[논문]현풍-부곡일원 최하부 유천층군의 산상과 SHRIMP U-Pb 연대

김용식; 고경태; 이병춘

doi:10.9719/eeg.2020.53.4.397

현풍-부곡일원 최하부 유천층군의 산상과 SHRIMP U-Pb 연대
Occurrence of the lowermost part of the Yucheon Group and its SHRIMP U-Pb ages in Hyeonpoong and Bugok areas 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.53 no.4, 2020년, pp.397 - 411

김용식 (경북대학교 지구시스템과학부) , 고경태 (한국지질자원연구원 국토지질연구본부) , 이병춘 (한국지질자원연구원 국토지질연구본부)

초록
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백악기 유천층군은 후기 백악기 화산암 및 퇴적암으로 구성되며, 경상화산호의 화산활동에 의해 형성되었다. 유천층군 전반에 대한 정밀한 야외조사의 부재는 유천층군의 형성시기와 화산호의 시·공간적 발달양상에 대한 이해의 부재로 귀결되었다. 이번 연구에서는 현풍-부곡 지역에 나타나는 하양층군 최상부인 진동층과 유천층군 최하부의 경계에 대한 지질도를 작성하고 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대를 통해 유천층군 형성시기를 규명하였다. 연구지역의 유천층군은 진동층을 정합으로 피복하고 있는 응회암 및 화산력응회암으로 구성되며, 폭발적인 화산분출에 의한 화쇄밀도류에 의해 퇴적되었다. 이들 응회암의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대는 약 96-97 Ma를 보여주며 이는 연구지역 진동층의 퇴적이 약 96-97 Ma에 경상화산호의 폭발적인 화산활동에 의해 종료되었음을 지시한다. 이 연대 범위는 경주지역 의성소분지 남부의 유천층군 최하부 퇴적연대(88-85 Ma)와 차이를 보이는데 이는 유천층군을 형성한 화산활동 및 그 영향 범위가 화산호로부터의 거리 혹은 경상화산호로부터 퇴적물을 공급하는 고수계 발달양상의 차이에 의한 것으로 추정된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Cretaceous Yucheon Group is volcano-sedimentary successions that are formed by volcanic activities of the Gyeongsang Volcanic Arc. Lack of the detailed field researches on the Yucheon Group results in poor understanding of the formation time and the tempo-spatial development of the volcanic arc. Also, this causes difficulties to reconstruct the depositional history from the Sindong and Hayang groups to the Yucheon Group. In this study, we conducted field research targeting to the interface between topmost part of the Hayang Group and the lowermost part of the Yucheon Group from Hyeonpoong to Bugok areas. We also identified depositional timing of the lowermost part of the Yucheon Group using SHRIMP U-Pb zircon age dating. This Yucheon Group is composed of tuff and lapilli tuff, conformably overlying the Jindong Formation. The results of SHRIMP U-Pb zircon age are 97 to 96 Ma, indicating cessation of deposition of the Hayang Group at 97 to 96 Ma by input of pyroclastic materials into the Jinju Subbasin during the explosive volcanic eruptions from the Gyeongsang Volcanic Arc. In comparison with field researches and results of LA-ICP-MS zircon U-Pb age dating (88-85 Ma) of the lowermost part of the Yucheon Group in Gyeongju areas, the volcanic activities that formed Yucheon Group and their influence ranges varied tempo-spatially. This is probably due to distance difference from the volcanic arc or establishment of the paleo-drainage system from the Gyeongsang Volcanic Arc to nearby lowlands.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Geological map of the Yucheon Group and surrounding areas (modified from Kim et al., 1998).
그림 Fig. 2. Stratigraphic framework of the Gyeongsang Supergroup along with results of SHRIMP and LA-ICP-MS zircon (Zr.) age dating (Jwa et al., 2009, Kim et al., 2013, Lee et al., 2018, Choi and Kwon, 2019, Hwang et al., 2019) (Fm.: Formation, Bt.: Basalt).
그림 Fig. 3. (a) Geological map of the sample location (YCJD-02) and nearby areas. Note conformable stratigraphic relationships of strata between the Jindong Formation and tuff and lapilli tuff beds of the Yucheon Group. (b) A photograph of the laminated mudstones of the Jindong Formation. (c) An outcrop photograph of the tuff in YCJD-02. The tuff is composed of multiple beds of the lapilli tuff and tuff exhibiting planar stratification. (d) Close-up view of the tuff in Figure 3c.
표 Table 1. SHRIMP zircon U-Pb ages of the tuff in the lowermost part of the Yucheon Group
표 Table 1. Continued
그림 Fig. 4. (a) Geological map of YCJD-06. (b) A photograph of the interbeds of mudstones and sandstones showing a symmetrical ripple bedform. (c) An outcrop photograph of the lapilli tuff in YCJD-06. This lapiili tuff is composed of angular lithic lapilli and blocks supported by crystal-bearing ash matrix. (d) Block-sized lithic clasts in YCJD-06.
그림 Fig. 5. (a) Geological map of the sample location (YCJD-08) and adjacent area where the Jindong Formation is conformably overlain by the tuff of the Yucheon Group. (b) An outcrop photograph of the underlying Jindong Formation. This formation is composed of sandstone beds intercalated with purple-colored mudstones. (c) Close up view of planar stratification in the sand bed in Fig. 5b. (d) An outcrop photograph of tuff beds (YCJD-08) in the Yucheon Group. (e) Detailed view of the tuff bed in Fig. 5d. Lithic fragments are supported by ash matrix.
그림 Fig. 6. (a) Geological map around sample location (YCJD-09). (b) Laminated mudstones in the Jindong Formation. (c) An outcrop photograph of multiple beds of the tuff and lapilli tuff. (d) Close-up view of the tuff bed (Fig. 6c).
그림 Fig. 7. Photomicrographs of tuff in YCJD-06 (a) and YCJD-08 (b).
그림 Fig. 8. Cathodoluminescence (CL) images of zircon grains from the tuff beds in the lowermost part of the Yucheon Group with analyzed points and ages (Scale bar: 100 micrometer (μm).
그림 Fig. 9. Tera-Wasserburg diagrams and probability density diagrams of zircon ages from YCJD-02 (a, b), YCJD-06 (c, d), YCJD-08(e, f), and YCJD-09(g, h).
그림 Fig. 10. Kernel density estimate from the tuff beds in the lowermost part of the Yucheon Group.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 경상화산호의 형성시점과 하양층군에서 유천층군으로 변화하는 층서발달사를 이해하기 위해서는 유천층군 화산암의 산상을 정밀히 분석하여 층서를 확립하고 이에 기초한 절대연령측정이 수행되어야 한다. 이번 연구에는 대구 현풍에서 경남 부곡에 걸쳐 하양층군의 최상부인 진동층과 유천층군의 최하부인 주사산아층군의 경계에 대한 야외조사를 실시하여 주사산아층군 최하부의 형성과정과 하양층군과의 층서관계를 확인하였다. 또한 최하부 주사산아층군에 SHRIMP (Senstive High Resolution Ion Probe) 분석을 통해 화산암에서 분리한 저어콘의 U-Pb 연령을 측정하였다.

제안 방법

이를 위해 위성영상 및 항공사진을 이용하여 유천층군과 하양층군 경계를 확인할 수 있는 네 지점(YCJD-02,06,08,09)을 선택하였다. 1:25,000지형도를 이용하여 이들 네 지점에 대한 지질도를 작성하여 관입 혹은 분출 여부를 확인해 층서관계를 확인하였다(Figs. 3-6). 이후 화산암에 대한 암편의 존재여부 및 암편의 조성, 퇴적구조, 층리측정 등의 야외관찰과 더불어 박편분석을 통해 화산암을 동정하였다(Fig.
중광물 분리를 위해 화산암 시료를 분쇄하고 이후 표준 망체를 이용하여 120-180 메쉬 사이의 입자를 분리했다. 각 시료에서 분리된 입자에서 패닝, 중액분리 그리고 자성분리법을 이용하여 저어콘을 분리하여 표준물질(SL13과 FC-1)과 함께 에폭시수지에 고정하여 마운트를 제작했다. 저어콘 내부구조 확인 및 분석위치 선정을 위해 한국기초과학지원연구원 오창본원에 설치된 주사전자현미경 (JEOL JSM-6610LV)을 이용해 음극선발광(cathodoluminescence; CL)과 후방산란전자(backscattered electron; BSE) 영상을 촬영하였다.
이번 연구에는 대구 현풍에서 경남 부곡에 걸쳐 하양층군의 최상부인 진동층과 유천층군의 최하부인 주사산아층군의 경계에 대한 야외조사를 실시하여 주사산아층군 최하부의 형성과정과 하양층군과의 층서관계를 확인하였다. 또한 최하부 주사산아층군에 SHRIMP (Senstive High Resolution Ion Probe) 분석을 통해 화산암에서 분리한 저어콘의 U-Pb 연령을 측정하였다. 이러한 연구는 유천층군의 형성시기를 규명하고 유천층군 형성 초기의 화산활동을 이해하는데 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대되며, 이를 기초로 한반도를 비롯한 백악기 말 동북아시아의 지구조진화사 연구에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
Chang (1975)는 대구-경주지역의 함안층 상부에 분포하는 퇴적층의 층서를 하부에서 상부로 반야월층, 송내동층, 채약산화산암, 건천리층으로 분류하였다. 이후 암상경계의 불명확성을 바탕으로 반야월층과 송내동층을 합쳐 하부진동층이라는 하나의 층서단위로의 사용을 제안하였으며, 송내동층을 하부진동층에 속하는 층원으로 분류하였다(Fig. 2)(Chang et al., 1997, 2003). 최근 경주지역에서 수행된 야외조사에 따르면, 유천층군에 해당하는 응회암은 진동층을 정합으로 피복하고 있다(KIGAM, 2020).
3-6). 이후 화산암에 대한 암편의 존재여부 및 암편의 조성, 퇴적구조, 층리측정 등의 야외관찰과 더불어 박편분석을 통해 화산암을 동정하였다(Fig. 7). 이들 네 지점의 유천층군의 화산암은 모두 응회암 및 화산력응회암(lapilli tuff)으로 구성되었음을 확인하였으며, 형성시기를 확인하기 위해 경계에서 최대한 가까운 지점에서 시료를 확보하였다.
각 시료에서 분리된 입자에서 패닝, 중액분리 그리고 자성분리법을 이용하여 저어콘을 분리하여 표준물질(SL13과 FC-1)과 함께 에폭시수지에 고정하여 마운트를 제작했다. 저어콘 내부구조 확인 및 분석위치 선정을 위해 한국기초과학지원연구원 오창본원에 설치된 주사전자현미경 (JEOL JSM-6610LV)을 이용해 음극선발광(cathodoluminescence; CL)과 후방산란전자(backscattered electron; BSE) 영상을 촬영하였다. 연대측정은 한국기초과학지원연구원 오창본원의 SHRIMP IIe/MC를 이용하여 진행되었으며 이온빔의 분석직경은 25 μm이며 세기는 4-6nA 이었다.

대상 데이터

YCJD-09에서 분리된 저어콘은 자형 또는 반자형이고 입자의 크기는 세립질에서 조립질(40-250 μm)이다 (Fig. 8).
본 논문은 과학기술정보통신부의 재원으로 수행된 한국지질자원연구원의 주요사업인 국토 지질조사 및 지질도·지질주제도 발간(GP2020-003)과 한국연구재단 (No. 2020R1F1A1070752)의 지원으로 수행되었다. 세심한 조언과 논리적 비평을 전해주신 두 분의 심사위원께 감사드린다.
연구지역의 유천층군은 응회암과 화산력응회암으로 이루어져 있으며, 하부 진동층과는 정합으로 퇴적되어 있다. 응회암 내 기원이 다른 암편의 존재(예, 화강암, 퇴적암)와 기질 내 암편 함량과 크기의 수직적 차이는 폭발적인 화산분출 때문에 형성되었음을 지시한다.
지질도작성 결과 연구지역의 응회암은 진동층을 정합으로 피복하고 있으며, 주사산아층군의 최하부 지층에 해당한다. 연구지역의 응회암은 수십m 두께의 화산력응회암과 응회암으로 구성되어 있다(Figs. 3-6). 이 둘의 경계는 뚜렷하고 평평하거나(sharp planar boundary) 혹은 층의 상부로 갈수록 역질응회암에서 응회암으로 점이적(gradual)변화하며, 퇴적암은 관찰되지 않는다.
연대측정은 한국기초과학지원연구원 오창본원의 SHRIMP IIe/MC를 이용하여 진행되었으며 이온빔의 분석직경은 25 μm이며 세기는 4-6nA 이었다.
7). 이들 네 지점의 유천층군의 화산암은 모두 응회암 및 화산력응회암(lapilli tuff)으로 구성되었음을 확인하였으며, 형성시기를 확인하기 위해 경계에서 최대한 가까운 지점에서 시료를 확보하였다. 중광물 분리를 위해 화산암 시료를 분쇄하고 이후 표준 망체를 이용하여 120-180 메쉬 사이의 입자를 분리했다.
유천층군의 형성시기를 정확히 확인하기 위해서 유천층군과 하양층군의 최상부 진동층의 층서관계에 대한 연구가 선행되어야 한다. 이를 위해 위성영상 및 항공사진을 이용하여 유천층군과 하양층군 경계를 확인할 수 있는 네 지점(YCJD-02,06,08,09)을 선택하였다. 1:25,000지형도를 이용하여 이들 네 지점에 대한 지질도를 작성하여 관입 혹은 분출 여부를 확인해 층서관계를 확인하였다(Figs.
각각의 분석치와 겉보기연령의 오차는 1σ이며, 확률 밀도 다이어그램의 경우 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 겉보기 연대를 이용하여 나타내었다(Table 1). 확률 밀도 다이어그램의 경우 연령의 오차가 적을수록 집중도가 강조되는 경향이 있어 IsoplotR 프로그램을 이용하여 커넬 밀도 다이어그램(Kernel density estimate)을 도시하였으며(Vermeesch, 2018), 전체 연대결과 중 불일치도 10% 이하인 자료만을 사용하였다.

데이터처리

1). 14개의 저어콘 입자를 대상으로 U-Pb 분석을 진행했으며 분석치를 테라-와스버그다이어그램 (terra-wasserburg diagram)에 나타내었다. 분석된 저어콘의 연대는 약 91-230 Ma의 연령분포를 보인다(Fig.
98) 비율을 갖는다. 15개의 저어콘 입자를 대상으로 U-Pb 분석을 진행했으며 분석치를 테라-와스버그(terra-wasserburg diagram)에 나타내었다. 분석된 저어콘의 연대는 약 95-285 Ma의 연령분포를 보이며 (Fig.

이론/모형

98) 비율을 갖는다. 15개의 저어콘 입자를 대상으로 U-Pb 분석을 진행했으며 분석치를 테라-와스버그(terra-wasserburg diagram)에 나타내었다. 분석된 저어콘의 연대는 약 95-285 Ma의 연령분포를 보이며 (Fig.
연대측정은 한국기초과학지원연구원 오창본원의 SHRIMP IIe/MC를 이용하여 진행되었으며 이온빔의 분석직경은 25 μm이며 세기는 4-6nA 이었다. 연대측정 분석 절차는 Williams (1998)과 Ireland and Williams (2003)의 방법을 따랐으며 측정된 자료는 SQUID 2.5와 Isoplot 3.7을 이용해 연대계산을 진행 하였다. 각각의 분석치와 겉보기연령의 오차는 1σ이며, 확률 밀도 다이어그램의 경우 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 겉보기 연대를 이용하여 나타내었다(Table 1).

성능/효과

분석된 저어콘의 연대는 약 95-285 Ma의 연령분포를 보이며 (Fig. 9(c)), 확률 밀도 다이어그램에서 113 Ma에 가장 높은 피크가 관찰되고 96 Ma에서 가장 젊은 피크가 관찰된다(Fig. 9(d)).
최근 경주지역에서 수행된 야외조사에 따르면, 유천층군에 해당하는 응회암은 진동층을 정합으로 피복하고 있다(KIGAM, 2020). 또한, 이들 응회암에서 분리한 저어콘 시료의 LA-ICPMS U-Pb 연대측정에 따르면, 퇴적층을 피복하는 응회암의 형성 시기는 약 85-88 Ma로서, 진주소분지에서 하양층군의 퇴적이 종료된 이후에도 의성소분지의 남부는 여전히 쇄설성 퇴적물이 퇴적되고 있음을 보여준다. 따라서 경상화산호의 화산활동에 의해 야기된 하양층군의 퇴적종료 시기는 시, 공간적으로 차이가 나며, 이는 당시 화산활동이 발생한 화산호로부터의 거리 차이 혹은 화산호에서 배호분지로 퇴적물을 공급하는 퇴적계의 공간적 발달양상 차이에 의한 것으로 추정된다.
14개의 저어콘 입자를 대상으로 U-Pb 분석을 진행했으며 분석치를 테라-와스버그다이어그램 (terra-wasserburg diagram)에 나타내었다. 분석된 저어콘의 연대는 약 91-230 Ma의 연령분포를 보인다(Fig. 9(a)).
15개의 저어콘 입자를 대상으로 U-Pb 분석을 진행했으며 분석치를 테라-와스버그(terra-wasserburg diagram)에 나타내었다. 분석된 저어콘의 연대는 약 95-285 Ma의 연령분포를 보이며 (Fig. 9(c)), 확률 밀도 다이어그램에서 113 Ma에 가장 높은 피크가 관찰되고 96 Ma에서 가장 젊은 피크가 관찰된다(Fig.
9(a)). 확률 밀도 다이어그램에서 97 Ma에서 가장 높은 피크가 관찰되며 이와 함께 101, 118, 123, 130, 231 Ma에서도 피크가 관찰된다(Fig. 9(b)).

후속연구

그 이유 중 하나는 수직, 수평적 암상변화가 심한 화산암의 복잡한 야외산상으로, 관입 혹은 분출 등 기원이 다른 화산암류들이 상대적으로 단순한 층서단위로 구분되기 때문이다. 따라서 경상화산호의 형성시점과 하양층군에서 유천층군으로 변화하는 층서발달사를 이해하기 위해서는 유천층군 화산암의 산상을 정밀히 분석하여 층서를 확립하고 이에 기초한 절대연령측정이 수행되어야 한다. 이번 연구에는 대구 현풍에서 경남 부곡에 걸쳐 하양층군의 최상부인 진동층과 유천층군의 최하부인 주사산아층군의 경계에 대한 야외조사를 실시하여 주사산아층군 최하부의 형성과정과 하양층군과의 층서관계를 확인하였다.
따라서 경상화산호의 화산활동에 의해 야기된 하양층군의 퇴적종료 시기는 시, 공간적으로 차이가 나며, 이는 당시 화산활동이 발생한 화산호로부터의 거리 차이 혹은 화산호에서 배호분지로 퇴적물을 공급하는 퇴적계의 공간적 발달양상 차이에 의한 것으로 추정된다. 따라서 유천층군과 하양층군 경계에 대한 정밀한 야외조사와 더불어 절대연령 측정이 추가로 수행된다면, 유천층군을 형성한 경상화산호의 초기의 시·공간적 발달 양상을 이해할 수 있을뿐더러 하양층군에서 유천층군으로 변화하는 경상누층군의 층서발달사와 이를 제어한 동북아시아의 지구조진화사를 이해하는 데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다.
또한 최하부 주사산아층군에 SHRIMP (Senstive High Resolution Ion Probe) 분석을 통해 화산암에서 분리한 저어콘의 U-Pb 연령을 측정하였다. 이러한 연구는 유천층군의 형성시기를 규명하고 유천층군 형성 초기의 화산활동을 이해하는데 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대되며, 이를 기초로 한반도를 비롯한 백악기 말 동북아시아의 지구조진화사 연구에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	경상누층군의 퇴적기록을 이용하여 복원할 수 있는 것은?	, 2000). 지각변형에 의한 분지 형성으로 경상분지에 백악기 퇴적층인 경상누층군이 형성되었으며, 경상누층군의 퇴적기록을 이용하여 퇴적환경 변화, 지구조운동과 이와 수반된 지형변화, 퇴적동시기성 화산활동 등을 초래한 한반도의 백악기 지구조진화사를 보다 정밀하게 복원할 수 있다(e.g.
	백악기 한반도의 위치와 특징은?	백악기 한반도는 유라시아판의 동북 연변부에 위치하며, 유라시아대륙 아래로 섭입하는 고태평양판(paleoPacific Palte)에 의해 화성활동과 지각변형이 발생하였다(Chough et al., 2000).
	경상화산호의 유천층군이 하부의 신동층군와 하양층군에 비해 소수의 연구만 이루어진 이유는?	, 2019 and references therein). 그 이유 중 하나는 수직, 수평적 암상변화가 심한 화산암의 복잡한 야외산상으로, 관입 혹은 분출 등 기원이 다른 화산암류들이 상대적으로 단순한 층서단위로 구분되기 때문이다. 따라서 경상화산호의 형성시점과 하양층군에서 유천층군으로 변화하는 층서발달사를 이해하기 위해서는 유천층군 화산암의 산상을 정밀히 분석하여 층서를 확립하고 이에 기초한 절대연령측정이 수행되어야 한다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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