Zircon U-Pb age of the Heuksan-do Granite: Implication of the Magmatism at ca. 114 Ma

Jour. Petrol. Soc. Korea Vol. 26, No. 1, p. 63~72, 2017 https://doi.org/10.7854/JPSK.2017.26.1.63

흑산도 화강암의 저어콘 U-Pb 연령: 약 114 Ma 화성활동의 의미

이태호^1,2·박계헌¹*·송용선¹·김명정¹

1부경대학교 일반대학원 지구환경시스템과학부, ²한국기초과학지원연구원 지구환경연구부

Zircon U-Pb age of the Heuksan-do Granite: Implication of the Magmatism at ca. 114 Ma

Tae-Ho Lee^1,2, Kye-Hun Park¹*, Yong-Sun Song¹, and Myoung Jung Kim¹

1Division of Earth and Environmental Sciences, Pukyong National University

2Division of Earth and Environmental Sciences, Korea Basic Science Institute

요 약: 한반도 남서부 목포시에서 서쪽으로 약 90 km 지점에 위치한 흑산도의 소규모 화강암질 관입체로부 터 분리한 저어콘에 대한 SHRIMP U-Pb 연대측정 결과 113.9±1.2(n=16) Ma의 정치연령을 얻었다. 백악기 앱 티안-알비안 경계시기에는 한반도 거의 전역에서 화성활동이 나타났을 뿐만 아니라 중국 동부와 일본에서도 동일한 시기의 화성활동이 나타난 것으로 보고되었다. 평평한 각도로 일어난 섭입작용에 이은 엽렬에 의해 이 처럼 일시적이지만 동아시아의 매우 넓은 지역에서 동시적인 화성활동을 만들어내었을 가능성이 있다.

핵심어: 화강암, 저어콘 U-Pb 연령, SHRIMP, 백악기

Abstract:

Keywords:

서 론

고생대말부터 중생대초까지 진행된 초대륙 팡게아 의 최종적 구축 동안에 한반도 주변지역에서도 북중 국과 남중국 사이의 대륙충돌 사건이 일어났다. 이후 이어진 중생대 기간에는 대륙의 연변부에 위치한 한 반도를 포함하는 동북아시아 지역은 고태평양판의 섭 입에 의한 영향을 받았다. 그 결과로 한반도와 그 주 변에서는 고생대말부터 신생대초까지 활발한 화성활 동이 있었다(Sagong et al., 2005; Cheong and Kim, 2012). 최근까지의 정밀한 연대측정 자료를 종합한 결 과에 의하면 동아시아 지역에서 일어난 화성활동의

시기는 광역적이고 체계적인 변화를 보여준다. 예를 들어 한반도 쥬라기 화강암은 남쪽의 영남육괴로부터 북쪽의 옥천대와 경기육괴로 가면서 주된 정치연령이 점차 젊어지는 경향을 보인다(Park et al., 2010). 또 한 페름기 이래의 한반도 화강암질 암체의 연대빈도 와 종류를 살펴보면 몇 차례의 활동주기로 나누어 볼 수 있다(Park, 2012; Park and Lee, 2014). 이와 같 은 지역적 그리고 시기적인 변화는 일본과 중국을 포 함하는 더 광역적인 지역에서도 나타난다. 쥬라기로 부터 백악기에 걸쳐 동아시아에서 화성활동이 나타았 던 시기와 그 위치의 역동적인 변화는 섭입하는 슬랩 의 수직적 각도변화로 설명되기도 하였다(Kiminami and Imaoka, 2013; Kim et al., 2016). 이와 더불어 암권맨틀의 엽렬(delamination) 또는 엽렬된 하부지각 에 의한 상부맨틀의 오염 등과 같은 지구조적 환경이

*Corresponding author Tel: +82-51-629-6629 E-mail: [email protected]

마그마 생성 및 마그마의 화학적, 동위원소적 조성을 설명하는 중요한 요인으로 주장되기도 하였다(Gao et al., 2004; Wu et al., 2005; Zhang et al., 2010).

이처럼 동아시아의 지구조적 환경의 변화를 이해하 는데 매우 중요한 중생대의 활발한 화성활동기 중에 서도 특히 한반도에서 일어난 백악기 동안의 화성활 동에 대한 관심이 높아지고 있다(Kim et al., 2012, 2016; Cheong and Jo, 2017). 약 160 Ma로부터 120 Ma 사이의 오랜 화성활동 휴지기(Sagong et al., 2005; Park, 2012)를 거친 이후에 재개된 백악기 화 성활동의 경우 지역적인 화성암의 연령분포를 살펴보 면 한반도의 북서에서 남동방향으로 가면서 점차 젊 어진다는 주장이 제기되었다(Kim et al., 2012, 2016).

이러한 지질시대에 따른 화성활동 위치의 변화는 평 평한 각도로 진행된 암권슬랩의 섭입과 섭입 슬랩이 다시 고각으로 섭입되는 롤백 등의 조합에 따른 변화 에 기인하는 것으로 해석되었다(Kim et al., 2016).

하지만 정말로 이렇게 지역적인 변화가 나타나는지 여부는 아직 연대측정이 되지 않은 백악기 화성암체 들에 대한 연대측정을 통해 검증할 필요가 있다고 판 단된다. 이 연구에서는 흑산도에 산출되는 백악기 화 강암에 대한 저어콘 U-Pb 연대측정을 실시하여 백악 기의 지역별 화성활동 연대분포에 추가적인 자료를 제공하고자 한다. 이와 더불어 한반도뿐만 아니라 중 국과 일본 등 동아시아의 매우 넓은 지역에 동시적으 로 나타나는 약 110 Ma 전후의 화성활동이 한반도에 나타나는 위치분포를 다시 살펴보고 이 시기의 화성 활동 의미에 대해 살펴보고자 한다.

지질개요 및 저어콘 U-Pb 연대

Lim et al.(2003)은 흑산도에 분포하는 선캠브리아 기의 변성퇴적암층을 심리층, 그리고 저변성퇴적암층 을 대흑산층군이라 명명하였다(Fig. 1). Lim et al.

Fig. 1. Geological map of the Daeheuksan-do, modified after Lim et al. (2003) with sample location.

(2003)은 대흑산층군을 하부로부터 문암산층, 묵령역 암, 천촌층 그리고 청재미역암으로 구분하였으며, 대 흑산층군은 충적선상지에서 형성된 육성층이며, 백악 기 경상누층군에 대비될 가능성과 트라이아스기말-쥬 라기초의 대동층군에 대비될 가능성을 모두 언급하였 고, 중원생대-신원생대의 저변성퇴적암일 가능성도 배 제하지 않았다. Lim et al.(2003)에 의하면 등립, 조

립질로 담회색을 띠며 석영, 사장석, 정장석, 흑운모 등의 주구성광물을 갖는 화강암이 흑산도의 서변부인 심리와 곤촌리 사이의 해안, 그리고 곤촌리와 비리의 홍합추 사이에 각각 소규모로 분포하며, 이 화강암은 심리와 곤촌리 사이의 해안과 도로변에서는 심리층을 관입하였고, 홍합추 부근에서는 심리층과 문암산층의 각 일부를 관입하였다고 기재하였다. 대흑산층군의 지

Fig. 2. Cathodoluminescence images and apparent ages of zircons analyzed in this study. Ellipses and numbers indicate the analyzed spots and

U/

Pb ages.

Table 1. SHRIMP U-Pb zircon data of the Heuksan-do granite

(ppm)

Th

(ppm) Th/U Common

206Pb (%)

238U/²⁰⁶Pb ± (%) ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb ± (%) Apparent age (Ma)

AH-1.1 682 342 0.52 -0.03 57.78 1.2 0.0425 2.7 111.4 ±1.2

AH-2.1 227 224 1.02 0.20 56.40 1.5 0.0581 8.3 111.9 ±1.4

AH-2.2 1117 225 0.21 0.05 55.32 3.7 0.0501 1.8 115.2 ±4.1

AH-3.1 195 214 1.14 0.29 55.63 1.5 0.0569 10.9 113.6 ±1.3

AH-3.2 185 136 0.76 -0.03 55.51 1.5 0.0471 8.3 115.3 ±1.3

AH-4.1 153 163 1.10 0.34 57.84 1.8 0.0471 14.3 110.7 ±1.5

AH-4.2 2213 735 0.34 -0.03 54.93 1.1 0.0474 1.4 116.4 ±.1.2

AH-5.1 142 113 0.82 0.14 56.03 13.5 0.0394 24.5 115.3 ±13.2

AH-5.2 1455 218 0.15 0.13 55.84 1.5 0.0491 1.6 114.3 ±1.7

AH-6.1 522 216 0.43 3.39 57.14 2.4 0.0554 3.2 110.8 ±2.4

AH-6.2 1634 274 0.17 0.11 55.01 2.5 0.0488 1.6 116.1 ±2.8

AH-7.1 225 296 1.36 -0.10 56.87 7.1 0.0434 54.9 113.0 ±6.0

AH-7.2 1769 510 0.30 0.71 54.97 1.1 0.0513 1.3 115.8 ±1.2

AH-8.1 4434 54 0.01 0.51 54.72 1.3 0.0487 0.9 116.7 ±1.5

AH-8.2 1006 433 0.44 0.59 55.84 1.1 0.0462 2.1 114.7 ±1.2

AH-9.1 141 208 1.53 0.01 58.16 2.0 0.0434 44.9 110.6 ±1.5

AH-9.2 1591 331 0.21 -0.02 51.67 1.0 0.0490 1.3 123.5 ±1.2

질시대가 언제인지 확실하지 않기 때문에 Lim et al.

(2003)은 화강암의 관입 시기 역시 백악기말 이후일 가능성과 쥬라기일 가능성 모두를 언급하였다.

이 연구에서 연대측정을 위한 화강암 표품은 흑산 도의 심리 마을회관 북서쪽 도로변 절개지에서 채취 하였다. 흑산도 화강암으로부터 저어콘을 분리하여 한 국기초과학지원연구원의 SHRIMP-II로 U-Pb 연대측 정을 수행하였다. 한국기초과학지원연구원의 기기를 이용한 SHRIMP-II U-Pb 분석법에 대한 보다 상세한 내용은 여러 논문에 기술되어 있다(예, Lee et al., 2015).

흑산도의 화강암에서 분리한 저어콘들은 음극선발 광(catnodoluminescence, CL) 영상에서 뚜렷한 진동 누대구조를 보이며 외곽과 내부 사이에 별다른 연령 차이를 보이지 않는다(Fig. 2). 흑산도 화강암의 저어 콘에 대한 U-Pb 연대측정 결과(Table 1, Fig. 3)를 종합하면 이 암체는 정치시기가 113.9±1.2(n=16) Ma

인 백악기의 화강암임을 알 수 있다. 서언에서 언급 한 것처럼 이와 비슷한 연령들이 북한을 포함한 한반 도의 여러 지역의 화강암과 화산암 및 화산쇄설성 물 질을 포함하는 백악기 퇴적암들로부터 보고되었다. 다 음에서는 이 연령의 중요성과 의미에 대하여 논의하 였다.

토의 및 결론

한반도의 약 110 Ma 화성활동

쥬라기말부터 백악기초 사이에 한반도에 나타났던 상당히 오랜 화성활동의 휴지기가 있었다(Sagong et al., 2005; Cheong and Kim, 2012; Park, 2012). 백 악기에 들어와 약 110 Ma의 전후시기에 재개된 화성 활동은 한반도의 여러 지역에서 나타난다(Fig. 4). 이 러한 화성활동이 알려진 장소를 살펴보면 다음과 같 다.

신뢰도가 높은 연대측정법으로 평가되는 저어콘 U- Pb 연대측정을 통해 약 110 Ma의 화성활동이 한반도 에 나타남이 널리 알려지기 시작한 것은 강화도의 화 강섬록암에 대한 109.5±1.4 Ma의 스핀-장석 U-Pb 연 령이 보고되면서부터라고 할 수 있다(Sagong et al., 2005). 이 연령은 강화·온수리도폭에서(Hwang and Kihm, 2005) SHRIMP U-Pb 저어콘 연령분석을 통 해 108.1±1.1 Ma로 확인되었다. Wu et al.(2007)이 보고한 북한 지역의 화강암질 암석들에 대한 저어콘 U-Pb 연대측정 결과를 살펴보면 상당수의 백악기 화 강암체가 존재함을 알 수 있다. 이들은 모두 106- 114 Ma 약 110 Ma 전후의 연령을 갖고 있으며 따로 떨어져 분포하는 북한의 강원도 고산지역 복운모 화 강암 1개를 제외하고는 모두 북한의 남서부에 분포한 다. 특히 서부지역의 11개 백악기 표품을 채취한 화 강암질 암체의 분포가 강화도의 북서쪽 연장부인 북 한 황해북도 남쪽지역으로부터 더 북서쪽으로 이어지 며, 평안남도 남서쪽 부분에서는 다시 북동 방향으로 꺽어진 해주-구월산-남포-증산을 잇는 띠 모양의 분포 를 보이는 것에 주목할 만하다.

이 밖에도 남한의 여러 지역에서 약 110 Ma의 화 성활동이 추가로 확인되었다. 여기에는 북한과 가까 운 지역들이 여러 곳 포함된다. 111-112 Ma로 보고된 명성산화강암(Hwang and Kihm, 2007; Kim et al., 2015), 109-115 Ma의 연령분포를 보이는 철원 지역의 규장질 화산암(Hwang et al, 2011) 등이다. 이후 Kim

Fig. 3. (a) Terra-Wasserburg concordia diagram and

(b) weighted mean

U/

Pb age of the zircons

analyzed in this study.

et al.(2012)은 한반도 여러 지역의 화성암들에 대한 연 대측정을 통해 약 110 Ma의 화성활동을 여러 곳에서 확인하였다. 여기에는 탄도분지의 안산암과 유문암 (111 Ma), 천수만분지의 유문암과 데사이트(109 Ma), 서해 군산분지의 잉어-1호공 안산암(112, 113 Ma), 석 모도 화강암(111 Ma) 등이다. Kim et al.(2016)은 추 가적으로 여러 백악기 화강암체들에 대한 연대측정을 시도하였으나 약 110 Ma 전후의 암체를 발견하지는

못하였으며 모두 이보다는 젊은 연령을 갖는 것을 확 인하였으며, 이를 바탕으로 약 110 Ma의 화성활동이 강원도 고성의 북쪽으로부터 전라남도 목포를 잇는 선보다 더 북서쪽의 한반도지역에만 나타나며, 한반 도의 남동쪽으로 갈수록 백악기 화성활동의 연령은 점차 젊어진다고 주장하였다. 그러나 약 110 Ma의 화 성활동이 이 선의 북서쪽에 국한되어 나타나는지 여 부는 추가적인 확인이 필요하다. 그 이유는 이 선의

Fig. 4. Distribution of Cretaceous plutonic rocks having ages of ca. 110 Ma in the Korean Peninsula. Locations of the Cretaceous volcanics or sedimentary rocks reported to have zircon U-Pb ages of ca. 110 Ma are also shown.

The volcanic fragments of the Silla Conglomerate were dated by

Ar/

Ar method (Kim et al., 2005). Solid circle

represents the location of the Paleozoic Jeongson Limestone yielded

U/

Pb age of 115.7±3.1 Ma (Kwon and

Park, 1993) indicating possible influence of the Cretaceous igneous event. The age data are taken from Sagong et

al. (2005), Wu et al. (2007), Lee et al. (2010a, b), Kim et al. (2010, 2012), Hwang et al. (2011).

남동쪽지역에서도 비슷한 시기의 화성활동이 있었음 에 대한 간접적인 증거들이 나타나기 때문이다. 만약 이 선보다 더 남동쪽에서도 북서쪽과 마찬가지로 약 110 Ma 전후로 비슷한 시기의 화성활동이 있었다면 Kim et al.(2012, 2016)이 제시한 위치에 따른 백악 기 화성활동의 시기적 변화를 설명하는 지구조 모델 은 수정 또는 재고가 필요하기 때문이다.

우선 강원도 고성의 북쪽에서 전라남도 목포를 잇 는 선보다 남동쪽의 한반도지역에서 약 110 Ma 전후 의 화성활동이 있었을 가능성에 대한 단서는 여러 곳 에서 나타난다. Kim et al.(2012, 2016)은 앞에 언급 한 구분선보다 남쪽에 위치한 설악산지역의 화성암들 연대가 약 90 Ma 또는 그 이하인 것으로 표시하였으 나 Kim et al.(2010)에 의하면 1:5만 지질도 창암점 도폭내 용대리 동부와 황철봉 서부에 분포하는 응회 암의 연령이 108.0±3.1(n=7) Ma인 것으로 보고되어 있다. 이보다 더 남쪽에 위치한 태백산분지내 하부고 생대 조선누층군의 정선석회암에서 대한 U-Pb 연대 측정 시도에서도 115.7±3.1 Ma의 U-Pb 연대가 보고 되었다(Kwon and Park, 1993). 이는 캠브리아기에 형성된 정선석회암이 백악기에 겪은 열적교란 사건을 나타내며, 비록 이 연령의 관입암체가 발견되진 않았 지만 해당 시기에 인근에 관입한 화성암체의 영향일 가능성이 매우 높다고 생각한다.

이와 더불어 과거 K-Ar 연대측정에 의해 110 Ma 부근 또는 약간 더 젊은 시기로 보고되었던 화성암체 나 광상들에 대하여 보다 정밀한 연대측정을 통해 연 대를 확인할 필요도 있다. 예를 들어 Yun(1986)은 태백산분지 남부지역에 분포하는 백악기 화강암질암 류에 대한 흑운모 K-Ar 연대측정을 수행하여 거도 화 강섬록암 5개 표품으로부터는 107±1~111±1 Ma(평균 108.6 Ma), 이목화강암 2개 표품으로부터는 92±1과 93±1 Ma의 결과를 보고하였다. 이 밖에도 태백분지 지역을 비롯한 한반도 여러 곳에 분포하는 광상들에 대한 K-Ar 연대측정 자료(Park et al., 1985, 1988a, 1988b)를 살펴보면 대화(105±5 Ma), 거도(98.4±2.2 Ma), 금륜(93.0±4.9 Ma), 백구(103.3±1.7 Ma), 동양-홍천 (113.4±1.4 Ma), 문현(93.0±4.4 Ma), 무극(105.7±4.9 Ma), 공주-대금(111.6±2.5 Ma) 등의 여러 광상에서 약 100 Ma 전후의 K-Ar 연대자료들이 보고되었다. 물론 이 러한 광상의 형성이 모두 약 110 Ma 전후 시기의 화성활동과 연관된 것은 아닐 수도 있다. 그러나 89.4±2.4와 91.9±2.3 Ma로 90 Ma 전후의 K-Ar 연령

이 보고된 천수만지역의 화산암(Jeong et al., 1994) 에 대한 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연령이 약 110 Ma 로 측정되었음(Kim et al., 2012)을 감안하면 이 화 강암체들 또는 광상들 중에 적어도 몇 개는 110 Ma 시기의 관입을 나타낼 가능성이 있다. 천수만 지역처 럼 약 110 Ma 무렵의 화산활동이 확인된 지역으로 서해 군산분지를 들 수 있다. 서해 대륙붕 제2광구 잉어 제1호공의 화산암에 대한 K-Ar 연령이 약 110 Ma로 보고된바 있으며(Jin et al., 1991) 이 분지 화 산암의 연령은 Kim et al.(2012)에 의한 저어콘 U- Pb 연대측정 결과 112±2, 113±1 Ma로 확인되었다.

해남지역의 화원현무암은 K-Ar 연령이 103.4±2.5와 101.9±2.7 Ma로 보고되었다(Kim and Nagao, 1992).

이 화산암들에 대하여 보다 정밀한 연대측정 수단으 로 확인할 경우 이곳에서 서쪽의 잉어 제1공 화산암 처럼 약 110 Ma의 연령으로 측정될 가능성도 배제할 수 없다. 경기도 서부의 시화호층에서 채취한 화산암 력의 K-Ar 연대 역시 이 시기에 해당하는 100-120 Ma 범위의 연대를 포함한다(Kim, 2008). 전라남도 구례지역 백악기 금정리역암층에 포함된 화산암역에 대한 K-Ar 전암연대 측정에서는 100-118 Ma의 연대 가 보고되었다(Park et al., 2015). 다른 백악기 분지 인 탄도분지와 천수만 분지의 화산암들에 대한 U-Pb 연대분석에서 110 Ma 부근의 연령이 보고된 것(Kim et al., 2012)을 보면 한반도의 여러 백악기 분지에서 공통적으로 110 Ma 부근의 시기에 화성활동이 일어 났을 가능성이 높다.

한반도의 가장 남동쪽에 위치한 경상분지 내에서도 약 110 Ma 전후의 화성활동이 있었음을 나타내는 단 서들이 다수 보고되었다. 경상분지 하양층군의 신라 역암은 주로 화산쇄설성 물질로 구성되어 있으며 이 중 화산암력에 대한 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정 결과 113.4±

2.4 Ma의 연령이 보고되었다(Kim et al., 2005). 비록 당시 화산암이 분출된 장소가 정확하게 알려지지는 않았지만 신라역암층 내에 분포하는 화산력들이 경우 아주 먼 곳으로부터 운반되어오지는 않았을 것으로 추정되기 때문에 현재 신라역암층이 분포하는 지역에 서 멀지 않은 곳에서 화산활동이 있었을 것으로 추정 할 수 있다. 신라역암의 기질에서 분리한 저어콘의 최소연령집단은 화산암력의 Ar-Ar 연대와 매우 비슷 한 110.4±2.0 Ma의 U-Pb 연령으로 보고되었으며, 이 보다 하부인 진주층 최하부의 암석에서 분리한 쇄설 성 저어콘의 최소연령집단은 112.4±1.3 Ma의 U-Pb

연대로 보고되었다(Lee et al., 2010a). 또한 경상분 지 북동부에 분포하는 영양소분지의 최하부층인 울련 산층에서도 약 110 Ma의 쇄설성 저어콘 연령이 산출 됨이 보고되었다(Lee et al., 2010b). 이는 경상분지 지역에서도 약 110 Ma 부근의 화성활동이 있었음을 강력하게 뒷받침한다. 이보다는 다소 젊은 103-104 Ma 의 연령의 구산동응회암의 분출(Kim et al., 2013) 역시 경상분지 내에서 100 Ma 이전의 화성활동에 대 한 증거이다.

이상에서 살펴본 것처럼 강원도 고성의 북쪽에서 전라남도 목포를 잇는 선보다 남동쪽인 태백분지, 옥 천변성대, 경상분지 등지에서도 110 Ma 무렵부터의 화성활동이 있었을 가능성이 높다. 따라서 한반도의 북서쪽에서 남동쪽으로 가면서 백악기 화성활동의 시 기가 점차 젊어졌다는 가설은 추가적인 확인이 필요 하다. 만약 경상분지에까지 약 110 Ma의 화성활동이 있었다면 이는 한반도의 거의 대부분에 걸쳐 동시적 인 화성활동이 있었음을 의미한다. 이처럼 매우 넓은 폭의 지역이 동시적으로 화성활동이 일어나는 것은 매우 흥미로운 현상이며 그 원인에 대한 연구와 규명 이 필요하다.

일본과 중국의 약 110 Ma 화성활동

중생대를 통해 동아시아 연변에서 일어난 고태평양 판의 섭입은 한반도뿐만 아니라 이웃한 일본과 중국 의 화성활동에도 영향을 미쳤다. 따라서 Kim et al.

(2012, 2016)이 제기한 것처럼 백악기에 한반도의 북 서쪽에서 남동쪽으로 가면서 화성활동의 시기가 젊어 졌다면 동해가 벌어지기 전이라 당시 한반도에 붙어 있었던 일본과 더 서쪽에 위치한 중국을 포함에도 그 러한 경향성이 나타나는지 여부를 확인할 필요가 있 다. 여기서는 백악기의 전체적인 화성활동을 망라해 서 알아보기 보다는 한반도에 전반적으로 나타날 가 능성이 높다고 앞에서 논의한 약 110 Ma의 화성활동 이 이웃한 일본이나 중국에도 나타나는지 여부를 알 아본다.

우선 일본의 경우 120-110 Ma의 시기는 한반도와 마찬가지로 오랜 화성활동 휴지기 이후 섭입과 관련 한 화성활동이 재개된 시점이다. 일본의 백악기 화성 암체 중에서 약 110 Ma의 연대를 나타내는 것을 살 펴보면 다음과 같다. 북동 일본의 남쪽 태평양에 연 해있는 지역의 아부쿠마 산맥은 키타카미대와 아부쿠 마대 등으로 나뉘어지며, 이 중 아부쿠마대에 분포하

는 심성암체들로부터 보고된 저어콘 U-Pb 연대측정 결과를 보면 Takahashi et al.(2016)은 반려암질암과 주변의 화강암질 암석들의 정치시기가 101-113 Ma의 범위라고 보고하였고, Tsuchiya et al.(2014)은 미야기 현의 와리야마지역 아다카이트질 화강섬록암에서 118±2와 117±1 Ma의 연령을 보고하였다.

남서 일본에서도 큐슈지역의 히고대에 나타나는 반 려암과 토날라이트로부터는 108-113 Ma 범위의 연령, 그리고 시코쿠 지역의 마나대 오시마 화강암질 편마 암에서는 113 Ma의 저어콘 U-Pb 연령이 보고되었다 (Sakashima et al., 2003). 이처럼 북동 일본과 남서 일본 모두에서 상당수의 화성암체가 110 Ma 부근의 생성시기를 갖고 있음을 알 수 있다.

일본의 백악기 퇴적암 내에서도 약 110 Ma 연령의 저어콘이 흔하게 발견된다. 예를 들어 Aoki et al.

(2014)이 보고한 칸몬층군 여러 구성층에서 분석된 쇄 설성 저어콘의 U-Pb 연대측정 자료를 살펴보면 하부 와카미야층에 보고된 41개 분석점 중에서 10개가 100-120 Ma의 범위를 나타내며 이들의 평균 연령은 약 111 Ma이다. 시오하마층에서는 54개 분석점 중에 서 31개(평균 약 109 Ma), 수지가하마층에서는 54분 석점 중에서 25개(평균 109 Ma)가 이 범위에 속한다.

여기서는 일본에서 일어난 백악기의 화성활동 시기 와 그 지역을 포괄적으로 살펴보려는 것은 아니다.

하지만 위에 제시한 자료만으로도 일본의 여러 지역 에서 약 110 Ma의 화성활동이 있었음은 명백하다. 동 해가 만들어지기 이전인 백악기중에는 일본열도가 한 반도와 연결되어 있었다고 판단되기 때문에 일본의 여러 곳에서 110 Ma 무렵의 화성활동이 나타난다는 것은 한반도의 북서쪽으로부터 남동쪽으로 가면서 화 성활동의 시기가 점차 젊어졌다는 가설을 좀 더 신중 하게 검증해야할 필요성을 말해준다. 특히 일본의 경 우 오히려 해구에 가까웠던 북동 일본의 키타카미로 부터 아부쿠마 고지대, 남서 일본의 료케대, 그리고 더 한반도에 가까운 산인대로 가면서 백악기 화성활 동의 시기가 더 젊어지는 것으로 알려져 있으며 (Ishihara and Orihashi, 2015), 이는 한반도에서 주 장된 경향(Kim et al., 2016)과는 정반대이다.

중국의 경우 북중국 크레이톤의 남동연변부인 뱅부 지역의 아다카이트질 화강섬록암, 화강암 및 고철질 암맥 등에서 112-115 Ma의 연령이 보고되었다(Liu et al., 2012). 이보다 더 북쪽에 위치한 서해 건너 산동 반도의 술루 조산대 서부지역에서도 몬조화강암, 섬

록암, 함사장석 각섬암 및 반려암 등 다양한 조성의 암맥에 대한 저어콘 U-Pb 연대에서 약 111-129 Ma 범위의 정출연령이 보고되었다(Zhang et al., 2012).

한반도 바로 북쪽 두만강 건너 연변지역에서도 116- 119 Ma의 화강암류가 보고되었으며(Zhang et al., 2004), 요동반도에서도 약 106 Ma까지의 화성활동이 저어콘 U-Pb 연대측정으로 보고되었다(Liu et al., 2011). 또한 한반도로부터 더 북서쪽으로 멀리 떨어 진 송랴오 분지 화산암에 대한 저어콘 U-Pb 연대측 정에서도 109-115 Ma의 시기가 보고되었다(Zhang et al., 2011). 이는 일본과 중국 모두에서 한국과 같이 약 110 Ma의 화성활동이 나타났음이 명백하다. 따라 서 동시적인 화성활동이 일어난 지역의 폭이 수천 km에 달하였을 가능성이 있다.

동아시아에서 약 110 Ma 화성활동의 의미 흑산도에 관입한 화강암의 저어콘 U-Pb 연대는 113.9±1.2(n=16) Ma로 백악기에 정치하였음이 밝혀졌 다. 이러한 연대는 앱티안-알비안 경계시기에 한반도 에서 매우 넓은 지역에 걸쳐 화성활동이 일어났음을 다시 확인해 준다. 흑산도에서 나타나는 114 Ma의 화 성활동은 최근에 많은 수의 저어콘 U-Pb 연대측정을 통해 제기된 백악기 동안 한반도에서의 화성활동이 북서에서 남동방향으로 가면서 점차 젊어진다는 주장 (Kim et al., 2012, 2016)과 합치하는 것으로 볼 수 도 있다. 그러나 앞에서 논의한 것처럼 적어도 약 110 Ma 시기의 화성활동만큼은 한반도를 포함해서 중 국의 북동부와 일본을 포함하는 매우 넓은 지역에서 거의 동시적으로 나타났음이 분명하다. 하지만 이후 의 화성활동은 Kim et al.(2016)의 주장처럼 동쪽으 로 갈수록 화성활동이 점차 더 젊은 시기까지 지속되 었다 그쳤을 가능성이 있다. 이는 화성활동이 나타났 던 대륙지역의 폭이 급격히 줄어들었음을 나타내는 것으로 해석할 수 있다. 즉, 지역별로 나타나는 가장 오래된 화성활동 시기는 거의 비슷하지만 가장 젊은 시기는 점차 동쪽으로 가면서 젊어졌다고 판단된다.

이는 Kiminami and Imaoka(2013)과 Kim et al.

(2016)이 제시한 지구조 모델에 다소간의 수정이 필 요함을 의미한다. 후기 쥬라기부터 전기 백악기의 중 엽까지의 기간은 한국과 일본의 대부분에 화성활동이 나타나지 않았으며, 이 기간 동안에는 해구로부터 일 본-한국의 아래에 이르기까지 암권슬랩이 매우 완만 한 각도로 섭입하고 있었다. 하지만 중국의 동부지역

에서는 백악기초부터 매우 활발한 화성활동이 있었으 며, 이는 중국 동부지역의 아래에서는 더오래된 암권 슬랩의 롤백 현상에 의하여 정상적인 각도의 섭입이 진행과 더불어 활발한 화성활동이 진행되고 있었음을 시사한다. 약 110 Ma의 시기에는 대륙암권의 아래에 거의 붙어있는 정도로 평평하게 섭입이 진행되던 해 양암권이 갑자기 아래로 떨어져나오는 현상이 발생하 였다. 이로 인하여 섭입하는 해양암권과 그 위의 대 륙암권 사이로 뜨거운 연약권이 용승하여 용융을 일 으켰을 가능성이 있다. 지역에 따라서는 일부 슬랩에 균열이 만들어지거나 떨어져 나감으로써 이러한 용융 을 가속시켰을 수도 있다. 이러한 현상은 수천 km에 이르는 지역에서 동시적인 화성활동이 일어났던 현상 을 설명해준다. 하지만 이러한 광역적인 화성활동은 10 Ma 이상 지속되지 못하였으며, 중국의 동부지역과 한반도 북부의 화성활동은 멈추게 되고 한반도의 중 부와 남부, 그리고 일본의 남서지역에 국한된 화성활 동이 이어졌다. 이는 거의 평평하게 섭입이 진행되던 해양암권 중에서 오래된 부분은 아래로 떨어져 나갔 거나 또는 너무 깊은 곳까지 하강하여 더 이상 섭입 관련 화성활동을 일이키지 못하게 되었고 해구에 보 다 가까운 지역에서만 고각의 섭입이 진행되었기 때 문으로 해석된다.

이 에서는 동아시아에서 나타난 백악기 화성활동에 대해 포괄적으로 심도있게 논의하려는 것은 아니며, 이 시기의 화성활동이 동아시아의 넓은 지역에서 동 시적으로 나타남을 강조하고 이에 대한 보다 심층적 인 연구가 필요함을 역설하고자 한다.

사 사

이 논문은 2012학년도 부경대학교의 연구년 교수 지원사업에 의하여 연구되었다(PS-2012-0916). 심사 과정에서 여러 건설적인 의견을 제시해주신 정창식 박사와 익명의 심사위원께 사의를 표한다. 또한 흑산 도 답사시 벌에 쏘여가며 화강암 표품을 채취한 곽무 성 석사를 비롯하여 함께 답사에 참가했던 하영지, 이예지 석사에게 사의를 표한다.

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Received January 24, 2017

Review started January 25, 2017

Accepted March 8, 2017