SHRIMP U-Pb Zircon Ages of the Haeinsa Granite from Central Part of the Yeongnam Massif

Jour. Petrol. Soc. Korea Vol. 25, No. 4, p. 401~407, 2016 https://doi.org/10.7854/JPSK.2016.25.4.401

영남육괴 중부에 분포하는 해인사화강암의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대

김선웅·최정윤·김진섭*

부산대학교 자연과학대학 지질환경과학과

SHRIMP U-Pb Zircon Ages of the Haeinsa Granite from Central Part of the Yeongnam Massif

Sunwoong Kim, Jeongyun Choi, and Jin-Seop Kim*

Department of Geological Sciences, College of Natural Sciences, Pusan National University, Busan, 609-735, Korea

요약: 영남육괴 중부에 분포하는 시대미상의 해인사화강암에 대한 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대측정을 수행하 였다. 거창군 일대의 해인사화강암에서 채취한 7개의 시료에 대한 연대 측정 결과, 5개 시료에서는 192.4±1.4~195.5±1.9 Ma로 대부분 오차범위 내에서 중첩되는 결과를 보이는 반면, 시료 H-11과 12의 시료에 서는 각각 187.7±3.3 Ma, 188.2±3.6 Ma의 연령을 보여 비교적 젊은 시기를 지시한다.

핵심어: 쥐라기, 영남육괴, 해인사화강암, SHRIMP U-Pb 연대

Abstract:

Keywords:

서 론

영남육괴 내에는 다양한 편마암류들과 화성암류들 이 분포하며, 그 중 화성암류들은 한반도 화성 활동 사에서 중요한 의미를 가짐에도 불구하고 연대가 불 분명하였으나, 최근 절대연령측정 방법의 발전으로 영 남육괴 내 분포하는 화성암류들의 연대가 점차적으로 밝혀지고 있다(Kim et al., 1989; Park et al., 1993;

Park et al., 2006; Jwa, 2008; Kim, 2010; Han et al., 2010; Yoon et al., 2014; Seo et al., 2016).

연구지역은 선캄브리아기의 편마암류를 기반으로 시대미상의 해인사화강암과 중생대 화성암류 그리고 백악기 퇴적암류가 분포한다(Han et al., 2010). 거창

일대에 폭넓게 분포하는 화강암류는 관입연대가 쥐라 기와 백악기로 나뉘며, 거창군에서 가장 넓은 분포면 적을 보이는 흑운모 화강암을 비롯하여, 각섬석 화강 암, 반상화강암, 우백질화강암, 반화강암, 백운모 화강 암 등이 분포한다(Kim and Kim, 1970; Lee et al., 1981; Kim et al., 1989; Park et al., 2006).

선행연구로는 국립지질조사소에서 수행된 1:50,000 거창도폭(Kim and Kim, 1970)과 구정도폭(Choi and Kwon, 1970)이 있으며, 연구지역에 분포하는 심 성암류에 대해 암석학적 및 지화학적 연구가 다양하 게 수행된 바 있다(Kim et el., 1989; Park et al., 1993; Jwa, 2008).

이번 연구는 영남육괴중부 거창지역에 분포하는 화 강암류 중에서 비교적 연구가 미진한 시대미상의 해 인사화강암의 연대측정을 통한 연구 대상 암체의 화 성활동 시기를 보고하는데 그 목적이 있다.

*Corresponding author Tel: +82-51-510-2253 E-mail: [email protected]

일반지질

연구지역은 선캄브리아기의 기반암과 시대미상의 관입암류, 중생대 쥐라기 화강암류와 퇴적암류가 분 포하고 있다(Fig. 1). 선캄브리아기의 기반암은 층상 편마암 및 화강편마암, 흑운모 편마암, 반상변정편마 암, 흑운모 대상편마암으로 나뉜다. 이들의 상호관계 및 지질선후관계는 불분명하나 모두 퇴적기원의 변성 암이며 변성정도에 따라 그 암상의 차이를 보인다 (Kim and Kim, 1970). 쥐라기 화강암류와 시대미상 의 해인사화강암은 기반암을 관입하며, 이들 상위에 부정합으로 접하는 백악기 퇴적암류인 오도산층과 화 산암류가 분포하고 있다(Fig. 1).

연구지역에 분포하는 화강암류는 경남 거창군 마리 면에서 거창군 웅양면까지 넓게 분포하고 있는 흑운 모 화강암, 거창군 가조면 일대에서 소규모의 흑운모 화강암, 남하면 일대에 각섬석 화강암이 분포하며, 연 구대상인 해인사화강암은 거창군 가북면, 가조면 일 대와 합천군 가야면 일대 그리고 상주군 수륜면 일대 에 넓게 분포하고 있다.

시료 및 분석방법

연구지역의 도폭과 선행연구들을 검토하여 해인사 화강암의 위치를 선별하여 시료를 채취한 후 연대측 정을 실시하였다.

시료는 저어콘을 분리하기 위하여 약 5 kg 내외의 암석 시료들을 암편으로 쪼개 암석파쇄기(jaw crusher) 에서 잘게 부숴 작은 알갱이와 분말로 만든 다음, 이 들을 #200(75 µm), #120(125 µm), #80(180 µm)의 체를 이용하여 연속적으로 체질하였다. 모아진 분말 정도로 된 시료를 자석을 이용하여 자성광물을 분리 한 다음 패닝(panning)을 이용하여 중광물을 분리하 였다. 최종 분석대상인 저어콘을 실체 현미경 하에서 중광물 농집체로부터 수작업(hand picking)으로 선별 하였다. 시료당 30~50개의 저어콘 입자를 표준 저어 콘과 같이 에폭시계열 수지에 마운트 시킨 후 표면을 1µm로 연마 하였다. 본 연구지역의 저어콘은 현생 화성암의 무색투명한 저어콘의 특징을 잘 나타난다.

보다 정확한 분석을 위해서 반사, 후방산란전자영상 (BSE; Backscattered Electron image), 음극선발광영

Fig. 1. Geological map of the study area (modified after Kim and Kim, 1970; Choi and Kwon, 1970; Choi et al.,

2006).

상(CL; Cathodoluminescence image)을 이용하였다.

반사, 후방산란전자영상 이미지를 이용하여 깨짐 등 을 관찰하고 음극선발광영상을 이용하여 저어콘의 내 부구조 및 rim 부분을 관찰하였다. 절대연령의 과도 한 측정값을 피하기 위하여 깨짐이나 포유물, 핵 부 분은 피한 저어콘 결정의 rim 부분을 분석지점으로 하였다.

U-Pb-Th 분석은 한국기초과학지원연구원에 있는 SHRIMP-IIe을 사용해 실시하였고, 분석직경은 30 µm 이며 저어콘 표준물질을 분석대상 저어콘과 같은 마 운트에 심어서 분석하였다. 분석대상 저어콘 3지점 당 1회의 저어콘 표준물질을 측정하였으며 SHRIMP 연대 측정 자료는 SQUID version 1 또는 SQUID version 2.4프로그램을 이용하여 데이터를 처리하였다. 결과는 Isoplot version 3.34 프로그램을 이용하여 일치연령과 평균가중치연령을 계산하였다. 자세한 SHRIMP 분석 방법과 절차는 Compston et al. (1992)과 Wiliams and Claesson (1987)에 의해 기재되어 있다.

SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대 측정 결과 및 토의

연구지역의 해인사 화강암에 대한 저어콘 ²³⁸U-

206Pb와 ²⁰⁷Pb-²⁰⁶Pb 연대측정을 실시하였다. 분석이 이 루어진 시료 7점에 대한 분석결과를 종합하여 Table 1에 표시하고, 분석 값 중에서 세 개의 시료에 대한 분석결과를 Table 2에 표시하였다.

분석이 이루어진 저어콘들은 대부분 진동누대구조 를 잘 보여주고 있다(Fig. 2). 대부분의 분석지점들의 Th/U 비율이 0.2 이상으로 분석결과는 마그마로부터 정출된 화성기원 저어콘의 연령임을 지시한다. 해인 사화강암의 연대측정 결과를 일치곡선(concordia) 도 형에 도시해 본 결과, 대부분의 저어콘들의 Th/U비율

은 0.35-1.79 사이에 분포하며, 분석 값이 비정상적으 로 높은 시료 일부를 제외하고 일치곡선을 따라 대략 187에서 194 Ma 사이에 도시된다(Fig. 3).

H-1 시료는 195.5±1.9 Ma (MSWD=3.2)의 일치곡 선연령을 얻었고, 분석점들은 192 Ma에서 196 Ma 사 이에 주 집중점을 이룬다. H-3 시료는 193.8±1.3 Ma (MSWD=1.7)의 일치곡선연령을 얻었고, 분석점들은 마찬가지로 192 Ma에서 196 Ma 사이에 주 집중점을 이룬다. H-5 시료는 192.4±1.4 Ma (MSWD=1.3)의 결과로 190 Ma에서 194 Ma 사이에 주 집중점을 이 룬다. 시료 H-10은 193.8±2.7 Ma (MSWD=2.4)의 결 과를 나타내었고, 시료 H-11은 187.7±3.3 Ma (MSWD

=2.3)으로 180 Ma와 200 Ma 사이에 집중적인 분포를 보이며 H-12의 경우 188.2±3.6 Ma (MSWD=2.1)의 연대로 180 Ma에서 190 Ma사이에 분포한다. 가야면 일대의 해인사화강암에 대한 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대 측정 결과, 5개 표품 192.4±1.4~195.5±1.9 Ma 로 대부분 오차범위 내에서 중첩되는 결과를 보여주 며 시료 H-11과 12의 2개암석이 이보다 다소 젊은 187.7±3.3 Ma, 188.2±3.6 Ma의 연령을 보인다.

Kim et al. (1989)에 의하여 거창지역의 각섬석 섬 록암, 각섬석 화강암 및 각섬석-흑운모 화강섬록암으 로부터 178±9 Ma, 181±9 Ma (K-Ar)의 연대를 보고 하였고, Kim (2010)에 의하여 영남육괴 중부의 흑운모 화강암은 186±1.2 Ma (SHRIMP:U-Pb), Han (2010)에 의하여 거창군 가조면의 흑운모 화강암은 188.8±

1 Ma (MSWD=8.7), 193.5±3.9 Ma (MSWD=2.6), 거 창군 남하면의 각섬석 화강암은 192±2 Ma (MSWD

=1.6), 195±1.5 Ma (MSWD=0.83) (SHRIMP:U-Pb)로 쥐라기로 나타났다. Park et al. (2006)은 스핀(티타 나이트) TIMS U-Pb 연령측정을 통해 거창군 북상 면의 화강암은 198.4±2.5 Ma, 마리면의 화강암은 194.6±2.6 Ma의 쥐라기 연령임을 밝혔다. 해인사화강

Table 1. SHRIMP U-Pb zircon ages of the Haeinsa Granite from study area

Haeinsa Granite

M-3-1 194.3 ± 4.0 Ma

Early Jurassic Sinemurian

H-1 195.5 ± 1.9 Ma

H-3 193.8 ± 1.3 Ma

H-5 192.4 ± 1.4 Ma

H-10 193.8 ± 2.7 Ma

H-11 187.7 ± 3.3 Ma

Early Jurassic Pliensbachian

H-12 188.2 ± 3.6 Ma

암과 주변 화성암류의 기존 연대측정 결과를 비교해 보면 Kim et al. (1989)에 의한 거창지역 화강암류 의 연대와는 10 Ma의 차이를 보이고, Kim (2010)의

흑운모 화강암, Han (2010)의 흑운모 화강암, 각섬석 화강암 그리고 Park et al. (2006)의 거창군 북상면 화강암과 마리면의 화강암 연대와 일치한다.

Table 2. SHRIMP U-Pb isotopic data of the analyzed zircons from rocks in the study area

No.

206Pb (%)

U (ppm)

Th

(ppm) Th/U ²³⁸U/²⁰⁶Pb±% ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb±%

206Pb/²³⁸U Age (Ma)

207Pb/²⁰⁶Pb Age (Ma)

H-3

1.1 0.05 814 787 1.00 32.63 0.70 0.05038 1.5 193 ±1 -215 ±127 2.1 0.20 712 789 1.14 32.76 0.70 0.05154 1.6 193 ±1 92.8 ±103 3.1 0.01 845 1079 1.32 33.01 0.67 0.05004 1.4 192 ±1 65.4 ±74 4.1 0.01 1295 1979 1.58 33.39 1.09 0.04995 1.1 190 ±2 160 ±48 5.1 0.07 771 802 1.07 32.79 0.96 0.05053 1.5 194 ±2 230 ±70 6.1 - 1912 2369 1.28 31.63 0.61 0.05004 0.9 201 ±1 180 ±34 7.1 0.25 1269 1229 1.00 33.18 0.79 0.05191 1.2 191 ±2 126 ±61 8.1 0.08 655 843 1.33 32.47 0.70 0.05062 1.7 195 ±1 116 ±99 9.1 0.00 324 271 0.86 32.75 0.82 0.05002 4.0 194 ±2 120 ±186 10.1 0.09 582 613 1.09 33.10 1.07 0.05061 3.5 192 ±2 326 ±109 11.1 0.01 649 844 1.34 32.51 0.70 0.05011 1.7 195 ±1 196 ±93 12.1 0.05 1134 1417 1.29 32.27 0.64 0.05040 1.3 197 ±1 202 ±55

H-10

1.1 0.51 44 63 1.50 34.2 1.7 0.0539 6.4 190 ±4 912 ±280

2.1 - 56 74 1.36 33.0 1.6 0.0408 6.7 192 ±3 -611 ±402

3.1 - 60 69 1.19 32.9 1.5 0.0486 5.9 193 ±3 126 ±139

4.1 0.36 50 63 1.30 32.5 4.0 0.0529 6.3 194 ±8 93.6 ±300

5.1 - 116 87 0.77 34.2 1.2 0.0486 4.4 184 ±2 -407 ±352

6.1 - 225 218 1.00 32.2 0.9 0.0489 2.9 197 ±2 89.6 ±89

7.1 0.42 60 72 1.24 32.4 2.7 0.0534 11.1 169 ±7 1085 ±234

8.1 - 226 205 0.94 32.7 0.9 0.0487 6.2 194 ±2 27.0 ±174

9.1 0.09 83 89 1.11 32.9 2.9 0.0506 5.1 191 ±6 -279 ±379

10.1 - 200 218 1.13 32.6 1.9 0.0481 3.3 194 ±4 41.4 ±104

11.1 0.68 105 109 1.07 31.8 1.2 0.0555 4.0 199 ±2 343 ±133

12.1 - 211 257 1.26 32.7 1.5 0.0498 3.0 194 ±3 133 ±91

H-12

1.1 0.04 55 53 0.99 33.8 1.8 0.0502 6.3 191 ±4 747 ±281

2.1 - 118 144 1.26 33.6 2.7 0.0482 4.6 188 ±5 -106 ±207

3.1 - 55 19 0.36 34.5 2.8 0.0475 6.5 183 ±5 -185 ±335

4.1 0.17 66 74 1.16 32.9 2.7 0.0513 5.6 193 ±5 253 ±129

5.1 1.39 67 56 0.87 34.4 2.7 0.0608 5.1 179 ±5 -768 ±894

6.1 1.40 59 67 1.16 32.8 5.4 0.0611 6.3 190 ±10 65.3 ±453

7.1 0.43 67 76 1.18 32.9 3.0 0.0533 10.0 182 ±6 - -

8.1 - 60 103 1.77 35.1 1.5 0.0469 6.3 184 ±3 602 ±287

9.1 0.58 151 121 0.83 33.4 2.8 0.0545 3.9 189 ±5 238 ±150

10.1 - 64 74 1.20 32.1 1.5 0.0457 6.4 190 ±4 - -

11.1 - 162 148 0.94 34.2 1.1 0.0471 3.8 186 ±2 -34 ±132

12.1 0.15 157 189 1.24 33.0 3.0 0.0511 3.5 193 ±6 312 ±101

Fig. 2. Cathodoluminescence (CL) images for the analysed zircon grains separated from study area with locations

of analysed spots and their apparent areas in Ma. Spots are 25

m in diameter. Scale bars are 100

m in length.

사 사

본 연구는 부산대학교 2015년 기본연구지원사업(2 년)의 지원을 받아 수행되었다. 이 논문을 상세히 검 토하여 유익하고 세심한 조언을 해주신 박계헌 교수 님과 심사자들에게 감사드린다. SHRIMP 분석에 도 움을 주신 한국기초과학지원연구원 지구환경연구부 이기욱 박사 및 연구원들에게도 감사드린다.

References

Choi, S.-O. and Kwon, Y.-I., 1970, Explanatory Text of the Geological Map of Gujeong Sheet, 1:50,000. Geological Survey of Korea, 20 p.

Compston, W., Williams, I.S., Kirschvink, J.L. and Zhang, Z., 1992. Zircon U-Pb ages for the Early Cambrian time-

scale, Journal of the Geological Society, 149, 171-184.

Han, M., 2010, Petrological Study of the Dioritic and Granitic Rocks from Ryongnam Massif, Geochang. Mas- ter’s thesis, Pusan National University, 83 p.

Han, M., Kim, S.-W., Yang, K.-H., and Kim, J.-S., 2010, Petrological Study of the Dioritic and Granitic Rocks from Geochang Area. The Journal of the Petrological Society of Korea, 19, 167-180.

Jwa. Y.-J., 2008, A Preliminary Study on Granite Suite and Supersuite for the Jurassic Granites in South Korea. The Journal of the Petrological Society of Korea, 17, 222-230.

Kim. H.-K., 2010, Petrological study on the Granitoid Rocks in the central Ryeongnam Massif district. Master’s thesis, Gyeongsang National University, 52 p.

Kim, N.-J. and Kim, J.-H., 1970, Explanatory Text of the Geological Map of Geochang Sheet, 1:50,000. Geological Survey of Korea, 29 p.

Kim, Y.-J., Cho, D.-L. and Park, Y.-S. 1989, K-Ar Ages

Fig. 3. Concordia diagram for the zircons separated from Haeinsa Granite. a) sample H-1, b) sample H-5, c)

sample H-11, d) sample H-12.

and Major Mineral Compositions of the Mesozoic Igne- ous Rocks in the Vicinity of the Geochang Area. Journal of the Korean Institute of Mining Geology, 22, 117-127.

Lee, S.-M., Na, K.-C., Lee, S.-H., Park, B.-Y. and Lee, S.- W., 1981, Regional Metamorphism of the Metamorphic Rock Complex in the Southeastern Region of the Sobaeg- san Massif. The Geological Society of Korea, 17, 169-188.

Park, Y.-S., Kim, Y.-J., Kwon, S.-T. and Park, J.-B., 1993, Rb-Sr Isotopic Study on Igneous Rocks from the Geo- chang-Koryong Area. ]our. Korean Earth Science Society, 14, 32-43.

Park, K.-H., Lee, H.-S., Song, Y.-S. and Jung, C.-S., 2006, Sphene U-Pb ages of the granite-granodiorites from Hamyang, Geochang and Yeongju areas of the Yeongnam Massif. The Journal of the Petrological Society of Korea, 15, 39-48.

Seo, J.-H., Song, Y.-S. and Park, K.-H., 2016, SHRIMP U-

Pb Age of the Early Jurassic Deformed Granites in the Aneui Quadrangle, SW Yeongnam Massif. Economic and Environmental. Geol, 49, 147-153.

Williams, I. S. and Claesson, S., 1987, Isotopic evidence for the Precambrian provenance and Caledonian metamor- phism of high grade paragneisses from the Seve Nappe, Scandinavian Caledonides. II. Ion microprobe zircon U- Th-Pb. Contrib. Mineral. Petrol, 97, 205-217.

Yoon, R., Song, Y.-S. and Yi, K. 2014, SHRIMP U-Pb Ages of the Yeongju and Andong Granites, Korea and their Implications. Jour. Petrol. Soc. Korea, 23, 209-220.

Received December 7, 2016

Review started December 7, 2016

Accepted December 20, 2016