SHRIMP U-Pb Dating and Chronostratigraphy of the Volcanic Rocks around the Mireukdo Island, Tongyeong, Korea

통영 미륵도 주변 화산암류의 SHRIMP U-Pb 연대측정과 시간층서

황상구¹·이소진¹·송교영²*·이기욱³

1안동대학교 지구환경과학과, ²한국지질자원연구원 국토지질연구부

3한국기초과학지원연구원 환경과학연구부

SHRIMP U-Pb Dating and Chronostratigraphy of the Volcanic Rocks around the Mireukdo Island, Tongyeong, Korea

Sang Koo Hwang¹, So Jin Lee², Kyo-Young Song²*, and Keewook Yi³

1Department of Earth and Environmental Science, Andong National University, Andong 36729, Korea

2Korea Institute of Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, Daejeon 34132, Korea

3Division of Environmental and Material Sciences, Korea Basic Science Institute, Ochang 34132, Korea

요 약: 통영 미륵도 주변의 유천층군 화산암류는 하부 안산암질암류(주사산아층군), 하부 유문암질암류(운문 사아층군), 상부 안산암질암류(욕지아층군)와 상부 유문암질암류(사량아층군)로 구분된다. 우리는 각 아층군의 주요 층서단위에 대해 SHRIMP U-Pb 연대측정을 실시하여 이들의 분출시기와 층서관계를 명확하게 하였다.

SHRIMP U-Pb 측정에 의하면, 하부 유문암질암류의 풍화리응회암에서 88.95±0.44 Ma(n=11)와 추도응회암에 서 82.56±0.95 Ma(n=10)의 일치곡선 연대를 얻었으며, 상부 안산암질암류의 달아안산암에서 73.01±0.75 Ma (n=11)의 일치곡선 연대를 얻었다. 그리고 상부 유문암질암류의 남산유문암맥에서 71.74±0.47 Ma(n=14)에 집 중되는 일치곡선 연대를 보여주며, 화강섬록암맥에서 70.7±3.5 Ma의 겉보기 연대를 보여준다. 이들 자료는 미 륵도 주변에서 일어났던 각 층서단위의 분출 혹은 주입시기를 확실케 하며 주사산아층군, 운문사아층군, 욕지 아층군과 사량아층군의 시간층서로 구분짓게 한다. 더불어 이 층서는 경상분지에서 백악기 후기 유천층군의 다른 화산단위와 시간층서적 대비를 할 수 있는 실마리를 제공한다.

핵심어: 유천층군, SHRIMP U-Pb 연대측정, 분출시기, 아층군, 시간층서

Abstract:

Keywords:

*Corresponding author Tel: +82-42-868-3046 E-mail: [email protected]

서 언

미륵도는 통영시 남쪽에 인접한 섬으로서 주변에 크고 작은 수많은 섬들이 분포한다. 이 지역은 지체 구조상으로 경상분지의 남부에 위치하며, 백악기 중 엽의 퇴적암류가 두껍게 퇴적되면서 백악기 후엽의 화산암류가 집중적으로 분출한 후에 심성암류가 관입 하고 있는 곳이다. 미륵도와 주변 도서의 지질은 하 부로부터 백악기 후엽의 화산암류인 안산암질 내지 유문암질의 화성쇄설암과 용암이 주로 분포하고 중간 에 퇴적층이 얇게 수매 협재되어 있다. 그리고 이들 을 관입한 여러 심성암류가 관입하고 있다.

미륵도의 인접지역인 거제도와 고성 지역에서 심성 암류 혹은 화산암류의 암석화학적 연구가 있었고(Jwa and Park, 1996; Yun et al., 1997; Lee and Lee, 1999), 통영지역에서 광화작용에 대한 연구(Park et al., 2001), 경상호의 조구조 배경과 호화산작용 (Hwang, 2012) 등의 연구가 수행되었다.

화산층서(volcanostratigraphy)는 미륵도와 한산도 내에서 암상과 상호관계를 판단기준으로 설정할 수 있지만, 이들 암상은 두 섬들 간에 서로 연결되지 않

을 뿐만 아니라 추도와는 전혀 다른 암상을 나타내기 때문에 암상만으로 층서 대비를 논하기란 어려운 문 제이다. 더욱이 유천소분지 내에서 화산층서는 중앙 부의 밀양 지역과 남부의 통영 지역 간에 수십 km 멀리 떨어져 있다면 암상에 의존하여 층서를 대비하 기란 거의 불가능한 일이다. 그러므로 우리는 암상과 상호관계에 의한 암석층서(lithostratigraphy)를 바탕으 로 하면서 주요 화산암층에 대해 SHRIMP U-Pb 저 어콘 연대측정을 실시함으로서 정확한 분출 혹은 관 입시기를 알아내고 시간층서(chronostratigraphy)를 체 계화시켜 광역적으로 적용하고자 하였다.

지질배경

미륵도 주변은 지체구조상으로 경상분지 남부의 유 천소분지 남부에 위치하며, 백악기 중엽의 퇴적암류 가 두껍게 퇴적되고 백악기 후엽의 화산암류가 대규 모로 분출한 후에 심성암류가 관입하고 있는 양상을 보이는 지역이다. 이 지역은 한반도에서 백악기에 발 달하는 북동-남서 방향의 여러 화산호들 중에서 경상 분지 남동부에 발달하는 경상호의 중간부분에 해당하

Fig. 1. Geological map around Mireukdo, showing sample locations of the present study.

는 곳이다(Hwang, 2012). 이 경상호는 유천소분지 중앙부의 밀양도폭을 중심으로 La-ICPMS 저어콘 연 대측정에 의하면 주사산안산암질암류(혹은 주사산아 층군)가 84.4~88.8 Ma이고 정각산층 내의 응회암이 88.7 Ma이며 운문사유문암질암류(혹은 운문사아층군) 가 88.0 Ma이다(Zhang et al., 2012).

미륵도와 그 주변 섬들의 지질은 대부분 백악기 후 엽의 유천층군 화산암류로 구성된다. 이들은 안산암 질 각력암, 용결응회암과 용암이 주로 구성되며 데사 이트질 내지 유문암질 용결응회암이 그 중간에 협재 되거나 혹은 그 위를 덮고 있다. 이 화산암류에 대해 매핑한 결과, 층서는 크게 하부 안산암질암류(주사산 아층군), 하부 유문암질암류(운문사아층군), 상부 안산 암질암류(욕지아층군)와 상부 유문암질암류(사량아층 군)로 분류되며, 이들을 백악기 후엽의 심성암류가 관 입하고 있다(Fig. 1; Hwang et al., 2016).

하부 안산암질암류는 문어포안산암, 한산도층, 두억 리안산암, 장곡응회암, 연대도안산암 순으로 구분되고 하부 유문암질암류는 풍화리응회암, 장평리층, 추도응 회암으로 구분되며, 이들은 각각 유천소분지 중앙부 의 주사산안산암질암류(혹은 주사산아층군)와 운문사 안산암질암류(혹은 운문사아층군)에 대비된다. 상부 안산암질암류는 하부 유문암질암류와 부정합 관계를 가지며 미륵산안산암, 마동데사이트, 달아안산암, 두 미도안산암 순으로 놓인다. 상부 유문암질암류는 오 비도층, 곤리도응회암, 남산유문암 순으로 놓인다. 심 성암류는 불국사관입암군에 속하며, 각섬석을 함유하 는 섬록암과 화강섬록암으로 분류되고 각섬석을 거의 함유하지 않는 화강암으로 구분된다(Fig. 1).

분석법

시료는 파쇄, 초기 팬닝과 다음으로 자성분리의 절 차에 의해 수행되었다. 자성 입자들을 제거하고 남은 비자성 입자들로부터 저어콘 입자를 핀셋으로 분리하 였다. 이 저어콘 입자들은 점착테이프에 올려놓고 표 준물질과 함께 에폭시액으로 발라 고정시켜 마운트를 만들어 약 절반 두께로 갈고 반사광 및 투사광에서 사진을 찍었다. 그리고 이 마운트는 씻고 금 코팅을 하였다.

한국기초과학지원연구원 오창본원에서 마운트는 음 극선발광(CL; Cathodoluminescence) 장치를 부착한 주사전자현미경(JEOL JSM-6610LV 모델)을 이용하여

개별 저어콘 입자에 대해 음극선발광과 후방산란전자 (BSE; Backscattered Electron) 영상을 촬영하였고 분 석 위치를 선정하였다.

저어콘의 연대측정은 오창본원에서 SHRIMP IIe를 이용하였다. U-Pb 분석은 일차 이온빔으로 산소 음이 온(O₂^-)을 이용하였으며, 이때 이온빔의 직경은 25 μm 이고 세기는 4-6 nA이었다. 저어콘 표준물질 FC-1과 SL13과 비교하여 U 함량측정과 U/Pb 연대보정을 실 시하였다. 기기작동과 자료처리절차는 Williams(1998) 과 Ireland and Williams(2003)의 방법을 적용하였다.

측정된 분석자료는 SQUID version 2.5 및 Isoplot/

Ex v. 3.6(Ludwig, 2008, 2009)을 이용하여 연대계 산을 하였다. 각각의 분석치와 같보기연대의 오차는 1σ이고, 가중평균 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 연대 및 일치곡선 연대는 95% (2σ)의 신뢰도를 가진다.

연대측정

시료선정

통영 지역 화산암류는 여러 섬에 산재되어 있기 때 문에 층서를 결정하기가 쉽지 않다. 그래서 이 혼란 을 없애기 위해 주요 층서단위에 대해 SHRIMP U- Pb 저어콘 연대를 측정하여 층서를 체계화하였다.

선택된 층서단위는 4개 아층군 중에 북쪽 운문사아 층군의 풍화리응회암에서 2개, 추도응회암에서 1개 시 료를 선정하였고, 욕지아층군의 달아안산암에서 1개 시료, 사량아층군의 남산유문암 1개 시료를 선택하였 으며 심성암류 중에 화강섬록암에서 1개 시료를 선정 하였다(Fig. 2).

측정결과

풍화리응회암: HT362는 풍화리응회암 중에서 한산 도 망산에서 채취한 시료이다(Fig. 2a). 저어콘 입자 들은 대부분 자형 주상 내지 장주상이며, CL 영상에 서 강하게 발광하고 동심원상 강한 자형누대를 보여 준다(Fig. 4). 미량원소 Th/U 비는 0.3273~0.8385 범위로 나타나고(Table 1) 직선상 분포를 나타내는데 (Fig. 4), 이는 마그마에서 성장한 저어콘의 특징을 지시한다(Vavra et al., 1999; Hartman et al., 2000).

동심원상 진동누대를 가진 저어콘에서 12개 분석치는 80.4±0.8 Ma에서 102.8±1.2 Ma 범위의 연대를 가진 다(Table 1). 가장 젊고 늙은 분석치를 빼면, 10개 분석치는 조화적이고 가중평균 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 연대는

90.3±1.6 Ma(MSWD=1.3)를 갖는 균질한 군집을 형 성하는데(Fig. 5a), 이는 풍화리응회암의 초기 정치연 대로 해석된다.

HT407은 풍화리응회암 중에서 미륵도 북서부 반도 끝 부분에서 채취한 시료이다(Fig. 2b). 저어콘 입자 는 자형 단주상 내지 주상이며 CL 영상은 동심원상 강한 누대구조의 특징을 가지는데(Fig. 3), 이는 화성 성인을 지시한다. 미량원소 Th/U 비는 0.3658~0.7969

범위(Table 1)로 1.0 선을 따라 일직선을 나타내며 (Fig. 4) 이 역시 화성성인을 지시한다. 12개 분석치 는 85.5±0.8 Ma에서 90.8±2.0 Ma 범위의 연대를 가 진다(Table 1). 가장 젊은 분석치 1개를 제외하면, 11 개 분석치는 콘코디아 그림에서 가중평균 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 연대 88.95±0.44 Ma(MSWD=0.91)를 갖는 조화적 군집을 나타내는데(Fig. 5b), 이는 이 풍화리응회암의 후기 정치연대로 해석된다.

Fig. 2. Outcrop photographs and photomicrographs showing representative lithology and petrography of the

volcanic rocks around Mireukdo. (a) Outcrop of the lower part and (b) photomicrograph of the upper part in the

Punghwari Tuff; (c) Outcrop of the Chudo Tuff; (d) Outcrop of lapilli tuff part in the Dara Andesite; (e) Outcrop of

the Namsan Rhyolite and (f) photomicrograph of the granodiorite dyke.

추도응회암: HT245는 추도응회암에서 나온 하부 회 류응회암의 시료이다(Fig. 2c). 저어콘 입자들은 자형 이고 주로 단주상이지만 약간은 주상이며, CL 영상 에서 다소 희미하게 발광하고 동심원상 자형 누대구

조를 나타낸다(Fig. 3). Th/U 비는 0.4144~0.6090 범위로 나타나고(Table 1) 직선상 분포를 보여주는데 (Fig. 4), 이는 내부구조와 함께 화성성인을 반영한다.

동심원상 누대를 가진 저어콘에서 11개 분석치는

Fig. 3. Representative Cathodoluminescence images of the analysed zircon grains, showing the location of

analytical spots and

Pb/

U ages in Ma, separated from the Punghwari Tuff (HT362 and HT407), Chudo Tuff

(HT245) Dara Andesite (HT338), Namsan Rhyolite (HT162) and Granodiorite (HT229).

Table 1. Summary of SHRIMP U-Pb isotopic data of the analytical zircons from the volcanic rocks around Mireukdo

Spot No.

206Pb_c (%)

U (ppm)

Th (ppm)

232Th/

238U ±%

207Pb/

206Pb ±%

206Pb/

238U ±%

206Pb/²³⁸U Age

207Pb/²⁰⁶Pb Age Sample HT362 (Punghwari Tuff)

HT362_1.1 -0.35 275 167 0.6261 0.6 0.0451 4.0 0.0840 9.1 93.0 ±1.7 -50 ±97 HT362_2.1 -0.13 329 219 0.6869 1.7 0.0469 6.3 0.1003 9.5 92.1 ±2.2 396 ±169 HT362_3.1 -0.31 166 68 0.4236 1.9 0.0454 4.9 0.0949 8.6 93.1 ±2.3 -174 ±196 HT362_4.1 0.16 227 72 0.3273 1.2 0.0491 4.1 0.1027 7.8 90.4 ±1.9 -181 ±245 HT362_5.1 -0.16 222 113 0.5266 0.4 0.0468 4.3 0.1037 7.6 102.8 ±1.2 -824 ±496 HT362_6.1 0.50 188 105 0.5779 1.3 0.0519 4.7 0.1078 8.2 93.8 ±3.0 162 ±167 HT362_7.1 -0.37 191 79 0.4244 0.5 0.0449 10.5 0.0940 10.1 92.0 ±2.6 188 ±273 HT362_8.1 0.17 200 104 0.5380 1.8 0.0491 4.5 0.0983 11.1 88.9 ±3.0 264 ±145 HT362_9.1 -0.10 293 105 0.3689 0.4 0.0470 3.6 0.0997 9.5 88.1 ±2.2 -394 ±255 HT362_10.1 0.16 253 205 0.8385 0.3 0.0490 4.0 0.0892 10.7 87.1 ±1.5 -998 ±585 HT362_11.1 0.25 213 144 0.6977 0.3 0.0496 3.7 0.0883 8.0 80.4 ±0.8 319 ±124 HT362_12.1 0.22 150 63 0.4319 0.5 0.0495 4.7 0.1110 7.0 89.7 ±1.0 -577 ±462 Sample HT407 (Punghwari Tuff)

HT407_1.1 0.19 243 187 0.7969 0.2 0.0493 2.1 0.0309 3.2 88.6 ±0.5 -- -- HT407_2.1 -0.05 201 76 0.3880 0.3 0.0474 2.4 0.0288 2.7 89.6 ±0.8 -137 ±142 HT407_3.1 0.36 497 339 0.7050 0.1 0.0507 1.5 0.0320 1.9 89.0 ±0.6 -247 ±131 HT407_4.1 0.13 363 233 0.6618 0.6 0.0488 1.6 0.0306 2.8 88.1 ±0.5 -409 ±177 HT407_5.1 0.14 396 174 0.4554 0.9 0.0489 1.5 0.0319 2.8 90.1 ±0.7 -531 ±197 HT407_6.1 -0.18 105 67 0.6586 0.3 0.0463 3.3 0.0288 2.1 88.3 ±1.7 -- -- HT407_7.1 0.04 239 107 0.4627 0.6 0.0481 2.1 0.0296 2.8 88.6 ±0.5 -664 ±294 HT407_8.1 0.09 136 48 0.3658 0.3 0.0485 2.7 0.0297 2.2 89.1 ±1.1 -- -- HT407_9.1 -0.27 213 108 0.5209 0.2 0.0456 2.2 0.0310 4.1 90.8 ±2.0 -918 ±357 HT407_10.1 -0.06 103 45 0.4453 1.3 0.0473 3.1 0.0311 2.9 90.0 ±0.7 -- -- HT407_11.1 0.04 337 179 0.5497 0.2 0.0481 1.8 0.0277 3.2 88.7 ±0.7 -633 ±244 HT407_12.1 5.98 364 267 0.7585 0.6 0.0952 6.4 0.0294 3.9 85.5 ±0.8 518 ±336 Sample HT245 (Chudo Tuff)

HT245_1.1 -0.20 210 94 0.4615 0.3 0.0461 3.8 0.0301 1.2 84.7 ±1.2 534 ±489 HT245_2.1 0.02 179 72 0.4144 0.3 0.0478 3.1 0.0238 2.4 80.0 ±0.6 113 ±825 HT245_3.1 -0.12 238 133 0.5764 0.3 0.0467 2.7 0.0268 1.6 84.5 ±1.0 415 ±507 HT245_4.1 -0.12 230 94 0.4202 0.3 0.0468 2.8 0.0259 2.3 84.0 ±0.8 304 ±589 HT245_5.1 0.05 201 118 0.6090 0.3 0.0480 3.0 0.0255 3.0 81.6 ±1.6 -86 ±901 HT245_6.1 0.26 178 78 .0.4503 0.3 0.0497 3.1 0.0263 3.5 80.9 ±1.4 589 ±622 HT245_8.1 0.32 211 104 0.5109 0.6 0.0502 5.7 0.0260 1.8 82.5 ±0.6 133 ±760 HT245_9.1 0.11 206 90 0.4530 0.3 0.0486 2.8 0.0272 2.0 83.0 ±1.1 895 ±376 HT245_10.1 -0.25 260 114 0.4508 0.3 0.0457 2.6 0.0270 1.9 83.2 ±0.6 661 ±377 HT245_11.1 0.04 216 98 0.4681 0.5 0.0479 2.7 0.0275 2.2 81.0 ±0.9 420 ±557 HT245_12.1 -0.08 183 100 0.5660 1.3 0.0470 3.0 0.0280 2.0 81.0 ±0.6 792 ±489

Table 1. Continued

206Pb_c (%)

U (ppm)

Th (ppm)

232Th/

238U ±%

207Pb/

206Pb ±%

206Pb/

238U ±%

206Pb/²³⁸U Age

207Pb/²⁰⁶Pb Age Sample HT338 (Dara Andesite)

HT338_1.1 0.30 131 72 0.5683 0.3 0.0499 3.1 0.0228 2.3 73.8 ±1.1 -- -- HT338_2.1 0.06 96 51 0.5499 0.3 0.0479 3.6 0.0251 1.8 72.5 ±0.5 -- -- HT338_3.1 0.13 141 84 0.6163 0.3 0.0485 2.9 0.0260 0.9 71.9 ±0.5 -- -- HT338_4.1 -0.07 189 120 0.6566 0.2 0.0469 2.6 0.0239 0.9 73.2 ±1.3 -511 ±286 HT338_5.1 0.07 153 87 0.5897 0.4 0.0481 2.8 0.0250 1.8 74.9 ±0.5 -- -- HT338_6.1 -0.01 102 50 0.5133 0.3 0.0474 3.5 0.0248 2.2 72.0 ±0.8 -- -- HT338_7.1 0.21 94 45 0.4930 0.6 0.0491 3.7 0.0241 1.1 70.8 ±1.4 -- -- HT338_8.1 0.17 115 57 0.5114 0.3 0.0488 3.2 0.0247 1.0 72.7 ±0.5 -- -- HT338_9.1 0.27 161 99 0.6329 0.3 0.0497 2.7 0.0257 0.9 73.8 ±0.5 -985 ±553 HT338_10.1 2.30 109 53 0.5003 0.3 0.0657 9.3 0.0243 1.2 72.4 ±1.8 -- -- HT338_11.1 0.16 154 84 0.5604 0.3 0.0487 21.9 0.0220 2.3 72.5 ±1.5 -- -- HT338_12.1 -1.70 111 51 0.4765 0.3 0.0341 45.1 0.0226 1.1 77.6 ±2.1 -- -- Sample HT162 (Namsan Rhyolite)

HT162_1.1 0.09 189 115 0.6253 1.6 0.0481 4.8 0.0232 3.4 71.3 ±1.5 415 ±711 HT162_2.1 0.29 266 191 0.7413 0.2 0.0498 3.6 0.0229 1.2 72.4 ±0.5 -238 ±786 HT162_3.1 0.38 149 65 0.4550 0.3 0.0505 3.4 0.0221 2.7 71.7 ±0.6 -- -- HT162_4.1 0.11 226 151 0.6922 0.6 0.0483 2.7 0.0241 0.9 72.3 ±0.5 -- -- HT162_5.1 0.47 280 146 0.5371 0.3 0.0514 2.9 0.0181 5.9 81.4 ±0.9 -- -- HT162_6.1 0.06 286 128 0.4619 0.3 0.0479 2.5 0.0231 0.9 71.7 ±0.9 -633 ±932 HT162_7.1 0.39 250 191 0.7914 0.5 0.0505 2.7 0.0233 3.1 71.7 ±0.5 -969 ±1327 HT162_8.1 0.04 296 221 0.7718 0.2 0.0478 5.7 0.0247 0.9 72.0 ±0.8 -1014 ±1163 HT162_9.1 0.18 254 181 0.7371 0.2 0.0488 2.6 0.0262 3.1 70.2 ±0.5 -1079 ±1297 HT162_10.1 1.39 128 76 0.6104 2.8 0.0584 3.3 0.0283 1.3 70.8 ±1.6 -1040 ±2249 HT162_11.1 0.54 187 90 0.4973 0.6 0.0518 3.0 0.0262 1.7 71.7 ±1.2 -- -- HT162_12.1 0.09 235 115 0.5042 0.3 0.0482 2.7 0.0270 1.4 73.1 ±1.1 -- -- HT162_13.1 0.20 239 110 0.4751 0.3 0.0490 2.8 0.0239 1.8 71.0 ±0.5 -- -- HT162_14.1 0.09 583 547 0.9679 0.4 0.0482 2.9 0.0286 1.8 72.8 ±0.6 74.5 ±257 HT162_15.1 0.07 319 176 0.5679 0.3 0.0480 2.5 0.0249 2.2 72.3 ±1.5 22.9 ±544 Sample HT229 (Granodiorite)

HT229_1.1 0.01 7428 15954 2.2186 0.3 0.0476 0.6 0.0918 5.5 77.2 ±0.4 77 ±14 HT229_2.1 -0.01 7340 14048 1.9771 0.5 0.0475 0.6 0.0957 5.7 78.7 ±0.7 59 ±14 HT229_3.1 -0.04 6855 12395 1.8678 1.0 0.0473 0.6 0.0940 5.1 76.7 ±0.7 70 ±14 HT229_4.1 0.04 6534 13086 2.0690 0.1 0.0479 0.6 0.0916 4.8 76.0 ±0.5 93 ±15 HT229_5.1 0.03 2891 2737 0.9778 0.7 0.0477 1.0 0.0858 4.6 75.1 ±0.4 63 ±26 HT229_6.1 0.04 3041 3722 1.2642 0.2 0.0477 1.0 0.0790 5.4 71.6 ±0.7 80 ±23 HT229_7.1 0.12 2788 3549 1.3151 0.5 0.0484 1.3 0.0909 6.4 74.2 ±0.7 110 ±31 HT229_8.1 -0.02 952 953 1.0341 0.6 0.0473 2.3 0.0941 6.2 73.9 ±0.5 64 ±55 HT229_9.1 0.01 1360 1053 0.7999 0.1 0.0475 1.4 0.0605 7.6 70.7 ±3.5 135 ±41 HT229_10.1 0.08 2118 2564 1.2508 0.7 0.0482 1.2 0.0703 8.1 74.5 ±3.8 99 ±29

80.0±0.6 Ma에서 84.5±1.0 Ma 범위의 연대를 가진다 (Table 1). 콘코디아 그림에서 가장 젊은 분석치를 제 외하면 10개 분석치는 가중평균 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 연대 82.56±0.95 Ma(MSWD=2.3)를 갖는 조화적 군집을 형성하는데(Fig. 5c), 이는 추도응회암의 정치연대로 해석된다.

달아안산암: HT338은 달아안산암 중에서 하부에 깔 린 라필리응회암 나온 시료이다(Fig. 2d). 저어콘 입 자는 자형 단주상 내지 주상이며 CL 영상은 강하게 발광하고 동심원상 강한 누대구조의 특징을 가진다 (Fig. 3). Th/U 비는 0.4765~0.6566 범위(Table 1)로 직선상 분포를 보여주는데(Fig. 4), 이는 내부구조와 함께 화성성인을 반영해준다. 12개 분석치는 70.8±

1.4 Ma에서 77.6±2.1 Ma 범위의 연대를 가진다(Table 1). 콘코디아 그림에서 가장 늙은 분석치를 제외하면 11개 분석치는 조화적이고 가중평균 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 연대는 73.01±0.75 Ma(MSWD=2.2)이며(Fig. 6a), 이는 이 달아안산암의 초기 정치연대로 해석된다.

남산유문암: HT162는 동측 환상암맥의 유문암의 시 료이다(Fig. 2e). 저어콘 입자들은 비교적 작고 자형 이면서 대부분 주상이고 날카로운 끝을 가지지만 몇 개가 단주상이다. CL 영상에서는 다소 강하게 발광 하며 심한 동심원상 자형 누대구조를 가진다(Fig. 3).

Th/U 비는 0.4550~0.9679 넓은 범위로 나타나는데 (Table 1), 이도 내부구조와 함께 역시 마그마에서 성

장한 화성성인을 반영한다. 15개 분석치는 70.2±

0.5 Ma에서 81.4±0.9 Ma 범위의 연대를 갖는다. 가장 늙은 분석치를 빼면, 14개 분석치는 콘코디아 그림에

Fig. 4. Correlation diagram showing the proportions of

Th to U concentrations (ppm) of the zircons analyzed by SHRIMP.

Fig. 5. Concordia diagrams for SHRIMP U-Pb ages of

zircons separated from samples (a) HT362, (b) HT407

and (c) HT245.

서 가중평균 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 연대 71.74±0.47 Ma(MSWD=

1.3)로 깔끔하게 한정되는 군집으로 정의되는데(Fig.

6b), 이는 이 유문암맥의 정치연대로 해석된다. 늙은 분석치는 81.4±0.9 Ma로 이 암맥이 주입할 때 기존

암층으로부터 들어온 외래결정 저어콘의 연대로 해석 된다.

화강섬록암: HT229는 내측 환상암맥 중에서 세립 질 화강섬록암의 시료이다(Fig. 2f). 저어콘 입자는 자 형 내지 반자형이고 주로 단주상을 보여주며, CL 영 상에서 U 함량이 높아서 내부구조를 잘 나타내지 않 으며 그 내부가 비교적 균질하고 희미하게 발광하지 만 얇은 외연이 다소 발광하는 양상을 보여준다(Fig.

4). Th/U 비는 0.7999~2.2186 범위로 높게 나타내고 (Table 1) 1선을 따라 직선상 배열을 보여주는데(Fig.

4), 이는 역시 내부구조와 마찬가지로 마그마에서 성 장한 저어콘을 반영한다. 10개 분석치는 70.7±3.5 Ma 에서 78.7±0.7 Ma 범위의 연대를 갖는다. 이 분석치 는 콘코디아 그림에서 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 연대가 깔끔하게 한 정되지 않는다(Fig. 6c). 따라서 이 화강섬록암의 정 치연대는 아마도 70.7±3.5 Ma의 겉보기 연대로 추정 할 수밖에 없다.

토 의

미륵도 주변 지역은 화산암류가 매우 복잡한 층서 와 구조로 얽혀있기 때문에, 먼저 이 지역에서 가장 중요한 구조로서 분상 구조를 먼저 풀어보고 주요 화 산암의 분출 혹은 관입시기에 대해 먼저 토의하며 그 다음에 연대층서를 논의하기로 한다.

분상 구조

미륵도 주변 지역은 백악기 동안 유천소분지의 남 쪽 가장자리에 위치한 곳으로 미륵도의 두꺼운 화산 암체를 중심으로 하여 분상구조를 나타낸다. 공간적 인 분포와 지층 자세를 살펴보면 분상구조를 따라 뚜 렷한 차이를 보여준다.

미륵도의 동쪽에서는 문어포안산암을 사이에 두고 동쪽의 한산도 및 거제도 지역과 서쪽의 미륵도 지역 간에 화산암류의 분포와 지층 자세가 매우 큰 차이를 나타낸다. 이 부조화적 차이는 전·후기 화산작용의 중 심지에서 누적되는 지역적인 하중 차이를 나타내고 그 결과로서 남북 방향으로 달리는 한산도 단층과 통 영만 단층의 형성을 지지해준다. 다시 말하면 먼저 거제도를 중심으로 전기 안산암질 화산작용으로 인한 하중의 누적으로 비교적 큰 분상 구조를 형성한 것으 로 생각된다. 따라서 한산도 지역은 거제도 분상 구 조의 북서부에 위치하기 때문에 남동쪽으로 경사되는

Fig. 6. Concordia diagrams for SHRIMP U-Pb ages of

zircons separated from samples (a) HT338, (b) HT162

and (c) HT299.

것이며, 또한 한산도 단층도 그 결과로 인해 동쪽 지 괴가 하강한 것으로 판단된다(Hwang et al., 2016).

그리고 다른 분상 구조가 미륵도를 중심으로 후기 안산암질 화산작용에 의해 누적되는 욕지아층군의 하 중으로 인해 형성된 것으로 해석된다. 따라서 미륵도 지역은 미륵도 중앙부를 중심으로 성층화산을 형성하 는 동심원상 지층분포와 방사상 지층경사를 나타내는 것이며, 또한 통영만 단층도 이 화산의 하중으로 인 해 서쪽 지괴가 하강한 것으로 해석된다.

화산암류의 분출시기

풍화리응회암은 SHRIMP 저어콘 U-Pb 측정에 의 하면 하부에서 90.3±1.6 Ma 연대로부터 상부에서 88.95±0.44 Ma 연대 범위를 나타낸다(Table 2). 이 SHRIMP U-Pb 연대는 아마도 풍화리응회암 분출시 기를 나타내는 것으로 생각된다. 따라서 풍화리응회 암은 백악기 후기에 활동하였으며 추도응회암보다 더 빠른 시기에 분출하였다.

추도응회암은 SHRIMP 저어콘 U-Pb 측정에 의하 면 82.56±0.95 Ma 연대를 나타낸다. 이 연대는 저어 콘의 폐쇄온도가 매우 높기 때문에 추도응회암의 분 출시기를 나타내는 것으로 해석된다. 따라서 추도응 회암도 백악기 후기에 속하고 풍화리응회암보다 후기

의 층서관계를 가진다.

풍화리응회암의 90.3~88.95 Ma 연대(Table 2)는 추 도응회암의 분출연대 82.56±0.95 Ma보다 상당히 늙은 나이를 나타낸다. 두 층서단위 간의 시간차이는 6.39 Ma라는 상당한 연대차이를 나타내지만, 직접적으로 접촉관계를 보여주지 않더라도 정합 관계를 가진다고 말할 수 있다. 왜냐하면 두 응회암은 섬으로 서로 멀 리 떨어져 있을 뿐만 아니라 후기의 추도응회암은 그 하부가 해수면 아래까지 상당히 놓여 있기 때문이다.

달아안산암은 SHRIMP 저어콘 U-Pb 측정에 의하면 73.01±0.75 Ma 연대를 나타낸다. 이 연대는 달아안산 암의 초기 분출시기를 나타내는 것으로 해석된다. 따 라서 달아안산암도 백악기 후엽에 속하고 추도응회암 보다 후기의 층서관계를 가진다. 달아안산암의 73.01±

0.75 Ma 연대는 성층화산을 이루는 미륵산안산암, 마 동데사이트보다 후기 층서를 나타내지만 미륵도 성층 화산을 대표하는 분출시기이다. 이 연대는 추도응회 암의 82.56±0.95 Ma 연대보다 훨씬 젊은 9.55 Ma의 차이를 보이는데, 이는 추도응회암과 성층화산 사이 에 부정합 관계를 암시해준다.

환상암맥의 관입시기

미륵도에서 남산유문암맥은 곤리도응회암이 분출되

Table 2. SHRIMP U-Pb datings and chronostratigraphy for the volcanic rocks around Mireukdo.

Lithostratigraphy SHRIMP

U-Pb ages Period Chronostrati-

graphy Remarks Groups Rocks Formations

Bulguksa Intrusives

Plutonic

rocks Granodiorite 70.7±3.5 Ma

Late Cretaceous

Ring dyke

Yucheon Group

Upper rhyolitic

rocks

Namsan Rhyolite 71.74±0.47 Ma

Saryang Subgroup

Ring dyke

Gonrido Tuff Caldera

collapse Obido Formation

Upper andesitic

rocks

Dara Andesite 73.01±0.75 Ma

Yokji Subgroup

Mireuksan stratovolcano Madong Dacite

Mireuksan Andesite Lower

rhyolitic rocks

Chudo Tuff 82.56±0.95 Ma

Unmunsa Subgroup Jangpyeongri Formation

Punghwari Tuff 88.95±0.44 Ma 90.3±1.6 Ma

Lower andesitic

rocks

Yeondaedo Andesite

Jusasan Subgroup Janggok Tuff

Dueokri Andesite Hansando Formation Muneopo Andesite

고 칼데라 함몰의 외측 환상단열대를 따라 관입했던 것이다. SHRIMP 저어콘 U-Pb 측정에 의하면 이 유 문암의 연대는 71.74±0.47 Ma를 나타낸다. 이 연대는 곤리도응회암이 분출된 후에 칼데라 함몰로 발생한 외측 환상단열대를 따라 주입했던 시기를 나타낸다.

즉 미륵도 지역에서 폭발적인 분출로 인해서 마그마 가 충분히 제거되어 마그마챔버의 지붕이 함몰됨으로 서 발생한 칼데라의 환상단열대를 따라 잔류 마그마 가 주입된 시기를 의미한다.

화강섬록암맥은 칼데라 함몰로 발생했던 내측 환상 단열대를 따라 관입했던 것이다. SHRIMP 저어콘 U- Pb 측정에 의하면 이 화강섬록암맥의 연대는 70.7±

3.5 Ma 겉보기 연대를 나타낸다. 이 연대도 아마도 칼데라 함몰로 발생한 내측 환상단열대를 따라 관입 했던 시기를 나타내는 것이다.

두 연대는 곤리도응회암이 분출된 후에 칼데라 함 몰로 발생한 환상단열대를 따라 순차적으로 관입했음 을 나타낸다. 즉 유문암맥은 환상단열대 중에서 외측 단열대를 따라 먼저 주입하였으며, 나중에 화강섬록 암맥이 내측 환상단열대를 따라 관입했던 것이다. 두 암맥 간의 관입 시차는 마그마 주입이 칼데라 함몰시 에 즉시 일어나기보다 미륵도 마그마의 상승에 따라 기존 환상단열대가 벌어질 때 쉽게 일어났던 것으로 보인다. 암맥 간의 시차는 미륵도 마그마가 상승할 때 기존 환상단열대의 벌어지는 시기가 약간 달랐기 때문에 발생한 것으로 해석된다.

시간층서

연대측정은 여러 층서단위 중에서 선택적으로 실시 되었다. 연대측정을 실시한 결과, 운문사아층군에서 풍화리응회암이 90.3±1.6 Ma와 88.95±0.44 Ma, 추도 응회암이 82.56±0.96 Ma의 연대로서 저어콘 U-Pb 연대가 90.3~82.56 Ma 범위를 나타낸다. 또한 욕지아 층군에서 달아안산암이 73.01±0.75 Ma이고, 사량아층 군에서 남산유문암이 71.74±0.47 Ma의 연대를 얻었 다. 따라서 저어콘 U-Pb 측정치는 야외관계에 따른 암석층서와 부합되게 상위층으로 가면서 젊어지는 경 향을 보여주는 비교적 정연한 상관관계를 나타내고 있다. 그러므로 유문암질암류는 각 층서단위가 섬으 로 떨어져 있을지라도 이 연대치에 따라 연대층서 (chronosequence)를 나타낸다(Table 2).

그리고 운문사아층군 하부에서 하부 안산암질암류로 구성되는 주사산아층군은 K-Ar 연대가 91.4~68.8 Ma

범위로 측정되었고 운문사아층군과 사량아층군 사이 에 상부 안산암질암류로 구성되는 욕지아층군은 74.3~67.3 Ma 범위로 측정되었다(Hwang et al., 2016). 이 측정치들은 주사산아층군과 욕지아층군 간 에 겹치는 연대가 있어 부합되지 않지만 야외관계에 따른 암석층서가 더 중요하기 때문에 이에 따라 층서 를 설정되었다. 한편 남산유문암은 저어콘 U-Pb 연대 가 71.74 Ma으로 측정되고 K-Ar 연대가 70.9 Ma로 측정되었기 때문에 K-Ar 연대가 저어콘 U-Pb 연대 보다 더 젊게 나왔음을 주목할 필요가 있다. 이러한 차이의 원인은 광물의 낮은 폐쇄온도가 고려되겠지만 대기 중에 Ar 보정에서 많은 오차가 발생하였기 때 문으로 생각할 수도 있다. 그리고 K-Ar 연대 결과는 야외관계에 의한 암석층서와 부합되지 않는 결과를 보여준다.

결 론

통영 미륵도 주변의 유천층군 화산암류는 하부 안 산암질암류(주사산아층군), 하부 유문암질암류(운문사 아층군), 상부 안산암질암류(욕지아층군)와 상부 유문 암질암류(사량아층군)로 구분된다.

하부 안산암질암류는 문어포안산암, 한산도층, 두억 리안산암, 장곡응회암, 연대도안산암 순으로 구분되고 하부 유문암질암류는 풍화리응회암, 장평리층, 추도응 회암으로 구분된다. 상부 안산암질암류는 하부 유문 암질암류와 부정합 관계를 가지고 미륵산안산암, 마 동데사이트, 달아안산암, 두미도안산암 순으로 세분된 다. 상부 유문암질암류는 오비도층, 곤리도응회암, 남 산유문암 순으로 세분된다.

주요 층서단위에 대해 SHRIMP U-Pb 저어콘 연 대측정을 실시함으로서 이들의 분출시기와 층서관계 를 확실하게 하였다. 하부 유문암질암류에서 풍화리 응회암은 90.3±1.6 ma(n=10, 2σ), 88.95±0.44 Ma(n=

11, 2σ)에 집중되는 일치곡선 연대를 나타내고 추도 응회암은 82.56±0.95 Ma(n=10, 2σ)에 집중되는 일치 곡선 연대를 나타낸다. 상부 안산암질암류에서 달아 안산암은 73.01±0.75 Ma(n=11, 2σ)에 집중되는 일치 곡선 연대를 나타낸다. 그리고 상부 유문암질암류에 서 남산유문암맥은 71.74±0.47 Ma(n=14, 2σ)에 집중 되는 연대를 나타내며, 화강섬록암맥은 70.7±3.5 Ma 의 겉보기 연대를 가진다.

이들 자료는 미륵도 주변에서 일어났던 각 층서단

위의 분출 혹은 관입시기를 확실케 하며 주사산아층 군, 운문사아층군, 욕지아층군과 사량아층군의 시간층 서로 구분짓게 한다. 그러므로 이 시간층서는 경상분 지에서 백악기 후기 유천층군의 다른 화산단위와 시 간층서적으로 대비할 수 있는 실마리를 제공한다.

사 사

이 연구는 한국지질자원연구원에서 수행한 “지질도 폭 조사연구” (과제번호 16-3112)의 지원과 추가작업 으로 얻어진 결과이다. 연대측정은 한국기초과학지원 연구원의 선도장비 이용자 프로그램에 의한 SHRIMP U-Pb 분석으로 수행되었다. 심사과정을 통해 세세한 지적과 코멘트로 논문의 질을 높여준 경북대 장윤득 교수와 익명의 심사자께 사의를 표한다.

References

Hartman, L.A., Leite, J.A.D., Silva, L.C., Remus, M.V.D., McNaughton, N.J., Groves, D.I., Fletcher, I.R., Santos, J.O.S. and Vasconcellos, M.A.Z., 2000, Advances in SHRIMP geochronology and their impact on understand- ing the tectonic and metallogenic evolution of southern Brazil. Australian Journal of Earth Sciences, 47, 829-844.

Hwang, S.K., 2012, Tectonic setting and arc volcanisms of the Gyeongsang Arc in the southeastern Korean Penin- sula. Journal of the Petrological Society of Korea, 21, 367-383 (in Korea with English abstract).

Hwang, S.K., Park, S.H. and Song, K.-Y., 2016, Explana- tory text of the geological map of Mijo·Mireukdo Sheets.

Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, 78p.

Ireland, T.R. and Williams, I.S., 2003, Considerations in zir- con geochronology by SIMS. In: Hanchar, J.M. and Hoskin, P.W.O. (eds.), Zircon: Reviews in Mineralogy and Geochemistry, Mineralogical Society of America, 53, 215-241.

Jwa, Y.-J. and Park, J.-M., 1996, Petrology of the igneous rocks in the Goseong area, Gyeongsang basin I, Major element geochemistry and K-Ar radiometric age. Eco-

nomical and Environmental Geology, 29, 562-573 (in Korea with English abstract).

Lee, C.-H. and Lee, S.-W., 1999, Petrology and petrochem- istry of the granitoids in the Geoje Island, Korea. Journal of Korean Earth Science Society, 20, 62-79 (in Korea with English abstract).

Ludwig, K.R., 2008, User's manual for Isoplot 3.6: A Geo- chronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geo- chronology Center Special Publication, 4, Berkeley, California. 77p.

Ludwig, K.R., 2009, SQUID 2.50: A User's manual. Berke- ley Geochronology Center Special Publication, 5, Berke- ley, California. 100p.

Park, M.-E., Sung, K.-Y., James, L.P., 2001, Au-Ag-Te min- eralization by boiling and dilution of meteoric groundwa- ter in the Tongyeong ephithermal gold system, Korea:

implications from reaction path modeling. Econ.Environ.

Geol. 34, 507-522.

Vavra, G., Schmid, R. and Gebauer, D., 1999, Internal mor- phology, habit and U-Th-Pb microanalysis of amphibo- lite-to-granulite facies zircons: Geochronology of the Ivrea Zone (Southern Alps). Contributions to Mineralogy and Petrology, 134, 380-404.

Williams, I.S., 1998, U-Th-Pb geochronology by ion micro- probe. In: McKibben, M.A., Shanks, W.C.P., and Ridley, W.I. (eds.), Applications of microanalytical techniques to understanding mineralizing processes. Reviews in Eco- nomic Geology, 7, 1-35.

Yun, S.H., Lee, J.D., Lee, S.W., Koh, J.S. and Seo, Y.J., 1997, Petrology of the volcanic rocks in Geoje Island, South Korea. Journal of Petrological Society of Korea, 6, 1-18 (in Korea with English abstract).

Zhang, Y.-B., Zhai, M., Hou, Q.-L., Li, T.-S., Liu, F. and Hu, B., 2012, Late Cretaceous colcanic rocks and associ- ated granites in Gyeongsang Basin, SE Korea: Their chronological ages and tectonic implications for cratic destruction of the North China Craton. Journal of Asian Earth Sciences, 47, 252-264.

Received February 13, 2018 Review started February 27, 2018 Accepted March 24, 2018