Detrital zircon U-Pb Ages of the Metapelite on the Southwestern Part of the Ogcheon Belt and Its Stratigraphical Implication

Jour. Petrol. Soc. Korea Vol. 24, No. 1, p. 55~63, 2015 http://dx.doi.org/10.7854/JPSK.2015.24.1.55

옥천대 남서부 지역 저변성퇴적암의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대와 층서적 의미

최성자¹·김동연^1,2*·조등룡¹·김유봉¹

1한국지질자원연구원 국토지질연구본부, ²부경대학교 환경지질과학과

Detrital zircon U-Pb Ages of the Metapelite on the Southwestern Part of the Ogcheon Belt and Its Stratigraphical Implication

Sung-Ja Choi¹, Dong-Yeon Kim^1,2*, Deung-Lyong Cho¹, and You Bong Kim¹

1Geological Research Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, Daejeon 305-350, Korea

2Department of Earth Environmental Sciences, Pukyong National University, Busan 608-737, Korea

요 약: 옥천대 남서부 강진군 성전면에 노출된 저변성이질암에 대해 저어콘 U-Pb 연령측정을 실시하여 퇴 적층의 지질시대를 규명하고, 상부고생대의 연장 분포를 제시하고자 한다. 이질암층에서 분리한 저어콘의 분 석값은 대부분 일치곡선에 도시되며, 주요한 4개의 연령군으로 나뉜다: (1) 시생대(약 ~2.5 Ga), (2) 고원생대 후기(~1.86 Ga), (3) 데본기 중기(390 Ma), (4) 전기 석탄기(322 Ma). 성전면 이질암층에서 분리한 저어콘에서 가장 젊은 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 가중평균연령은 322±4.8 Ma(n=16, MSWD=4.9)이며, 이는 성전면 이질암층의 퇴적시기 가 전기 석탄기(Serpukhobian) 내지 그 이후임을 지시한다. 따라서, 성전면 이질암층은 삼척탄전의 만항층과 대비되는 상부고생대 평안누층군의 기저층으로 간주할 수 있으며, 중기 내지 후기 석탄기 오음리층에 대비할 수 있다.

핵심어: 상부고생대, 옥천대 남서부, 저변성이질암, 평안누층군, 저어콘 U-Pb 연령

Abstract: We investigated the zircon U-Pb ages of the metapelites from the Sungjeon-myeon Gangjin-gun, the southwestern Ogcheon belt, to provide geochronological constraints for the depositional age as well as the distribution of Late Paleozoic formation. Data from the detrital zircons are mostly concordant, yielding four major age groups: (1) Neoarchean (~2.5 Ga); (2) Paleoproterozoic (~1.86 Ga, Statherian); (3) Middle Devonian(~390 Ma); and (4) Late Paleozoic (~322 Ma, Serpukhobian). The youngest zircon age gives a weighted mean ²⁰⁶Pb/²³⁸U age of 322±4.8 Ma (n=16, MSWD=4.9), indicating deposition age of Early Carboniferous(Serpukhobian) or after. Therefore, the metapelites is considered to be the lowest Formation of the late Paleozoic Pyeongan Supergroup correlated with the Manhang Formation of the Samcheock coal fields and the Oeumri Formation(the Middle to Late Carboniferous) of the Hwasun coal field.

Keywords: Late Paleozoic, the southwestern Ogcheon belt, metapelite, Pyeongan Supergroup, zircon U-Pb age

서 론

옥천대 남서부에는 시대 미상의 저변성 퇴적암층이 옥천대 경계부를 따라 발달하고 있다. 옥천대 남서부

에서 가장 잘 알려진 상부 고생대 퇴적층은 호남탄전 의 함탄대를 포함하고 있는 오산리층이 대표적이다 (Lee et al., 1965; Suh et al., 1985). 일반적으로 한반도에서 탄층을 포함하는 층준은 상부고생대의 평 안층군과 삼첩기-쥬라기의 대동층군으로 해석한다. 따 라서, 탄층을 포함하지 않는 저변성 퇴적암에 대한 지질시대는 시대미상으로 취급하거나, 선캠브리아 지

*Corresponding author Tel: 042-868-3034

E-mail: [email protected]

층으로 분류해오곤 했다(Cheong, 1969; Kim and Lee, 1962). 호남탄전지역의 오산리층에 대비되는 상 부고생대 함탄 지층은 남북으로 연장·발달하고 있 다. 북쪽 연장은 동복도폭(Kim and Park, 1966)에서 알려져 있으나, 그 이북의 창평도폭(Son and Kim, 1966)에서는 함탄층의 부재로 상부고생대 지층이 확 실하게 규명되지 못했다. 한편, 함탄층의 남쪽 연장은 능주도폭(Cheong and Kim, 1966)과 장흥도폭(Choi and Yoon, 1968)으로 이어지며, 함탄대를 포함하는 저변성 퇴적암층을 상부고생대 지층으로 규명하였다.

그리고, 함탄대가 결여된 저변성 퇴적암층을 설옥리 층과 용암산층에 대비하고, 이들의 지질시대를 시대 미상으로 분류하였다(Choi and Yoon, 1968).

2000년대에 들어서면서 많은 SHRIMP U-Pb 연대 측정이 이루어져, 지금까지 화석이 없는 퇴적암들의 가장 오래된 퇴적시기가 규명되기 시작하였다. 예를 들어, 서부경기지괴의 홍성 및 태안지역의 서산층군 과 태안층의 연대(Cho et al., 2010)가 규명되고 있 고, 옥천대 남서부 지역의 경계부인 영광도폭내 시대 미상 저변성 퇴적암이 전기 데본기 이후에 퇴적된 고 생대 퇴적층임이 밝혀졌다(Ha et al., 2014). 또한, 태백산분지의 만항층과 사동층에 대한 SHRIMP U- Pb 연대가 규명되면서 평안누층군 기저의 퇴적시기 하한과 범위도 최근 규명되기 시작하였다(Kim et al., 2012; Lee et al., 2010). 만항층의 저어콘 U-Pb 연

대 결과는 방추충에 의한 생층서와 잘 일치한다 (Cheong, 1969, 1973; Park, 1996).

호남탄전 상부고생대 평안층군의 지층들이 남쪽으 로 연장되고 있으나, 함탄대가 결층인 저변성퇴적암 들은 그 시대를 규정짓기 어려워 지질시대에 대하여 학자들 간 논란 대상이 되어 왔다(Kim and Lee, 1962; Lee et al., 1965; Suh et al., 1985,1986). 이 번 연구는 호남탄전으로 부터 약 40 km 남서쪽에 위 치한 성전면에 노출된 저변성퇴적암에 대해 저어콘 연 령측정을 실시하여, 퇴적층의 지질시대를 규명하고 상 부고생대의 확실한 연장 분포를 제시하고자 한다. 정 창희(1969)는 태백산 지역의 상부고생대 지층을 고목 층군, 철암층군, 황지층군으로 구분하고 이를 평안누 층군으로 하였다. 그러나, 본 연구조사 지역뿐만 아니 라 호남탄전 지역에서는 상기 층군들로 정의된 바 없 어, 본 논문에서는 ‘평안층군’ 용어를 사용하기로 한다.

조사지역의 지질배경

조사지역은 전라남도 강진군 성전면 일원이며, 이 일대에는 고원생대 화강암질 편마암과 시대미상 석영 편암, 그리고 저변성퇴적암, 쥬라기 화강암류, 백악기 응회암 등이 분포하고 있다(Fig. 1). 서에서 동으로 가면서 암층들은 젊어지는 경향을 보이며, 편리나 층 리는 대체로 북북동 내지 북북서 주향의 40^o이상의

Fig. 1. Geological map of the study area and a sample location for the U-Pb SHRIMP zircon age determination.

북서 내지 남서 경사를 갖는다. 층리면이 북서 내지 남서로 기울어져 있어 겉보기 층서가 동에서 서로 가 면서 상부층인 것 같으나 지층의 층서는 습곡에 의하 여 역전되어 있다. 성전면을 중심으로 삼각형 모양의 분포하고 있는 저변성 퇴적암은 하부에서 상부로 가 면서 조립화 양상을 보인다. 따라서, 하부는 세립의 이질암, 상부는 조립의 사질암으로 분대될 수 있으며 이질암은 매우 좁은 폭으로 분포한다.

저변성이질암은 성전면에 북북동 방향의 대상으로 소규모 분포하고 있으며, 석회암을 기저로 하고 있다.

석회암층준은 석영편암과 단층으로 접하고 있으며, 담 홍색 내지 회색-담회색의 결정질이다. 회색 내지 담회 색 석회암은 층리가 매우 잘 발달하고 있는 반면 담 홍색의 석회암은 괴상이다. 석회암은 폭 100-350 m 내외로 발달하며, 선진리 남쪽에서 유문암 분출로 소 멸된다. 석회암 층리의 주향과 경사는 N25^oE/70^oNW 이다.

석회암 직상위에 놓이는 저변성이질암은 석회암에 아평행하게 분포하나, 노두를 관찰하기는 쉽지 않다.

이 이질암은 성전면에서 남쪽의 선진리로 가면서 좁 아지다가 석회암과 함께 유문암을 만나면서 소멸된다.

이 이질암의 일부는 천매암에 가까운 암상을 띠고 있 으며, 담회색의 사암을 협재한다(Fig. 2a). 현미경 관 찰에 의하면, 이질암은 석영이 반상변정으로 산출하 고 기질부는 석영과 백운모, 경녹니석 등으로 구성되 며, 석영과 백운모로 형성된 엽리가 발달한다. 석영반 정은 일정한 방향으로 길게 신장되어 나타나고, 봉합 구조와 파동소광을 보인다. 경녹니석은 엽리를 자르 거나 일정한 배열없이 산출한다(Fig. 2b). 저변성이질 암 층의 폭은 약 <80 m~<400 m이고, 층리의 주향과

경사는 N25^oE/75^o-55^oNW이며, 선구조는 북북동(353) 방향의 33^o의 기울기를 보인다. 저변성이질암의 대자 율은 >20 mSI로 <0.1 mSL인 저변성사질암에 비해 매우 높다.

SHRIMP U-Pb 연령

성화대학교내에 위치하고 있는 저변성이질암(YM- 14)으로부터 쇄설성 저어콘을 분리하여 U-Pb 연령분 석을 실시하였다. 노두 위치는 WGS 84 좌표상으로 34.687450^o, 126.705180^o이다.

저어콘 분리는 Cheong et al.(2013)의 방법에 따라 시료를 파쇄 및 분쇄하여 240 µm 이하로 분말화한 후, 약 10^o정도 기울인 선광팬에 200~300 g의 분말시 료를 넣고 물을 흘려보냈다. 약 30분 정도 후 선광팬 가장자리에 남은 시료를 회수하고 자석을 이용하여 자성광물을 제거하였다. 마지막으로 실체현미경하에 서 깨끗한 저어콘을 선별하였다(hand-picking). 특징 적인 저어콘 내부 구조를 확인하고 분석점을 결정하 기 위해 한국기초과학연구원 오창캠퍼스의 주사전자 현미경(JEOL JSM-6610Lv)을 이용하여 후방산란전자 영상(Backscattered electron)과 음극선발광영상(Catho- doluminescence)을 촬영하였고, 한국기초과학지원연구 원 오창캠퍼스에 설치되어 있는 SHRIMP-IIe을 이용하 여 분석을 실시하였다. U 농도 측정과 보정을 위해 표 준물질 SL13을 사용하였고, 연대보정을 위해 미지 시 료 3점 분석마다 저어콘 표준물질인 FC-1을 한 번씩 분석하였다. Ireland and Williams(2003)과 Williams (1998)의 절차에 따라 점분석을 실시하였고, Isoplot/

EX 3.6과 Squid2.5(Ludwing, 2008) 프로그램을 이 용하여 연령 계산을 하였다.

Fig. 2. Outcrop photograph (a) and photomicrographs (b) from the metapelite (sample YM-14). Cld, Chloritoid; Ms, muscovite; and Qtz, Quartz.

저변성이질암 시료(YM-14)에서 분리한 저어콘은 대체로 투명 내지 반투명하고, 갈색과 연노랑, 보라색 등 다양한 색을 띤다. 입자는 장축이 약 100~200 µm 내외이며 자형 내지 반자형의 주상형, 패각형, 퇴적작 용에 의해 원마도가 좋은 저어콘 등 다양한 형태로 구성되어 있다. 음극선발광영상(CL)에서 파동형 진동 누대(oscillatory), 띠누대, 영역형(sector) 누대구조들이 관찰되며, 일부 저어콘은 상속핵을 가지기도 한다(Fig.

3). ²³²Th/²³⁸U 비도 거의 모든 저어콘에서 0.1 이상으 로 내부구조와 일치하는 마그마에서 성장한 저어콘의 특징을 보인다. 따라서, 계산된 U-Pb 연령은 화성기 원의 저어콘 연령으로 볼 수 있으며, 모든 분석값은 저변성이질암의 퇴적물이 유래한 근원암의 저어콘 연 령을 지시한다.

분리한 저어콘에서 총 48개의 점분석을 실시하였다 (Table 1). 분석된 U-Pb 겉보기 연령은 약 302±5 Ma 에서 2,536±15 Ma까지 넓은 범위의 연령 분포를 나 타내지만, 대부분 일치곡선상에 도시된다(Fig. 4a). 저 변성이질암의 퇴적시기와 퇴적물의 근원암을 확인하 기 위해 측정된 저어콘의 연령을 바탕으로 상대확률

분포도(Number-relative probability)를 작성하였으며, 주요한 연령피크(peak)는 약 2500 Ma와 1865 Ma, 390 Ma, 322 Ma이다(Fig. 4b). 약 2500 Ma에 집중되 는 5개의 분석점으로 계산된 가중평균연령은 2511.1±

7.5 Ma (MSWD=2.0)이고, 약 1860 Ma에 집중되는 분석점은 17개이며, 이들로 부터 계산된 가중평균연 령은 1865±11 Ma (MSWD=8.9), 약 390 Ma에 집중 되는 6개의 분석값으로 계산된 가중평균연령은 390±11 Ma (MSWD=4.3), 322 Ma에 집중되는 16개 의 분석점으로 계산된 가중평균연령은 322±4.8 Ma (MSWD=4.9)이다.

약 1860 Ma의 연령은 우리나라 선캠브리아 기반암 류들에서 얻어지는 대표적인 연대이고, 390 Ma와 322 Ma의 연령 피크를 보이는 저어콘들은 진동형 성 장누대를 잘 보이고 있어 데본기와 하부 석탄기의 데 본기 화성활동을 짐작할 수 있다. 특히, 322 Ma의 연 령피크를 보이는 저어콘들은 자형에 가깝고, 진동형 성장누대구조가 잘 보일 뿐 만아니라 ²³²Th/²³⁸U 비가 0.25~1.6의 범위로 높아 화성기원임을 지시한다(Vavra et al., 1999; Hartman et al., 2000).

Fig. 3. Cathodoluminescence (CL) images of zircons from the metapelite (sample YM-14). Open circles denote the analytical spots (~25µm) of ion probe.

Table 1. SHRIMP zircon U-Pb isotopic data for the metapelite in the study area Sample 206Pbc

(%) U

(ppm) Th

(ppm) ²³²Th/²³⁸U ²⁰⁶Pb*/²³⁸U ±% ²⁰⁷Pb*/²⁰⁶Pb* ±% Apparent age (Ma)

Spot ²⁰⁶Pb/²³⁸U ²⁰⁷Pb/²⁰⁶U

YM-14_1.1 0.45 214 106 0.51 0.0501 1.45 0.0511 1.91 315 ± 4.5 73 ± 80.8 YM-14_2.1 0.10 218 88 0.42 0.3335 0.99 0.1135 1.00 1855 ± 15.9 1842 ± 9.8 YM-14_3.1 0.03 659 175 0.28 0.3409 1.20 0.1154 1.00 1891 ± 19.6 1881 ± 5.3 YM-14_4.1 0.08 219 66 0.31 0.3372 1.23 0.1145 1.00 1873 ± 20.0 1861 ± 9.8 YM-14_5.1 0.44 128 90 0.72 0.0610 1.48 0.0553 1.00 381 ± 5.5 276 ± 81.9 YM-14_6.1 0.34 306 260 0.88 0.0500 1.41 0.0534 1.52 314 ± 4.3 224 ± 56.4 YM-14_7.1 0.15 284 173 0.63 0.0512 0.90 0.0543 1.52 322 ± 2.8 332 ± 44.1 YM-14_8.1 0.07 325 282 0.90 0.0520 1.13 0.0537 1.46 327 ± 3.6 334 ± 37.6 YM-14_9.1 0.08 133 92 0.72 0.0521 1.95 0.0527 2.28 327 ± 6.2 285 ± 60.4 YM-14_10.1 1.08 113 86 0.79 0.0488 4.84 0.0541 2.72 307 ± 14.5 -38 ± 169.5 YM-14_11.1 0.44 199 146 0.76 0.0624 1.80 0.0540 1.00 390 ± 6.8 216 ± 69.2 YM-14_12.1 0.70 223 109 0.51 0.0494 0.98 0.0542 1.95 311 ± 3.0 122 ± 96.9 YM-14_13.1 0.03 127 98 0.80 0.4824 1.06 0.1651 1.00 2538 ± 22.2 2506 ± 8.3 YM-14_14.1 0.12 59 52 0.90 0.3343 1.33 0.1144 1.00 1859 ± 21.4 1853 ± 18.9 YM-14_15.1 0.01 493 423 0.89 0.3378 1.20 0.1118 1.00 1876 ± 19.6 1828 ± 6.2 YM-14_13.2 0.10 122 38 0.32 0.4353 1.12 0.1647 1.00 2330 ± 21.9 2496 ± 10.6 YM-14_16.1 -- 251 77 0.32 0.3385 0.91 0.1159 1.00 1880 ± 14.8 1895 ± 8.2 YM-14_17.1 -- 202 184 0.94 0.0480 1.75 0.0555 1.99 302 ± 5.2 453 ± 48.6 YM-14_18.1 0.09 136 45 0.34 0.4831 1.49 0.1686 1.00 2541 ± 31.2 2536 ± 14.7 YM-14_18.2 0.06 166 147 0.92 0.3335 1.35 0.1131 1.00 1855 ± 21.8 1841 ± 11.1 YM-14_19.1 0.25 180 126 0.72 0.0532 1.05 0.0532 1.94 334 ± 3.4 252 ± 64.4 YM-14_20.1 1.31 23 37 1.61 0.0512 3.92 0.0637 4.90 322 ± 12.3 335 ± 295.9 YM-14_21.1 0.12 146 95 0.67 0.3266 1.55 0.1109 1.00 1822 ± 24.6 1797 ± 12.7 YM-14_22.1 0.00 138 127 0.95 0.0498 1.52 0.0512 2.19 313 ± 4.6 250 ± 50.5 YM-14_23.1 0.07 355 86 0.25 0.0518 0.90 0.0539 1.41 325 ± 2.9 345 ± 36.0 YM-14_24.1 0.02 255 47 0.19 0.3433 0.91 0.1152 1.00 1902 ± 15.0 1879 ± 8.4 YM-14_25.1 0.04 872 84 0.10 0.2734 2.17 0.1125 1.00 1558 ± 30.0 1836 ± 5.2 YM-14_26.1 -- 181 161 0.92 0.3288 1.45 0.1126 1.00 1833 ± 23.2 1846 ± 10.4 YM-14_27.1 0.06 233 48 0.21 0.3427 1.73 0.1143 1.00 1900 ± 28.4 1860 ± 9.0 YM-14_28.1 0.41 90 61 0.69 0.0638 1.18 0.0523 1.00 399 ± 4.6 144 ± 107.2 YM-14_29.1 0.05 221 230 1.07 0.4703 1.75 0.1649 1.00 2485 ± 36.1 2501 ± 6.5 YM-14_29.2 -- 109 46 0.43 0.4531 1.31 0.1521 1.00 2409 ± 26.2 2371 ± 23.2 YM-14_30.1 0.68 238 130 0.56 0.0637 0.98 0.0558 1.00 398 ± 3.8 211 ± 73.4 YM-14_31.1 0.01 1858 854 0.47 0.4775 1.44 0.1656 1.00 2516 ± 30.0 2513 ± 2.1 YM-14_32.1 1.43 317 249 0.81 0.0521 1.73 0.0567 1.69 327 ± 5.5 -52 ± 129.4 YM-14_33.1 0.19 471 102 0.22 0.0620 1.39 0.0551 1.00 388 ± 5.2 355 ± 33.4 YM-14_34.1 -- 964 178 0.19 0.3485 1.15 0.1149 1.00 1928 ± 19.1 1879 ± 4.1 YM-14_35.1 0.08 231 93 0.42 0.3385 1.45 0.1144 1.00 1879 ± 23.7 1859 ± 9.5 YM-14_36.1 0.06 232 237 1.06 0.3544 1.24 0.1181 1.00 1956 ± 21.0 1920 ± 8.9 YM-14_37.1 0.22 68 34 0.52 0.3355 1.39 0.1162 1.00 1865 ± 22.5 1869 ± 19.0 YM-14_38.1 0.19 330 230 0.72 0.0505 2.08 0.0532 1.54 318 ± 6.5 268 ± 48.0 YM-14_39.1 0.06 1067 653 0.63 0.0792 0.80 0.0758 1.00 491 ± 3.8 1077 ± 34.6 YM-14_40.1 0.01 289 256 0.91 0.3482 0.93 0.1154 1.00 1926 ± 15.4 1886 ± 7.5 YM-14_41.1 0.20 284 216 0.78 0.0511 1.15 0.0528 1.55 322 ± 3.6 251 ± 48.8 YM-14_42.1 0.18 72 24 0.34 0.3255 1.22 0.1127 1.00 1817 ± 19.3 1818 ± 17.8 YM-14_42.2 0.04 682 565 0.86 0.0594 1.53 0.0558 1.00 372 ± 5.5 431 ± 21.5 YM-14_43.1 0.03 414 39 0.10 0.3310 0.84 0.1154 1.00 1843 ± 13.5 1882 ± 6.3 YM-14_43.2 0.38 603 500 0.86 0.0535 1.04 0.0570 1.00 336 ± 3.4 366 ± 36.6 Errors are 1-sigma; Pb_c and Pb* indicate the common and radiogenic portions, respectively.

206Pb*/²³⁸U and ²⁰⁶Pb*/²⁰⁷Pb* are corrected for common lead using ²⁰⁴Pb.

결론적으로, YM-14 이질암의 근원암 대부분은 고원 생대 후기인 Statherian 초기(1.8 Ga)의 화성암이며, 그 밖에 같은 시기의 변성암과 고원생대 초기(Siderian), 데본기 중기(390 Ma), 전기 석탄기(Serpukhobian, 322 Ma)의 화성암이 근원암으로 소량 유입된 것으로 해석된다(Cohen et al., 2013).

일반적으로 가장 젊은 저어콘의 연대가 퇴적물의 퇴적시기 하한을 반영하는 것으로 이해하고 있다 (Fedo et al., 2003). 영암지역 저변성이질암의 가장 젊은 저어콘 U-Pb 가중평균연령이 322 Ma로 전기 석탄기의 Serpukhobian에 해당된다. 그러므로, 연구 지역의 저변성이질암은 전기 석탄기 이후부터 퇴적되 기 시작한 것으로 해석되며, 후기 석탄기 이후에 형 성된 지층임을 지시한다.

층서 대비

옥천대 남서부의 상부 고생대층에 대한 연구는 처 음 Ichimura(1927)가 구암층군으로 제안한 후 여러 학자들에 의해 수행되어왔다(Fig. 5). 그 후, Kim and Lee(1962)은 하부에서 상부로 용암리층, 오음리 층, 함탄대, 천운산층으로 구분하였고, Lee et al.

(1965)와 Cheong and Kim(1966), Suh et al.(1985, 1986)는 하부에서 상부로 용두리층, 용암산층, 오산리 층, 천운산층으로 나누었다. 이들은 일반적인 암상과 지질구조 및 석탄층의 발달 유무에 따라 층을 구분한 것으로, 화석이 산출되지 않아 명확하게 지질시대를

규명하지 않고 상부고생대 평안누층군에 대비하였다.

Park(1996)은 화순군 청풍-이양 지역에서 산출하는 코 노돈트에 근거하여 상부 고생대층을 하부에서 상부로 용암산층, 오음리층, 함탄대 및 천운산층으로 나누었 다. 특히, 오음리층에 협재하고 있는 석회암으로부터 중기 내지 후기 석탄기를 지시하는 코노돈트 화석 (Idiognathodus delicatus와 Streptognathodus elegan- tulus) 산출을 근거로 오음리층의 지질시대를 중기 내 지 후기 석탄기임을 보고하였으며, 이 지층을 삼척탄 전과 문경탄전의 금천층, 그리고 영월지역의 판교층 에 대비하였다.

Kim et al.(2012)은 태백산분지 북동지역에 분포하 는 평안누층군의 만항층을 구성하고 있는 변성이질암 에서 얻어진 저어콘 U-Pb 연대를 4개의 연령군으로 나누었다: (1) 2.5-2.2 Ga, (2) 1.8-1.9 Ga, (3) 1.1- 1.0 Ga, (4) 340-310 Ma. 그리고, 만항층에 대한 U- Pb 저어콘 연대 결과와 방추충의 생층서 연대 (Cheong, 1969, 1973)가 잘 대비됨을 보고하였다. 그 리고, 성전면 이질암에서 산출된 저어콘 U-Pb 연령 역시 주요한 4개의 연령군으로 나누어진다: (1)

~2.5 Ga, (2) ~1.86 Ga, (3) 390 Ma, (4) 322 Ma.

Kim et al.(2012)의 만항층에 대한 연구결과와 비교 해 보면, 태백산분지에서는 중원생대 기원의 근원암 이 있는 반면, 성전면 이질암의 근원암은 중원생대의 근원암이 결여되고 고생대 화성기원의 근원암을 포함 하고 있다는 점이 다르고, 나머지 세 개의 연령군은 비슷하다. 그리고, 만항층의 변성이질암에서 얻어진 Fig. 4. (a) Tera-Wasserburg diagrams showing the spot analyses of zircon from the metapelite (YM-14). (b) Distribution diagrams showing the combined ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb and ²⁰⁶Pb/²³⁸U age populations of zircon from the study area.

저어콘의 가장 젊은 연령은 320.7±3.8 Ma(MSWD=

1.77)와 315.8±8.0 Ma(MSWD=1.5)로 방추충에 의한 생층서 연대인 Moscovian 시대와 잘 일치함을 보고 하고 있다. 성전면 이질암의 가장 젊은 저어콘 연대 인 322±4.8 Ma(MSWD=4.9)와 만항층 저어콘의 가장 젊은 연령을 비교해 보면, 이 둘의 값은 매우 근사함 을 알 수 있다. 그러므로 성전면의 이질암층은 만항 층과 대비되는 상부고생대 평안층군의 기저층으로 간 주할 수 있으며, 코노돈트 화석에 의하여 규명된 중 기 내지 후기 석탄기의 오음리층에 대비되는 층으로 생각된다.

고찰과 결론

옥천대 남서부 지역에서 탄층을 협재하지 않은 저 변성퇴적암들을 시대 미상으로 처리하거나, 선캠브리 아 지층으로 규정지어왔다. 한편, 1:25만 목포지질도 폭(Choi et al., 2002)에서 연구지역의 저변성퇴적암 을 암상에 따라 상부고생대의 평안층군과 선캠브리아 의 갈두층으로 구분하였다. 그러나, 본 연구지역의 저 변성퇴적암은 하부의 이질암과 상부의 사질암으로 분 류되며, 하부의 이질암은 저어콘 연령에 의해 태백산 분지의 만항층에 대비되고, 가깝게는 호남탄전의 오 음리층에 대비된다. 그리고, 이질암의 저어콘 연령이

태백산분지의 만항층에서 보고한 값과 근사한 것으로 보아, 만항층 퇴적시기 하한 혹은 평안층군의 최하위 층준 지질시대는 320 Ma인 중부석탄기 보다 상부인 석탄기의 Moscovian에 대비됨을 확실시 하였다. 한편, 연구지역의 저변성이질암 상위에 놓이는 변성사질암 은 1:25만 목포지질도폭(Choi et al., 2002)에서 선캠 브리아의 갈두층으로 구분되었으나, 이번 연구 결과를 통해 변성사질암은 상부 석탄기 이후의 페름기 지층일 가능성이 매우 높다. 따라서, 선캠브리아 갈두층으로 인정된 지층에 대해서는 재검토해 볼 필요가 있다.

저변성이질암의 근원암은 4개의 군으로 나눌 수 있 으며, 그 중 가장 오래된 저어콘의 연령인 약 2.5 Ga 와 1.86 Ga의 집중연령들은 경기육괴와 영남육괴에서 흔히 보고되는 연령이다. 세 번째 연령군은 약 390 Ma로 옥천대 남서부에 발달하고 있는 비봉층의 규암에서 얻어진 386±3 Ma(n=17, MSWD=1.6)(Kim et al., 2014)와 유사하다. 그러므로 옥천대 남서부의 데본기 지층도 성전면에 노출된 이질암의 근원암으로 생각된다.

이질암에서 분리한 저어콘의 분석값은 모두 Th/U 비가 높고, 화성기원을 지시하는 누대구조를 보이며, 대부분 일치곡선에 도시되므로 고원생대, 중원생대, 고생대의 화성활동을 지시하고 있다. 특히, 가장 젊은 322±4.8 Ma(MSWD=4.9) 연령을 태백산분지 만항층 Fig. 5. Stratigraphic correlation of the Pyeongan Group. Fm: Formation.

의 저어콘 연령에 대비하여 볼 때, 거의 동일시기의 화성활동이 있었음을 알 수 있으며, 동시기 동안 태 백산분지와 옥천대 남서부 지역 모두 화성활동이 일 어났음을 추측할 수 있다.

결론적으로, 성전면 지역의 저변성이질암은 옥천대 에 발달하는 상부고생대의 Moscovian을 퇴적시기로 하는 평안층군의 기저층이며, 이질암 상위의 변성사 질암은 상부고생대 지층임을 지시한다. 이질암의 근 원암은 모두 화성기원으로, 고원생대의 경기육괴 및 영남육괴를 구성하는 기반암과 옥천대 데본기 지층, 그리고 태백산분지와 옥천대 남서부에서 중기 석탄기 동안 일어난 화성암을 기원으로 한다.

사 사

이 연구는 2014년도 미래창조과학부의 재원으로 한국지질자원연구원 주요사업인 “지질도폭 조사연구”

(GP2013-001)와 2012년도 미래창조과학부의 재원으 로 (재)한국이산화탄소포집및처리연구개발센터의 지원 을 받아 수행된 연구이다(국내육상 CO₂ 파일럿 저장소 선정 및 특성화, No. NRF-2012-0008916). 많은 조언과 토의를 해주신 박계헌 교수님, 익명의 심사자님, 그리 고 편집위원장님께 감사드립니다.

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2014년 12월 17일 접수 2014년 12월 24일 심사개시 2015년 2월 2일 채택