U-Pb Geochronology of the Triassic Foliated Granite Distributed in the Eastern Sancheong Area, SW Yeongnam Massif, Korea and its Implications

영남육괴 남서부 산청 동부지역에 분포하는 트라이아스기 변형 화강암의 U-Pb 연대측정과 그 함의

박계헌¹·송용선¹*·서재현²

1부경대학교 지구환경과학과, ²부경대학교 대학원 지구환경시스템과학부

U–Pb Geochronology of the Triassic Foliated Granite Distributed in the Eastern Sancheong Area, SW Yeongnam Massif, Korea and its Implications

Kye-Hun Park¹, Yong-Sun Song¹* and Jaehyeon Seo²

1Department of Earth Environmental Sciences, Pukyong National University, Busan 48513, Korea

2Division of Earth Environmental System, Graduated School, Pukyong National University, Busan 48513, Korea

요 약:

지리산 지역의 북동부에 위치한 산청지역에 분포하는

SHRIMP

저어콘 U-Pb 연대측정을 수행하였다.

개의 시료에서 구한 U-Pb 일치연령은 각각

로 초기-중기 트라이아스기 에 정치되었음을 보여준다. 이러한 결과는 이 변형 화강암이 약 238~230 Ma에 정치되었음을 지시한다. 연구 지역 변형 화강암은 현저한 엽리와 안구상 구조, 선구조들이 발달된 전단변형의 특성을 보인다. 변형 화강암 이 섬장암에 의해 관입된 포획암체로 산출되고 있음이 관찰되며, 이는 변형시기가 섬장암의 관입시기인 약 220 Ma 보다 이전임을 지시해준다. 이 지역 변형 화강암의 정치 및 변형 시기는 중부 영남육괴인 김천과 안 동지역에 분포된 페름기-트라이아스기의 화강편마암류와 유사하다. 종합적으로 살펴볼 때 중부에서 남서부에 걸치는 영남육괴의 동쪽에는 화강암류를 관입시킨 화성활동이 약 260-230 Ma에 그리고 뒤 이은 변성-변형 작 용이 약 230-220 Ma에 일어났다.

핵심어: 영남육괴, 변형 화강암, 트라이아스기, U-Pb 연령, SHRIMP

Abstract:

Taken together, the eastern part of the Yeongnam Massif, extending from the central part to the southwestern part, granite intrusions occurred at about 260-230 Ma, followed by metamorphism- deformation of about 230-220 Ma.

Keywords:

*Corresponding author Tel: +82-51-629-6627 E-mail: [email protected]

서 론

한반도 선캠브리아 육괴지역에 분포된 편마암상 화 강암류들은 일반적으로 생성시기가 선캠브리아기일 것으로 알려져 왔다. 그러나 최근의 정밀한 연대측정 연구들로 이들 중 일부, 특히 중부 영남육괴의 경우 상당한 부분이 현생이언 편마암류로 밝혀졌다(Cheong et al., 2014; Song et al., 2015; Seo et al., 2016).

따라서 이처럼 선캠브리아기의 것으로 간주되어왔으 나 확실한 생성시기가 규명되지 못한 여러 편마암상 의 화강암류들에 대해 보다 정밀한 연대측정으로 그 시기를 명확하게 밝히는 연구가 필요하다.

영남육괴의 남서부에 해당되는 지리산 지역은 지리 산 동측을 따라 남북으로 발달된 하동-산청 회장암 복합체를 경계로 서쪽은 상부-각섬암상 내지 백립암 상에 이르는 고도 변성작용을 받은 선캠브리아기 이 질 내지 사질 편마암과 고기 화강편마암류들로 주로 구성되어 있다(Lee, 1980; Lee et al., 1981). 최근의 연대측정에 의하면 이들 대부분이 고원생대인 약 1,860 Ma에 생성되었으며, 약 1,850 Ma 부근에 앰피 볼라이트 내지 상부-앰피볼라이트 변성상의 고도 변 성작용을 받았다(Turek and Kim, 1996; Park et al., 2000; Lee et al., 2018).

하동-산청 회장암 복합체의 동쪽은 시대가 불명확 한 편마암상의 변형된 화강암류와 이를 관입한 고철 질에서 규장질까지의 다양한 조성의 중생대 관입암류 들로 구성되어 있다. 이 지역에 분포된 편마암상의 변형된 화강암류들은 산청도폭(Kim et al, 1964)과 그 동쪽의 삼가도폭(Kang and Park, 1975) 및 북쪽 의 안의도폭(Hwang and Park, 1968) 등에서 중생대 관입암류들에 의해 관입된 시대미상 또는 선캠브리아 기로 분류된 고기의 암체로 기재되어 있으며, 일반적 으로 선캠브리아기 암체로 간주되어 왔다. 하지만 몇 차례의 U-Pb 연대측정 결과 이들 중 상당부분은 중 생대의 화성암체임이 밝혀졌다(Kim and Turek, 1996; 서재현 외, 2016). 이 연구에서는 이처럼 하동- 산청 회장암체와 백악기 경상분지 사이에 분포하는 선캠브리아 또는 시대미상의 고기 편마암상의 화성암 체로 분류된 암체들 중에서 관입시기가 중생대인 화 성암체를 추가로 발견하였으며 이에 대해 보고한다.

지질배경

하동-산청 회장암 복합체는 하동에서 산청까지 남

북방향의 좁은 대상으로 분포하지만 산청 지역에서 마름모꼴로 비교적 넓게 노출되어 있으며 이들 사이 는 중생대에 관입한 섬장암에 의해 절단되어 있다.

회장암체의 서쪽에는 화강암질 편마암, 반상변정질 편 마암, 우백질 화강편마암 등의 화강편마암류와 회장 암체에 바로 인접하여 발달된 차노카이트 등 선캠브 리아 기반암들이 분포하고 있다. 회장암체의 동쪽의 경우 남부지역은 기존 지질도폭(Kim et al, 1964;

Kang and Park, 1975)에서 반상변정질-미그마타이트 질 편마암과 세립 화강암질 편마암 등으로 분류된 변 형된 화강암류들이 분포하고, 북부에는 반려암부터 섬 록암, 섬장암, 화강암 등의 후기 관입암류들이 주로 분포하고 있다. 변형된 화강암류와 후기 관입암류들 은 그 동쪽에서 백악기의 경상누층군 퇴적암층에 의 해 피복되어 있다(Fig. 1).

반상변정질-미그마타이트질 편마암과 세립 화강암 질 편마암으로 분류된 변형된 화강암류들은 대부분 전단변형의 특성을 보이는 현저한 엽리와 선구조를 보인다. 전자에선 흔히 1~2 cm 크기의 장석 안구 (augen)들이 발달되었으나 후자에선 안구상 구조의 발 달이 드물거나 더 강하게 전단변형되어 수 mm 크기 의 반상쇄정(porphyroclast)들이 발달된 차이가 있지만, 주변암들과의 시기적 관계와 변형특성이 유사하므로 이 연구에선 변형 화강암으로 한데 묶었다. 변형 화 강암은 남북 내지 남남서-북북동 방향으로 분포하고 있다. 엽리의 자세는 지역에 따라 변화가 있지만 남 부에선 주로 북동방향에 북서쪽으로 경사하고, 북부 에선 북서주향에 북동방향으로 경사한다. 이 화강암 류의 변형구조에 대해서는 아직 연구가 이루어지지 못하였다. 후기 관입암체와의 경계부에서 이들에 의 해 관입되고 그 암체 내에 포획체(xenolith)로 산출되 고 있어 이들 보다 고기의 암석으로 변형 이후에 관 입되었음을 지시해주고 있다.

Kim and Turek (1996)은 산청도폭(Kim et al, 1964)에서 반상변정질-미그마타이트질 편마암으로 분 류된 변형된 화강암류 분포지역의 한 지점에서 채취 한 엽리상 화강섬록암 시료에 대해 전통적인 저어콘 U-Pb 연대측정법으로 쥬라기 초인 약 195 Ma의 연대 를 얻었으며, 이 암체를 율현리 엽리상 화강섬록암으 로 명명하였다. 그러나 이 연구에서는 같은 지역의 변형 화강암류에 대한 연대측정을 통해 약 238~230 Ma로 더 오래된 관입연령을 구하였다. 이에 대해서는 뒤에 상세히 기술하고 그 의미에 대해 토의하였다.

후기 관입암체 중 반려암은 연구지역의 중앙부에 남북방향으로 약간 긴 타원형의 관입체로 노출되어 있으며, 회장암체 북서 연변부에도 소규모로 분포한 다. 풍화정도가 심하여 신선한 노두를 찾기 어렵지만, 조립질이고 괴상, 입상조직을 보이는 누적암 특성의 감람석 반려암부터, 감람석이 없거나 드문 휘석 반려 암, 각섬석 반려암 등으로 구성되어 있다(Kim et al., 1964). Kim et al. (2003)이 이 암체의 서쪽 연변부에 서 채취한 시료에서 203.8±3.3 Ma의 연대를 얻었다.

암석학적 특성이 마천반려암과 매우 유사하고 야외산 상이 섬장암 등의 다른 관입암들 보다 전기인 특성과

후술할 최근에 보고된 섬장암의 관입시기를 고려하면 관입시기가 이보다 더 오래되었으며, 아마도 마천반 려암(223±3 Ma, Kim and Turek, 1996; 237±3.4, Kim et al., 2011)과 유사한 시기의 관입체일 것으로 추정된다.

섬장암은 회장암체와 변형 화강암, 그리고 반려암 을 관입 및 절단하고 있으며, 중 내지 세립질의 등립 질이고 괴상인 결정질 조직을 보이며 때로는 석영섬 장암의 암상을 이루기도 한다(Kim et al., 1964). 섬 장암의 관입시기는 Kim and Turek (1996)에 의해 약 197 Ma로 보고되었으나 최근의 연대측정 결과

Fig. 1. Geological map of the Sancheong area, SW Yeongnam massif, Korea (modified after Kim et al., 1964 and

Kang and Park, 1975) showing locations of the analyzed samples. The upper left inset shows the location of the

study area in the southern Korean Peninsula. IB, Imjingang belt; GM, Gyeonggi massif; OB, Okcheon belt; TB,

Taebaeksan basin; YM, Yeongnam massif; GB, Gyeongsang basin.

(Park et al., 2006a; Seo and Song, 2010; Seo et al., 2013)는 210~220 Ma임을 지시한다.

반려암의 북쪽에 주로 분포된 섬록암과 세립 편상 화강암은 방향성이 거의 없는 부분도 있지만 대체로 약간의 엽상구조를 띤다. 섬록암과 화강암질 암석의 마그마 혼합/혼성 현상을 보이는 구조들이 넓게 발달 되어 있어 이들이 거의 동시기에 관입하였음을 지시 해주고 있다. 또한 중간 성분의 화강섬록암질 성분을 보이는 부분도 흔히 신출되며, 이들에선 가끔 각섬석 -흑운모 등으로 구성된 우흑부와 석영-장석질의 우백 부가 cm 내지 mm 규모로 층상구조를 이루기도 한 다. 이러한 현상은 마그마 혼합에 의해 이 지역의 섬 록암에서 화강암에 이르는 다양한 성분의 암석들이 형성되었음을 지시한다. 화강암에서 섬록암에 이르는 이 지역 관입암들의 연대는 188±3.1 Ma (Kim and Turek, 1996), 188 Ma (Sagong et al., 2005), 194- 199 Ma (Park et al., 2005, 2006b) 등의 연대들이 보고되었다.

황매산 남쪽에서 섬록암을 관입한 화강암은 삼가도 폭(Kang and Park, 1975)에서 둔내리화강암으로 명 명되었다. 이 화강암과 세립 편상 화강암과의 관계나 관입시기는 현재까지는 불명확하다.

암석기재 및 시료위치

변형된 화강암류 중 반상변정질-미그마타이트질 편 마암으로 기재된 암석은 현저한 엽리구조를 보인다.

흔히 1~2 cm 정도 크기의 백색의 장석 안구(augen) 들이 선구조를 이루며 발달되어 있는데 안구의 신장 된 정도는 아주 크지는 않다(Fig. 2a). 1 cm 내외의 두께로 밝은 부분과 어두운 부분이 교호된 호상구조 를 보이기도 하는데(Fig. 2b), 이러한 엽리와 선구조 들은 전단변형의 특성을 보여준다. 석영과 K-장석, 사 장석이 주성분 광물이며 대체로 소량의 흑운모를 포 함하고 있다. 안구를 이루는 광물은 주로 미시 퍼다 이트(micro-perthite) 구조가 발달된 미사장석이며 사 장석이 안구를 이루기도 한다. 렌즈상 내지 밴드형으 로 신장된 석영과 세립으로 재결정된 흑운모들이 엽 리를 이루는데, 엽리를 따르거나 약간 사교하면서 비 교적 조립의 흑운모가 산점상으로 산출되기도 한다.

심하게 전단변형된 부분에선 현저한 압쇄구조를 보이 기도 하지만(Fig. 2c) 대부분 모르타르(mortar) 조직 또는 기질부의 석영과 장석들이 재결정된 블라스토마 일로나이트(blasomylonite) 조직을 보인다. 대부분 심 하게 압쇄암화된 부분 사이에 신장되었지만 세립으로

Fig. 2. Photographs of the deformed granite from the Sancheong area. (a) a slab of the sample 2010mt-19a

showing augen structure, (b) an outcrop of the deformed granite intruded by a later intrusive rock, (c) a slab of the

sample 2010mt-17b with mylonitic texture, and (d) a slab of the sample 2010mt-18c with deformed pegmatitic

layers.

재결정화되지 않은 부분들이 남아있어 완전히 균질하 게 압쇄암화 되지는 않았음을 지시한다. 흔히 백색의 얇은 페그마타이트질 암맥이 협재되어 있는데 암맥도 함께 변형되어 있어 변형이전에 주입된 고기 암맥임 을 지시한다(Fig. 2d).

SHRIMP 분석을 위해 경상남도 산청군 신등면 율 현리 일대에 분포된 변형 화강암류에서 채취한 3개의 시료에서 저어콘을 분리하였다. 시료 2010mt-17b (WGS 84 lat./lon. coordinates: N35^o 25′38.8″ E127^o 57′48.1″)의 채취위치는 율현저수지 북쪽 입구 부근이 고 시료 2010mt-18c (N35^o 25′06.2″ E127° 58′31.2″) 와 시료 2010mt-19a (N35^o 25′01.6″ E127° 58′34.4″) 의 위치는 남쪽의 저수지 댐 부근이다. 시료 2010mt- 17b는 후기에 관입한 화강암류 내에 포획된 변형 화 강암 암괴(Fig. 2b)에서 채취하였다. 포획암으로 산출 되는 변형 화강암 암괴들은 압쇄구조의 특성을 보이 는데, 현저한 엽리와 이와 평행하게 발달된 우흑부와 우백부가 교호된 층상구조가 발달되었다. 시료 2010mt-18c와 2010mt-19a는 변형 화강암 노두에서 채취하였다. 현저한 엽리와 1~2 cm 크기의 안구형 장 석들이 발달되어 있고, 안구들은 평행배열로 선구조 를 나타낸다. 시료 2010mt-19a에는 함께 변형된 백 색의 얇은 페그마타이트질 암맥이 협재되어 있다.

분석방법 및 결과

한국기초과학지원연구원에 있는 SHRIMPIIe를 이 용해 저어콘의 U-Pb 분석을 실시하였다. 저어콘은 연 구지역에 분포된 변형 화강암류에서 채취한 시료 중 세 개의 시료를 선정하여 분리하였다. 통상적인 방법 으로 암석을 분쇄, 세척, 체질한 후 패닝 방법으로 저어콘 입자들을 농집시키고, 마지막으로 실체현미경 하에서 수선(handpicking)하여 단체 분리하였다. 분리 된 저어콘 입자들을 FC1 저어콘 스탠다드와 함께 에 폭시로 마운트하였고, 대략 중간 정도 갈아낸 후 광 택연마를 하였다.

SHRIMP 분석 전에 후방산란전자(BSE) 영상과 음 극광(CL) 영상을 얻어 저어콘들의 결정형태와 내부구 조를 분석한 후 분석 점들을 선정하였다. 측정조건과 방법은 Williams(1998)를 따랐으며, 저어콘 분석 자료 는 SQUID version 2.5 및 Isoplot/Ex v. 3.6 (Ludwig, 2008, 2009)을 이용하여 보정 및 연대 계산을 하였다.

보통납 보정은 800 Ma를 기준으로 이 보다 오래된 것들은 측정된 ²⁰⁴Pb/²⁰⁶Pb 비로 보정하였고 젊은 것들 은 ²⁰⁷Pb 보정 방법을 이용하였다(Williams, 1998).

이 연구에서의 각각의 분석치와 겉보기연령의 오차는 1σ로, 가중평균 및 일치곡선(concordia) 연대계산의 결과는 2σ (95%)의 신뢰도로 나타내었다.

Fig. 3. Representative cathodoluminescence (CL) images for zircon grains from the deformed granite showing

locations of analysed spots and their apparent ages in Ma. Spots are 25 μm in diameter. Scale bars are 100 μm

in length.

변형 화강암류에서 분리된 저어콘들은 일부 둥근 형태도 있지만 대체로 주상의 자형결정을 이루고 있 다(Fig. 3). 장축과 단축의 비는 2:1 내지 2.5:1 정도 인데 종종 4~5:1의 매우 긴 주상 자형 결정으로도 산출된다. 대부분 규칙적인 진동누대구조를 잘 보이 며 종종 내부에 상속핵을 가지기도 한다.

시료 2010mt-17b의 저어콘들에서 30점을 분석하였 다(Table 1). 이 시료의 저어콘 중 둥근 형태의 하나 의 저어콘 입자에서 중심부와 주변부 두 점을 분석한

결과 18-19억 년의 고원생대 연대가 얻어졌다. U 함 량이 높은 분석치들은 Th/U 비가 0.1 이하로 낮으면 서 대부분 젊은 연대를 보인다. U 함량이 3,000 ppm 이하이면서 일치도가 비교적 높은 11점에서 237.8±4.0 Ma의 일치연령이 측정되었다(Fig. 4a). 시 료 2010mt-18c의 저어콘들에선 19점을 분석하였는데 (Table 2), 약 360 Ma에서 85 Ma까지 상당히 분산 되어 도시된다(Fig. 4b). 분석치들은 230 Ma 부근에 군집을 이루고, 한 점이 360 Ma에, U 함량이 높고

Table 1. U-Pb zircon isotopic data for the sample 2010mt-17b from the deformed granite from the Sancheong area, the SW Yeongnam massif.

Spot no. U (ppm)

Th (ppm)

232Th/

238U

206Pb_C (%)

207*Pb/

206*Pb Error

±%

206*Pb/

238U Error

±%

Apparent age(Ma) Disco -rdant

207Pb/²⁰⁶Pb ²⁰⁶Pb/²³⁸U (%) MT_17b-1.1 3880 118 0.03 0.07 0.0498 1.0 0.0371 6.2 188 ±23 235 ±14 -25 MT_17b-1.2 116 52 0.46 -- 0.0493 6.6 0.0382 6.3 164 ±154 242 ±15 -48 MT_17b-2.1 635 140 0.23 9.17 0.0031 912.3 0.0342 7.2 -- -- 217 ±15 #NUM!

MT_17b-2.2 797 356 0.46 -- 0.0518 1.6 0.0421 6.3 278 ±37 266 ±16 +4 MT_17b-3.1 342 26 0.08 0.10 0.0533 3.3 0.0374 6.3 341 ±75 236 ±15 +31 MT_17b-4.1 847 46 0.06 -- 0.0483 2.2 0.0421 6.2 115 ±51 266 ±16 -134 MT_17b-5.1 1688 210 0.13 0.03 0.0495 1.6 0.0369 6.2 173 ±38 234 ±14 -36 MT_17b-6.1 1684 153 0.09 4.03 0.0517 12.8 0.0336 6.2 274 ±293 213 ±13 +23 MT_17b-7.1 1196 1824 1.58 0.09 0.0483 2.3 0.0369 6.2 114 ±55 234 ±14 -107 MT_17b-8.1 2349 1077 0.47 -- 0.0498 1.1 0.0380 6.2 187 ±25 240 ±15 -29 MT_17b-9.1 3920 454 0.12 -- 0.0498 1.6 0.0411 6.2 184 ±37 259 ±16 -42 MT_17b-10.1 152 46 0.31 -- 0.0374 13.3 0.0409 6.4 -526 ±356 258 ±16 +152 MT_17b-11.1 3419 1530 0.46 0.32 0.0512 1.1 0.0417 6.2 248 ±26 263 ±16 -6 MT_17b-11.2 1307 438 0.35 -- 0.0511 1.2 0.0412 6.3 246 ±28 261 ±16 -6 MT_17b-12.1 8607 224 0.03 0.73 0.0492 1.6 0.0265 6.2 159 ±38 169 ±10 -6 MT_17b-13.1 8728 279 0.03 0.57 0.0507 1.7 0.0259 6.2 225 ±39 165 ±10 +27 MT_17b-14.1 10 7 0.73 -- 0.1186 5.3 0.3452 7.0 1935 ±94 1912 ±116 +1 MT_17b-14.2 2007 355 0.18 0.12 0.1153 0.2 0.3371 6.2 1885 ±4 1873 ±101 +1 MT_17b-15.1 484 345 0.74 0.14 0.0511 2.6 0.0386 6.2 245 ±60 244 ±15 +0 MT_17b-16.1 102 43 0.44 0.85 0.0384 19.7 0.0389 6.4 -460 ±520 246 ±15 +157 MT_17b-16.2 3093 2024 0.68 -- 0.0507 0.7 0.0430 6.2 225 ±16 272 ±17 -21 MT_17b-17.1 1795 25 0.01 -- 0.0504 1.1 0.0388 6.2 215 ±26 245 ±15 -14 MT_17b-17.2 191 60 0.32 0.09 0.0479 6.1 0.0396 6.3 94 ±144 250 ±15 -169 MT_17b-18.1 4326 910 0.22 0.07 0.0504 0.9 0.0346 6.3 214 ±20 219 ±13 -2 MT_17b-19.1 4423 83 0.02 0.72 0.0500 1.9 0.0293 6.2 197 ±43 186 ±11 +5 MT_17b-20.1 623 229 0.38 0.14 0.0510 2.4 0.0341 6.3 243 ±55 216 ±13 +11 MT_17b-21.1 615 386 0.65 0.35 0.0494 3.8 0.0374 6.2 168 ±88 237 ±15 -42 MT_17b-22.1 516 191 0.38 -- 0.0486 3.5 0.0369 6.4 127 ±83 234 ±15 -86 MT_17b-23.1 614 71 0.12 0.01 0.0474 3.9 0.0350 6.2 70 ±93 222 ±14 -219 MT_17b-24.1 6860 133 0.02 -- 0.0491 0.8 0.0272 6.2 152 ±19 173 ±11 -14

(Note) Errors are 1-sigma. Common lead correction was applied

Pb-method for the ages younger than 800 Ma and

Pb-method for

the ages older than 800 Ma.

Table 2. U-Pb zircon isotopic data for the sample 2010mt-18c from the deformed granite from the Sancheong area, the SW Yeongnam massif.

Spot no. U (ppm)

Th (ppm)

232Th/

238U

206Pb_C (%)

207*Pb/

206*Pb Error

±%

206*Pb/

238U Error

±%

Apparent age(Ma) Discordant

207Pb/²⁰⁶Pb ²⁰⁶Pb/²³⁸U (%)

MT_18c-1.1 9278 455 0.05 -- 0.049 0.6 0.027 6.2 158 ±13 174 ±11 -10 MT_18c-2.1 2445 23 0.01 -- 0.050 1.0 0.037 6.2 191 ±24 237 ±15 -24 MT_18c-2.2 213 36 0.17 0.18 0.043 9.2 0.039 6.4 -152 ±229 250 ±16 269 MT_18c-3.1 6422 100 0.02 1.15 0.048 1.9 0.028 6.2 109 ±44 180 ±11 -66 MT_18c-3.2 1293 219 0.17 0.54 0.049 3.0 0.040 6.2 143 ±69 254 ±16 -80 MT_18c-4.1 8950 327 0.04 3.43 0.048 3.3 0.017 6.2 94 ±78 107 ±7 -14 MT_18c-4.2 13874 828 0.06 0.96 0.050 1.3 0.015 6.3 176 ±30 98 ±6 45 MT-18c-5.1 4921 150 0.03 -- 0.049 0.8 0.034 6.2 141 ±19 214 ±13 -53 MT-18c-6.1 3925 651 0.17 0.07 0.050 0.9 0.038 6.2 201 ±22 238 ±15 -18 MT-18c-6.2 238 87 0.38 -- 0.049 4.3 0.038 6.3 166 ±101 238 ±15 -44 MT-18c-7.1 11160 374 0.03 4.18 0.049 10.9 0.016 6.3 163 ±255 103 ±6 37 MT_18c-8.1 9754 573 0.06 0.21 0.048 1.1 0.017 6.2 83 ±26 109 ±7 -31 MT_18c-8.2 13907 632 0.05 3.56 0.051 10.4 0.014 6.5 223 ±241 87 ±6 61 MT_18c-9.1 5100 150 0.03 0.10 0.050 0.9 0.028 6.2 195 ±21 178 ±11 9 MT_18c-9.2 3611 1050 0.30 0.11 0.054 0.7 0.058 6.2 356 ±17 361 ±22 -1 MT_18c-10.1 7502 208 0.03 -- 0.050 0.6 0.037 6.2 195 ±14 233 ±14 -20 MT_18c-11.1 11260 462 0.04 0.19 0.048 0.9 0.016 6.2 110 ±21 103 ±6 6 MT_18c-12.1 3899 106 0.03 1.31 0.051 2.1 0.030 6.2 253 ±48 190 ±12 25 MT_18c-13.1 7217 153 0.02 0.74 0.050 2.0 0.022 6.2 181 ±46 143 ±9 21

(Note) Errors are 1-sigma. Common lead correction was applied

Pb-method for the ages younger than 800 Ma and

Pb-method for the ages older than 800 Ma.

Table 3. U-Pb zircon isotopic data for the sample 2010mt-19a from the deformed granite from the Sancheong area, the SW Yeongnam massif.

Spot no. U (ppm)

Th (ppm)

232Th/

238U

206Pb_C (%)

207*Pb/

206*Pb Error

±%

206*Pb/

238U Error

±%

Apparent age(Ma) Discordant

207Pb/²⁰⁶Pb ²⁰⁶Pb/²³⁸U (%)

MT_19a-1.1 1077 25 0.02 0.06 0.0481 2.7 0.0364 6.2 102 ±64 231 ±14 -128 MT_19a-1.2 992 99 0.10 2.59 0.1263 1.6 0.3092 9.4 2047 ±28 1737 ±142 +17 MT_19a-2.1 1847 193 0.11 1.47 0.0503 3.4 0.0320 6.2 211 ±79 203 ±12 +4 MT_19a-2.2 706 288 0.42 0.06 0.0508 2.3 0.0370 6.3 233 ±53 234 ±14 -0 MT_19a-3.1 1074 513 0.49 0.03 0.0515 1.6 0.0378 6.3 264 ±37 239 ±15 +10 MT_19a-4.1 7686 187 0.03 1.98 0.0484 4.8 0.0214 6.2 117 ±114 136 ±8 -16 MT_19a-4.2 365 379 1.07 0.14 0.0527 3.1 0.0366 6.3 318 ±69 232 ±14 +28 MT_19a-5.1 912 25 0.03 -- 0.0468 2.9 0.0364 6.2 41.5 ±70 230 ±14 -463 MT_19a-5.2 1352 421 0.32 -- 0.0479 1.5 0.0386 6.2 95.5 ±36 244 ±15 -159 MT_19a-6.1 1642 89 0.06 0.30 0.0518 1.4 0.0359 6.3 277 ±33 227 ±14 +18 MT_19a-6.2 679 293 0.44 0.03 0.0498 2.4 0.0373 6.2 188 ±56 236 ±14 -26 MT_19a-7.1 565 116 0.21 0.21 0.0549 2.8 0.0379 6.3 407 ±63 240 ±15 +42 MT_19a-7.2 37 26 0.72 -- 0.0503 8.7 0.0354 7.1 209 ±201 224 ±16 -8 MT_19a-8.1 3411 38 0.01 1.46 0.0484 3.7 0.0346 6.3 119 ±87 219 ±14 -85 MT_19a-8.2 230 154 0.69 0.06 0.0397 11.5 0.0361 6.6 -369 ±298 229 ±15 +165 MT_19a-9.1 1334 39 0.03 0.10 0.0502 1.8 0.0361 6.2 203 ±41 229 ±14 -13 MT_19a-10.1 334 235 0.73 -- 0.0461 4.8 0.0373 6.5 4.2 ±115 236 ±15 -5610 MT_19a-11.1 19 2 0.09 1.49 0.1191 4.8 0.3489 8.6 1943 ±86 1929 ±143 +1

(Note) Errors are 1-sigma. Common lead correction was applied

Pb-method for the ages younger than 800 Ma and

Pb-method

for the ages older than 800 Ma.

Th/U 비가 0.1 이하로 낮은 것들은 대부분 젊은 연 령 쪽으로 분산되어 도시된다.이러한 젊은 연령쪽으 로의 분산은 후기의 변형작용 또는 쥐라기초의 화성 활동의 영향을 받아 Pb가 손실되어 생성된 것으로 판 단된다. 시료 2010mt-19a의 저어콘들에선 29점을 분 석하였다(Table 3). 세 개의 둥근 저어콘과 두 저어콘 입자의 상속핵에서 약 18-21억 년의 고원생대 연대가 측정되었다. 약 136 Ma의 젊은 연대를 보이는 U 함 량이 7,000 ppm이 넘는 한 점을 제외한 나머지는 230 Ma 부근에 하나의 군집을 이루는데 이 중 오차 가 크고 불일치도가 높은 것들을 제외한 16점에서 구 한 일치연령은 230.2±3.4 Ma이다(Fig. 4c).

약 238~230 Ma의 일치연령을 보이는 변형 화강암 류의 저어콘들이 주로 자형의 주상 결정형에 규칙적 인 누대구조를 보이는 것과 이들의 Th/U 비로 볼 때

화성기원임이 거의 확실하므로 이 연대는 변형 화강 암류의 관입시기를 나타낸다. U 함량이 높고 Th/U 비가 낮은 젊은 연대를 보이는 분석치들은 높은 U 함량에 기인한 메타믹트 현상등으로 Pb가 손실되어 일어난 현상일 수도 있을 것으로 해석된다. 일부 저 어콘과 상속핵에서 측정된 약 18~21억 년의 고원생 대 연대들은 주변 지역에 넓게 분포된 기반암류에서 유래된 저어콘들에 의한 것으로 추정되며, 분석된 저 어콘으로부터 변형작용을 지시하는 연대가 측정되지 는 않았다.

토의 및 결론

정치시기

이 연구에서 측정된 변형 화강암 두 개 시료의 연

Fig. 4. U-Pb concordia diagrams for the zircons separated from the deformed granite samples. a) sample 2010mt-

17b, b) sample 2019mt-18a, and c) sample 2019mt-19c. Error ellipses are at 1σ level and the calculated ages are

at 95% confidence.

대는 각각 237.8±4.0 Ma와230±3.4 Ma로 이 변형 화 강암은 약 238~230 Ma에 관입한 것으로 밝혀졌다.

하지만 Kim and Turek (1996)은 같은 지역에서 채 취한 화강암류(율현리 엽리상 화강섬록암)에서 194.6±2.3 Ma의 연대를 보고한 바 있다. 이들의 시료 채취 위치는 이 연구의 시료 2010mt-19a의 위치로부 터 200 m 이내에 위치한다. 이와 같은 연대는 주변 에 관입하고 있는 섬록암에서 화강암에 이르는 쥬라 기의 후기 관입암체들에서 보고된 연대와 거의 동일 하다. 이 지역 북쪽의 거창군 신원면, 마리면, 북상면 등지에 분포하는 화강암, 화강섬록암 및 섬록암류에 대한 TIMS 저어콘 및 스핀 U-Pb 연대측정 결과가 188-199 Ma로 보고되었으며(Kim and Turek, 1996;

Sagong et al., 2005; Park et al., 2005, 2006b).

보다 최근에 수행된 거창지역 섬록암류와 화강암류에 대한 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대측정 결과는 189- 196 Ma의 연령을 보이며(Han et al., 2010), 함양군 안의면 지역의 변형 화강암에서는 약 195 Ma의 연 대가 분석되었다(Seo et al., 2016). 따라서 연구지역 의 북부에 넓게 분포하는 화강암류와 같은 연령으로 분석된 Kim and Turek(1996)이 분석한 표품은 약 195 Ma에 정치한 화강암의 일부이며, 이 지역에 분포 하는 약 238~230 Ma에 정치한 변형 화강암류가 아 닌 것으로 판단된다.

변형시기

이 연구에서 분석한 변형 화강암류로부터 변형/변 성 시기가 측정되지는 않았지만 변형 화강암류가 섬 장암과 화강암류에 의해 관입되어 포획암체로 산출되 고 있어 이들의 관입 이전에 변형을 받았음을 명백히 지시해준다. 이 지역에 산출되는 반려암과 변형 화강 암류와의 관계는 현재 확실하지 않지만, 반려암의 야 외산상이 변형 화강암류의 엽리와 분포방향을 절단하 는 것과 반려암에서 변형의 특성이 관찰되지 않는 점 들은 변형시기가 반려암의 관입 이전임을 시사해준다.

인접해서 분포하며 심한 변형의 증거를 보이지 않는 섬장암의 관입시기가 220~210 Ma로 보고되었음(Kim and Turek, 1996; Seo et al., 2013)을 고려하면 약 220 Ma 보다는 이전에 이러한 변형작용이 있었음을 알 수 있다.

페름기말-트라이아스기 변성/변형 화강암류의 분포 및 지구조환경

이 연구에서 연대측정을 실시한 변형 화강암류 이

외에도 영남육괴의 여러 지역에 페름기말-트라이아스 기의 변성 또는 변형 화강암류가 분포한다. 안동지역 에서는 약 262-251 Ma의 변성 화강암류가 보고되었 으며, 변성시기를 나타내는 것으로 해석할 수 있는 약 230 Ma의 저어콘 덧성장이 보고되었다(Cheong et al., 2014). 영남육괴 중부인 김천지역에서는 약 250 Ma의 화강편마암이 보고되었으며, 주변에 분포하는 약 225 Ma 연령의 화성암들이 변성되지 않았음을 근 거로 그 이전의 변성작용 시기를 갖는다고 논의되었 다(Song et al., 2015). 이 연구에서 보고한 약 238~230 Ma의 정치연령을 갖는 변형 화강암들 역시 인접해서 분포하며 심한 변형의 증거를 보이지 않는 섬장암의 정치연령으로부터 약 220 Ma 이전에 강력 한 변형작용이 있었음을 말해준다. 이를 종합하면 영 남육괴에는 페름기의 약 260 Ma로부터 트라이아스기 의 약 230 Ma 부근까지 화강암질 화성활동이 있었으 며, 이들이 비교적 좁은 연령범위인 약 230-220 Ma 의 시기에 상당한 정도의 변성작용 및 강력한 변형작 용을 겪었음을 알 수 있다. 이 당시는 상부고생대 평 안누층군의 퇴적작용이 거의 끝나가는 시기로부터 끝 난 이후로 넘어가는 시기이며, 압축력 또는 해수면의 하락에 의해 분지가 폐쇄되었을 것으로 판단된다. 이 와 동시에 화강암질 화성활동이 활발하게 일어났다는 사실은 한반도에 인근한 지역에서 섭입작용이 일어났 으며 이와 관련하여 생성된 화강암질 마그마가 관입 한 것으로 해석된다. 또한 섭입작용의 진행에 따라 화성활동이 그치고 변성작용 및 변형작용의 시기가 도래했던 것으로 추정된다. 하지만 보다 상세한 지구 조환경의 변화에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.

결 론

이 연구에서 영남육괴의 남서부인 지리산 지역의 북동부에 위치한 산청지역에 분포하는 이전에는 선캠 브리아기 또는 시대미상의 고기 화성암류로 알려진 변형 화강암에 대해 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대측정 을 수행하였다. 2개의 시료에서 각각 237.8±4.0 Ma와 230.2±3.4 Ma의 일치연령이 얻어졌다. 이러한 결과는 이 변형 화강암이 약 238~230 Ma에 정치되었음을 지시한다.

연구지역 변형 화강암은 현저한 엽리와 안구상 구 조, 선구조들이 발달된 전단변형의 특성을 보인다. 변 형 화강암이 섬장암과 화강암류에 의해 관입된 포획

암체로 산출되고 있어 변형시기가 이들의 관입 시기 인 약 220 Ma보다 이전임을 지시해준다.

이 지역 변형 화강암의 관입 및 변형 시기는 중부 영남육괴인 김천과 안동지역에 분포된 페름기-트라이 아스기의 화강편마암류와 유사하다. 따라서 중부에서 남서부에 걸치는 영남육괴의 동쪽에는 약 260-230 Ma에 화강암류를 관입시킨 화성활동과 뒤 이은 약 230-220 Ma에 변성/변형 작용이 일어났다.

사 사

이 논문은 부경대학교 자율창의학술연구비(2017년) 에 의하여 연구되었음. 이 논문을 상세히 검토하여 유익한 조언을 해주신 부산대학교의 김진섭 교수님과 한국기초과학지원연구원의 정창식 박사님 두 분의 심 사자들에게 감사드린다. SHRIMP 분석에 도움을 주 신 한국기초과학지원연구원 지구환경연구부 이기욱 박사 및 연구원들과 도면작성에 도움을 준 부경대학 교 지구화학연구실의 조경오 석사와 정성우 학사에게 도 감사한다.

References

Cheong, C.-S., Kim, N., Kim, J., Yi, K., Jeong, Y.-J., Park, C.-S., Li, H.-k. and Cho, M., Petrogenesis of Late Perm- ian sodic metagranitoids in southeastern Korea: SHRIMP zircon geochronology and elemental and Nd-Hf isotope geochemistry. Journal of Asian Earth Sciences, 95, 228- 242.

Han, M., Kim, S.-W., Yang, K.-H. and Kim, J.-S., 2010, Age Dating of Granitoid Rocks of Geochang area. Pro- ceedings of the Annual Conference of Geological Society of Korea, 190. (Abstract in Korean)

Hwang, I.J. and Park, J.S., 1968, Explanatory Text of the Geological Map of An Eui Sheet (1:50,000), Geological Survey of Korea, 25p.

Kang, P.J. and Park, S.W., 1975, Explanatory Text of the Geological Map of Sam Ga Sheet (1:50,000), Geological Survey of Korea, 16p.

Kee, W.-S., Kim, S.W., Jeong, Y.-J. and Kwon, S., 2010, Characteristics of Jurassic continental arc magmatism in South Korea: tectonic implications. Journal of Geology, 118, 305-323.

Kim, C.-B., Chang, H.-W., and Turek, A., 2003, U-Pb zir- con ages and Sr-Nd-Pb isotopic compositions for Perm- ian-Jurassic plutons in the Ogcheon belt and Ryeongnam massif, Korea: Tectonic implications and correlation with the China Qinling-Dabie belt and the Japan Hida belt.

Island Arc, 12, 366-382.

Kim, C.-B. and Turek, A., 1996, Advances in U-Pb zircon geochronology of Mesozoic plutonism in the southwest- ern part of Ryeongnam massif, Korea, Geochemical Jour- nal, 30, 323-338.

Kim, O.J., Hong, M.S., Park, H.I., Park, Y.D., Kim, K.T.

and Yoon S., 1964, Explanatory Text of the Geological Map of San Cheong Sheet (1:50,000), Geological Survey of Korea, 26p.

Kim, S.W., Kwon, S., Koh, H.J., Yi, K., Jeong, Y.-J. and Santosh, M., 2011, Geotectonic gramework of Permo-Tri- assic magmatism within the Korean Peninsula. Gondwana Research, 20, 865-889.

Lee, S.-M. 1980, Some Metamorphic Aspects of the Meta- pelites in Jirisan (Hadong-Sancheong) Region. Journal of Geological Society of Korea, 16, 1-15. (in Korean with English abstract)

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. Journal of the Geological Society of Korea, 17, 169-188. (in Korean with English abstract)

Lee, Y., Cho, M., Cheong, W. and Yi, K., 2018, Prolonged high-temperature, low-pressure metamorphism associated with ~1.86 Ga Sancheong-Hadong anorthosite in the Yeo- ngnam Massif, Korea: Paleoproterozoic hot orogenesis in the North China Craton. Precambrian Research, 307, 175- 200.

Ludwig, K.R., 2008, User’s Manual for Isoplot 3.6: A Geo- chronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley, CA, Berkeley Geochronology Center Special Publication, 4, 77p.

Ludwig, K.R., 2009, SQUID 2: A User’s Manual (rev 2.5).

Berkeley, CA, Berkeley Geochronology Center Special Publication, 2, 104p.

Ok, E.-Y., Kim, J.-S. and Lee, S.-W., 2017, Petrology of syenites in Hapcheon, Korea. Journal of the Petrological Society of Korea, 26, 13-43. (in Korean with English abstract)

Park, K.-H., Kim, D.-Y., Song, Y.-S. and Cheong, C.-S., 2006a, Rb-Sr isotopic composition of Mesozoic San- cheong syenite and its geologic implication. Journal of the Petrological Society of Korea, 15, 1-9. (in Korean with English abstract)

Park, K.-H., Lee, H.-S. and Cheong, C.-S., 2006b, Sphene U-Pb ages of the granite-granodiorites from Hamyang, Geochang and Yeongju areas of the Yeongnam Massif.

Journal of the Petrological Society of Korea, 15, 39-48.

(in Korean with English abstract)

Park, K.-H., Lee, H.-S. and Cheong, C.-S., 2005, Sphene U-

Pb ages of the granodiorites from Gimcheon, Seongju

and Anui areas of the middle Yeongnam Massif. Journal

of the Petrological Society of Korea, 14, 1-11. (in Korean

with English abstract)

Park, K.-H., Song, Y.-S., Park, M.-E., Lee, S-G., Ryu, H.-J., 2000, Petrological, Geochemical and Geochronological Studies of Precambrian Basement in Northeast Asia Region: 1. Age of the Metamorphism of Jirisan Area, Journal of the Petrological Society of Korea, 9, 29-39. (in Korean with English abstract)

Sagong, H., Kwon, S.-T. and Ree, J.-H., 2005, Mesozoic episodic magmatism in South Korea and its tectonic implication. Tectonics, 24, TC5002.

Seo, J. and Song, Y.-S., 2010, Triassic~Jurasic plutonic activity of the Sancheong-Hapcheon area in the south- western Yeongnam Massif. Proceedings of the Joint Con- ference of the Geoscience and Technology of Korea (Autumn), p.198. (Abstract in Korean)

Seo, J., 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 Geology, 49, 147-153. (in Korean with English abstract)

Seo, J., Song, Y.-S., Yoon, R. and Yi, K., 2013, Intrusive ages of the Sancheong syenite intrusion and associated

plutonic rocks: implications for tectonic environments.

Proceedings of the Annual Joint Conference, the Miner- alogical Society of Korea and the Petrological Society of Korea, p.54. (Abstract in Korean)

Song, Y.-S., Lee, H.-S., Park, K.-H., Fitzsimons, Ian C.W.

and Cawood, Peter A., 2015, Recognition of the Phanero- zoic “"Young Granite Gneiss”" in the central Yeongnam Massif. Geosciences Journal, 19, 1-16.

Turek, A. and Kim, C.-B., 1996, U-Pb zircon ages for Pre- cambrian rocks in southwestern Ryeongnam and south- western Gyeonggi massifs, Korea, Geochemical Journal, 30, 231-249.

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.

Received December 6, 2018

Review started December 10, 2018

Accepted December 15, 2018