시료와 함께 에폭시 마운트에 시료별로 고정시킨 후, 저어콘 결정들이 절반 정도가 드러날 때까지 연마하였다. 저어 콘 결정들의 내부 구조 관찰은 한국기초과학지원연구원오창센터의 JEOL-6610LV 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM)을 이용해 후방산란전자 (backscattered electron image; BSE) 및 음극선 발광 영상(cathodoluminescence image; CL)을 촬영하여 수행하였다. 저어콘 U-Pb 동위원소 성분 분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터에 설치된 고분해능 이차 이온 질량분석기(SHRIMP)를 이용하였다.
저어 콘 결정들의 내부 구조 관찰은 한국기초과학지원연구원오창센터의 JEOL-6610LV 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM)을 이용해 후방산란전자 (backscattered electron image; BSE) 및 음극선 발광 영상(cathodoluminescence image; CL)을 촬영하여 수행하였다. 저어콘 U-Pb 동위원소 성분 분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터에 설치된 고분해능 이차 이온 질량분석기(SHRIMP)를 이용하였다. 분석 시사용 한 일차 이온 빔의 크기와 전류는 각각 ~20µm, 206 238~3nA이었다.
고원생대 변성작용의 시기를 보다 정밀하게 제한하기 위해 2개의 혼성암질 편마암 170211-01과 170212-03 시료들로부터 저어콘 결정을 분리하여 U-Pb 연령측정을 수행하였다. 분석에 이용된 두 시료의 채취 위치와 구성광물은 Table 1에 정리하였다.
두 개의 혼성암질 편마암 시료로부터 분리한 저어콘 결정에서 총 51개의 점분석을 실시하였으며(Table 2), 이 중 36개의 점분석은 결정의 과성장 띠에서, 15개의 점분석은 결정의 상속핵을 대상으로 수행하였다. 혼성암질 편마암 170211-01 시료에서 분석한 U 함량은 저어 콘의 과성장 영역(400-1000 ppm)이 상속핵 부분 (140-730ppm)에 비해 약간 높거나 비슷한 수준이다.
7)의 상, 하부 교차 연령을 구하였다. 저자들은 이 중 상부 교차 연령을 화강암질 편마암의 관입연령으로 해석하였다. 또한, 동일한 시료에서 전암과 석류석에 대한 Sm-Nd 동위원소 성분을 측정하여, 617±38Ma (2; MSWD=2.
저자들은 이 중 상부 교차 연령을 화강암질 편마암의 관입연령으로 해석하였다. 또한, 동일한 시료에서 전암과 석류석에 대한 Sm-Nd 동위원소 성분을 측정하여, 617±38Ma (2; MSWD=2.7) 의 오차선(errorchron) 연령을 구하였으며, 이를 변성작용의 시기로 해석하였다. Kim and Cho (2003) 은 단양 지역에 인접한 영주 지역에서 우백질 화강암 시료들로부터 전암 Sm-Nd과 Pb-Pb 동위원소 성분을 분석하였다.
Kim and Cho (2003) 은 단양 지역에 인접한 영주 지역에서 우백질 화강암 시료들로부터 전암 Sm-Nd과 Pb-Pb 동위원소 성분을 분석하였다. 이를 토대로 1926±41Ma (MSWD=41) 의 Sm-Nd 등시선 연령과 1862±41Ma (MSWD=20) 의 Pb-Pb 연령을 구하였으며, 저자들은 연구 지역의우백질 화강암의 관입 시기(1.93~1.86Ga)를 저압형 변성작용의 시기와 동일한 것으로 해석하였다.

대상 데이터

연구 지역인 단양 국가지질공원과 소백산은 충청북도 북동부와 경상북도 북서부에 걸쳐 위치하고 있다. 이 지역에는 고원생대 기반암류 이외에도 조선 누층 군과 평안누층군으로 구분되는 고생대 퇴적암류, 반송 층 군으로 불리는 중생대 퇴적암류, 그리고 다양한 화성암류들이 산출한다(Fig.
분석 시사용 한 일차 이온 빔의 크기와 전류는 각각 ~20µm, 206 238~3nA이었다. 저어콘의 U 농도 측정과 Pb/ U 검정선 수립을 위해서 각각 SL13 (238 ppm U; Claoué-Long et al., 1995)과 미국 둘루스 복합체 (Duluth Complex)로부터 분리된 FC₁ 표준 저어콘 206 238( Pb/ U=0.1859; Paces and Miller, 1993)을 사용하였다. 분석한 저어콘의 U-Pb 동위원소 성분/연령 계산과 다이어그램 도시는 Prwan 6.

데이터처리

1859; Paces and Miller, 1993)을 사용하였다. 분석한 저어콘의 U-Pb 동위원소 성분/연령 계산과 다이어그램 도시는 Prwan 6.5.5와 Isoplot/Ex 프로그램을 각각 이용하였다(T. Ireland, written communication; Ludwig, 2008). 보통 Pb 보정은 보통 Pb 모델 성분(Cumming and Richard, 1975)을 204 이용한 Pb 보정법을 적용하였다(Williams, 1998).

이론/모형

Ireland, written communication; Ludwig, 2008). 보통 Pb 보정은 보통 Pb 모델 성분(Cumming and Richard, 1975)을 204 이용한 Pb 보정법을 적용하였다(Williams, 1998). 불확실도 계산에는 계측통계학적(counting statistics) 오차, 배경값에 기인한 오차와 함께 표준시료의 검정선 수립에서 발생한 오차 ±0.

성능/효과

1)는 상속핵(inherited core)과 혼합 연령(mixing age), 혹은 결정의 쇄설성 기원을 의미하므로 평균연령 계산에서는 제외하였다(Table 2). 불일치도에 관계없이 과성장 영역 분석 결과 중에서 교차연령과 평균연령을 정의하기 힘든 한개의 분석점(12.2)를 제외한 8개의 점분석의 결과로부터 구한 교차연령과 가중평균 207 206Pb/ Pb 연령은 각각 1867±16Ma (2; MSWD= 0.21) 및 1870±10Ma (2; MSWD=0.49)이다(Fig. 3a). 혼성암질 편마암 170212-03 시료에서 분석한 저어 콘의 U과 Th의 함량은 170211-01 시료와 유사한 범위를 갖지만, 보통 Pb 함유량이 상대적으로 매우 높다(Table 2).
혼성암질 편마암 170212-03 시료에서 분석한 저어 콘의 U과 Th의 함량은 170211-01 시료와 유사한 범위를 갖지만, 보통 Pb 함유량이 상대적으로 매우 높다(Table 2). 이로 인해 총 36개의 점분석 결과 중에 207 206 206 238 12개만이 Pb/ Pb 연령과 Pb/ U 연령의 불일치도(discordance)가 10% 이하이며, 불일치도가 10%를 초과하는 24개의 분석점은 이후 연령 계산에서 제외하였다(Table 2). 저어콘 결정의 과성장 부분을 분석한 점분석 중 연령 불일치도가 10% 이하로 뚜렷한 Pb 손실과 혼합 연령의 영향을 배제할 수 있는 3개의 분석 결과(4.
이로 인해 총 36개의 점분석 결과 중에 207 206 206 238 12개만이 Pb/ Pb 연령과 Pb/ U 연령의 불일치도(discordance)가 10% 이하이며, 불일치도가 10%를 초과하는 24개의 분석점은 이후 연령 계산에서 제외하였다(Table 2). 저어콘 결정의 과성장 부분을 분석한 점분석 중 연령 불일치도가 10% 이하로 뚜렷한 Pb 손실과 혼합 연령의 영향을 배제할 수 있는 3개의 분석 결과(4.1, 8.2, 24.1)로부터 측정한 교차 및 207 206 가중평균 Pb/ Pb 연령은 각각 1862±9Ma (2; MSWD=0.16)와 1863±6Ma (2; MSWD=0.88)이다 (Fig. 3b).

후속연구

, 2018). 따라서, 소백산 육괴의 변성 시기를 정확하게 규명하는 것은 영남 육괴의 지체구조의 유래를 밝히는데 있어서 중요할 뿐만 아니라, 고 원생대 북중국 지괴의 진화 과정을 이해하는데 필수적인 정보를 제공할 것이다. 이 연구에서는 고분해능 이차 이온 질량분석기를 이용하여 단양 지질공원 일대에 분포하는 혼성암질 편마암의 저어콘 U-Pb 연령을 측정하여 변성 시기를 제한하고 기존 연구 결과와 비교하고자 한다.
, 2014). 그러나 우백질 화강암에서 산출되는 저어콘은 높은 U 함량으로 인해 변질 및 Pb 손실이 흔하게 발생하기 때문에 결정의 폐쇄성을 담보할 수 있는 연령지시 광물에 대한 추가적인 후속연구가 필요할 것으로 판단된다.

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