The Late Cretaceous Emplacement Age of Masan Hornblende-Biotite Granite

마산 각섬석-흑운모 화강암의 연령: 후기 백악기 정치연령

이태호^1,2·박계헌¹*·김정민²·김명정¹

1부경대학교 일반대학원 지구환경시스템과학부, ²한국기초과학지원연구원 지구환경연구부

The Late Cretaceous Emplacement Age of Masan Hornblende-Biotite Granite

Tae-Ho Lee^1,2, Kye-Hun Park¹*, Jeongmin Kim², 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: 백악기 경상분지 남부의 마산 각섬석-흑운모 화강암의 정치연령을 규명하기 위하여 K-Ar, Ar-Ar 및 U-Pb 연대측정을 수행하였다. 각섬석 K-Ar 연대측정으로 구한 약 108 Ma의 연령은 이전에 보고된 Rb-Sr 연 령과 비슷하다. 그러나 단입자 전용융으로 구한 각섬석

Ar/

Ar 연대측정 결과는 분산이 심하여 의미있는 연 령을 구할 수 없었으며 이는 각섬석의 변질에 의한 동위원소계의 교란영향으로 평가된다. 따라서 동일 암석 에서 분리한 각섬석에 대한 K-Ar 연대측정 결과 역시 신뢰하기 어렵다. 흑운모에 대한 단입자 전용융

Ar/

39

Ar 연대측정 결과는 평균 75.8±3.0 Ma의 결과가 구해졌으며, 젊은 쪽으로 분산되는 45-75 Ma 범위의 값을 제거하면 약 80 Ma의 연령이 산출된다. 한편 SHRIMP와 LA-MC-ICPMS로 저어콘에 대한 U-Pb 연대측정을 수행하여 구한 마산 각섬석-흑운모 화강암의 정치연령은 각각 87.6±2.7 Ma와 86.8±0.4 Ma이다. 약 80 Ma의 흑운모

Ar/

Ar 연령은 마산 각섬석-흑운모 화강암의 냉각연령을 반영하는 것이거나 또는 주변에서 일어난 경상분지 내의 강한 화성활동에 의한 열적 교란의 영향일 수 있다.

핵심어: 마산 각섬석-흑운모 화강암, 경상분지, 저어콘 U-Pb 연령, 단입자 전용융

Ar/

Ar 연령

Abstract:

Apart from scattered data in the range of ~45-75 Ma, the average age increased to ~80 Ma. The SHRIMP and LA-MC-ICPMS U-Pb isotopic compositions of zircon from the Masan hornblende-biotite granite yielded its emplacement age as 87.6±2.7 Ma and 86.8±0.4 Ma, respectively. It is thus likely that the ~80 Ma ⁴⁰Ar/³⁹Ar age of biotite might reflect the cooling age of Masan hornblende-biotite granite or the thermal influences from later intense igneous activities in the Gyeongsang basin.

Keywords:

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

서 론

한반도의 동남부에 위치한 백악기 경상분지는 백악 기 동안에 한반도가 겪은 지구조적 환경변화 및 지각 진화의 정보를 간직하고 있다. 특히 경상분지의 진화 동안에 일어난 분지 내 화성활동의 분포와 연령은 당 시의 지구조적 환경이 어떠한 변천과정을 겪었는지를 파악하는 데 있어 매우 중요하다. 경상분지의 동남부 에는 화강암질 심성암체와 안산암질 내지 유문암질의 화산암류들이 밀집되어 분포하고 있으며, 이들에 대 한 여러 차례의 연대측정 결과들이 보고되었다. 연대 측정의 신뢰도가 향상된 1990년대 중반 이후에 보고 된 연령으로만 볼 때 경상분지 안의 심성암체들 중에 서 가장 오래된 정치시기를 갖는 것은 Wee et al.

(2006)에 의해 114.6±9.1 Ma의 Rb-Sr 전암 연령이 보고된 진동 화강암과 Lee et al. (1995)에 의해 100.1±7.1 Ma의 Rb-Sr 전암 연령이 보고된 마산 각 섬석-흑운모 화강암이다. 그러나 이 화강암질 심성암 체들이 위치하는 곳은 주변의 경상누층군 퇴적층 연 령이 더 젊은 것으로 알려졌으며(Lee et al., 2014), 1:50,000 한국지질도 영산도폭(Kim and Lee, 1964), 의령도폭(Choi and Kim, 1963)과 마산도폭(Kim and Kim, 1963) 등 이 암체들이 나타나는 지역의 지질도 조사자들은 모두 이 심성암체들이 퇴적층을 관입하고 있는 것으로 보고하였기 때문에 이 연대측 정 결과들을 확실한 정치시기를 나타내는 연령인지 재확인할 필요가 있다.

실제로 진동 화강암체의 경우 최근에 저어콘 U-Pb 연령측정을 통해 90.3±1.3 Ma의 정치연령을 갖는 것 으로 새로운 연대측정 결과가 보고되었다(Kim, S.W.

et al., 2016). 일반적으로 Rb-Sr 연대측정보다는 열적 교란이나 변질의 영향을 덜 받으며 더 정밀한 연대측 정법으로 평가받는 저어콘 U-Pb 연대측정의 결과가 이 암체의 정치시기를 더 정확하게 나타내는 것으로 평가한다. 또한 이 연령은 주변의 퇴적암 생성시기보 다는 약간 더 젊은 시기이므로 이 퇴적암층을 관입하 고 있다는 도폭조사자들의 관찰결과에도 부합한다. 그 러나 마산 각섬석-흑운모 화강암의 경우 아직 이처럼 U-Pb 연대측정에 의해 연령이 확인된 바 없다. 따라 서 이 연구에서는 마산 각섬석-흑운모 화강암에 대하 여 K-Ar, Ar-Ar 및 저어콘 U-Pb 연대측정 등 다양 한 연대측정법을 적용하여 정확한 정치시기를 알아내 고자 하였으며 그 결과를 보고한다.

한반도 백악기 화성활동의 시기와 분석표품

한반도의 백악기 화성활동에 대한 연대측정은 과거 수십 년에 걸쳐 K-Ar 또는 Rb-Sr 연대측정에 의해 보고된 결과가 많다. 그러나 이러한 연대측정법은 비 교적 낮은 폐쇄온도를 가진다. 예를 들어 일반적으로 는 K-Ar 시스템에 대한 폐쇄온도는 흑운모가 약 300^oC 내외, 그리고 각섬석은 530^oC 부근이다(Dodson, 1973; Harrison et al., 1985). 따라서 이러한 연대측 정법으로 구한 연령은 백악기 후기의 화성활동이 활 발했던 한반도의 경우 이에 의한 열적 교란 등으로 인하여 원래의 분출 또는 정치시기를 정확하게 대표 하지 못할 가능성이 있다. 따라서 여기에서는 비교적 최근에 많은 자료가 축적된 저어콘 또는 스핀 등에 대한 U-Pb 연대측정의 결과를 중심으로 논의한다.

SHRIMP(Sensitive High Resolution Ion Micro Probe) 저어콘 U-Pb 연대측정에 의한 자료는 연대측 정 방법을 생략하였으며, 다른 방법에 의한 연대측정 결과의 경우에는 어떤 방법에 의한 것인지를 명기하 였다.

중기 쥬라기와 후기 쥬라기의 경계 무렵인 약 160 Ma경부터 시작된 한반도의 화성활동 휴지기는 약 4천 만 년 이상 지속되었다(Sagong et al., 2005; Cheong and Kim, 2012; Park, 2012). 그러다가 백악기의 압 티안(Aptian)과 알비안(Albian)의 경계인 112 Ma를 전후한 시기에 한반도의 곳곳에서 화성활동이 재개되 었다. 여기에는 북한의 황해북도와 평안남도 지역에 분포하는 화강암체들(Wu et al., 2007), 강화도 화강섬 록암(Sagong et al., 2005; Hwang and Kihm, 2007) 과 명성산 화강암(Hwang and Kihm, 2007; Kim et al., 2015) 등 경기도 서부지역의 심성암류가 포함된 다. 특히 철원분지, 탄도분지, 천수만분지 등 여러 백 악기 분지 내에서 발견되는 응회암층이나 화산력 등 에 대한 연대측정을 통해 약 110 Ma 무렵의 화성활동 이 인지되며(Hwang et al., 2011; Kim et al., 2012) 경상분지 신라역암의 화산암력과 기질의 쇄설성 저어 콘에서도 동일한 연령이 보고되었다(Kim et al., 2005;

Lee et al., 2010). 그러나 이렇게 한반도의 여러 곳 에서 동시다발적으로 일어난 화성활동은 큰 저반을 형성하지는 못하였기 때문에 연속적인 활발한 화성활 동으로 이어지지는 않은 것으로 판단된다. 약 1천만 년 정도 이후인 약 103 Ma에는 구산동 응회암층이

경상분지 내의 함안층과 진동층 경계에 나타난다(Kim et al., 2013). 이후 다시 수백만 년 정도 후부터 단 속적인 화성활동이 나타나며 한반도 남서부의 월출산 지역에 약 97 Ma를 전후한 시기에 화강암의 관입과 규장질 화산암의 분출(Kim et al., 2014), 그리고 정 치시기가 약 88-95 Ma (Rb-Sr 전암 연령)인 속리산, 월악산, 무암사 화강암이 관입했다(Cheong and Chang, 1996; Lee et al., 2010). 또한, 87-89 Ma에 관입한 설악산과 속초 화강암 등 비교적 큰 규모의 암체들을 포함하는 화강암질 심성암들이 넓은 지역에 걸쳐 나타났다(Kim, S.W. et al., 2016). 이후 70- 77 Ma의 기간에 남해안의 여러 지역에서 활발한 화 성활동이 일어났다(예, Kim, et al., 2016).

경상분지 안에서는 밀양지역의 안산암이 94.3±2.0 와 94.4±0.8 Ma의 연령을 보여 구산동 응회암의 분

출 이후 가장 오래된 화성활동을 기록하며, 인근에 분포하는 여러 안산암과 응회암들이 88-89 Ma(Zhang et al., 2012) 그리고 이전리 화강암이 약 88 Ma로 (Jo et al., 2016) 이보다 약간 젊은 활동시기를 보인 다. 진동지역의 화강암과 반려암 역시 90-91 Ma로 이 와 비슷한 정치시기를 보인다(Kim, et al., 2016). 다 른 화성암체들은 약 83 Ma의 정치시기를 보이는 북 동부의 온정리 화강암(Yi et al., 2012)을 제외하고는 대부분 78 Ma 이후의 연령을 보인다(Zhang et al., 2012; Jo et al., 2016).

연구대상 암체인 마산 각섬석-흑운모 화강암은 백 악기 경상분지의 남부에 위치하고 있으며, Lee et al.

(1995)에 의해 100.1±7.1 (2σ) Ma의 Rb-Sr 전암연령 이 보고되었다. Lee et al. (1995)보다 이전에도 이 암체에 대해 수차례 연대측정이 수행되었으나 K-Ar

Fig. 1. Geologic map of the southern Gyeongsang Basin with a sample location. A: Masan hornblende biotite

granite, B: Jindong granite.

또는 Rb-Sr 연령이 86-118 Ma로 상당한 범위의 분산 을 보인다(예, Lee, 1980; Choo and Kim, 1981;

Jin et al., 1991). Lee et al. (1995)은 이 암체와 함께 분석한 진해, 김해, 부산 인근의 다른 화강암체 들이 68.6-83.9 Ma의 Rb-Sr 연령을 갖는 것으로 보 고하였다. Lee et al. (1995)은 K-Ar 연령도 함께 보고하였으며, 마산 각섬석-흑운모 화강암의 흑운모 K-Ar 연령이 84.5±3.6 Ma인 것을 비롯하여 각 암체 별로 Rb-Sr 연령에 비하면 대략 20~25 Ma 정도 젊 은 연령을 갖는 것으로 보고되었다.

이 암체의 정확한 정치시기를 결정하기 위한 연대 측정에 사용된 표품은 Lee et al. (1995)이 마산 각 섬석-흑운모 화강암이라고 표시한 암체 중에서 북쪽 방향으로 뻗어있는 부분에서 채취하였다(Fig. 1).

연대측정 및 결과

마산 각섬석-흑운모 화강암의 정치연령을 구하기 위 해서 사용한 연대측정 방법은 각섬석에 대한 K-Ar 연대측정, 각섬석과 흑운모에 대한 단일 입자 ⁴⁰Ar/

39Ar 연대측정, 그리고 저어콘 U-Pb 연대측정이다. 비 교적 입자의 크기가 큰 각섬석과 흑운모의 분리는 암 석 파쇄 후 실체현미경하에서 불순물이 관찰되지 않 는 순수한 입자만을 골랐다. 저어콘의 분리는 암석의 파쇄 후 비이커 팬닝으로 중광물 부분을 모은 후 실 체현미경하에서 저어콘 입자들을 골라내는 일반적인 방법을 사용하였다. 모든 연대측정 분석은 한국기초 과학지원연구원의 기기를 사용하여 수행되었으며, 분 석법별로 연대측정 방법과 그 결과는 다음과 같다.

K-Ar 연대측정

K-Ar 연대측정을 위한 K 함량분석은 유도결합플라 즈마 분광기(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy)를 이용하여 분석하였고, Ar은 고정진공 질량분석기(Static Vacuun Mass Spectrometry) 를 이용하여 분석하였다. 한국기초과학지원연구원의 기기를 이용한 K-Ar 분석법에 대한보다 상세한 내용 은 Kim (2001)에 기술되어 있다.

각섬석에 대한 K-Ar 연령측정 결과는 107.9±3.2 Ma 이다(Table 1). 이 값은 Lee et al. (1995)가 보고한 이 암체에 대한 Rb-Sr 전암연령값 100.1±7.1 Ma와 유 사하다. 각섬석 K-Ar 연대측정값의 경우 490-580^oC 정도의 비교적 높은 폐쇄온도(Harrison, 1982)를 갖기 때문에 후기의 열적 교란이 있더라도 심성암체 원래 의 정치연령을 비교적 잘 간직할 수도 있다. 게다가 이 연령값은 앞서 보고되었던 Rb-Sr 전암연령과 오차 범위에서 일치한다고 볼 수 있기 때문에 신뢰도를 높 게 평가할 수도 있다. 그러나 다음에 논의할 다른 연 대측정 방법들에 의한 결과를 참고할 때 정치연령을 대표하지 못하는 것으로 평가된다.

40Ar/³⁹Ar 연대측정

마산 각섬석-흑운모 화강암에서 분리한 흑운모와 각 섬석에 대한 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정은 한국기초과학지원 연구원에 최근 도입된 불활성기체의 동위원소 조성분 석용 질량분석기인 ARGUS VI 시스템을 이용하였다.

연구용 원자로를 이용하여 중성자를 쪼인 광물의 단 일 입자를 전체 용융시켜 추출한 가스를 정제하여 불 활성기체의 동위원소 분석을 수행하였다. ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연 대측정의 원리, 레이저 가열 시스템, 가스 추출 및 정제 시스템, 중성자 조사(irradiation), 질량분석에 의 한 아르곤 동위원소 비율의 측정과 J 값의 결정 등 연대측정을 위한 상세한 내용은 Kim and Jeon(2015) 에 기술되어 있다.

각섬석에 대한 단입자 전용융 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정 결과(Table 2, Fig. 2a)는 한 연령에 집중되지 않고 흩어진 연령이 얻어졌다. Table 2의 값을 보면 각 입 자로부터 얻어진 연대값이 9백만 년에서 거의 40억 년까지의 범위에 이르는 매우 큰 차이를 보여준다.

이들 중에서 최대값과 최소값 등 일부 값을 제외해도 수렴하는 연대를 계산할 수 없다. 극단적으로 오래된 연령을 나타내는 것은 과잉 Ar의 존재를 의심할 수 도 있으나 모든 분석값에서 나타나는 것이 아니기 때 문에 보다 복합적인 요인이 작용하였을 것으로 생각 된다. 어쩌면 마산 각섬석-흑운모 화강암의 각섬석이 상당한 풍화변질을 겪어서 나타나는 현상일 수도 있

Table 1. The K-Ar age of the hornblende from the Masan hornblende-biotite granite

Sample K

(wt%) wt (g)

40Ar radiogenic (10^-8ccSTP/g)

Error (1σ)

36Ar (10^-10ccSTP/g)

Error

(1σ) Age (Ma)

Error (1σ) Air

(%)

MSG-1-1 0.38 0.0132 163.9 0.4 24.88 0.14 107.9 3.2 31.0

다. Ca/K 값의 변화에서도 확인되듯이 각섬석 내의 주원소 성분의 변화가 크며, 이는 각섬석들이 차별적 으로 변질되고, 그에 따라 각섬석 내의 K, Ar 등이 불균질하게 분포를 만들어낸 결과로 생각된다. 특히 일부 입자에서의 극단적으로 높거나 낮은 연령은 상 당한 K 또는 Ar 손실 또는 다른 광물로의 변질되었 을 가능성을 나타낸다. 각섬석이 왜 불균질한 연령을 나타내는지는 이 연구의주된 논의대상은 아니지만 분 석된 연령을 신뢰할 수 없음은 분명하다.

매우 분산된 연령를 보이는 각섬석의 경우와는 달 리 흑운모에 대한 단입자 전용융 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정 결과(Table 3과 4, Fig 2b)를 보면 약 80 Ma를 중

심으로 높은 피크를 형성하여 비교적 균질한 연령을 갖고 있다. 하지만 이 피크 보다 젊은 쪽으로 다소 분 산되어 나타난다. 흑운모 Ar 분석결과의 전체평균은 75.8±3.0 Ma이지만 젊은 쪽으로의 분산이 열적 교란 또는 풍화에 의한 화학적 변질의 영향 때문이라면 실 제 흑운모 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연령은 약 80 Ma로 판단된다. 이 연령은 마산 각섬석-흑운모 화강암의 주변에 분포하 는 다른 화강암체들의 연령으로 보고된 65-85 Ma의 범위 내에 속한다.

두 광물에 대한 분석결과 흑운모에서 각섬석보다 신뢰할만한 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연령이 얻어졌다. 일반적으로는 K-Ar 시스템에 대한 폐쇄온도는 흑운모가 약 300^oC

Table 2. The single grain total fusion

Ar/

Ar analysis of the hornblende from the Masan hornblende-biotite granite

number Ca/K Cl/K Mol ³⁹Ar % ⁴⁰Ar* Age (Ma) ± Age

230-01 OK -146.443 -30.5880 0.001 97 3961.34 451.51

230-02 OK 6.330 -0.1736 0.002 82.1 434.88 33.40

230-04 OK 8.153 -0.3530 0.002 93.1 763.49 468.27

230-06 OK 11.770 0.5260 0.005 58.3 40.18 0.98

230-07 OK 11.853 0.1886 0.007 63.2 51.67 0.78

230-10 OK 10.723 0.2000 0.005 53 35.90 16.42

230-11 OK 8.641 0.3727 0.01 71 33.51 7.37

230-12 OK 5.544 0.3791 0.014 55.4 15.33 2.66

230-13 OK 5.073 0.4056 0.016 42.4 9.02 1.82

230-14 OK 7.352 -0.0325 0.011 68.8 51.92 2.05

230-15 OK 4.844 0.1077 0.016 60.7 22.79 0.79

230-16 OK 16.257 -0.0871 0.004 81.3 86.29 4.26

230-17 OK 15.999 0.0828 0.004 62.3 63.13 2.90

Fig. 2. Age probability diagrams for the

Ar/

Ar age of analyzed (a) hornblende and (b) biotite grains.

내외, 그리고 각섬석은 530°C 부근이다(Harrison, 1980; Harrison et al., 1985). 따라서 생성 이후 열 적 교란이 있는 경우에는 각섬석이 흑운모보다는 원 래의 정치연령을 더 잘 나타낼 수 있는 K-Ar 또는

40Ar/³⁹Ar 연령을 내놓을 수 있다(예, Mezger et al., 1989). 하지만 저온 변질이 일어나는 경우엔 상대적 으로 고온광물인 각섬석이 흑운모보다는 더 변질에 취약하며, 각섬석이 변질되는 온도 구간에서 영향을

덜 받은 흑운모는 아주 많이 교란받지는 않은 ⁴⁰Ar/

39Ar 연대측정 결과를 내놓은 것으로 생각된다. 이는 단계적 가열에 의해 저온과 고온 성분을 분리하여

40Ar/³⁹Ar 연령을 측정하는 방식과 이 연구에서 적용 한 입자의 전체용융에 의한 방식에서 나타나는 차이 점이기도 하다.

각섬석 입자들이 상당히 불균질한 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연령을 내놓는 것은 앞에서 제시한 각섬석 K-Ar 연령을 해

Table 3. The single grain total fusion

Ar/

Ar analysis of the biotite from the Masan hornblende-biotite granite

number Ca/K Cl/K Mol ³⁹Ar

(10^-14) % ⁴⁰Ar* Age

(Ma) ± age

233-01 0.40899 -0.01969 0.01 97.4 80.91 1.36

233-02 0.15921 -0.10672 0.01 95.9 78.56 1.36

233-03 0.56892 0.07496 0.017 96.1 73.80 7.93

233-04 -0.22419 0.04373 0.019 97.1 79.25 7.38

233-05 Omitted 1.05825 0.18675 0.008 96.3 78.97 17.98

233-06 0.79598 0.00366 0.006 95.2 80.47 1.22

233-07 1.35565 0.20524 0.004 92.6 68.21 1.46

233-08 -0.01951 0.11043 0.005 92.3 70.17 1.24

233-09 1.27592 0.1109 0.01 96.3 75.09 2.76

233-10 -0.18331 -0.02743 0.008 92.7 61.85 2.92

233-11 0.05416 0.03326 0.009 93.9 64.79 2.51

233-12 0.39939 -0.02432 0.011 97.4 79.80 2.61

233-13 -0.12425 -0.37398 0.008 96.5 82.42 3.59

233-14 -0.17077 -0.01539 0.009 95.4 82.52 3.09

233-15 Omitted 0.43671 -0.04387 0.004 94.2 70.44 5.97

233-16 0.31843 -0.05789 0.009 97.4 82.28 3.15

233-17 0.52301 0.03069 0.012 97.2 83.43 2.56

233-18 0.16762 -0.00294 0.013 97.7 83.32 2.17

233-19 -0.95786 -0.07871 0.006 95.7 80.90 4.51

233-20 0.875 0.10141 0.009 96.7 72.90 2.78

233-21 Omitted 58.1632 -3.68339 0 -6.6 2.00 21.65

233-22 1.40739 0.2443 0.007 91.9 52.02 2.73

233-23 0.16453 0.0356 0.009 96 79.07 3.11

233-24 -0.02316 0.09972 0.006 92.8 75.59 4.63

233-25 0.15429 0.07655 0.019 97.4 78.42 1.47

233-26 -0.36377 0.09522 0.011 96.5 77.69 2.45

233-27 -0.05011 0.03059 0.006 93.4 63.70 3.72

233-28 0.04947 -0.00327 0.008 97.1 78.42 3.46

Table 4. The weighted mean

Ar/

Ar age of the biotite calculated from the results in Table 3

Sample ID Age (Ma) ± w/o J ± % MSWD n/n-total

MSG-1-1 Bt 233 2015 Jul 7 B 75.77 3.00 3.82 10.5 25/28

석하는 데에도 신중해야 함을 의미한다. K-Ar 연령은 결국 훨씬 더 많은 입자들에 대한 가중평균값이기 때 문이다.

SHRMP 저어콘 U-Pb 연대측정

저어콘에 대한 U-Pb 연대측정을 위하여 에폭시 마 운트를 제작한 뒤에 저어콘의 음극선발광(cathodolu- minescence, CL) 영상 및 후방전자산란(backscattered electron, BSE) 영상을 획득하고 이를 바탕으로 U-Pb 연대측정을 위한 분석점들을 선정하였다. U-Pb 연대 측정은 한국기초과학지원연구원에 설치된 SHRIMP- IIe 기종의 고분해능 이온마이크로프로브를 이용하여 수행하였다. 동위원소 분석을 위한 일차이온빔은 산 소 음이온(O₂⁻)을 이용하였다. 이 기기를 이용한 일반 적인 연대측정법은 Williams et al. (2009)에 기술되어 있으며, 연령의 계산은 Isoplot/Ex와 Squid(Ludwig, 2008, 2009) 프로그램을 이용하였다. SHRIMP 저어 콘 U-Pb 연대측정 결과(Table 5) 분석값은 대체로 일치곡선(concordia)에 잘 놓이며 87.6±2.7 Ma의 연 령으로 계산된다(Fig. 3a).

LA-MC-ICPMS U-Pb 연대측정

마산 각섬석-흑운모 화강암의 연령을 추가적으로 확 인하기 위하여 한국기초과학지원연구원에 설치된 레 이저 삭마(Laser Ablation, LA) 장치(New Wave Research 193 nm wavelength ArF excimer laser ablation system)가 부착된 Nu Plasma-II 모델의 다

검출기 유도결합플라즈마 질량분석기(Multi-collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer,

Fig. 3. Terra-Wasserburg concordia diagrams showing the U-Pb compositions of zircon from the Masan hornblende-biotite granite measured using (a) SHRIMP and (b) LA-MC-ICPMS results.

Table 5. The SHRIMP U-Pb data of the zircons from the Masan hornblende-biotite granite

206Pb (%)

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

MSG-1-1_1.1 201 106 0.55 5.27 76.1 2.6 0.0702 8.2 81.8 ± 1.9

MSG-1-1_2.1 275 156 0.59 2.21 71.0 2.5 0.0466 15.5 90.3 ± 2.1

MSG-1-1_2.2 2820 3242 1.19 0.38 73.4 3.1 0.0553 12.6 86.4 ± 2.0

MSG-1-1_3.1 193 92 0.49 3.29 75.9 1.8 0.0444 11.6 84.7 ± 1.3

MSG-1-1_4.1 3695 2701 0.76 0.22 65.4 0.7 0.0462 3.3 98.1 ± 0.6

MSG-1-1_4.2 151 60 0.41 3.27 69.4 1.8 0.0547 9.4 91.4 ± 1.4

MSG-1-1_5.1 4252 1486 0.36 0.31 67.4 1.2 0.0485 5.4 94.8 ± 1.1

MSG-1-1_5.2 680 458 0.70 1.34 75.2 4.5 0.0550 8.7 84.4 ± 3.3

MSG-1-1_6.1 5617 2651 0.49 0.36 62.5 3.4 0.0497 3.9 102.1 ± 3.1

MSG-1-1_7.1 70 37 0.55 7.33 66.3 4.1 0.0648 17.6 94.5 ± 2.4

MSG-1-1_8.1 380 233 0.63 1.94 70.6 3.5 0.0472 8.6 90.8 ± 2.7

MSG-1-1_9.1 253 155 0.63 1.42 76.0 2.7 0.0494 12.5 84.0 ± 1.7

MSG-1-1_10.1 261 121 0.48 3.35 70.3 1.5 0.0624 6.8 89.4 ± 1.2

Table 6. LA-MC-ICPMS U-Pb data of the zircons from the Masan hornblende-biotite granite

Spot No. U(ppm) Th(ppm) Th/U ²³⁸U/²⁰⁶Pb 2 S.E. ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 2 S.E. Apparent age (Ma)

MSG-1-1_1 135 75 0.55 72.7802 0.7416 0.0470 0.0033 88.1 ± 1.0

MSG-1-1_2 319 176 0.53 70.7714 1.2021 0.0482 0.0016 90.3 ± 1.4

MSG-1-1_3 113 64 0.54 72.0461 1.0381 0.0413 0.0034 89.2 ± 1.3

MSG-1-1_4 130 73 0.54 72.7273 0.7405 0.0465 0.0037 87.9 ± 1.0

MSG-1-1_5 204 130 0.62 72.8332 0.6366 0.0514 0.0022 87.3 ± 0.8

MSG-1-1_6 151 78 0.50 73.0460 0.7470 0.0434 0.0036 87.7 ± 1.1

MSG-1-1_7 208 122 0.57 73.5294 0.6488 0.0461 0.0020 87.3 ± 0.8

MSG-1-1_8 192 127 0.63 74.2391 0.6063 0.0494 0.0026 86.0 ± 0.7

MSG-1-1_9 197 112 0.55 73.5294 0.5947 0.0477 0.0027 86.9 ± 0.7

MSG-1-1_10 219 131 0.58 73.1529 0.6957 0.0459 0.0020 87.7 ± 0.8

MSG-1-1_11 199 116 0.56 73.8552 0.7091 0.0474 0.0025 86.7 ± 0.9

MSG-1-1_12 201 106 0.51 73.2064 0.5895 0.0458 0.0025 87.4 ± 0.7

MSG-1-1_13 201 125 0.60 72.3066 0.5751 0.0527 0.0024 87.6 ± 0.8

MSG-1-1_14 188 113 0.58 73.5294 0.8651 0.0487 0.0024 86.9 ± 1.1

MSG-1-1_15 195 108 0.54 73.6920 0.7603 0.0495 0.0027 86.4 ± 1.0

MSG-1-1_16 132 77 0.56 73.5835 0.8663 0.0549 0.0047 85.5 ± 1.2

MSG-1-1_17 85 40 0.45 72.4638 1.1027 0.0599 0.0076 86.1 ± 1.4

MSG-1-1_18 178 122 0.67 75.5858 0.7998 0.0466 0.0031 84.4 ± 1.1

MSG-1-1_19 123 70 0.55 75.4148 0.9100 0.0495 0.0038 84.1 ± 1.1

MSG-1-1_20 194 104 0.52 73.3138 0.5912 0.0475 0.0024 87.2 ± 0.7

MSG-1-1_21 188 105 0.54 73.8552 0.6000 0.0435 0.0027 86.9 ± 0.8

MSG-1-1_22 123 76 0.59 75.0751 1.0709 0.0504 0.0046 84.4 ± 1.3

MSG-1-1_23 114 69 0.58 73.5294 1.0272 0.0614 0.0063 85.2 ± 1.2

MSG-1-1_24 243 135 0.54 71.4286 0.5102 0.0479 0.0019 89.4 ± 0.7

MSG-1-1_25 247 134 0.52 72.2543 0.8353 0.0466 0.0017 88.3 ± 1.1

MSG-1-1_26 136 83 0.59 72.8332 0.8487 0.0470 0.0034 87.6 ± 1.1

MSG-1-1_27 338 283 0.80 73.3999 0.5064 0.0447 0.0016 87.5 ± 0.7

MSG-1-1_28 134 82 0.58 74.4048 0.9965 0.0424 0.0032 86.6 ± 1.2

MSG-1-1_29 96 53 0.52 73.3676 0.9689 0.0475 0.0043 86.9 ± 1.3

MSG-1-1_30 142 89 0.58 73.4214 0.8625 0.0468 0.0029 87.1 ± 1.1

MSG-1-1_31 179 99 0.55 73.3245 0.4731 0.0487 0.0018 87.4 ± 0.6

MSG-1-1_32 100 612 0.62 73.0994 0.6412 0.0416 0.0034 87.8 ± 0.9

MSG-1-1_33 239 176 0.74 73.6377 0.5043 0.0484 0.0015 86.7 ± 0.7

MSG-1-1_34 187 99 0.53 72.3066 0.5228 0.0502 0.0020 88.0 ± 0.7

MSG-1-1_35 199 117 0.59 74.5157 0.6108 0.0479 0.0023 85.4 ± 0.7

MSG-1-1_36 178 109 0.61 70.9220 0.7042 0.0562 0.0032 89.2 ± 0.9

MSG-1-1_37 166 95 0.57 74.6102 0.5344 0.0453 0.0020 85.8 ± 0.7

MSG-1-1_38 107 56 0.52 77.3994 1.5576 0.0453 0.0035 82.9 ± 1.8

MSG-1-1_39 1730 1640 0.95 69.7983 0.3995 0.0482 0.0005 91.6 ± 0.5

MSG-1-1_40 343 188 0.55 72.3327 0.4081 0.0465 0.0014 88.7 ± 0.5

MSG-1-1_41 3280 1002 0.31 69.1085 0.6209 0.0632 0.0045 90.2 ± 0.9

MSG-1-1_42 3840 1720 0.45 69.5894 1.1622 0.0573 0.0015 90.4 ± 1.5

MSG-1-1_43 210 11 0.53 74.4713 0.4714 0.0498 0.0018 85.4 ± 0.6

MC-ICPMS)를 이용하여 저어콘에 대한 추가적인 U- Pb 연령측정을 수행하였다(Table 6). 보다 상세한 분 석조건과 자료처리 방법은 Kim, M.J. et al. (2016) 에 기술되어 있다.

분석결과로 계산하면 가중평균연령은 86.8±0.4 (n=41) Ma로(Fig. 3b) SHRIMP로 측정한 저어콘 U-Pb 연령과 오차범위 내에서 일치하며 SHRIMP 분 석보다 더 많은 수의 분석점들로부터 가중평균값을 구해 더 정밀한 값을 구할 수 있었다.

토의 및 결론

연대측정 결과를 종합해보면 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연령에서 약간의 분산을 보이기는 하지만 87.6±2.7 Ma 의 연령이 구해졌고, LA-MC-ICPMS 분석에서 훨씬 더 많은 수의 분석에서 이와 일치하는 86.8±0.4 Ma 의 일치곡선 연령을 구할 수 있었다. 따라서 86.8±

0.4 Ma가 마산 각섬석-흑운모 화강암체 정치시기를 가 장 잘 나타낸다고 판단한다. 이러한 결과는 이 암체가 100 Ma를 넘는 정치시기를 갖지 않음을 입증하며, 이 암체의 주변에 분포하는 진동층에서 분리한 가장 젊 은 쇄설성 저어콘 집단의 U-Pb 연령이 99.9±0.7 Ma이 라는 보고된 점(Lee et al., 2014)과 이 암체가 진동

층을 관입하였다는 도폭조사자들의 기술과도 합치한다.

이 연구로 구한 각섬석 K-Ar 연령은 Lee et al.

(1995)의 Rb-Sr 전암연령과 비슷하게 100 Ma가 넘는 값이다. 하지만 각섬석의 단입자 전용융 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연 대측정에서 나타난 것처럼 각섬석의 입자들은 매우 불균질한 연령을 갖는 것으로 분석되었으며, 이는 아 마도 이 암체의 각섬석이 상당한 변질을 겪은 영향으 로 판단된다. 이러한 연령 불균질의 정도가 너무 극 심하여 각섬석에 대한 K-Ar 연령 역시 믿을만한 연 령을 나타낼 수 있을 것으로 판단할 수 없다.

이와는 달리 흑운모 단입자 전용융 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연령 은 각섬석의 경우보다는 잘 형성된 피크를 보이기는 하지만 일부 입자들은 낮은 연령 쪽으로의 편향을 보 여준다. 마산 각섬석-흑운모 화강암체의 동쪽은 유천 층군의 화산암과 접하고 있으며, 화산암 분포지 내를 크고 작은 많은 화강암체들이 관입하고 있고, 화산암 과 화강암들은 72-94 Ma (SHRIMP 저어콘 U-Pb)의 연령분포를 나타낸다(Zhang et al., 2012). 따라서 마 산 각섬석-흑운모 화강암에서 구한 흑운모의 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연령은 후기에 일어난 열적 교란의 영향 때문이거나, 또는 지속된 화성활동으로 인하여 상당히 후기까지도 폐쇄온도 이상의 온도가 유지된 결과일 가능성도 있 다고 생각한다. 종합적으로 판단할 때 유천층군 분포

Table 6. Continued

Spot No. U(ppm) Th(ppm) Th/U ²³⁸U/²⁰⁶Pb 2 S.E. ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 2 S.E. Apparent age (Ma)

MSG-1-1_44 5880 4190 0.71 64.6831 2.7614 0.0619 0.0032 97.7 ± 3.9

MSG-1-1_45 174 99 0.57 70.7214 0.7002 0.0460 0.0021 90.6 ± 1.0

MSG-1-1_46 1750 734 0.42 71.7463 0.4221 0.0477 0.0004 89.0 ± 0.5

MSG-1-1_47 182 97 0.53 74.1565 0.5004 0.0458 0.0019 86.2 ± 0.6

MSG-1-1_48 142 108 0.76 74.1290 0.7693 0.0502 0.0024 86.0 ± 1.0

MSG-1-1_49 246 144 0.58 75.3012 0.5670 0.0491 0.0015 84.8 ± 0.7

MSG-1-1_50 234 167 0.72 75.4205 0.5631 0.0502 0.0015 84.4 ± 0.6

MSG-1-1_51 192 118 0.62 75.6601 0.5381 0.0476 0.0020 84.3 ± 0.7

MSG-1-1_52 226 141 0.62 74.4657 0.4713 0.0448 0.0015 86.4 ± 0.5

MSG-1-1_53 182 166 0.91 74.8615 0.4764 0.0459 0.0021 85.3 ± 0.6

MSG-1-1_54 2170 2053 0.95 72.5374 0.3999 0.0502 0.0004 87.9 ± 0.5

MSG-1-1_55 101 57 0.57 73.0994 0.6947 0.0498 0.0034 87.2 ± 0.9

MSG-1-1_56 326 195 0.60 73.3138 0.8062 0.0547 0.0036 86.3 ± 0.7

MSG-1-1_57 1420 821 0.58 73.1582 0.3854 0.0473 0.0005 87.3 ± 0.4

MSG-1-1_58 168 101 0.60 73.3138 0.5912 0.0430 0.0020 87.5 ± 0.7

MSG-1-1_59 155 82 0.53 75.2163 0.4583 0.0443 0.0023 85.4 ± 0.6

MSG-1-1_60 107 50 0.46 74.7384 0.7820 0.0426 0.0038 86.9 ± 1.0

지와 같이 빈번한 화성활동에 의한 열적 교란이 있는 지역에서는 K-Ar 또는 Rb-Sr 시스템에 의한 연대측 정은 잘못된 연령을 내놓을 가능성이 높으며, 이러한 연대측정 시스템을 이용한 연대측정 자료의 해석 시 에는 많은 주의가 필요함을 말해준다. 따라서 이러한 지역에서 원래의 화성활동 시기를 알아내기 위해서는 폐쇄온도가 높고 정밀한 연령을 얻을 수 있는 저어콘 U-Pb 연대측정이 최상의 선택인 것으로 판단된다.

사 사

논문을 꼼꼼하게 읽고 여러 가지 유익한 조언을 해 주신 신성천 박사님과 익명의 심사자 분께 감사드린 다. 이 논문은 2012학년도 부경대학교의 연구년 교수 지원사업(PS-2012-0916)에 의하여 연구되었다.

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Received January 23, 2017

Review started February 10, 2017

Accepted March 14, 2017