1. 서 론
옥천변성대를 구성하는 여러 변성퇴적암층 및 각
섬암의 생성시기에 대해서는 선캠브리아라는 의견 과 현생이라는 의견이 대립되며 오랫동안 많은 논란 이 있어왔다(예, 김옥준, 1968, 1970; 손치무, 1970a, b).
문경지역 옥천변성대 상내리층과 백화리각섬암의 생성시기:
SHRIMP U-Pb 저어콘 연령 증거
박계헌1,‡․양윤석2․이기욱3
1부경대학교 지구환경과학과
2부경대학교 지구환경시스템과학부
3한국기초과학지원연구원 환경과학연구부
요 약
시대미상으로 남아있는 문경지역 옥천변성대의 상내리층에서 분리한 쇄설성 저어콘들에 대하여 SHRIMP U-Pb 연령을 측정하였다. 그 결과 상당수의 저어콘은 약 1860 Ma의 고원생대 연령을 나타냈으며, 이는 상내리 층의 퇴적당시에 현재의 영남육괴 및 경기육괴와 같은 기저암체가 퇴적물 근원지에 널리 노출되어 있었음을 시 사한다. 상내리층에서 분리한 저어콘의 가장 젊은 일치곡선 연령은 259.0±2.4 Ma (n=9)이다. 이는 상내리층의 퇴적시기가 후기페름기 또는 그 이후임을 나타낸다. 백화리 각섬암은 상내리층을 관입하고 있기 때문에 각섬암 의 생성시기 역시 상내리층의 최고퇴적시기 이후로 해석된다. 이는 옥천변성대에 분포하는 각섬암들 중에서 적 어도 일부는 그 생성시기가 과거에 생각했던 것보다 훨씬 더 젊음을 나타낸다. 이전에 알려졌던 것보다 더 젊은 연령인 약 250 Ma의 연령을 적용하여 143Nd/144Nd 동위원소 초기치를 재계산해보면 백화리 각섬암이 과거에 추정했던 것보다는 더 부화된 맨틀 근원물질로부터 기원한 것으로 판단된다.
주요어: 상내리층, 각섬암, 옥천변성대, SHRIMP, U-Pb 연령
Kye-Hun Park, Yun Seok Yang and Keewook Yi, 2011, Formation ages of the Sangnaeri Formation and Baekhwari amphibolite of the Okcheon metamorphic belt, Mungyeong area; evidence from SHRIMP U-Pb zircon ages. Journal of the Geological Society of Korea. v. 47, no. 2, p. 155-164
ABSTRACT: SHRIMP U-Pb ages were determined from the deterital zircons separated from the age-unknown
Sangnaeri Formation of the Okcheon metamorphic belt. As the results significant portions of the analyzed zircons reveal Paleoproterzoic ages of ca. 1860 Ma, suggesting wide exposure of the provenance rock types similar to the basement rocks of the Gyeonggi and Yeongnam massif at the time of deposition of the Sangnaeri Formation. The youngest population of zircons from the Sangnaeri Formation reveal the concordia age of 259.0±2.4 Ma (n=9), indicating deposition age of late Permian or after. The Baekhwari Amphibolite, intruding the Sangnaeri Formation, is also regarded as an intrusive rock with an age later than the maximum deposition age of the Sangnaeri Formation, implying much younger intrusion than expected before. Appling such younger age of ca. 250 Ma to calculate initial143Nd/144Nd ratios of the Baekhwari Amphibolite, it is suggested that the Baekhwari Amphibolite was originated from more enriched mantle materials than generally considered before.
Key words: Sangnaeri Formation, amphibolite, Okcheon metamorphic belt, SHRIMP, U-Pb age
(Kye-Hun Park, Department of Earth Environmental Sciences, Pukyong National University, Busan 608-737, Korea;
Yun Seok Yang, Division of Earth Environmental System, Pukyong National University, Busan 608-737, Korea;
Keewook Yi, Division of Earth and Environmental Science, Korea Basic Science Institute, Ochang 363-883, Korea)
‡Corresponding author: +82-51-629-6629, E-mail: [email protected]
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박계헌․양윤석․이기욱현생의 생성시기에 대한 근거로는 우선 옥천변성대 의 향산리 돌로마이트층에서 보고된 Archaeocyatha 가 있으며 이 화석이 캠브리아기의 하부 내지 중부 를 나타내는 것이라고 주장되었다(이대성 외, 1972).
또한 황강리층의 석회암력과 향산리 돌로마이트층 으로부터는 코노돈트를 포함하는 미화석들이 발견 되어 이 층들이 초기 오르도비스기 이후라고 주장되 었다(Lee, H.-Y. et al., 1989; Lee, J.-H. et al., 1989).
이후 황강리층에 포함된 화강암력으로부터 약 370 Ma의 생성연령을 측정한 논문도 발표되었다(Suzuki et al., 2006). 이러한 결과들은 옥천변성대의 여러 층 들이 현생의 퇴적연령을 가짐을 뒷받침한다. 하지만 문주리층의 분포지역에 채취된 변성화산암류는 약 750 Ma의 신원생대 연령을 가지며(조문섭 외, 2004;
Lee et al., 1998; Kim et al., 2006) 이는 옥천변성대 를 구성하는 층들의 전부는 아닐지 모르지만 적어도 일부는 선캠브리아에 형성되었음을 나타낸다.
최근 임순복 외(2005, 2006, 2007)는 옥천변성대 의 여러 지역에서 식물화석을 발견하였으며, 일부 층에서 분리한 쇄설성 저어콘에 대해 고분해능 이온 마이크로프로브(Sensitive High Resolution Ion Micro Probe, SHRIMP) U-Pb 연대측정을 수행하였다. 그 결과 비봉층을 비롯한 옥천변성대의 여러 층들이 석 탄기와 페름기에 퇴적된 평안누층군에 대비되는 퇴 적시기를 가진다고 주장하였으며, 기존의 층서분류 와는 전혀 다른 새로운 층구분을 제안하였다. 이와 같이 옥천변성대를 구성하는 일부 층들의 생성시기 가 고생대임이 밝혀지고 있기는 하지만 보다 정밀한 퇴적시기의 한정이 필요하며 층서의 재정립 역시 절 실한 실정이다.
한편 옥천변성대 안에 분포하는 각섬암들의 연령 역시 아직 잘 모른다고 할 수 있다. 권성택과 Ching- Ying Lan (1991)이 경상북도 문경지역의 상내리층 에 관입하고 있는 각섬암으로부터 677±91 (1σ) Ma 의 Sm-Nd 연령을 보고하였다. 하지만 이후의 연구 (예, 이광식과 장호완, 1996; Kwon et al., 1994)에서 는 이보다 훨씬 더 젊은 257±91 Ma의 Sm-Nd 연령 이 산출되었거나 또는 연대측정에 실패하여 이 연령 을 재현하지 못하였다. 또한 이 연령의 오차가 너무 크기 때문에 세밀한 층서적 논의를 위해서는 보다 정밀한 연대측정이 요구된다.
이 연구에서는 문경지역에 분포하는 옥천변성대
를 구성하고 있는 변성퇴적암과 각섬암의 생성시기 를 한정하기 위하여 상내리층으로부터 쇄설성 저어 콘을 분리하여 SHRIMP U-Pb 연대측정을 수행하 였다. 이러한 연대측정 결과로부터 상내리층의 최고 퇴적연령을 한정하고자하였으며, 이러한 결과가 상 내리층을 관입한 백화리 각섬암을 포함하는 옥천변 성대의 각섬암 생성시기에 어떠한 의미가 있는지에 대해서도 논의하였다.
2. 지질개요
경상북도 문경시 상내리지역을 중심으로 분포하 는 시대미상의 상내리층은 1:5만 한국지질도 문경도 폭(김남장 외, 1967), 함창도폭(이민성과 김상욱, 1968) 및 용유리도폭(이홍규 외, 1973)에 걸쳐서 나타난다 (그림 1). 상내리층이 가장 넓게 나타나는 문경도폭 (김남장 외, 1967)에 따르면 상내리층은 흑색 점판 암, 담녹색 녹니편암, 담회색 견운모편암, 회색 사질 천매암질암, 편상사질암, 암회 내지 갈색 규질 천매 암질암으로 구성되며 일부 지역에서 함력 천매암질 암과 세립 사질암이 산출된다고 하였다. 김남장 외 (1967)에 따르면 상내리층에 나타나는 흑색 셰일층 에서는 석탄을 캐기 위한 탐사목적으로 시굴된 곳이 여러 곳 있었다고 하였다. 이 도폭 조사자들은 화석 채취를 도모하였으나 성공하지 못하고 상내리층을 시대미상으로 분류하였다. 이들은 층서에 대해서는
“대석회암통”(조선누층군)의 상부에 관계미상으로 상내리층이 놓이고 그 위에 부정합으로 소위 “옥천 계”의 기저인 백화산층이 놓이며, 따라서 “이들의 생성시기는 미상이나 대석회암통과 옥천계 사이에 퇴적된 암층이 후에 변질작용을 받아 이루어진 변성 퇴적암이다”라고 하였다.
한편 김옥준(1968)은 상내리층을 문경도폭에서 시대미상으로 분류한 이화령층, 조봉층, 백화산층과 함께 하부고생대 조선누층군의 층들에 대비시켰으 며 이 중에서 상내리층은 변질된 묘봉층으로 생각하 였다. 몇 년 뒤에 김옥준과 김규한(1976)은 상내리층 와 이화령층이 흑색슬레이트와 녹니석편암 등으로 구성된 동일지층이라고 판단하여 상내리층으로 묶 어 소위 “옥천계”의 최하부 지층으로 놓았으며 “대 석회암통” 위를 충산단층으로 덮고 있다고 하였다.
이후 김옥준과 윤정수(1980)는 문경도폭지역에 분
포하는 상내리층, 백화산층, 이화령층, 조령층 등을 모두 소위 옥천계의 하부층들에 대비시켰으며 그 생 성시기도 선캠브리아로 추정하였다.
상내리층과 교호하며 분포하는 각섬암은 문경도 폭 조사자(김남장 외, 1967)들에 의하여 백화리 각섬 암으로 명명되었다. 김남장 외(1967)와 김옥준과 김 규한(1976)은 각섬암이 상내리층을 관입하고 백화 산층에 의해 부정합으로 덮인 것으로 보았다. 그러 나 Lee and Chang (1996)은 이 지역 각섬암이 상내 리층을 관입했음을 확인하였을 뿐만 아니라 백화산 층도 관입한 것으로 보고하였다. 백화리 각섬암은 옥천변성대의 충주지역 및 옥천지역에 분포하는 각 섬암들과 함께 오래도록 생성연령이 논란거리로 남 아있다. 다만 문경지역에서는 조선누층군의 석회암 층을 각섬암이 관입하고 있음이 보고되었지만 평안 누층군의 퇴적층들에서는 각섬암의 관입이 보고되 지 않았다(예, Ahn et al., 1993, 1997). 따라서 각섬 암은 후조선누층군 선평안누층군의 시기를 가질 가 능성이 있다. 그러나 이 지역의 각섬암이 평안누층 군의 생성시기에 또는 그보다 더 후기에 관입하였을
가능성도 완전히 배제할 수 없다.
한편 권성택과 Ching-Ying Lan (1991)은 문경지 역 각섬암에 대한 Sm-Nd 동위원소 분석을 통해 신 원생대말인 677±91 (1σ) Ma의 연령을 보고하였다.
만약 이 연대측정이 정확한 것이라면 조선누층군이 석회암층을 관입한 각섬암들이 백화리 각섬암과 다 른 시기의 것이거나, 또는 상내리층을 조선누층군의 상부로 본 층서관계 설정이 잘못되었을 가능성을 시 사한다. 한편 연대측정의 정확성 자체에 대한 검증 도 이루어져야 할 필요성이 제기된다. 실제로 Kwon et al. (1994)은 권성택과 Ching-Ying Lan (1991)과 동일한 지역의 표품에서 분리한 광물들을 대상으로 Sm-Nd 동위원소계를 재분석하여 257±91 Ma의 연 령을 보고하였으며, 이를 변성작용의 영향으로 해석 하였다.
3. 표품기재 및 연령분석법
저어콘 U-Pb 연대측정을 위한 상내리층의 표품 은 경상북도 문경시 가은읍 하괴2리 마을회관에서
Fig. 1. Geologic map of the Mungyeong area showing distribution of Sangnaeri Formation as well as Baekhwari
Amphibolite. Sample locations for the SHRIMP U-Pb zircon age determinations are also shown.158
박계헌․양윤석․이기욱북쪽으로 약 300미터 정도 골짜기로 들어간 지점에 서 채취하였다(그림 2, N36°40‘18.6“ E128°02‘12.1“).
저어콘 분리를 위해 채취한 표품은 세립의 규질암 (그림 3)으로 석영이 70% 이상을 차지하며, 나머지 의 대부분은 견운모화가 상당히 진행된 미사장석으 로 구성되어 있고, 미량의 운모류가 관찰된다. 쇄설
성 퇴적물을 구성했던 원래의 입자경계는 보이지 않 으며, 이는 변성작용으로 인해 재결정된 결과로 판 단된다.
저어콘 분리를 위해 조분쇄기를 이용하여 암석표 품을 파쇄하였다. 저어콘 분리는 실험실에서 제작한 1회용 망체를 이용하여 120 메쉬를 통과하고 180 메
Fig. 2. Outcrop photograph of the Sangnaeri Formation.
Fig. 3. Photograph of the rock sample from the Sangnaeri Formation, used for the zircon separation of this study
(left) and microphotograph of the thin-section of this sample; open nicol (middle) and crossed nicols (right). Scale bar of the microphotograph indicates 300 μm.쉬에 걸린 입자들을 이용하였다. 걸러진 입자들로부 터 비이커와 물을 이용하여 중광물 부분을 모은 뒤 에 실체현미경을 이용하여 저어콘만을 골라내었다.
이렇게 분리한 저어콘을 에폭시를 이용하여 직경 1인치의 원통형 마운트로 제작하였다. 에폭시 마운 트의 표면을 갈아내어 심어진 저어콘 두께의 약 절 반이 드러날 때까지 갈아낸 뒤에 다이아몬드 연마제 를 이용하여 광택이 날 정도로 평탄하게 연마하였 다. 연마된 에폭시 마운트를 금으로 코팅한 뒤에 한
국기초과학지원연구원의 주사전자현미경(JEOL JSM- 6610LV 모델)을 이용하여 후방산란전자(backscattered electron, BSE) 및 음극선발광(cathodoluminescence, CL) 영상을 획득하였다. BSE 및 CL 영상을 면밀하 게 검토하여 저어콘 내부에 상속핵이 존재하는지 여 부와 누대구조의 특성들을 파악하였다(그림 4).
이 연구의 목적이 쇄설성 저어콘의 U-Pb 연령분 석을 통해 퇴적층의 퇴적시기를 한정하는 것이기 때 문에 주로 고원생대의 연령을 보일것으로 예상되는
Fig. 4. Cathodoluminescence images with spot U-Pb ages for the analyzed zircons from the Sangnaeri Formation.
Isotopic ratios and apparent 206Pb/238U ages >1,000 Ma were calculated on the basis of 204Pb correction method, but apparent ages <1,000 Ma were calculated on the basis of 207Pb correction method (Williams, 1998).
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박계헌․양윤석․이기욱자주색의 저어콘들을 제외하고 연한 미색의 저어콘 입자들을 주된 분석대상으로 하였다. 또한 저어콘의 BSE 및 CL 영상을 통해 상속핵으로 의심되는 부분 을 피하여 분석점을 선정하였다. 저어콘에 대한 연 대측정은 한국기초과학지원연구원에 설치되어 있 는 SHRIMP-IIe 기종을 이용하였으며, 동위원소 분 석을 위한 일차이온빔은 산소 음이온(O2-
)을 이용하 였다. 일차이온빔은 4-6 nA의 세기와 약 25 μm 직경 을 갖도록 조절하였다. 이 기기를 이용한 일반적인 연대측정법은 Ireland and Williams (2003) 및 Williams et al. (2009) 등에 기술되어 있다. 분석점들에 대한 U-Pb 동위원소 분석결과는 표-1에 1σ의 분석오차로 보고하였으며, 이 표의 가중평균연령은 2σ의 오차범 위를 표시하였다. 연령의 계산은 Isoplot/Ex와 Squid (Ludwig, 2008, 2009) 프로그램을 이용하였다.
4. 결 과
연대측정에 이용된 저어콘 입자들은 대부분 진동 누대구조를 잘 보이며, 분석점들에 대한 Th/U 비율 이 1개 분석점을 제외하고는 모두 0.2를 훨씬 넘는 값들을 보이기 때문에(표 1) 분석된 U-Pb 연령은 대 부분 마그마로부터 정출된 화성 저어콘의 연령을 나 타내는 것으로 판단한다. 즉, 저어콘에서 분석된 모 든 연령은 퇴적이전의 시기를 나타내는 것으로 판단 한다.
상내리층에서 분리한 쇄설성 저어콘에 대하여 29
개 분석점에서 U-Pb 연령을 분석하였으며, 그 결과 는 대략적으로 2500 Ma ~ 250 Ma의 연령분포를 보 인다(그림 5). 고원생대의 기저암체들에서 자주 발 견되는 자주색 저어콘들을 배제하고 분석하였음에 도 불구하고 7개의 저어콘 입자들은 207Pb/206Pb 연 령이 고원생대-시생대말의 연령으로 분석되었다. 이 중에서 약 25억년을 약간 초과하는 연령을 나타내는 1개 입자를 제외하면, 나머지 6개 입자는 고원생대 에 집중되며 이 중 3개 분석점으로부터는 1858±14 Ma의 일치곡선연령이 계산된다. 나머지 분석점들 중에서 약 980 Ma의 206Pb/238U 연령을 보이는 1개 분석점을 제외한 21개 분석점은 모두 현생의 시기를 나타낸다. 이러한 현생 연령은 약 450 Ma에 2개, 약 370 Ma에 2개, 약 340 Ma에 1개, 그리고 290-250 Ma의 구간에 16개의 저어콘 분석점들이 모이는 경 향을 보인다. 이 중에서도 9개의 분석점이 집중되는 가장 젊은 연령집단의 일치곡선연령은 259.0±2.4 Ma로 계산된다(그림 6).
5. 토 의
5.1 상내리층 근원암의 연령분포와 퇴적시기
상내리층에는 1860 Ma 전후의 고원생대 연령을 갖는 쇄설성 저어콘들이 집중적으로 나타난다. 이러 한 연령은 현재 한반도의 기저를 이루고 있는 영남 육괴, 경기육괴 그리고 낭림육괴의 여러 구성암종들 의 가장 특징적인 연령이다(예, 송용선 외, 2009; TurekFig. 5. Tera-Wasserburg plot for the zircons separated
from the Sangnaeri Formation.
Fig. 6. Concordia age obtained from the youngest populations
of the zircons separated from the Sangnaeri Formation.and Kim, 1996; Sagong et al., 2003; Zhao et al., 2006; Yi and Cho, 2009). 따라서 상내리층이 쌓일 당시에 퇴적물 근원지에는 현재와 같이 고원생대 암 석들이 많이 노출되어 있었다고 판단된다.
상내리층의 쇄설성 저어콘들은 또한 450-250 Ma 구간의 연령도 나타내며 여기에는 잘알려진 대결층 시기에 해당하는 450-340 Ma 연령의 저어콘들도 포 함된다. 이는 최근 보고된 평양탄전의 상부고생대 사동층에 포함된 쇄설성 저어콘들에서 보고된 약 300-380 Ma의 238U-206Pb 연령(이용일 외, 2010), 그
리고 비봉-연무 지역의 옥천변성대에서 임순복 외 (2005)가 명명한 E층과 비봉층으로부터 보고된 가 장 젊은 저어콘의 U-Pb 연령인 약 340 Ma를 포함하 는 연령범위이다. 상내리층에서 분석된 저어콘들의 U-Pb 연령은 비교적 높은 Th/U 비율과 진동누대구 조 등으로 판단할 때 그 당시의 화성활동을 반영하 는 것으로 볼 수 있기 때문에 한반도의 대결층 시기 에 간헐적인 화성활동이 있었으며, 그 산물이 상내 리층의 퇴적물 근원지에 분포했음을 나타낸다. 또한 상내리층에서 분석된 가장 젊은 연령인 약 260 Ma
Table 1. SHRIMP U-Pb zircon data of the Sangnaeri Formation in Mungyeong area, Korea.
Spot no. U (ppm) Th
(ppm) Th/U Common
206Pb (%) 206Pb/238U Error
(%) 207Pb/206Pb Error (%)
Apparent ages (Ma)
206Pb/238U 207Pb/206Pb Sangnaeri Formation
BJ-10Y_1.1 72 65 0.92 0.60 2.10 1.3 0.1687 1.1 2,504 ± 35 2,545 ± 19 BJ-10Y_2.1 623 346 0.57 -0.16 6.07 0.8 0.0699 1.0 984.8 ± 7.2 - BJ-10Y_3.1 743 220 0.31 0.00 24.25 1.1 0.0513 1.6 260.5 ± 2.9 - BJ-10Y_4.1 561 19 0.04 1.02 18.53 0.9 0.0592 1.9 336.4 ± 2.9 - BJ-10Y_5.1 706 350 0.51 0.24 24.81 0.8 0.0499 2.6 255.2 ± 2.0 - BJ-10Y_6.1 237 150 0.65 0.25 25.09 1.2 0.0461 6.8 253.5 ± 2.8 - BJ-10Y_7.1 2825 731 0.27 0.08 23.56 0.7 0.0505 1.3 268.3 ± 1.8 - BJ-10Y_9.1 777 272 0.36 0.35 3.09 0.8 0.1130 0.4 1,802 ± 15 1,848 ± 7 BJ-10Y_10.1 147 76 0.53 0.01 25.27 1.3 0.0485 5.6 251.0 ± 3.2 - BJ-10Y_11.1 619 228 0.38 0.14 3.04 0.7 0.1133 0.4 1,833 ± 13 1,852 ± 7 BJ-10Y_12.1 280 184 0.68 0.01 23.84 1.0 0.0467 4.7 266.5 ± 2.7 - BJ-10Y_14.1 417 265 0.66 0.01 13.67 0.9 0.0555 1.5 455.5 ± 4.0 - BJ-10Y_15.1 1867 726 0.40 0.38 24.67 0.7 0.0508 1.6 256.3 ± 1.7 - BJ-10Y_16.1 990 348 0.36 0.88 3.20 0.7 0.1141 0.3 1,740 ± 12 1,866 ± 6 BJ-10Y_17.1 451 104 0.24 -1.73 2.74 0.8 0.1102 0.6 2,036 ± 16 1,803 ± 11 BJ-10Y_18.1 119 56 0.49 -0.20 24.52 1.5 0.0478 5.4 258.9 ± 3.9 - BJ-10Y_19.1 467 149 0.33 -0.17 2.96 0.7 0.1131 0.5 1,878 ± 14 1,850 ± 9 BJ-10Y_20.1 283 180 0.66 0.24 16.82 1.0 0.0526 4.0 373.0 ± 3.4 - BJ-10Y_21.1 631 154 0.25 0.05 2.98 0.7 0.1142 0.4 1,865 ± 13 1,868 ± 7 BJ-10Y_22.1 230 94 0.42 0.16 24.79 1.1 0.0526 2.5 254.5 ± 2.7 - BJ-10Y_23.1 50 39 0.79 0.11 24.64 2.2 0.0349 24.7 261.7 ± 5.1 - BJ-10Y_24.1 166 141 0.88 -0.09 23.14 1.2 0.0525 3.3 272.5 ± 3.2 - BJ-10Y_25.1 236 141 0.62 -0.15 22.12 1.0 0.0484 3.2 286.2 ± 2.9 - BJ-10Y_26.1 613 254 0.43 0.06 24.10 0.8 0.0495 2.7 262.7 ± 2.1 - BJ-10Y_27.1 373 226 0.63 0.39 13.86 0.8 0.0589 1.4 447.7 ± 3.7 - BJ-10Y_28.1 588 374 0.66 0.01 23.91 0.8 0.0514 1.6 264.1 ± 2.1 - BJ-10Y_29.1 279 319 1.18 -0.13 16.97 0.9 0.0501 2.9 370.9 ± 3.4 - BJ-10Y_30.1 218 122 0.58 0.03 24.66 1.2 0.0507 2.9 256.4 ± 3.0 - BJ-10Y_31.1 89 45 0.52 0.07 23.30 1.5 0.0485 7.4 272.0 ± 4.1 - Errors are 1-sigma. Common lead correction using 204Pb was used for isotopic ratios and ages of 206Pb/238U, and
207Pb correction method was used for those of 207Pb/206Pb.
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박계헌․양윤석․이기욱의 시기에도 저어콘이 정출될 수 있는 화강암질 마 그마가 생성된 화성활동이 있었음을 나타낸다. 그러 나 저어콘 U-Pb 연령만으로 당시의 지구조적 환경 을 유추하는 것은 한계가 있으며 이 논문의 논의 주 제를 벗어나는 것으로 판단한다. 고생대의 화성활동 과 관련한 문제는 다른 논문을 통해 보다 심층적으 로 논의할 것이다.
상내리층의 쇄설성 저어콘들 중에서 가장 젊은 연령집단으로 분석된 259.0±2.4 Ma의 시기는 이 퇴 적층의 가능한 최고 퇴적연령을 제한한다. 즉, 상내 리층의 퇴적시기는 최고 259.0±2.4 Ma라고 할 수 있 다. 이 연령은 중기페름기와 후기페름기 사이의 경 계인 약 260 Ma (Gradstein et al., 2004)와 비슷하 다. 따라서 상내리층의 퇴적당시에 퇴적물의 근원지 에는 선캠브리아 기저암체들 뿐만 아니라 고생대 여 러 시기의 암석들이 분포하였음을 시사하며, 상내리 층의 퇴적시기는 후기페름기 또는 그 이후라고 할 수 있다.
서북옥천대의 최근 연구들(임순복 외, 2005, 2006, 2007)에서는 쇄설성 저어콘에 대한 SHRIMP U-Pb 연대측정과 식물화석의 동정결과를 근거로 가장 젊 은 층인 비봉층 및 E층의 연령을 페름기초로 추정하 였으며, 암상특성을 근거로 B층과 C층은 석탄기로 추정하였다. 따라서 이 연구에서 저어콘 U-Pb 연령 을 근거로 최고퇴적시기를 후기페름기 또는 그 이후 라고 추정한 상내리층은 서북옥천대의 가장 젊은 층 인 비봉층이나 E층 보다도 더 젊은 층일 가능성이 높다.
5.2 문경지역 각섬암의 생성시기와 Nd 동위원소
조성 재해석한국지질도 1:50,000 문경도폭(김남장 외, 1967) 에서는 상내리층에 암상형태로 관입하여 상내리층 과 교호하며 나타나는 각섬암을 백화리 각섬암이라 고 명명하였다. 이 각섬암이 상내리층을 관입하고 있음은 이후의 여러 학자들에 의해서도 확인되었다 (김옥준과 김규한, 1976; Ahn et al., 1993, 1997; Lee and Chang, 1996). 하지만 평안누층군을 관입한 흔 적은 보고되지 않았다. 따라서 후조선누층군, 선평 안누층군의 생성시기를 갖는 것으로 추정되어왔다.
백화리 각섬암이 상내리층을 관입하고 있기 때문에 백화리 각섬암은 상내리층의 퇴적이후에 생성되었
어야만 한다. 따라서 최고 관입연령은 앞에서 알아 본 상내리층의 최고 퇴적시기인 259.0±2.4 Ma로 한 정할 수 있다. 이러한 연령은 여러 각섬암이 조선누 층군의 석회암층을 관입하고 있다는 이전 연구자들 의 결과(Ahn et al., 1993, 1997)는 물론 Kwon et al.
(1994)이 백화리 각섬암을 다시 분석해서 보고한 257±91 Ma의 Sm-Nd 연령과 잘 합치한다.
권성택과 Ching-Ying Lan (1991)은 백화리 각섬 암이 판내부 환경에서 만들어졌으며 677±91 (1σ) Ma의 생성연령을 갖는다고 보고하였다. 또한 이들 은 이 연령을 적용한 143Nd/144Nd 동위원소 초기치 를 εNd = +2.4 ~ +3.5로 계산하였다. 이러한 값은 상 당한 결핍신호를 갖는 맨틀물질을 지시한다. 각섬암 이 생성된 시기를 상내리층의 최고 퇴적시기인 약 250 Ma의 연령을 적용할 경우 143Nd/144Nd 초기치 가 더 낮은 값인 εNd = 0.0 ~ -0.9의 범위로 재계산된 다. 이러한 값은 이전에 추정했던 것보다 더 부화된 맨틀로부터 각섬암을 형성시킨 마그마가 만들어졌 음을 나타낸다. 일반적으로 판내부환경에서 만들어 진 현무암질 마그마는 중앙해령 현무암에 비해서 상 대적으로 더 부화된 조성을 나타냄을 감안할 때 재 계산된 초기치가 판내부의 지구조환경에 더 잘 합치 하는 값으로 판단된다.
6. 결 론
문경지역 옥천변성대의 상내리층의 생성시기에 대해서는 연구자에 따라 상당히 다른 의견들이 제시 되었었다. 이 연구에서는 상내리층으로부터 쇄설성 저어콘을 분리하여 SHRIMP U-Pb 연령을 측정하 였으며, 그 결과는 상내리층이 생성될 당시의 퇴적 물 근원지역에 노출되어 있었던 암석들의 연령분포 와 함께 최고퇴적연령을 한정할 수 있게 한다. 상내 리층에서 약 1860 Ma의 고원생대 연령을 나타내는 저어콘들이 발견되었으며, 이는 상내리층의 퇴적당 시에 노출되어 있었던 퇴적물의 근원암들 중에는 현 재의 영남육괴 및 경기육괴와 같은 기저암체들이 상 당한 면적을 차지하고 있었음을 보여준다.
상내리층의 쇄설성 저어콘은 259.0±2.4 Ma (n=9) 의 최소연령을 보이며, 이로부터 상내리층의 퇴적시 기가 후기페름기 또는 그 이후라고 판단할 수 있다.
백화리 각섬암은 상내리층을 관입하고 있기 때문에
각섬암의 생성시기 역시 상내리층의 최고퇴적시기 이후로 해석된다. 약 250 Ma의 연령을 적용면 백화 리 각섬암의 143Nd/144Nd 동위원소 초기치가 더 낮 은 값으로 재계산되며 이는 백화리 각섬암이 과거에 추정했던 것보다는 더 부화된 맨틀 근원물질로부터 기원한 것임을 말해준다.
사 사
이 논문의 심사시 부족한 점을 지적하고 여러 가 지 건설적인 조언을 주신 권성택 교수님, 이승렬 박 사님과 김성원 박사님께 감사드린다. 이 논문은 2008년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연 구재단의 지원을 받아 수행된 연구이다(No. 313- 2008-2-C00907 및 No. 2008-0058809). SHRIMP U-Pb 분석에 도움을 준 한국기초과학지원연구원과 관련 구성원들께 감사드린다.
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투 고 일 : 2011년 1월 26일 심 사 일 : 2011년 2월 7일 심사완료일 : 2011년 4월 27일
