LA-ICP-MS U-Pb Zircon Age of the Hongjesa Granite in the Northeast Yeongnam Massif

Jour. Petrol. Soc. Korea Vol. 19, No. 1, p. 103~108, 2010

영남육괴 북동부 홍제사 화강암의 LA-ICP-MS U-Pb 저콘 연대

이호선¹·박계헌¹∗·송용선¹·김남훈¹·Orihashi Yuji²

1부경대학교환경해양대학지구환경과학과

,

대한민국

,

²동경대학교지진연구소

,

일본

LA-ICP-MS U-Pb Zircon Age of the Hongjesa Granite in the Northeast Yeongnam Massif

Ho-Sun Lee

¹

, Kye-Hun Park

^1∗

, Yong-Sun Song

¹

, Nam-Hoon Kim

¹

and Yuji Orihashi

³

1

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

2

Earthquake Research Institute, University of Tokyo, Tokyo 113-0032, Japan

요 약 : ^{영남육괴 북동부에 위치한 홍제사 화강암으로부터 저콘을 분리하여 레이저삭마 유도결합플라즈마 질}

량분석기를 이용한 U-Pb 연대측정을 수행하였다 . 그 결과 2013

⁺³⁰

/

-24

(2 σ ) Ma 의 상부교점 연령을 구하였다 . 이 러한 연대는 주변의 분천 화강편마암 및 남쪽의 평해 화강편마암으로부터 구한 최근의 U-Pb 연령들과 함께 고원생대의 화성활동을 나타낸다 .

핵심어 : ^영남육괴 , ^홍제사 , ^화강암 , U-Pb ^연대 , ^{레이저삭마 유도결합플라즈마 질량분석기} , ^저콘

Abstract: U-Pb zircon age for the Hongjesa granite, in the northeast Yeongnam massif, was determined using LA-ICP-MS. We obtained upper intercept age of 2013

⁺³⁰

/

-24

(2 ^σ ) Ma, indicating Paleoproterozoic granitic magmatism together with the Buncheon and Pyeonghae granite gneisses of the region.

Key words: Yeongnam Massif, Hongjesa granite, U-Pb age, LA-ICP-MS, zircon

서 언

최근한반도의선캠브리아기저지각에대한 연대측 정 결과들이 자주 보고되고 있으며

(

예

, Cho

et al

., 2008; Kim

et al

., 2008; Horie

et al

., 2009;

Suzuki, 2009; Yi and Cho, 2009;

^{송용선 외}

, 2009;

김남훈 외

, 2009),

이를 통해 한반도의 고기 지각진화사 연구가 활성화되고 있다고 평가한다

.

특 히북동영남육괴의고기화강암과변성퇴적암들에대 한암석학적

,

지구화학적

,

연대학적

,

그리고구조지질 학적 연구결과가 자주 보고되고 있다

(

김남훈 외

, 2002, 2009;

강지훈 외

, 2004, 2006; Lee

et al

., 2005;

이기욱 외

, 2006;

정원석 외

, 2006, 2009;

이 승구외

, 2007;

정원석과나기창

, 2008).

북동영남육괴에는크고작은여러개의고기화강 암체들과변성퇴적암층들이분포하여이들에대한연 대측정 결과가 여러 차례에 걸쳐 보고되었다

.

분천 화강편마암

,

평해화강편마암및하다화강편마암등 은 고원생대인 약

20

억년의 정치시기를 가지며

(

박계 헌 외

, 1993; Cheong

^{et al}

., 2000;

^이석훈

, 2001;

Chang

et al

., 2003;

정창식 외

, 2004;

김남훈 외

,

2009),

농거리와내덕리화강암의정치시기와정점변

성작용의시기는이보다다소젊은연령을가지는것 으로알려져있다

(

윤현수와이대성

, 1986;

박계헌외

,

1993).

또한 이 지역의 변성작용역시 고원생대의약

18

억

4

천만년 부근으로 보고되었다

(Cheong

et al

., 2000; Sagong

^{et al}

., 2003).

하지만분천 화강편마암와함께 영남육괴북동부지 역의가장현저한 고기화강암체이며상당한규모를 갖는홍제사 화강암의경우그동안성인과 변성작용 등에 대하여 많은 연구가 있어왔지만

(Na and Lee,

*Corresponding author

Tel: 051-629-6629

E-mail: [email protected]

1978; Lee

et al

., 1986;

홍영국과 최태윤

, 1986;

Chang

^{et al}

., 1988;

^이상헌

, 1994; Kim and Cho, 1994; Kim

et al

., 1994;

김형수와 이종혁

, 1995)

다른고기화강암질암체들과는 달리정치연령에대 한 확실한 자료가 아직없다고 할 수 있다

.

그동안 홍제사화강암에대한 여러차례의연대측정결과보 고가있었지만보고된자료들이서로잘일치하지않 는다

.

홍제사화강암에대한

1990

년대이전의연대측

정은대부분 흑운모에대한

K-Ar

방법에의한 것이

었으며

,

그 결과를 살펴보면 다음과 같다

; Yun and Silberman(1979)

은

730±22 Ma,

김용준과이대성

(1983)

은

880±44 Ma, 875±44 Ma, 384±19 Ma, 741±37 Ma,

그리고홍영국과최태윤

(1986)

은

1367±29 Ma, 1235±

17 Ma, 1209±26 Ma, 768±11 Ma

로 보고하였다

.

한편 정창식외

(2004)

는홍제사화강암의

Rb-Sr

전암연령이

1919±160 Ma, Pb-Pb

는

1899±200 Ma

로 분천 화강 편마암과 비슷한 정치시기를 갖는다고 하였다

.

아마 도가장최근의분석자료가보다신뢰성이높은것으 로판단되기는 하지만확인이필요하다

.

이논문에서는영남육괴북동의홍제사화강암

1

^개

표품에서분리한 저콘에대하여 레이저삭마유도결 합플라즈마 질량분석기

(Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer: LA-ICP-MS)

U-Pb

연대측정을실시한결과를보고하며

,

그결과를

북동 영남육괴에 함께 산출되는 화강암질 암체들의 연령및변성퇴적암의변성연령과비교하여논의한다

.

표품채취 및 연대측정

분석표품

(YN-229)

의 채취 지점은 행정구역상으로

는 강원도 도계읍 신리에 속하며

427

번과

426

번지 방도의교차점에서북쪽으로약

1 km

정도떨어진곳 에서 채취되었다

(Fig. 1).

이 암석은 흑색의 장석을 다량갖고있는조립의전형적인홍제사화강암으로

,

비교적많은양의저콘을함유하고있으며분리된저 콘은짙은자주색을띤다

.

분리한저콘은박편제작용슬라이드유리위에줄 을맞추어배열한다음가열판위에올려놓고

300

^o

C

의 온도로 가열한 다음

1 cm×1 cm

크기로 자른

0.2 mm

^{두께의 테플론 시트를 얹어뜨거운 저콘입}

Fig. 1. Geological map of the northeast Yeongnam massif with sampling location of the Hongjesa granite.

자들을 테플론시트에 고착시킨뒤에바로냉각시켰 다

.

^{이렇게저콘을심은테플론시트를대략저콘두}

께의절반정도가 드러날정도로

1,000

및

2,000

메 쉬사포로갈아냈다

.

그다음

3

µ

m

와

1

µ

m

의다이아 몬드페이스트를이용해표면이 반짝거릴정도로평 탄하게 추가적으로 연마하였다

.

연마 정도는 실체현 미경 및 반사현미경을 이용하여검증하였고

,

연마가 완료된 시료편은 세제와 증류수를 이용하여 표면을 세척하였다

.

이렇게 준비된 저콘 표품에 대한

LA-ICP-MS U-

Pb

연대측정은일본동경대학교지진연구소에서수행 하였다

. 213 nm

파장의 레이저

(New Wave UP213

모델

)

를이용하여

30

µ

m

의분석직경및

20

µ

m

의투 과직경으로

, 4

극자형

ICP-MS(Thermo Electron, Pla- sam Quad III

모델

)

로분석하였다

. NIST610

과

91500 (1062.4±0.4 Ma; Wiedenbeck

et al

., 1995)

저콘 표 준시료의분석을 병행하여기기적측정오차및 분석 값을보정하였으며상세한

LA-ICP-MS U-Pb

연대측 정 방법 및 분석조건은

Orihashi

et al

.(2008)

에 기 술되어 있다

.

^{측정결과의오차는}

95% (2

^σ

)

^신뢰수

준이며

,

분석결과는

Isoplot

프로그램

(Ludwig, 2003;

version 3.0)

을이용하여계산하였다

.

테플론시트에매립하는방법으로제작된분석시편 들은표면에전도성 물질의 코팅이완벽하게이루어 지기어렵다

.

이때문에후방산란전자영상이나음극 선발광영상의관찰을통한저콘내부의누대구조관 찰 및 상속핵의 여부를 알아내지 못하였다

.

따라서 분석자료의일부분은서로다른연대를갖는누대사 이의혼합된결과를보여줄수도있다고생각된다

.

결과 및 토의

Fig. 2

에서보이는것처럼

LA-ICP-MS

저콘

U-Pb

연대측정 결과는 대부분 일치곡선의 아래에 놓인다

.

이 중에서 가장 좌측에 분포하는 저콘들

(Table 1

^에

표시

)

로부터 구한 불일치선의 상부교점

(upper inter- cept)

연령은

2013

⁺³⁰

/

-24

(2

σ

) Ma

이다

.

분석지점들의

Th/U

비율은

0.10~0.88

의 범위를 보이며 평균

0.32±0.20

의 값으로 전형적인 화성기원의저콘을 나

타낸다

.

따라서이연구에서분석된저콘

U-Pb

연령 은홍제사 화강암이정치한 연령을나타내는것으로 해석된다

.

이러한 연령은 정창식 외

(2004)

가 보고한 홍제사 화강암의

Rb-Sr

전암연령인

1919±160 Ma

및

Pb-Pb

연령

1899±200 Ma

와 합치하는 값이며

,

정창식 외

(2004)

보다다소오차를 줄인값이라고할

수 있다

.

^기보고된

K-Ar

^{연대측정 결과들}

(Yun and Silberman, 1979;

김용준과 이대성

, 1983;

홍영국과 최태윤

, 1986)

은 이 연구나 정창식 외

(2004)

의 값보 다는훨씬낮은값을보일뿐만아니라서로일치하 지않고매우넓은범위에걸친상당히다른값들을

보인다

.

이는 아마도 분석에 사용한 흑운모가

K-Ar

동위원소계에대해서는비교적낮은폐쇄온도를갖고 있어 후기의 열적 영향 등으로 인하여 상당히 또는 부분적으로 영향을받았기때문으로추정된다

.

북동영남육괴에나타나는홍제사화강암을제외한 다른고기화성암체들의연령을 살펴보면다음과같 다

.

우선홍제사화강암과접하여남쪽에정치해있는

Fig. 2. Concordia plots of LA-ICP-MS U-Pb isotopic

data for zircons from the Hongjesa granite, showing

(a) all data and (b) those points forming discordia.

가장큰고기화강암체인분천화강편마암 역시많은 연대측정자료가있지만홍제사화강암과마찬가지로

K-Ar

연대측정자료들은상당히분산된 결과를보인

다

(

예

,

김용준과 이대성

, 1983).

하지만

U-Pb

또는

Pb-Pb

등의연대측정으로보고된값들은대체로일치

하는값을보여준다

.

박계헌 외

(1993)

은 분천화강편 마암으로부터

1920±56 Ma

의

Pb-Pb

연령을구하였으 며

,

정창식 외

(2004)

는 분천화강편마암의

Pb-Pb

연 령을

1933±54 Ma,

그리고

Rb-Sr

전암연령을

1911±

170 Ma

로보고하였다

.

이석훈

(2001)

은

CHIME

연대 측정법을 이용해 분천 화강편마암의 저콘으로부터

1931±78 Ma,

그리고 모나자이트로부터는

1915±26

Ma

^{의 연령을구하였다}

. Chang

^{et al}

.(2003)

^{은 열이온}

화질량분석기

(Thermal Ionization Mass Spectrometer,

TIMS)

로 구한 화강편마암의 저콘

U-Pb

연령을

1963±5 Ma

로보고하였다

.

이와같이비교적최근의 연대측정자료들은대부분잘일치하는것으로볼수 있다

.

일반적으로화강암질암석의경우고도로변성 작용을 겪는경우에도변성작용시저콘의 성장은입 자주변부에아주좁은범위로국한되기때문에보고 된 연령들은분천화강편마암의원래정치시기를나 타낼것으로판단된다

.

보고된값들중에서

Chang

et al

.(2003)

의 값인

1963±5 Ma

가 가장 정밀한 연대측 정값으로평가되며홍제사화강암과분천화강편마암

Table 1. LA-ICP-MS U-Pb zircon data for the Hongjesa granite from the northeast Yeongnam massif.

Anal. Spot

²⁰⁷

Pb/

²⁰⁶

Pb

²⁰⁶

Pb/

²³⁸

U

²⁰⁷

Pb/

²³⁵

U

²³⁸

U-

²⁰⁶

Pb (Ma)

²³⁵

U-

²⁰⁷

Pb (Ma) Th/U YN 229-1 0.1699±0.0018 0.35660±0.01362 8.3554±0.3312 1966.0±75.1 2270.3±90.0 0.17 YN 229-2 0.1311±0.0015 0.29140±0.01114 5.2662±0.2100 1648.5±63.0 1863.3±74.3 0.67 YN 229-3 0.1852±0.0020 0.29895±0.01142 7.6340±0.3025 1686.1±64.4 2188.8±86.7 0.86 YN 229-4 0.1573±0.0017 0.22285±0.00851 4.8344±0.1915 1296.9±49.5 1790.8±71.0 0.17

YN 229-5

0.1201±0.0015 0.29379±0.01124 4.8658±0.1953 1660.5±63.5 1796.3±72.1 0.51 YN 229-6 0.3286±0.0034 0.47535±0.01817 21.5379±0.8525 2507.0±95.8 3163.0±125.2 0.39 YN 229-7 0.1398±0.0018 0.34014±0.01303 6.5567±0.2642 1887.4±72.3 2053.5±82.7 0.76

YN 229-8

0.1212±0.0013 0.27212±0.01039 4.5472±0.1808 1551.5±59.3 1739.6±69.2 0.27

YN 229-9

0.1244±0.0014 0.25677±0.00981 4.4046±0.1753 1473.3±56.3 1713.1±68.2 0.16

YN 229-10

0.1233±0.0014 0.33335±0.01274 5.6657±0.2258 1854.6±70.9 1926.1±76.8 0.19

YN 229-11

0.1202±0.0021 0.23802±0.00270 3.9448±0.0831 1376.4±15.6 1622.9±34.2 0.10

YN 229-12

0.1216±0.0022 0.32169±0.00370 5.3940±0.1163 1798.0±20.7 1883.8±40.6 0.27

YN 229-13

0.1263±0.0023 0.28016±0.00320 4.8773±0.1036 1592.2±18.2 1798.3±38.2 0.17

YN 229-14

0.1171±0.0021 0.21319±0.00241 3.4408±0.0721 1245.8±14.1 1513.7±31.7 0.13

YN 229-15

0.1247±0.0022 0.34056±0.00390 5.8539±0.1247 1889.4±21.6 1954.4 ±41.6 0.52

YN 229-16

0.1229±0.0022 0.34304±0.00392 5.8133±0.1239 1901.3±21.8 1948.3±41.5 0.45

YN 229-17

0.1213±0.0021 0.30877±0.00350 5.1659±0.1086 1734.7±19.7 1847.0±38.8 0.20 YN 229-18 0.1723±0.0030 0.34070±0.00386 8.0962±0.1676 1890.0±21.4 2241.7±46.4 0.88

YN 229-19

0.1223±0.0022 0.29804±0.00338 5.0259±0.1058 1681.6±19.1 1823.6±38.4 0.21

YN 229-20

0.1226±0.0023 0.34012±0.00397 5.7487±0.1275 1887.2±22.1 1938.6±43.0 0.27 YN 229-21 0.2144±0.0037 0.31595±0.00941 9.3398±0.3219 1769.9±52.7 2371.9±81.7 0.21

YN 229-22

0.1247±0.0023 0.34742±0.01036 5.9745±0.2085 1922.3±57.3 1972.1±68.8 0.42 YN 229-23 0.1694±0.0030 0.31727±0.00945 7.4107±0.2567 1776.4±52.9 2162.2±74.9 0.27

YN 229-24

0.1247±0.0024 0.36283±0.01087 6.2376±0.2223 1995.6±59.8 2009.7±71.6 0.41 YN 229-25 0.2602±0.0044 0.38379±0.01141 13.7676±0.4717 2093.9±62.3 2733.8±93.7 0.27 YN 229-26 0.1351±0.0024 0.23276±0.00693 4.3359±0.1500 1348.9±40.1 1700.2±58.8 0.22 YN 229-27 0.2532±0.0043 0.30582±0.00909 10.6777±0.3658 1720.1±51.1 2495.4±85.5 0.11

YN 229-28

0.1189±0.0021 0.29223±0.00870 4.7923±0.1664 1652.7±49.2 1783.5±61.9 0.27 YN 229-29 0.1299±0.0025 0.35117±0.01052 6.2888±0.2237 1940.2±58.1 2016.8±71.7 0.26

*Bold characters indicate data points forming(Errors are 2SD).

이비슷한 시기의마그마생성에 의해만들어진암체 임을나타낸다

.

북동영남육괴남쪽의평해지역화강편마암에대하 여

Cheong

et al

.(2000)

은

2093±86 Ma

의 전암연령 을 보고하였다

. Chang

et al

.(2003)

은평해화강편마 암의

TIMS

저콘

U-Pb

연령으로

1936±21 Ma

를 보 고하였다

.

평해 화강편마암과 동일지역의하다 우백 질 화강편마암에 대한

SHRIMP U-Pb

저콘 연대를

보고한 김남훈 외

(2009)

에 의하면 이들이 각각

1982±6.3(2

σ

) Ma

와

1939±28(2

σ

) Ma

의 ²⁰⁷

Pb/

²⁰⁶

Pb

가중평균연령을 갖는다

.

이러한 연령은 평해 화강편 마암과 하다우백질 화강편마암 역시분천화강편마 암및홍제사화강암과같은시기의화성활동산물임 을 나타낸다

. Kwon

et al

.(2003)

이 보고한 풍기지역 의백립암상변성암

(

권용완외

, 1999)

의 원정치연령 으로 보고한

1904±9 Ma

로 보고한

U-Pb

저콘 연령 역시화성활동의시기로판단된다

.

한편내덕리와농거리

,

홍제사화강암서쪽의우백 화강암 등은앞에서살펴본 화강암질암체들에비하 여다소젊은정치연령을갖는것으로판단된다

. Kim

and Cho(2003)

은 홍제사 서쪽에 위치하는 우백화강

암에대하여

1.93-1.86 Ga

의관입연령을 보고하였다

.

박계헌외

(1993)

는내덕리화강암에대하여

1825±86 Ma

의

Pb-Pb

연령을보고하였다

.

Cheong

et al

.(2000)

은 원남층군 변성퇴적암의 변 성연대를

1840±26 Ma

로 보고하였다

. Sagong

et al

.

(2003)

은북동영남육괴변성암들에대해변성연대로

해석되는

1840±26 Ma

및

1835±41 Ma

의

Pb-Pb

석류석연령을보고하였다

.

이는북동영남육괴의변 성작용이몇차례의 화강암질화성활동이후에 일어 났음을 시사한다

.

또한내덕리와농거리 등 북동영 남육괴의소규모 화강암체들이 변성시기와구분되지 않는 정치연령을 보이는 것은 이들이 정점변성작용 시기를전후하여만들어졌을 가능성을가리킨다

.

사 사

이 연구는

2008

^{년도 정부}

(

^{교육과학기술부}

)

^{의 재원}

으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구이다

(

과제번호

2008-0058809).

준비하는과정에서수고해 준 부경대학교 환경지질과학과대학원생들과작성된 원고를 읽고 건설적 비평을 해주신 심사위원들께도 감사드린다

.

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2010 ^년 2 ^월 26 ^{일 접수} 2010 년 2 월 19 일 심사개시

2010 ^년 3 ^월 10 ^{일 채택}