SHRIMP U-Pb Zircon Ages of the Yeongju and Andong Granites, Korea and their Implications

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영주화강암과 안동화강암의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대와 그 의미

윤리나^1,2·송용선³*·이기욱⁴

1부경대학교 일반대학원 지구환경시스템과학부 지구환경과학전공, ²문화재청 천연기념물센터,

3부경대학교 환경해양대학 지구환경과학과, ⁴한국기초과학지원연구원 환경과학연구부

SHRIMP U-Pb Zircon Ages of the Yeongju and Andong Granites, Korea and their Implications

Rina Yoon^1,2, Yong-Sun Song³*, and Keewook Yi⁴

1Division of Earth Environmental System, Pukyong National University, Busan 608-737, Korea

2Natural Heritage Center, Cultural Heritage Administration of Korea, Daejeon 302-834, Korea

3Department of Earth Environmental Sciences, Pukyong National University, Busan 608-737, Korea

4Division of Earth and Environmental Science, Korea Basic Science Institute, Ochang 363-883, Korea

요 약: 영남육괴 북동부 지역에서 선캠브리아 변성암 복합체와 고생대 퇴적암층을 관입한 영주화강암과 안 동화강암의 저반에 대한 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대측정을 실시하였다. 영주화강암 저반의 대부분을 차지하 는 각섬석-흑운모 토날라이트와 등립질 흑운모 화강섬록암은 각각 약 187 Ma와 186 Ma이다. 안동화강암 저 반에서는 주 구성암체인 안동심성암체의 흑운모 화강섬록암과 극조립질 흑운모 화강암이 각각 182 Ma와 186 Ma 를 나타낸다. 따라서 영주화강암과 안동화강암 저반의 연대는 오차범위 내에서 거의 일치한다. 한편 안 동화강암 저반의 각섬석 반려암은 시료 중 가장 고기인 약 194 Ma이고, 영주화강암 저반 중 세립질 복운모 화강암으로 주로 구성된 춘양화강암은 가장 젊은 약 175 Ma이다. 이러한 연대측정 자료는 영남육괴 북동부 인 영주-안동 지역에서의 쥬라기 대보 화성활동은 쥬라기 초에 고철질 마그마의 관입으로 시작되었고, 전기 쥬라기 중엽에 정점에 이르러 다량의 화강암질 마그마가 관입하였으며, 최종적으로 전기 쥬라기의 끝 무렵에 소량의 보다 분화된 화강암질 마그마가 관입하였음을 지시한다.

핵심어: 영주화강암, 안동화강암, SHRIMP, 저어콘, U-Pb 연령, 영남육괴

Abstract:

SHRIMP zircon U-Pb age dating is carried out for the Yeongju and Andong granite batholiths intruding the Precambrian metamorphic complex and Paleozoic sedimentary formations within the NE Yeongnam Massif, Korea. Dating of zircons from a hornblende-biotite tonalite and an equigranular biotite granodiorite in the Yeongju granite has yielded ages of ca. 187 Ma and ca. 186 Ma, respectively. Also, dating of zircons from a biotite granodiorite and a very coarse-grained biotite granite in the Andong granite has yielded ages of ca. 182 Ma and ca. 186 Ma, respectively. These data indicate that the main intrusions of the Yeongju and Andong granite batholiths occur almost at the same age. The oldest age of ca. 194 Ma has been determined on zircons from a hornblende gabbro in the Andong granite, and the youngest age of 175 Ma is obtained from the Chunyang granite pluton, mainly consisting of fine-grained two-mica granite, of the Yeongju batholith. These results indicate that Jurassic Daebo magmatism in the Yeongju-Andong area, NE Yeongnam massif, started early at the Early Jurassic with an intrusion of mafic magma, and followed by an emplacement voluminous granite magma during the middle of the Early Jurassic, and was finalized with the emplacement of relatively small amount of much evolved granite magma at the end of Early Jurassic.

Keywords:

Yeongju granite, Andong granite, SHRIMP, zircon, U-Pb age, Yeongnam massif

*Corresponding author Tel: 051-629-6627 E-mail: [email protected]

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서 론

한반도에는 고생대 말~중생대 초 이후 활발하게 일 어난 화성활동으로 전역에 걸쳐 광범위하게 화강암체 들이 분포한다. Park(2012)는 최근의 비교적 정밀한 연대측정자료를 종합해 한반도에서 고생대말부터 신 생대초 동안에 페름기-트라이아스기, 쥬라기, 그리고 백악기-고제3기의 세 차례의 화성활동 주기가 있었으 며, 이들은 섭입대와 관련된 화성활동의 산물로 이러 한 주기적인 화성활동은 한반도 주변의 판구조운동의 방향변화와 관련 있는 것으로 해석하였다. 이 중 쥬 라기 화성활동은 섭입대에서 가까운 영남육괴에서 약 200 Ma에 가장 먼저 시작된 후 180 Ma에 이르러 대 부분 종결되고, 180 Ma 이후부터는 북쪽의 옥천대와 더 북쪽의 경기육괴 및 그 주변지역으로 범위가 확대 되는 경향을 보인다. 그러나 영남육괴 북동부에 분포 하는 영주화강암의 경우 관입시기는 기존의 연구에서 서로 다른 결과를 제시하며 일부는 180 Ma보다 젊은 연령도 있어 혼란을 주고 있다(cf. Park et al., 2010).

Rb-Sr 전암 연대법에 의한 등시선 연령으로 영주화 강암이 267±27 Ma 또는 220±20 Ma, 안동화강암은 361±41 Ma가 각각 보고되었는데(Jin and Jang, 1999, Lee et al., 1999), Park et al.(2006)은 이러한 연령 이 화강암질 마그마와 지각물질의 동화과정에서의 불 균질적 혼화 또는 Rb-Sr 농도분석의 체계적 오류에 기인할 수 있어 정확한 화강암의 관입시기를 지시하 는 것이 아닐 수 있다고 해석하였다. 다른 연대측정 법에 의한 결과는 영주화강암에서 각섬석 K-Ar 연령 185.4±3.5 Ma(Jin and Jang, 1999), TIMS 스핀 U- Pb 연대 169.4±1.6 Ma(Sagong et al., 2005a)와 171.3±2.3 Ma(Park et al., 2006), 그리고 SHRIMP (Sensitive High Resolution Ion Micro Probe, 초고 분해능 이온현미분석기) 연대로 187±3 Ma(Kim et al., 2009)가 보고되었다. 안동화강암에 대해서는 스핀 U-Pb 연대 185.0±1.7 Ma가 제시되었다(Sagong et al., 2005a).

이러한 기존의 연대자료는 영주화강암과 안동화강 암의 정확한 관입시기, 두 화강암이 동시기의 화강암 체인지의 여부, 영남육괴 내의 다른 쥬라기 화강암과 의 연대 비교에 적절치 않아 보다 정밀하고 정확한 연대측정이 필요하다.

또한, 이 두 화강암체는 단일 암체로는 영남육괴에 서 비교적 규모가 크면서 신장된 타원형의 특징적인

형태를 이루고 있고, 다양한 암종들로 구성되어 있어 화강암질 마그마의 상승(assent)과 정치(emplacement) 메커니즘과 환경 및 분화과정을 연구하는데 적합한 대상으로서의 가치가 있다. 이 연구에서는 영주화강 암과 안동화강암 두 저반형 암체에 대해 정확하고 정 밀한 연대측정 방법인 SHRIMP를 이용하여 수행한 저어콘 U-Pb 연대측정 결과를 제시하며, 그 의미에 대하여 논의한다.

지질개요

영주화강암과 안동화강암은 한반도 남부지역을 북 동-남서 방향으로 가로지르며 발달된 영남(소백산)육 괴의 북동부 지역에 관입하였다(Fig. 1). 두 화강암체 는 이들의 가운데를 북동-남서 방향으로 가로지르는 예천전단대에 의해 끌려진 신장된 타원형의 형태를 이루고 있으며, 전단대를 따라 분포된 선캠브리아기 변성암류를 사이에 두고 각각 북서쪽과 남동쪽에 분 리되어 있다.

영주화강암

영주화강암은 분포면적이 약 1180 Km²인 저반형 암체로 토날라이트에서, 화강섬록암, 화강암까지 여러 가지 조성의 암석들로 구성되어 있으며 조직도 지역 에 따라 변하여 여러 가지 암종으로 구분되고 있다.

1:50,000 지질도 영주 도폭(Lee et al., 1989)에서 는 이 지역 영주화강암을 암상에 따라 흑운모 화강암 과 반상편마상화강암, 세립질 복운모 화강암으로 분 류하였는데, Hwang et al.(1999)는 반상 편마상 화강 암을 반상 흑운모 화강섬록암으로 수정하였고, 흑운 모 화강암은 다시 각섬석-흑운모 토날라이트와 등립 상 흑운모 화강섬록암으로 세분하였다. 각섬석-흑운모 토날라이트와 등립상 흑운모 화강섬록암의 경계는 전 단대와 거의 평행하다. 북동쪽의 1:50,000 춘양 도폭 (Son and Kim, 1963)과 삼근리 도폭(Kim et al., 1963), 예안 도폭(Lee and Lee, 1963)에서 이 지역 에 연장되어 분포된 영주화강암을 시대미상의 각섬석 화강암으로 명명하였는데 Hwang et al.(1999)는 이들 을 각섬석-흑운모 토날라이트에 포함시켰다. 각섬석- 흑운모 토날라이트는 남동쪽으로 예천 도폭(Yoon, et al., 1988)과 함양, 상주 지역까지 연장되어 분포한다.

Hwang et al.(1999)는 풍기도폭(Lee, et al., 1989)의 흑운모화강암과 부석면 일대에 소규모로 분포하는 흑

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운모-각섬석 화강암을 등립상 흑운모 화강섬록암에 포 함시키고 이 중 동부의 일부를 흑운모 화강암으로 따 로 구분하였고, 각섬석-흑운모 토날라이트부터 흑운모 화강암까지 이들 4가지 암종을 함께 묶어 부석심성암 체로 명명하였는데, 부석심성암체는 영주화강암 분포 면적의 70% 이상을 차지한다. 각섬석-흑운모 토날라 이트와 등립상 흑운모 화강섬록암이 부석심성암체의 주를 이루고, 반상 흑운모 화강섬록암은 서부지역에, 흑운모 화강암은 북동부에 소규모로 분포한다. 이들 은 서로 점이적인 관계를 보이는데, 심성암체 내에서 의 암상의 변화는 주로 분별정출에 의한 마그마 분화 작용의 결과로 해석되었다(Hwang et al., 1999 and 2000).

영주화강암의 북동부에 북서-남동 방향으로 분포하 는 암체는 춘양 도폭(Son and Kim, 1963)과 삼근리 도폭(Kim et al., 1963)에서 춘양화강암으로 명명되었 는데, 등립질의 중-세립질인 복운모 화강암이 일반적 이지만 부분적으로 흑운모 또는 백운모만 함유되고, 장석 반정이 발달된 반상조직을 띠기도 한다. 선캠브 리아기 율리통과 원남통 및 장산규암, 장군석회암, 동

수곡층, 두음리층, 재산층 등으로 구성된 고생대 암층 뿐만 아니라 각섬석-흑운모 토날라이트를 비롯한 부 석심성암체의 화강암류를 후기에 관입하고 있어 백악 기 화강암으로 분류되기도 하였다(Son and Kim, 1963; Kim et al., 1963). Hwang et al.(1999)는 춘 양화강암을 춘양심성암체로, 영주화강암의 서부 주변 부인 선캠브리아 변성암류와의 경계부분에 소규모로 발달된 세립질 복운모 화강암은 장수심성암체로 명명 하였는데 그 암석기재적 특징은 서로 매우 유사하다.

안동화강암

안동화강암은 분포면적이 535 km² 이상인 역시 저 반형 암체(Hwang, et al., 2002a)로 동쪽과 남쪽에서 는 백악기의 경상누층군 퇴적암층에 의해 피복되어 있고, 일부 지역에서 퇴적암층과의 경계 부분에 소규 모로 선캠브리아기 변성퇴적암들이 노출되어 있다.

예안 도폭(Lee and Lee, 1963)에서 도폭 지역 서 쪽에 분포된 관입암류를 흑운모화강암, 각섬석화강암, 그리고 섬록암으로 분류하였는데, 섬록암과 각섬석화 강암은 동쪽의 퇴적암층과의 경계부에 남북 방향을

Fig. 1. (a) Tectonic map of the South of Korea showing the distribution of Phanerozoic granites. (b) Geologic map

of the Yeongju-Andong area, NE Yeoungnam massif, modified after Hwang et al. (1999, 2002a) and references

therein. Abbreviations: GM: Gyeonggi massif; OB: Ogcheon belt; YM: Yeongnam massif, GB: Gyeongsang basin.

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따라 분포하고, 관입암체의 서쪽 대부분을 차지하는 흑운모화강암은 그 서쪽의 안동 도폭(Kim et al, 1988) 지역에 보다 넓게 분포한다. 중평동 도폭(Kim and Lee, 1970)에서는 흑운모화강암을 시대미상의 안 동화강암으로, 동쪽에서 백악기 퇴적암층과의 경계부 에 분포된 일부는 조립질화강암으로 분류하였다. 흑 운모화강암과 조립질화강암은 북북동-남남서 방향으 로 소규모로 좁게 발달된 선캠브리아 변성암층에 의 해 경계를 이룬다. 또한, 중평동 도폭(Kim and Lee, 1970)에서는 예안 지역에서부터 남쪽으로 연장되어 이 지역 조립질화강암 내 곳곳에 산재하며 분포하는 소규모 섬록암들을 화강암을 관입한 것으로 보아 그 시대를 백악기로 간주하였다.

Hwang(2000) 및 Hwang et al.(2002a)는 안동지역 의 흑운모화강암을 각섬석-흑운모 토날라이트, 흑운모 화강섬록암, 반상 흑운모 화강섬록암, 반상 흑운모 화 강암 등의 암종으로 세분하였고, 안동 암체 내에 아 주 소규모로 분포된 세립질 복운모 화강암을 따로 분 류하였다. 이들은 남동부에 분포된 중평동 도폭 지역 의 조립질화강암을 극조립질 흑운모 화강암으로, 북 서부의 예안 도폭 지역의 각섬석화강암을 각섬석-흑 운모 석영섬록암으로, 예안과 중평동도폭 지역의 섬 록암은 각섬석 반려암으로 명칭을 수정하였는데, 이 반려암을 안동저반의 화강암류들을 관입한 최후기 암 체로 보았다.

Hwang(2000) 및 Hwang et al.(2002a)는 이들 안 동지역 화강암체를 안동저반으로 명명하고 안동, 도 산, 풍산, 임하와 녹전심성암체의 5개 관입단위로 구 분하였는데, 중앙부에 분포된 각섬석-흑운모 토날라이 트, 흑운모 화강섬록암, 반상 흑운모 화강암들을 묶어 안동심성암체, 북서쪽 연변부의 각섬석-흑운모 석영섬 록암을 도산심성암체, 서쪽의 예천전단대에 인접하여 분포된 반상 흑운모 화강섬록암을 풍산심성암체, 남 동부의 극조립질 흑운모 화강암을 임하심성암체, 그 리고 소규모의 세립질 복운모 화강암을 녹전심성암체 로 그룹을 지었다. Hwang et al.(1999 and 2002a) 은 K-Ar 광물연대에 의하여 영주화강암과 안동화강 암 저반의 구성 심성암체들의 관입순서를 결정하고.

이를 근거로 각 심성암체들이 시간 간격을 두고 맥동 적으로 다상 정치되고, 냉각 고결되어 저반들을 형성 하였다고 보고하였다.

이 연구에서의 영주와 안동화강암의 암종 분류와 명칭은 Hwang et al.(1999, 2002a)의 것을 따랐다.

영주와 안동화강암의 암석기재적, 지구화학적 특성들 은 Lee and Lee(1991), Lee et al.(1998), Hwang et al.(1999, 2000, 2002a, b), Hwang and Lee(2002) 에 상세하게 기재되어 있다.

SHRIMP 연대측정 시료 및 분석방법

분석 시료

영주화강암에선 분포가 가장 넓은 부석심성암체의 두 가지 대표 암상인 각섬석-흑운모 토날라이트(시료 번호 ADG-15)와 등립질 흑운모 화강섬록암(시료번호 ADG-25), 그리고 춘양화강암(시료번호 ADG-19)에서 각각 1개씩의 시료를 선정하여 저어콘을 분리하였다.

안동화강암에선 안동심성암체 중 가장 분포가 넓은 흑운모 화강섬록암(시료번호 ADG-01), 백악기 퇴적 암층과 접하고 있는 동부에 분포된 임하심성암체의 극조립질 흑운모 화강암(시료번호 ADG-03), 그리고 흑 운모 반려암(시료번호 ADG-06)에서 각각 1개씩의 시 료를 선정하여 저어콘을 분리하였다. 이들 시료 채취 지점들은 Fig. 1에 표시하였으며, 이들 시료의 WGS- 84 경위도 좌표는 영주화강암이 ADG-15(N36^o52'09.6"/

E128ô54'16.3"), ADG-25(N36ô49'14.9"/E128ô31'03.3"), ADG-19(N36ô55'00.0"/E128ô57'24.7")이고, 안동화강암 이 ADG-01(N36ô36'23.5"/E128ô42'01.8"), ADG-03 (N36ô34'56.9"/E128ô54'19.0"), ADG-06(N36ô38'59.4"/

E128^o51'41.4")이다.

연대분석방법

시료들을 먼저 유압파쇄기를 이용하여 1차 파쇄한 후 디스크밀(disk mill)로 곱게 2차 파쇄하였으며, 1 회용 망체로 체질하여 #120-180 사이의 분말을 얻었 다. 분말시료는 세척 후 전자기선별기에 의한 자력분 리 후 팬닝을 통해 중광물을 농집시킨 후, 실체현미 경하에서 핀셋을 사용하여 비교적 포유물이 적은 저 어콘을 선별하는 작업을 거쳤다. 선별된 저어콘들은 SL13과 FC1 저어콘 표준물질과 함께 에폭시 몰드에 심어 마운트를 만들었고, 대략 입자의 반이 드러날 때까지 사포에 갈아낸 후, 다이아몬드 연마제(6, 3, 1µm)를 이용하여 표면을 연마하였다. SHRIMP로 분 석하기 전에 금으로 코팅한 마운트를 음극광(CL) 장 치가 부착된 주사전자현미경(SEM)에서 후방산란전자 (BSE) 이미지와 음극광 이미지를 얻어 결정형태와 내 부구조를 분석한 후 분석 점들을 선정하였다. 후방산

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란전자 이미지와 음극광 이미지는 한국기초과학지원 연구원 환경연구부의 JEOL 모델 6610LV 주사전자현 미경을 이용하여 얻었다.

저어콘에 대한 SHRIMP U-Pb 분석은 한국기초과 학지원연구원에 있는 SHRIMPⅡe를 사용해 실시하였 는데, 동위원소 분석을 위한 일차 이온빔은 산소 음 이온(O₂^-)을 이용하였다. 일차이온빔의 세기는 4-6 nA, 직경은 약 25 µm로 조절하였다. U 함량측정과 U/Pb 연대보정을 위한 저어콘 표준물질은 SL13과 FC-1을 사용하였다. SHRIMP 기기를 이용한 일반적인 연대 측정법은 Ireland and Williams(2003) 및 Williams et al.(2009) 등에 상세하게 기술되어 있다. 분석된 자 료의 초기 납 보정은 ²⁰⁴Pb를 이용하였고 각 분석지 점의 오차는 1σ이다. SHRIMP 연대측정 자료의 보 정 및 연대계산은 SQUID version 2.5 및 Isoplot/

Ex v. 3.6을 이용하였다(Ludwig, 2008, 2009). 이 연구에서의 각각의 분석치와 겉보기연령의 오차는 1σ

이며, 가중평균 및 일치곡선(concordia) 연대계산의 결 과는 95%(2σ)의 신뢰도로 나타내었다.

연대측정 결과

영주화강암과 안동화강암에서 채취한 암석들에서 분리된 저어콘들의 U-Pb 연대측정 결과를 Table 1에 나타내었다. 연대측정에 이용된 저어콘 입자들은 후 방산란전자 및 음극광 이미지에서 대부분 진동누대구 조를 잘 보이며, 흔히 내부에 상속핵을 가지고 있다 (Fig. 2). 일부는 누대구조가 미약한 최외곽 주변부가 발달된 것 같은 특징도 보이지만 두께가 얇아 이를 분석하지는 못하였다. 주로 진동누대구조를 보이는 부 분을 분석하였는데 이들의 Th/U 비율은 영주화강암 의 경우 0.20~1.16, 안동화강암의 경우 0.65~1.59로 안동화강암이 높은 경향을 보이며, 이들로부터 구해 진 U-Pb 연령은 모두 마그마로부터 정출된 화성 저 어콘의 연령을 나타내는 것으로 판단된다.

Table 1. U-Pb zircon isotopic data for the analyzed samples from the Yeongju and Andong Granties

Sample

No.

Spot No.

Common

206Pb_c(%) U (ppm)

Th

(ppm) Th/U ²³⁸U/²⁰⁶Pb Error

(±%) ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb Error (±%)

Apparent age (Ma) Yeongju Granites

ADG-15 1.1 0.05 1665 1082 0.65 33.78 1.2 0.0504 1.9 188±2

2.1 0.42 327 166 0.51 34.21 1.3 0.0485 2.4 186±2

3.1 0.07 978 298 0.30 33.84 1.3 0.0495 1.3 188±2

4.1 0.25 898 327 0.36 34.34 1.1 0.0517 1.4 185±2

5.1 0.37 887 227 0.26 34.27 1.2 0.0503 2.1 185±2

6.1 0.40 814 170 0.21 34.40 1.1 0.0515 1.4 185±2

7.1 0.14 962 229 0.24 33.61 1.1 0.0511 1.2 189±2

8.1 0.12 693 173 0.25 34.44 1.1 0.0494 1.5 184±2

9.1 0.14 947 336 0.35 33.72 1.1 0.0508 1.3 188±2

10.1 0.04 1743 630 0.36 32.94 1.2 0.0513 1.6 193±2

ADG-25 1.1 0.23 498 129 0.26 34.73 1.2 0.0505 1.7 183±2

2.1 0.23 816 163 0.20 34.21 1.1 0.0496 1.4 186±2

3.1 0.07 1008 386 0.38 34.27 1.1 0.0497 1.4 185±2

4.1 0.37 423 141 0.33 34.48 1.5 0.0520 1.9 184±3

5.1 0.07 978 273 0.28 33.52 1.1 0.0492 1.4 190±2

6.1 0.32 423 83 0.20 34.30 1.2 0.0490 1.9 185±2

7.1 0.27 479 144 0.30 33.73 1.2 0.0506 1.8 188±2

8.1 0.10 846 203 0.24 34.55 1.1 0.0507 1.3 184±2

9.1 0.24 485 112 0.23 34.38 1.2 0.0510 3.1 185±2

10.1 0.30 979 252 0.26 34.10 1.3 0.0522 1.3 186±2

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Table 1. Continued

Sample

No.

Spot No.

Common

206Pb_c(%) U (ppm)

Th

(ppm) Th/U ²³⁸U/²⁰⁶Pb Error

(±%) ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb Error (±%)

Apparent age (Ma)

ADG-19 1.1 0.39 348 67 0.19 34.66 1.5 0.0482 2.2 183±3

2.1 0.19 711 276 0.39 31.85 1.4 0.0451 1.9 199±3

3.1 1.11 232 81 0.35 2.22 1.5 0.1620 1.1 2477±18

4.1 6.24 370 160 0.43 8.84 1.7 0.1101 0.8 1801±15

5.1 -- 985 236 0.24 33.79 1.1 0.0519 1.2 188±2

6.1 1.70 76 85 1.12 33.21 2.0 0.0627 13.0 191±4

7.1 0.58 172 118 0.68 36.65 1.5 0.0510 4.3 174±2

8.1 2.91 445 90 0.20 4.07 1.1 0.1121 0.4 1834±8

9.1 1.06 191 168 0.88 36.55 1.5 0.0520 5.7 174±3

10.1 0.45 437 137 0.31 36.10 1.2 0.0497 2.0 176±2

Andong Granites

ADG-01 1.1 0.39 184 210 1.14 35.69 1.5 0.0515 8.5 178±3

2.1 0.40 163 135 0.83 35.04 1.4 0.0479 4.8 181±3

3.1 0.64 165 187 1.13 35.28 3.0 0.0495 9.4 180±5

4.1 1.04 91 85 0.93 34.96 2.8 0.0553 7.3 182±5

5.1 0.53 188 289 1.54 34.19 1.7 0.0565 18.6 186±3

6.1 0.48 110 166 1.50 32.91 4.0 0.0583 21.5 193±8

7.1 0.46 168 165 0.98 35.49 2.0 0.0515 6.4 179±3

8.1 0.57 173 188 1.09 35.08 1.6 0.0480 8.9 181±3

9.1 0.32 154 219 1.43 34.28 1.9 0.0502 35.8 185±4

10.1 0.16 191 273 1.43 33.92 2.6 0.0540 15.1 187±5

ADG-03 1.1 3.61 118 96 0.81 34.05 2.0 0.0516 6.0 187±4

2.1 0.81 175 230 1.31 34.67 1.7 0.0529 13.7 183±3

3.1 1.14 108 115 1.07 35.39 1.7 0.0460 12.0 180±3

4.1 0.81 161 185 1.15 34.66 2.6 0.0466 24.6 183±5

5.1 10.88 101 63 0.63 34.53 3.4 0.0504 21.6 184±6

6.1 0.91 113 150 1.32 34.74 2.3 0.0446 20.4 183±4

7.1 1.24 121 132 1.10 34.09 2.9 0.0573 9.0 186±5

8.1 0.67 158 183 1.16 33.53 2.5 0.0560 9.0 189±5

9.1 1.20 91 60 0.66 34.78 2.8 0.0526 4.8 183±5

10.1 0.50 200 217 1.09 31.96 1.6 0.0542 7.3 199±3

11.1 0.84 133 90 0.67 34.43 1.8 0.0511 4.0 185±3

ADG-06 1.1 0.70 280 218 0.78 33.11 1.3 0.0563 2.9 192±3

2.1 0.41 256 239 0.93 32.46 1.4 0.0573 4.2 196±3

3.1 0.03 494 719 1.45 32.59 1.6 0.0552 9.5 195±3

4.1 0.73 206 181 0.88 32.68 1.5 0.0525 4.8 194±3

5.1 0.57 264 263 1.00 32.76 1.7 0.0564 5.7 194±3

5.2 2.77 89 46 0.51 31.71 3.4 0.0592 4.6 200±7

6.1 0.85 280 210 0.75 32.87 1.7 0.0520 4.4 193±3

7.1 0.27 403 312 0.77 32.63 1.3 0.0513 2.7 195±3

8.1 0.48 223 193 0.87 33.16 1.4 0.0560 6.4 192±3

9.1 0.79 201 181 0.90 33.27 1.5 0.0530 5.0 191±3

　 10.1 0.36 318 319 1.00 31.93 1.4 0.0579 4.4 199 ±3

Errors are 1-sigma. Common lead correction was applied

²⁰⁷

Pb-method for the ages younger than 1,000 Ma and

²⁰⁴

Pb-method for the

ages older than 1,000 Ma. Apparent ages were calculated based on

²⁰⁶

Pb/

²³⁸

U ratio for the ages younger than 1,000 Ma and

²⁰⁷

Pb/

²⁰⁶

Pb

ratio for the ages older than 1,000 Ma

(7)

영주화강암

Fig. 3은 영주화강암의 여러 암종들에서 분리한 저 어콘의 SHRIMP U-Pb 분석결과를 일치곡선(con- dordia) 도형에 도시한 결과이다. 각섬석-흑운모 토날 라이트와 등립질 흑운모 화강섬록암의 분석점들은 약 180-190 Ma 범위의 일치곡선 근처에 잘 도시된다 (Fig. 3a). 각섬석-흑운모 토날라이트 시료 ADG-15의 저어콘들에서 분석된 10 점의 분석치 중 비교적 오차

가 큰 한 점을 제외한 9 점을 이용해 얻어진 일치곡 선연령(concordia age)은 186.6±0.73 Ma(MSWD=8.4) 이고 이의 가중평균연령은 186.5±1.4 Ma(MSWD=0.69) 이다. 어느 경우나 거의 동일한 연대이지만, 여기서는 일치곡선연령 186.6±0.73 Ma가 이 암석의 결정작용 시기를 잘 나타낼 것으로 보며, 이 연대는 Kim et al.(2009)이 서쪽으로 6 km 정도 떨어진 지점의 동일 암체에서 구한 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대 187±3 Ma

Fig. 2. Cathodoluminescence (CL) images for the analysed zircon grains separated from the Yeongju and Andong

Granite with locations of analysing spots and their apparent ages in Ma. Spots are 25 µm in diameter.

(8)

와 일치한다.

등립질 흑운모 화강섬록암 시료 ADG-25의 저어콘 에서 분석된 10 점의 가중평균연령은 185.7±1.3 Ma (MSWD=0.86)이고 일치곡선연령은 185.8±0.69 Ma (MSWD=4.4)로 각섬석-흑운모 토날라이트 보다 1 Ma 정도 젊어 보이지만, 오차를 감안하면 각섬석-흑운모 토날라이트의 것과 동일한 것으로 볼 수 있다(Fig.

3b).

그러나 춘양화강암 시료 ADG-19의 경우 흔히 저 어콘 내부에 상속핵을 가지고 있는데 10점의 분석점 중 3점은 1800 Ma 보다 오래된 선캠브리아기의 상속 연대를 보이고, 이들을 제외한 7 점은 200~170 Ma 부근의 연대를 보인다. 젊은 연대 중 보다 오랜 연대 를 보이는 4 점은 상당히 분산되고 일치곡선에서 벗

어나 도시되지만 가장 젊은 연대를 보이는 3 점은 일치곡선 상에 잘 놓인다(Fig. 3c). 이 3점은 결정면 이 잘 발달된 자형 저어콘에서 분석되었는데 Th/U 비가 0.31~0.88로 화성기원임을 지시하며, 이들의 일 치곡선연령은 174.8±1.4 Ma(MSWD=0.37)로 춘양화 강암이 오차범위를 넘어서는 11 Ma 정도 젊은 암체 임을 지시한다. 이 보다 조금 오래된 연대의 분석값 들은 상속연대의 저어콘들의 납 손실 또는 이들과의 혼합연대일 가능성이 크다.

안동화강암

안동화강암 중 안동심성암체의 흑운모 화강섬록암 시료 ADG-01의 저어콘에서 분석된 10 점의 분석치 의 가중평균연령은 182.0±2.2 Ma(MSWD=0.98)인데

Fig. 3. U-Pb concordia diagrams for the zircons separated from the Yeongju Granite. a) hornblende-biotite tonalite

(sample ADG-15), b) equigranular biotite granodiorite (ADG-25), and c) Chunyang granite (ADG-19) samples. Error

ellipses are at 1σ level and the calculated ages are at 95% confidence. Dashed ellipse is omitted from the age

calculation.

(9)

오차가 큰 1 점을 제외한 9 점의 일치곡선연령은 181.9±1.1 Ma(MSWD=0.14)이다. 극조립질 흑운모 화 강암 시료 ADG-03의 저어콘 분석치 11 점의 전체 가중평균연령은 186.0±4.1 Ma(MSWD=2.5)이고, 오차 가 큰 1 점을 제외한 10 점에서 얻어진 일치곡선연 령은 186.5±3.1 Ma(MSWD=3.5)이다. 두 연령이 동 일하며, 역시 일치곡선연령이 이 암석의 정치연령을 잘 나타내는 것으로 보면, 186.5±3.1 Ma의 극조립질 흑운모 화강암이 181.9±1.1 Ma의 흑운모 화강섬록암 보다 약간 오래된 값을 보인다.

흑운모 반려암 시료 ADG-06의 저어콘의 11 점의 분석치 전체의 가중평균연령은 194.0±1.7 Ma(MSWD=

0.74)이고, 일치도가 조금 낮은 1 점을 제외하고 계산 한 10 점의 가중평균연령도 동일한 193.9±1.7 Ma (MSWD=0.72)이다. 전체의 가중평균연령 194.0±1.7 Ma

를 이 암석의 결정작용 시기로 보면, 다른 화강암류 들 보다 오차범위를 넘어 약 10 Ma 정도 오래된 연 대를 보인다.

흑운모 화강섬록암(ADG-01)보다 극조립질 흑운모 화강암(ADG-03)의 연대가 오래된 것처럼 보이지만 오차범위 내에서 중첩되어 현재로서는 선후관계를 확 실하게 얘기하기는 어렵다.

토 의

영남육괴 북동부에서의 화강암 저반의 정치시기 와 쥬라기 화성활동

영주화강암에 대한 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대측 정 결과는 각섬석-흑운모 토날라이트는 186.6±0.73 Ma, 등립질 흑운모 화강섬록암은 185.8±0.69 Ma이다.

Fig. 4. U-Pb concordia diagrams for the zircons separated from the Andong Granite. a) biotite granodiorite (ADG-

01), b) very coarse-grained biotite granite (ADG-03), c) hornblende gabbro (ADG-06) samples. Error ellipses as in

Fig. 3.

(10)

이들은 영주화강암의 대부분을 차지하는 부석심성암 체의 주 구성 암종으로 영주화강암이 186 Ma에 주로 결정화되었음을 지시한다. 영주화강암 중 세립질 화 강암인 춘양화강암은 174.8±1.4 Ma로 11 Ma 정도 젊 으며, 이 결과는 암상이 유사한 세립질 복운모 화강 암인 장수심성암체도 같은 시기에 관입했을 가능성을 지시한다.

영주화강암의 관입시기에 대해 기 보고된 고생대말 내지 삼첩기의 Rb-Sr 연대(Lee et al., 1999; Jin and Jang, 1999)는 잘못된 연대임이 명백하다.

Sagong et al.(2005a)과 Park et al.(2006)가 보고한 169.4±3.2 Ma와 171.3±2.3 Ma의 ²³⁸U-²⁰⁶Pb 스핀연대 는 연대측정이 부석심성암체(각섬석-흑운모 토날라이 트)에 속하는 암석에 대해 수행된 결과이다. 따라서 이 연대들은 정치시기 보다는 냉각과 관련된 연대임 을 보여준다. Jin and Jang(1999)의 K-Ar 각섬석 연 대 185.4±3.5 Ma는 이 연구에서 구한 저어콘 연대와 일치하지만 스핀연대와 비교해 볼 때 과잉(excess) Ar 등의 영향으로 조금 오래되게 측정되었을 가능성 이 높다.

안동화강암에 대한 연대측정 결과는 흑운모 화강섬 록암이 181.9±1.1 Ma, 극조립질 흑운모 화강암은 186.5±3.1 Ma이다. 이들은 안동화강암의 대부분을 차 지하는 안동심성암체의 주 구성 암종이다. 따라서 안 동화강암의 결정화 시기는 182~186 Ma로 영주화강암 과 거의 동일한 시기임을 보여준다. 역시 안동화강암 에 대해 보고된 고생대 내지 삼첩기인 Rb-Sr 전암연 대(Lee et al., 1999)는 잘못되었음을 지시하며, Sagong et al.(2005a)의 ²³⁸U-²⁰⁶Pb 스핀연대 185 Ma 와는 일치한다. 화강암류 보다 후기로 알려져 있는 흑운모 반려암의 연대는 194.0±1.7 Ma로 오히려 10 Ma 정도 먼저 관입하였음을 지시한다.

Hwang et al.(1999 and 2002a)은 시간 간격을 두 고 맥동적으로 다상 정치되어 냉각, 고결된 여러 심 성암체들에 의해 영주화강암과 안동화강암 각각의 저 반들이 형성되었다고 해석하였다. 이번 연구에서 영 주화강암의 부석심성암체와 춘양화강암, 안동화강암 의 안동심성암체와 반려암질의 예안심성암체는 그 시 기가 다름을 확인하였다. 그러나 이를 제외한 각 심 성암체 및 심성암체를 구성하고 있는 암종들의 관입 시기가 좁은 연대 스케일에서 차이가 있을 가능성도 보였지만 분석자료가 부족하여 이를 확인하지는 못하 였다.

Sagong et al.(2005b)에 의해 계산된 영주화강암의 저어콘 포화온도는 688~800ôC(평균 757±20.1ôC), 안 동화강암은 747~791ôC(평균 774±11.5ôC)로 저어콘의 폐쇄온도 범위와 대체로 일치한다. 이들 화강암들은 낮은 Zr 함량과 저어콘 포화온도를 보이는 Miller et al.(2003)의 저온 화강암에 해당하며, 저어콘 포화온도 는 마그마 생성온도의 상한을 나타낸다고 해석된다.

따라서 이 연구에서 얻어진 영주와 안동의 화강암들 의 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대들은 마그마의 관입 및 정치시기를 나타낸다고 해석할 수 있다. 결론적으 로, 영남육괴 북동부인 영주-안동 지역에선 쥬라기 초 인 194 Ma 경에 일어난 고철질 마그마 작용을 시작 으로 182~186 Ma에 주 화강암질 마그마 작용이 일 어났으며, 175 Ma 경에 비교적 작은 규모의 보다 분 화된 화강암질 마그마의 관입이 있었다. 이러한 화성 활동의 시기는 영남육괴에서의 쥬라기 대보 화성활동 의 일반적인 특성(Park et al., 2010)과 잘 합치되며, 그동안 보고되었던 영주화강암의 젊은 연대로 영주화 강암만 예외적으로 봐야했던 해석상의 문제점이 해소 되었다.

결 론

영남육괴 북동부 지역에 분포된 영주와 안동화강암 의 관입 및 정치시기를 결정하기 위해 SHRIMP 저 어콘 U-Pb 연대측정을 수행하였다.

1) 영주화강암 저반의 주 구성 암체인 부석심성암 체의 주 구성 암종인 각섬석-흑운모 토날라이트와 등 립질 흑운모 화강섬록암에서 분리한 저어콘들에 대한 연대측정 결과 각각 약 187 Ma와 186 Ma의 연대가 얻어졌다. 주로 세립질 복운모 화강암으로 구성된 춘 양화강암은 이에 반해 약 175 Ma로 영주화강암 저반 에서 가장 젊다.

2) 안동화강암 저반의 경우 주 구성암체인 안동심 성암체의 흑운모 화강섬록암과 극조립질 흑운모 화강 암의 저어콘 연대는 약 182 Ma와 186 Ma이다. 이 결과는 안동화강암과 영주화강암의 주 관입 및 정치 시기가 대체로 같음을 보여준다.

3) 극조립질 흑운모 화강암 내에 소규모로 분포된 각섬석 반려암의 저어콘 연대는 약 194 Ma로 가징 오래된 관입연대를 보인다.

4) 이러한 연대분포는 영남육괴 북동부인 영주-안 동 지역에서 쥬라기 초인 194 Ma 경에 고철질 마그

(11)

마의 관입으로 화성활동이 시작되었고, 182~187 Ma 에 화성활동이 정점에 이르러 다량의 화강암질 마그 마를 관입시켰음을 지시한다. 그리고 쥬라기 화성활 동이 끝나가는 175 Ma 경에 적은 양의 보다 분화된 화강암질 마그마의 관입이 일어났다.

5) 이 연구에서 밝혀진 영주-안동지역에서의 쥬라 기 대보 화성활동의 양상은 영남육괴에서의 일반적인 경향과 잘 합치된다.

사 사

이 논문은 부경대학교 자율창의학술연구비(2013)에 의하여 연구되었음. 연구기간 동안 야외조사, 시료처 리, 분석 및 도면작성 등에 도움을 준 부경대학교 암 석지구조연구실 대학원생들에게 감사를 표한다. 또한 논문을 읽고 여러 가지 유익한 조언을 해 주신 익명 의 심사자와 조문섭 교수에게 감사드린다.

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