SHRIMP U-Pb Zircon Geochronology and Geochemistry of Drill Cores from the Pohang Basin

(1)

Jour. Petrol. Soc. Korea Vol. 23, No. 3, p. 167~185, 2014 http://dx.doi.org/10.7854/JPSK.2014.23.3.167

포항분지 시추 코어시료의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대 및 지구화학

이태호^1,2·이기욱¹*·정창식¹·정연중¹·김남훈¹·김명정²

1한국기초과학지원연구원 환경과학연구부, ²부경대학교 지구환경과학과

SHRIMP U

^-

Pb Zircon Geochronology and Geochemistry of Drill Cores from the Pohang Basin

Tae-Ho Lee^1,2, Keewook Yi¹, Chang-sik Cheong¹, Youn-Joong Jeong¹, Namhoon Kim¹, and Myoung-Jung Kim²

1Division of Earth and Environmental Sciences, Korea Basic Science Institute, 162 Yeonsudanji-ro, Ochang, Cheongju, Chungbuk 363-883, Korea

2Department of Earth and Environmental Sciences, Pukyong National University, Busan 608-737, Korea

요 약: 포항분지 374-3390 m 심도에서 채취한 3개 시추공 코어 시료의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대측정과 함께 주원소 및 Sr-Nd 동위원소 분석을 실시하였다. 주성분 원소 분석 결과 총알칼리-규산 도표에서 천부화 산암은 유문암으로, 심부심성암은 반려암과 화강암으로 도시되었으며 AFM 다이아그램에서는 칼크-알칼리 계 열의 분화경향을 보인다. K

₂

O-SiO

₂

상관도에 따르면 모두 High-K 영역에 속하며 일부 주성분원소들은 SiO

₂

함량에 따른 상관성을 보인다. SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대측정 결과 한 시추공의 천부화산암에 대해 66.84±0.66 Ma (n=12, MSWD=0.02)와 66.52±0.55 Ma (n=12, MSWD=0.46)의 일치곡선연령 값을 획득하였 으며, 다른 시추공의 화산암에 대해서는 71.34±0.85 Ma (n=11, MSWD=0.79)와 49.40±0.37 Ma (n=11, MSWD=1.9)의 일치곡선연령 값과 가중평균 값을 획득하였다. 또 다른 시추공의 화강암에서 추출한 저어콘은 261.8±1.5 Ma(n=31, MSWD=1.3)의 가중평균값을 나타내었고 반려암에서 추출한 저어콘은 조직적 특징에 따 라 262.4±3.6 Ma (n=21, MSWD=4.5)와 252.4±3.6 Ma (n=8, MSWD=1.9)의 연대를 보였다. 천부화산암 상 부 퇴적암의 연대측정 결과 신원생대에서 신생대까지 다양한 분포를 보였으며 21.89±1.1 Ma (n=15, MSWD=0.04)와 21.68±1.2 Ma (n=10, MSWD=19)의 가장 젊은 일치곡선연령이 구해졌다. 이 연구 결과는 포 항분지 심부가 페름기 후기에서 에오세에 이르기까지 비교적 긴 시간에 걸쳐 형성된 심성암 및 화산암체로 구성되어 있으며 그 상위에 아마도 동해확장과 관련되어 마이오세 초기 이후에 퇴적된 지층이 피복하고 있 음을 지시한다. 페름기 심부심성암의 전암

⁸⁷

Sr/

⁸⁶

Sr 초기치 (0.7034

-

0.7042) 와 ε

_Nd

초기치 (4.0

-

5.1)는 비슷한 연대범위를 가지는 영덕 지역의 화강암류와 유사하며 이들 화강암류가 백악기

-

제3기의 경상분지 화강암 기원 물질로 재순환되었을 가능성을 시사한다.

핵심어: 포항분지, 시추 코어, SHRIMP, 저어콘, U

-

Pb 연대, 지구화학

Abstract:

SHRIMP zircon U-Pb ages and major element and Sr-Nd isotopic compositions were determined for drill cores (374-3390 m in depth) recovered from three boreholes in the Pohonag basin, southeastern Korea. Shallow-seated volcanic rocks and underlain plutonic rocks were geochemically classified as rhyolite and gabbro-granite, respectively. They showed high-K calc-alkaline trends on the K₂O-SiO₂and AFM diagrams. Zircons from volcanic rocks of borehole PB-1 yielded concordia ages of 66.84

±

0.66 Ma (n=12, MSWD=0.02) and 66.52

±

0.55 Ma (n=12, MSWD=0.46). Zircons from volcanic rocks of borehole PB-2 gave a concordia age of 71.34

±

0.85 Ma (n=11, MSWD=0.79) and a weighted mean ²⁰⁶Pb/²³⁸U ages of 49.40

±

0.37 Ma (n=11, MSWD=1.9). On the other hand, zircons from plutonic rocks of borehole PB-3 yielded weighted mean ²⁰⁶Pb/²³⁸U ages of 262.4

±

3.6 Ma (n=21, MSWD=4.5), 252.4

±

3.6 Ma (n=8,

*Corresponding author Tel: 043-240-5175 E-mail: [email protected]

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MSWD=1.9) and 261.8

±

1.5 Ma (n=31, MSWD=1.3). Detrital zircons from the sedimentary strata overlain the volcanic rocks showed a wide age span from Neoproterozoic to Cenozoic, with the youngest population corresponding to 21.89

±

1.1 Ma (n=15, MSWD=0.04) and 21.68

±

1.2 Ma (n=10, MSWD=19).

These dating results indicate that the basement of the Pohang basin is composed of Late Permian plutonic rocks and overlain Late Cretaceous to Eocene volcanic sequences. Miocene sediments were deposited in the uppermost part of the basin, possibly associated with the opening of the East Sea. The Sr-Nd isotopic compositions of the Permian plutonic rocks were comparable with those reported from Permian-Triassic granitoids in the Yeongdeok area, northern Gyeongsang basin. They may have been recycled into parts of the Cretaceous-Paleogene magmatic rocks within the Gyeongsang basin.

Keywords:

Pohang basin, drill core, SHIRMP, zircon, U-Pb age, geochemistry

서 언

한반도 동남쪽에 소규모로 분포하는 포항분지는 신 생대 제3기층으로 지열자원 개발 및 이산화탄소 지중 저장을 위한 주요 후보지층 중 하나이다. 이산화탄소 지중저장지층의 적합성을 평가하기 위해 최근 포항분 지를 중심으로 분지생성과 진화, 지질구조, 퇴적계 해 석, 탐사자료 수집 그리고 수리학적 특성 등 다양한 연구가 시행되고 있으나 포항분지의 지층모델링을 위 한 기반암 연대측정 및 지구화학 분석에 관한 자료는 매우 제한적인 실정이다. 이전 연구에 의하면 Hong (1991)은 포항분지 내 기반암인 백악기 유천층군의 응 회질암을 관입한 암맥의 시추 코어를 이용해 K-Ar 각섬석 전암연대를 117±2.62 Ma로 보고하였으며 Shin and Nishimura(1994)는 동일한 시추공의 심부 코어에서 획득한 저어콘과 스핀을 이용해 각각 45 Ma와 58 Ma의 피션트랙 연령을 계산하였다. Lee et al.(2007)은 포항분지에서 시추된 2300 m 심부 화 강섬록암 시추코어의 저어콘 U-Th 연대를 273±4 Ma(2σ)로 발표하였고, Lee et al.(2008)은 포항분지 심부시추공 1500 m 이하 화강암 및 화강섬록암 코어 시료를 이용한 Rb-Sr전암연대를 각각 60±12 Ma(2σ) 의 등시선 연대와 166±230 Ma(2σ)의 오시선 연대로 보고하였다. 이와 같이 시추코어를 이용한 포항분지 심부기반암에 대한 연대측정 연구가 몇 차례 있었음 에도 불구하고 신뢰할 만한 연대측정 데이터는 아직 부족한 실정이며, 특히 포항분지 천부에 분포하는 기 반암인 화산암류에 관한 연대측정 및 지구화학 연구 결과는 아직 발표된 바 없다. 이번 연구에서는 포항 분지 내 3개의 시추공으로부터 획득한 6개의 시추코 어 및 2종류의 화성암류 파편시료를 대상으로 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대측정과 주원소 및 Sr-Nd 동위원소 분석 결과를 보고한다.

지질개요 및 시료

한반도 동남부에는 동해안을 따라 신생대 제3기층 이 소규모로 분포하고 있으며 Kim(1970)은 해성층의 분포에 따라 신생대 제3기층을 울산분지, 어일분지 그 리고 포항분지로 구분하였다. 이후 Yoon(1986)은 분 지구조발달사 및 분지충전물에 근거하여 이를 다시 양남분지와 포항분지로 분류하였다. 양남분지와 포항 분지는 공통적으로 백악기 경상누층군인 유천층군 화 산암을 기반암으로하며 양남분지는 남쪽 포항분지는 북쪽에 서로 인접해 위치하고 있다. 이들 두 분지는 주로 마이오세 기간 동안 동해확장과 관련되어 형성 된 분지로 Yoon(2010)은 양남 및 포항분지의 구조운 동사를 시대순으로 (1) 에오세 전기-중기의 화산활동, (2) 에오세 중기-후기의 화강암 관입, (3) 올리고세의 평온, (4) 마이오세 전기-중기 양남분지 화산활동 및 퇴적, (5) 마이오세 전기-중기 연일해침, (6) 마이오세 후기 양남분지와 포항분지의 융기로 나누었다. 이들 두 분지는 위치와 분지형성과정에 있어 밀접한 관련 이 있으나 분지를 이루고 있는 층서는 서로 매우 상 이하다고 알려져 있다. 즉 양남분지는 전기마이오세 화산암과 육성층이 주를 이루는 반면 포항분지는 마 이오세 전기 말-중기의 해성층이 주로 발달하고 있다.

이러한 포항분지는 과거 많은 연구자에 의해 퇴적분 지에 관한 연구가 이루어져 왔지만 분지를 구성하는 퇴적층의 구분에 대해서는 많은 논란이 있어왔다.

Um et al.(1964)는 1:50,000 포항도폭 발간당시 포항 분지를 하부에서부터 천북역암, 학림층, 흥해층, 이동 층, 두호층 그리고 여남층으로 구분하였으며 Yoon (1975)는 포항분지를 하부는 육성퇴적환경의 단구리 역암층으로 상부는 해성환경의 의창층군으로 구분하 고 의창층군은 하부에서부터 다시 천곡사층, 학전층, 흥해층, 이동층 그리고 두호층으로 구분하였다. 이후

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포항분지 시추 코어시료의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대 및 지구화학 169

Yun(1986)은 기존에 6개로 분류된 포항분지의 지층을 암상적, 그리고 습곡된 암석의 구조적인 재조사를 통 해 하부에서부터 3개의 지층 즉 천북역암층, 학전층 그리고 두호층으로 구분하였다. 이번 연구에서는 기 존의 연구결과 가운데 Yun(1986)이 층서검토 및 수 정을 통해 제시한 포항분지 3기층의 연구결과를 토대 로 퇴적층을 기술하고자 한다(Fig. 1). 포항분지는 전 술한 것 처럼 3개의 지층으로 구분가능하며 이들 지 층들은 주로 남북 또는 북동-남서방향으로 분포하고 있다. 이들 퇴적층들의 주된 구성암석은 역암, 사암, 이암, 그리고 실트암 등이 있으며 내만성에서 원양성 으로 해침하는 퇴적환경을 보이고 있다(Yi and Yun, 1995; Yoon, 1979). 또한 연체동물, 유공층, 석회질 초미화석 그리고 방산충 등이 각 퇴적층으로부터 산 출되며 이들의 생층서 연대는 포항분지의 퇴적시기가 마이오세 전기에서 중기임을 지시하고 있다(Bak et al., 1997; Kim, 1965; Yi and Yun, 1995; Yoon, 1979). 포항분지의 천부기반암으로 생각되는 후기백 악기-에오세 화산암들은 주로 분지 북쪽에 분포하고 있으며 45.0±2.5 Ma와 44.7±1.1 Ma의 K-Ar 연대 (Shibata et al., 1979) 그리고 77.6±8.0 Ma-65.3±

3.8 Ma의 피션트랙 저어콘 연대가 보고된 바 있다 (Shin, 2013).

이번 연구에서 사용된 모든 시료는 두호층내 3개의 시추공으로부터 수집된 퇴적암, 천부화산암 그리고 심 부기반암들을 대상으로 하였다. 퇴적암 시료 및 천부 화산암시료는 시추공 PB-1(36ô04'36.0''N, 129ô25'7.2''E) 의 심도 374 m 구간의 퇴적암(PB-1-SS), 561 m와 575 m 지점의 천부화산암 시료(PB-1-1, PB-1-2)를, 시추공 PB-2(36ô06'47.6''N, 129ô25'29.29''E)의 심도 427 m 구간의 퇴적암(PB-2-SS), 546 m와 570 m 깊 이의 천부화산암 시료(PB-2-1, PB-2-2) 등 총 6개의 시추 코어 샘플을 대상으로 정하였다. 그리고 시추공 PB-3(36ô06'24.4''N, 129ô22'41.5''E)에서는 심도 2698- 3390 m 구간으로부터 수집한 심부심성암의 시추 파 편들을 대상으로 하였다. 이중 시추공 PB-3으로부터 획득한 시료는 각각 2698-2944 m, 3046-3288 m 그 리고 3310-3390 m의 깊이에 따라 암석 파편을 3 그 룹으로 분리하였고, 이들을 다시 암상에 따라 암회색 반려암(PB-3-1a, PB-3-1b, PB-3-1c)과 화강암(PB-3- 2a, PB-3-2b, PB-3-2c)으로 구분하였다(Fig. 1, Table 1).

시료 PB-1-SS는 비현정질의 미크라이트(micrite)가 90%이상으로 개방니콜과 직교니콜하에서 모두 불투 명 광물과 같이 어둡게 보이며 산재해서 유공충 화석 및 기타 석회질 초미화석이 분포하고 있다. Dunham

Fig. 1. Geological map of the Pohang area (after Yun, 1986) and sample location.

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(1962)의 석회암 분류에 따르면 PB-1-SS는 이질성분 이 우세하며 입자의 함량이 적은 석회이질암(Lime mudstone)으로 판단된다(Fig. 2a). PB-1-1, PB-1-2는

갈색을 띠는 유리질 또는 은미정질의 기질에 주로 사 장석, 석영, 불투명 광물의 반정 그리고 화산암류의 미편들로 이루어진 구조를 보이고 있다. 사장석 반정 은 자형 내지 반자형으로 대부분 알바이트, 알바이트 -칼스버드 쌍정 그리고 누대구조를 보이며 부분적으 로 중심부가 변질 되어있다. 또한 석영반정은 가장자 리에서 내부까지 불규칙한 모양으로 융식되어 그 내 부를 세립질의 석영이 채우는 만(embayment)형성 구 조를 보인다(Fig. 2b). PB-2-SS는 석영, 장석 그리고 세립질의 백운모 입자가 주 구성광물이며 입자 사이 사이가 석회질의 스파라이트(sparite)로 시멘테이션화 되어있다. 또한 상당수의 유공충 화석과 미화석 그리 고 연체동물 화석이 발견되며 연체동물 화석의 골격 은 괴상의 방해석 또는 타형의 결정질방해석 및 소량 의 돌로마이트와 불투명 광물로 재결정되어 있다. 재 결정된 입자는 외부에서 내부로 갈수록 조립질화되며 입자사이의 충전물질이나 기질부는 존재하지 않는다.

Table 1. Sample depth of drill cores

Hole No. Depth(m) Rock type

PB-1 PB-1-SS 374 sedimentary rock PB-1-1 561 volcanic rock PB-1-2 575 volcanic rock PB-2 PB-2-SS 427 sedimentary rock

PB-2-1 546 volcanic rock PB-2-2 570 volcanic rock PB-3 PB-3-1a 2698-2944 gabbro

PB-3-1b 3046-3288 gabbro PB-3-1c 3310-3390 gabbro PB-3-2a 2698-2944 pinkish granite PB-3-2b 3046-3288 pinkish granite PB-3-2c 3310-3390 pinkish granite

Fig. 2. Photomicrographs of drill cores from Pohang basin. (a) Miocene Foraminifera from PB-1-SS (open nicol),

(b) Rhyolite (PB-1-1) showing porphyritic texture with phenocrysts of plagioclase and embayment of quartz in

hyalopilitic groundmass (crossed nicols), (c) Miocene Foraminifera from PB-2-SS (open nicol), (d) Glauconites from

PB-2-SS (open nicol), (e) Rhyolite (PB-2-2) showing granophyric texture with quartz-alkali feldspar intergrowth at

the margin of quartz phenocrysts (crossed nicols), (f) Gabbro (PB-3-1) showing acicular texture of plagioclase,

biotite and hornblende (crossed nicols), (g) and (h) Granite (PB-3-2) showing seriate texture of quartz and

plagioclase (crossed nicols). Pl: plagioclase, Kfs: K-feldspar, Qtz: quartz, G: glauconite, Bt: biotite, Chl: chlorite,

Cpx: clinopyroxene, Hbl: hornblende.

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PB-2-SS 시료는 해록석 입자도 관찰되는데 박편에서 관찰되는 여러 종류의 화석과 해록석의 출현으로 보 아 천해 환경에서 퇴적된 것으로 추정되는 석회입자 암(grainstone)으로 판단된다(Fig. 2c, d). PB-2 시추 공 시료는 PB-1 시추공 시료와 달리 기질부가 대부 분 탈유리화되어 석영-장석 광물로 재결정화 되어 있 다. 반정은 주로 사장석, 석영, 흑운모 그리고 흑운모 의 변질에 의해 형성된 녹니석으로 구성된다. 사장석 반정은 주로 알바이트, 알바이트-칼스버드 쌍정을 보 이며 반정주위의 기질부 광물은 반정을 침상으로 둘 러싸고 있거나 또는 반정주위에 무질서한 방향으로 배열된 필로택시틱(pilotaxitic)조직을 보인다. 석영반 정 주위로는 세립의 석영과 알칼리장석이 이루는 미 문상조직(micrographic texture)이 발달해 있다(Fig.

2e). PB-3-1은 사장석, 각섬석 그리고 흑운모 결정이 주를 이루는 반려암이다. 심도 3254 m의 구간까지는 사장석과 변질이 심한 유색광물(각섬석과 흑운모)이 등립질을 보이며 방향성 없이 발달되어 있으나 심도 3254 m 이하 구간에서는 알바이트 및 알바이트-칼스 버드 쌍정을 보이는 사장석, 흑운모 그리고 각섬석이 비등립상으로 분포하며 단사휘석 및 저어콘 등을 부 구성광물로 수반하고 있다(Fig. 2f). PB-3-2는 입자의

크기가 균일하지 않고 중립 내지 세립질로 다양하게 나타나며 비등립질 또는 세리에이트 조직(seriate texture)을 보이는 화강암질암이다. 주구성광물로는 석 영, 사장석, K-장석과 흑운모 등이며 부구성광물은 티 타나이트와 저어콘 등이 관찰된다. 석영은 부분적으 로 파동소광을 보이고 사장석은 전체적으로 변질을 많이 받았지만 알바이트 쌍정 및 누대구조가 발달해 있다. 또한 2942 m의 구간에서는 알바이트 쌍정을 띄 는 사장석을 둘러싼 격자상구조 또는 취편 쌍정을 보 이는 미사장석이 일부 관찰되기도 한다(Fig. 2g, h).

분석 방법

암석의 주성분 원소 분석은 부경대학교 공동실험실 습관의 X-선 형광분석기(XRF; Shimadzu, XRF- 1700)를 이용하였고 주성분원소의 분석오차는 1%이 내(MnO와 P₂O₅는 5%)이다. Rb, Sr, Sm 그리고 Nd 동위원소 분석은 양이온교환칼럼화학과 음이온교 환칼럼화학으로 시료를 전처리한 후 한국기초과학지 원연구원 환경과학연구부의 열이온화 질량분석기 (Isoprobe-T)를 사용하여 측정하였다. Sr동위원소 분석 을 위한 표준시료는 NIST987을 이용하여 30회 반복

Fig. 2. Continued.

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측정을 하였으며 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr의 비는 0.710245±0.000004 (2σ)이고, Sr의 바닥값은 0.1ng 이하였다. Nd 동위원 소 분석은 JNDi-1의 표준시료를 사용하였고 30회 반 복측정한 ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd 값은 0.512101±0.000002(2σ)이 며 Nd의 바닥값은 0.1 ng이하 였다.

SHRIMP U-Pb 저어콘 연대측정을 위해 시추공 PB-1과 PB-2의 시추 코어 시료들은 각각 0.5 kg의 암석을 유압압축기와 링밀(ring mill)을 이용해 파쇄 및 분쇄 후 1회용 망체를 이용해 245 µm이하의 입자 를 분리하였다. PB-3 시추공으로부터 획득한 암석파 편은 깊이에 상관없이 암회색의 반려암 파편(PB-3-1) 과 분홍색의 K-장석을 특징적으로 함유하는 화강암 파편(PB-3-2)로 구분 후 파쇄 및 분쇄 그리고 PB-1, PB-2와 같이 1회용 망체를 이용하여 입자를 분리하 였다. 걸러진 입자를 대상으로 선광팬과 물을 사용하 여 중광물을 모았으며 이후 Nd자석을 이용해 자성광 물을 제거하였다. 비자성광물을 대상으로 중액분리를 통해 무거운 중광물을 선별하였으며 이들을 대상으로 실체현미경하에서 저어콘을 골라내었다. 분리한 저어 콘은 표준시료 FC-1(1099 Ma, Paces and Miller, 1993)과 함께 마운트로 제작하여 저어콘 두께의 절반 이 드러날 때까지 연마하였다. 저어콘의 내부 구조를 파악하기 위해 한국기초과학지원연구원의 주사전자현 미경(JEOL JSM-6610 LV)을 이용하여 후방산란전자 영상(backscattered electron image) 및 음극선발광영 상(cathodoluminescence image)을 획득하였다. 저어콘 U-Pb 연대측정은 한국기초과학지원연구원의 SHIRMP- IIe/MC를 이용하였으며 U 농도보정을 위해 SL-13

(238 ppm; Claoué-Long et al., 1995), 연대보정을 위해 FC-1 표준물질을 이용해 분석하였다. 분석된 데 이터는 Isoplot 3.71(Ludwig, 2008)과 Squid 2.50 (Ludwig, 2009)을 이용해 연대계산을 하였다.

결과 및 토의

암석화학

포항분지 기반암들의 지화학적 특성을 살펴보기 위 해 전암 주성분원소 분석을 실시하였다. 천부화산암 4개 시료와 심부심성암 6개 시료에 대한 XRF 주원 소 분석 값은 Table 2와 같다. 이들 기반암의 SiO₂ 는 48-77 wt.%의 함량을 가져 PB-3-1를 제외한 시료 는 모두 규장질암의 범위에 해당되며 총알칼리-규산 도표(TAS diagram; Cox et al., 1979; Middlemost, 1994)에서 천부화산암들은 모두 유문암으로, 심부심 성암들은 각각 반려암과 화강암에 도시된다(Fig. 3).

AFM 삼각다이아그램(Irvine and Baragar, 1971)에 의하면 포항분지 기반암들은 분화가 진행될수록 알칼 리원소가 농집되나 철과 마그네슘은 감소하는 칼크- 알칼리 계열(Calk-Alkaline series)의 분화경향을 보이 며(Fig. 4a), PB-3-1를 제외한 0.11-0.39 wt.%의 매우 낮은 TiO₂함량은 전형적인 섭입대 암석의 특징을 보 여준다. 또한 K₂O-SiO₂ 상관도(Peccerillo and Taylor, 1976)에 따르면 포항분지 기반암 시료는 PB-3-2a 시 료를 제외하고 모두 High-K series 영역에 속하며 천 부화산암은 대체적으로 High-K 칼크-알칼리 계열에 속하는 백악기 유천층군의 화산암류와, 그리고 심부

Table 2. Major element abundances (wt.%) of the samples in the study area

Sample PB-1-1 PB-1-2 PB-2-1 PB-2-2 PB-3-1a PB-3-1b PB-3-1c PB-3-2a PB-3-2b PB-3-2c SiO₂ 69.27 74.57 71.77 77.28 52.84 48.83 48.96 73.58 70.32 70.08 Al₂O₃ 14.52 13.06 14.18 12.47 17.03 17.10 17.12 13.08 15.13 15.66

TiO₂ 0.39 0.21 0.33 0.11 1.22 1.35 1.23 0.07 0.24 0.25

Fe₂O₃* 3.06 1.04 2.02 0.34 8.48 9.82 10.58 0.43 1.29 1.16

MnO 0.24 0.00 0.04 0.01 0.15 0.18 0.20 0.01 0.03 0.03

MgO 1.32 0.52 1.15 0.45 4.26 6.28 6.38 0.42 0.65 0.58

CaO 2.31 0.24 0.38 0.17 4.30 5.06 4.78 1.41 1.46 1.31

Na₂O 3.66 3.05 1.24 3.61 4.41 3.94 3.96 4.02 4.88 5.21

K₂O 3.08 4.52 4.10 4.35 2.21 1.79 1.77 5.56 4.51 4.42

P₂O₅ 0.11 0.04 0.06 0.04 0.56 0.42 0.35 0.02 0.06 0.06

L.O.I 1.92 2.50 4.64 0.99 4.38 5.13 4.55 1.23 1.27 1.08

Total 99.87 99.76 99.90 99.81 99.86 99.90 99.90 99.83 99.84 99.83

(7)

심성암은 포항분지 북쪽에 위치한 페름기-트라이아스 기의 영덕, 장사리화강암과 같은 범주에 속함을 알 수 있다(Fig. 4b). SiO₂ 함량에 따른 각 산화물의 변 화 양상은 Fig. 5와 같다. 포항분지 천부화산암과 심 부심성암 시료는 시추공들의 위치가 상이하며 서로간 의 관계가 불분명하므로 이들 두 종류의 기반암체는 각각 따로 나누어 생각해 볼 필요가 있다. 먼저 포항 분지 천부화산암들은 SiO₂함량이 증가함에 따라 Al₂O₃, MgO, Fe₂O₃, CaO, TiO₂ 그리고 P₂O₅등이 감소하는 것으로 나타나며, 심부심성암들은 SiO₂함량 증가와 함께 Al₂O₃, MgO, Fe₂O₃, CaO와 TiO₂ 등이

감소하는 것으로 나타난다. K₂O는 SiO₂함량의 증가 와 함께 천부화산암 및 심부심성암에서도 각각 대체 적으로 증가하는 양상을 보이며 Na₂O는 천부화산암 과 심부심성암 모두에서 SiO₂함량과는 큰 상관관계 를 보이지 않는 것을 알 수 있다. SiO₂증가에 따른 Al₂O₃, CaO는 천부화산암 및 심부심성암에서 모두 감소하는 경향을 보이는데 이는 박편상에서 관찰된 것과 같이 분석대상 시료의 주요한 반정을 이루는 사 장석의 분별을 나타내며 MgO, Fe₂O₃, TiO₂함량 역 시 천부화산암 및 심부심성암에서 모두 감소하며 이 러한 경향은 칼크-알칼리 계열의 마그마에서 주로 나

Fig. 3. (a) and (b) Total alkalis vs. SiO

₂

(wt.%) diagrams.

Fig. 4. (a) AFM and (b) K

₂

O vs. SiO

₂

diagrams. Symbols are the same as in Fig. 3.

(8)

타나는 특징으로 마그마 진화에 따른 유색광물 및 불 투명 광물의 분별정출을 의미한다.

SHRIMP U-Pb 저어콘 연령

분석에 사용된 저어콘들의 음극선발광영상은 Fig.

6에 나타내었다. 천부화산암으로부터 산출된 저어콘 들은 100-350 µm까지 다양한 크기의 직경을 가지며 대체적으로 자형에 진동누대구조가 발달한 화성기원 의 저어콘 특징을 보이고 있으며 그밖에 장축에 평행 한 줄무늬 누대구조를 보이거나 상속핵을 포함하는 저어콘들도 관찰되었다. 심부심성암으로부터 선별된 저어콘들은 75-250 µm까지의 크기와 장축:단축이 1:1

에서 1:3.5까지 다양한 비를 보인다. 반려암의 저어콘 내부는 진동누대구조 또는 줄무늬 누대구조를 띄고 있고 EDS(Energy Dispersive Spectrometry)를 이용 하여 저어콘 내부를 정성분석한 결과 흑운모, 각섬석, 석영, 사장석 등의 포유물을 함유한다. 화강암의 저어 콘은 진동누대구조를 보이며 K-장석, 사장석, 인회석, 티타나이트, 흑운모 등의 포유물들을 함유하고 있다.

퇴적암으로부터 획득된 저어콘들은 대부분 투명하지 만 몇몇은 보라색에서 갈색을 보이는 저어콘들로 구 성되며 자형에서 타형까지 넓은 범위의 형태를 보이 고 있다. 이들의 내부는 진동누대구조, 줄무늬누대구 조 그리고 기하학적인 내부구조를 가지는 여러 형태 의 저어콘으로 구성되어 있으며 상속핵을 가진 저어 콘들도 다수 관찰되었다.

저어콘을 이용한 SHRIMP U-Pb 연대측정 결과 PB-1-1과 PB-1-2의 포항분지 천부화산암 시료는 각 각 66.84±0.66 Ma (n=12, MSWD=0.02)와 66.52±

0.55 Ma (n=12, MSWD=0.46)의 일치곡선연령 값을 획득하였으며, PB-2-1과 PB-2-2으로부터는 71.34±

0.85 Ma (n=11, MSWD=0.79)와 49.40±0.37 Ma (n=

11, MSWD=1.9)의 일치곡선연령 값과 가중평균 값을 각각 획득하였다. 포항분지 심부심성암 시료인 암회 색 반려암(PB-3-1)은 진동누대구조를 보이는 저어콘 과 띠모양의 누대구조를 보이는 두 종류의 저어콘이 관찰되었으며 각각 262.4±3.6 Ma (n=21, MSWD=

4.5)와 252.4±3.6 Ma (n=8, MSWD=1.9)로 서로 상 이한 가중평균 연령값을 획득하였다. Th/U 비는 전자 의 저어콘이 후자에 비해 낮은 편이다. 또한 화강암 (PB-3-2)으로부터 획득한 저어콘은 261.8±1.5 Ma (n=31, MSWD=1.3)의 가중평균값을 나타내어 암회색 반려암(PB-3-1)의 진동누대구조를 보이는 저어콘 그 룹과 오차내에서 일치함을 확인할 수 있었다(Fig. 7, Table 3). 반려암과 화강암의 저어콘 모두에서 드물지 만 고원생대(약 1.8 Ga)의 저어콘이 발견되는데, 그 의미는 불분명하다. 이상의 연대측정 결과에서 나타 난 포항분지 시추 코어의 천부 화산암 SHRIMP U- Pb 저어콘 연대는 이전에 보고된 경상분지 유천층군 유문암질-데사이트질암 피션트랙 연대의 오차범위 내 에 포함되는 것으로 나타났다. 심성암으로부터 생성 된 저어콘의 피션트랙연령은 오랜 냉각시간에 의해 마그마 정치 후 약 210±20^oC에 해당하는 냉각시기를 지시하지만(Zaun and Wagner, 1985), 화산암은 분출 후 매우 빠른 시간에 지표온도로 냉각되므로 화산암

Fig. 5. Harker variation diagrams. Symbols are the

same as in Fig. 3.

(9)

Fig. 6. Cathodoluminescence images of zircons. Ellipses and numbers are locations and SHRIMP

²⁰⁷

Pb-corrected

206

Pb/

²³⁸

U ages (<1,000 Ma) and

²⁰⁴

Pb-corrected

²⁰⁷

Pb/

²⁰⁶

Pb ages (>1,000 Ma) of analyzed spots. All scale bars are

50 µm in length.

(10)

Fig. 7. Age histograms concordia ages and weighted mean ages obtained from the zircons of samples. Error

ellipses are at 1σ level and the calculated ages are at 95% confidence. Most Concordia diagrams were plotted

using the estimation of common lead with

²⁰⁴

Pb-corrected ratios of

²⁰⁶

Pb*/

²³⁸

U and

²⁰⁶

Pb*/

²⁰⁷

Pb*, while those of PB-

3-1 and PB-3-2 were presented by uncorrected ratios.

(11)

Table 3. SHRIMP U-Th-Pb isotope data of zircons

Spot no. U

(ppm) Th

(ppm) Th/U Common

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

PB-1-1_1.1 412 225 0.56 -0.09 95 2.3 0.0467 10 67.2±1.5

PB-1-1_1.2 419 197 0.49 0.09 97 1.8 0.0501 9 66.0±1.1

PB-1-1_1.3 262 126 0.50 1.04 99 1.9 0.0505 17 64.5±1.0

PB-1-1_1.4 391 171 0.45 0.47 97 1.1 0.0466 12 66.2±0.6

PB-1-1_1.5 391 264 0.70 0.00 95 1.0 0.0388 16 68.2±0.5

PB-1-1_1.6 314 153 0.50 0.23 96 1.4 0.0351 20 67.7±0.7

PB-1-1_1.7 315 143 0.47 0.16 95 1.7 0.0413 16 68.2±1.0

PB-1-1_1.8 298 171 0.59 0.06 98 1.9 0.0454 17 65.4±1.1

PB-1-1_1.9 356 228 0.66 -0.38 94 1.3 0.0529 11 67.4±0.7

PB-1-1_1.10 296 142 0.49 0.80 95 2.1 0.0552 9 66.8±1.3

PB-1-1_1.11 326 176 0.56 2.34 100 2.2 0.0296 30 70.4±1.0

PB-1-1_1.12 351 190 0.56 0.33 95 1.2 0.0526 11 67.3±0.8

PB-1-2_1.1 220 110 0.52 0.65 99 2.2 0.0345 29 66.0±1.2

PB-1-2_1.2 393 231 0.61 -0.05 97 1.4 0.0425 11 66.8±0.8

PB-1-2_1.3 406 297 0.76 0.45 97 0.9 0.0489 10 65.8±0.5

PB-1-2_1.4 405 263 0.67 0.11 96 1.5 0.0462 10 67.1±0.9

PB-1-2_1.5 387 214 0.57 0.16 96 1.2 0.0545 9 66.4±0.7

PB-1-2_1.6 306 149 0.50 0.23 98 1.1 0.0387 18 66.1±0.5

PB-1-2_1.7 422 273 0.67 -0.05 95 1.1 0.0449 9 67.5±0.7

PB-1-2_1.8 352 190 0.56 -0.23 96 1.1 0.0505 14 66.5±0.5

PB-1-2_1.9 406 195 0.50 0.44 94 2.1 0.0549 9 67.9±1.4

PB-1-2_1.10 330 188 0.59 -0.18 98 1.3 0.0447 14 65.9±0.7

PB-1-2_1.11 351 192 0.57 -0.12 95 1.3 0.0502 9 67.3±0.8

PB-1-2_1.12 266 121 0.47 0.72 97 1.9 0.0625 10 65.0±1.1

PB-1-SS_1.1 115 82 0.74 -0.65 210 5.1 0.0730 53 29.6±0.4

PB-1-SS_1.2 139 114 0.84 0.34 231 4.5 0.0254 126 28.6±0.7

PB-1-SS_1.3 71 61 0.89 3.69 299 12.5 0.1013 70 20.0±1.6

PB-1-SS_1.4 48 36 0.79 0.03 222 13.4 0.2365 30 22.0±1.4

PB-1-SS_1.5 160 78 0.50 1.31 113 2.7 0.0212 96 58.6±0.6

PB-1-SS_1.6 321 206 0.66 -0.11 28 1.2 0.0480 4 230.3±2.7

PB-1-SS_1.7 130 137 1.09 15.38 344 16.5 0.1129 50 22.5±1.4

PB-1-SS_1.8 206 111 0.56 1.92 349 12.2 0.1536 31 23.1±1.1

PB-1-SS_1.9 238 173 0.75 -0.36 111 1.5 0.0565 17 57.2±0.5

PB-1-SS_1.10 101 141 1.45 1.41 256 7.8 0.1133 49 23.0±0.4

PB-1-SS_1.11 51 42 0.86 0.48 338 25.4 0.0134 1497 19.8±1.5

PB-1-SS_1.12 146 137 0.98 1.19 276 7.8 0.0821 60 22.2±1.0

PB-1-SS_1.13 119 110 0.96 -0.72 250 4.4 0.0856 38 24.4±0.3

PB-1-SS_1.14 3224 1548 0.50 0.39 128 0.6 0.0478 3 50.2±0.3

PB-1-SS_1.15 244 227 0.96 0.36 87 2.5 0.0589 14 73.0±1.7

PB-1-SS_1.16 618 174 0.29 0.09 232 1.7 0.0302 31 28.3±0.4

PB-1-SS_1.17 173 96 0.58 1.91 99 2.6 0.0546 21 64.4±1.4

PB-1-SS_1.18 648 317 0.50 0.49 232 1.9 0.0578 13 27.3±0.5

PB-1-SS_1.19 171 232 1.40 43.17 207 18.7 0.0694 247 30.1±8.0

PB-1-SS_1.20 90 99 1.14 2.20 322 11.7 0.0122 525 21.4±0.9

(12)

Table 3. Continued

Spot no. U

(ppm) Th

(ppm) Th/U Common

PB-1-SS_1.21 243 144 0.61 0.17 32 0.9 0.0508 6 197.3±1.6

PB-1-SS_1.22 290 412 1.47 0.20 316 3.2 0.0210 114 21.0±0.3

PB-1-SS_1.23 53 42 0.82 0.15 326 14.6 0.0259 438 20.2±0.9

PB-1-SS_1.24 67 49 0.76 -0.05 346 13.0 0.0428 19 20.7±1.1

PB-1-SS_1.25 187 88 0.49 0.02 25 0.9 0.0521 5 256.1±2.1

PB-1-SS_1.26 54 44 0.85 2.86 348 13.0 0.0161 660 19.2±0.4

PB-1-SS_1.27 882 845 0.99 0.01 95 0.9 0.0455 6 67.8±0.6

PB-1-SS_1.28 135 92 0.70 -0.11 274 5.9 0.0192 228 24.3±0.6

PB-1-SS_1.29 566 409 0.75 0.24 98 1.1 0.0472 7 65.4±0.7

PB-1-SS_1.30 291 221 0.78 1.95 119 2.1 0.0320 39 54.8±1.0

PB-1-SS_1.31 175 242 1.43 0.63 330 4.2 0.0370 85 19.7±0.3

PB-1-SS_1.32 128 136 1.10 0.08 298 6.7 0.0972 50 20.2±0.3

PB-1-SS_1.33 322 146 0.47 0.53 123 1.2 0.0346 22 53.0±0.4

PB-1-SS_1.34 119 138 1.21 1.30 322 14.4 0.1343 40 24.5±1.2

PB-1-SS_1.35 364 330 0.94 0.37 117 1.1 0.0483 14 54.9±0.4

PB-1-SS_1.36 226 196 0.89 0.05 108 3.0 0.0389 31 59.9±1.6

PB-1-SS_1.37 714 475 0.69 4.73 108 1.1 0.0496 14 59.3±0.4

PB-1-SS_1.38 519 217 0.43 1.19 235 3.2 0.0354 37 27.7±0.8

PB-1-SS_1.39 601 941 1.62 3.12 112 1.4 0.0437 18 57.6±0.6

PB-1-SS_1.40 801 78 0.10 4.52 7 0.9 0.1028 1 817.2±7.4

PB-2.1_1.1 283 242 0.88 0.14 89 2.1 0.0547 13 71.4±1.3

PB-2.1_1.2 491 175 0.37 0.24 59 1.4 0.0512 7 107.8±1.5

PB-2.1_1.3 234 136 0.60 0.35 89 1.7 0.0557 13 71.5±1.0

PB-2.1_1.4 118 85 0.75 -0.49 85 3.3 0.0475 32 75.4±2.1

PB-2.1_1.5 191 141 0.76 0.61 90 1.8 0.0457 21 71.3±1.0

PB-2.1_1.6 165 96 0.60 0.58 93 2.4 0.0414 27 69.7±1.4

PB-2.1_1.7 114 63 0.57 0.35 93 2.2 0.0618 25 68.0±0.7

PB-2.1_1.8 170 122 0.74 -0.04 87 2.2 0.0597 16 72.4±1.3

PB-2.1_1.9 151 76 0.52 0.64 91 2.6 0.0585 23 69.2±1.4

PB-2.1_1.10 192 133 0.71 0.15 89 1.3 0.0509 16 71.5±0.6

PB-2.1_1.11 215 137 0.66 -0.15 93 3.2 0.0301 36 70.2±2.1

PB-2.1_1.12 207 155 0.77 0.75 91 1.6 0.0363 31 71.3±0.6

PB-2-2_1.1 3110 1198 0.40 10.81 122 2.2 0.0461 20 52.6±1.1

PB-2-2_1.2 100 79 0.82 -0.31 146 7.3 0.0252 40 47.9±3.0

PB-2-2_1.3 547 243 0.46 1.17 132 1.0 0.0534 12 48.2±0.3

PB-2-2_1.4 2734 756 0.29 6.09 126 2.5 0.1277 3 61.9±1.0

PB-2-2_1.5 271 222 0.85 0.43 129 1.5 0.0581 18 49.2±0.4

PB-2-2_1.6 612 255 0.43 -0.08 131 2.7 0.0480 11 48.8±1.3

PB-2-2_1.7 292 240 0.85 0.59 132 2.0 0.0565 15 48.2±0.8

PB-2-2_1.8 2116 903 0.44 0.27 130 0.6 0.0504 3 49.2±0.3

PB-2-2_1.9 1083 321 0.31 -0.06 128 0.7 0.0498 5 50.1±0.3

PB-2-2_1.10 1815 798 0.45 2.10 122 2.9 0.0163 45 54.9±1.6

PB-2-2_1.11 296 255 0.89 1.20 135 2.3 0.0446 27 47.8±0.9

PB-2-2_1.12 246 177 0.74 0.15 136 1.9 0.0508 27 47.1±0.4

(13)

Table 3. Continued

Spot no. U

(ppm) Th

(ppm) Th/U Common

PB-2-2_1.13 2132 968 0.47 0.00 130 0.8 0.0466 3 49.3±0.4

PB-2-2_1.14 2389 913 0.39 0.36 130 0.6 0.0468 4 49.6±0.3

PB-2-2_1.15 151 151 1.03 2.51 141 3.2 0.0350 71 46.2±0.5

PB-2-2_1.16 2501 1286 0.53 0.15 129 0.9 0.0493 2 49.6±0.4

PB-2-2_1.17 562 224 0.41 2.95 135 1.9 0.0408 22 47.9±0.8

PB-2-2_1.18 279 156 0.58 0.19 133 1.5 0.0584 18 47.4±0.4

PB-2-2_1.19 1236 647 0.54 0.60 119 2.0 0.0306 19 55.0±1.1

PB-2-SS_1.1 282 238 0.87 0.26 97 1.6 0.0439 18 66.1±0.9

PB-2-SS_1.2 104 91 0.91 0.36 126 3.6 0.0763 34 49.2±0.6

PB-2-SS_1.3 332 263 0.82 -0.24 115 3.3 0.0608 18 54.9±1.7

PB-2-SS_1.4 110 54 0.50 -0.35 109 2.6 0.0698 27 57.0±0.6

PB-2-SS_1.5 65 48 0.76 -0.29 377 20.0 0.1710 65 21.8±1.7

PB-2-SS_1.6 465 487 1.08 0.30 99 1.1 0.0364 20 65.5±0.5

PB-2-SS_1.7 1240 581 0.48 0.13 56 0.9 0.0475 3 113.3±1.0

PB-2-SS_1.8 605 332 0.57 0.11 59 1.0 0.0425 9 108.9±1.0

PB-2-SS_1.9 455 276 0.63 0.46 79 0.9 0.0502 10 80.4±0.6

PB-2-SS_1.10 544 416 0.79 0.13 99 1.4 0.0521 7 64.5±0.8

PB-2-SS_1.11 567 138 0.25 0.19 58 0.9 0.0487 4 109.5±1.0

PB-2-SS_1.12 1195 1095 0.95 -0.03 57 0.9 0.0481 2 112.5±1.0

PB-2-SS_1.13 1488 1345 0.93 -0.21 120 1.1 0.0490 4 53.3±0.6

PB-2-SS_1.14 89 40 0.47 0.45 26 1.3 0.0590 8 243.7±2.9

PB-2-SS_1.15 58 44 0.78 -1.19 87 5.4 0.1086 30 68.3±2.2

PB-2-SS_1.16 217 142 0.68 -0.04 99 1.8 0.0400 22 65.6±1.0

PB-2-SS_1.17 1808 728 0.42 0.00 56 0.6 0.0475 2 114.6±0.7

PB-2-SS_1.18 559 300 0.55 0.21 95 1.6 0.0499 8 67.3±1.1

PB-2-SS_1.19 655 371 0.58 -0.04 24 0.6 0.0496 2 261.4±1.6

PB-2-SS_1.20 572 279 0.50 0.00 88 0.8 0.0483 7 72.7±0.5

PB-2-SS_1.21 144 50 0.36 -0.14 21 1.1 0.0504 6 307.0±3.1

PB-2-SS_1.22 180 171 0.98 -0.18 287 4.9 0.0871 39 21.3±0.4

PB-2-SS_1.23 223 173 0.81 1.15 316 5.2 0.0327 126 20.7±0.2

PB-2-SS_1.24 67 40 0.62 0.75 315 17.4 0.0991 49 24.2±1.4

PB-2-SS_1.25 232 101 0.45 0.67 119 2.8 0.0260 61 55.3±1.1

PB-2-SS_1.26 209 144 0.71 3.01 251 7.7 0.0742 8 29.6±0.5

PB-2-SS_1.27 151 102 0.70 0.14 95 3.2 0.0314 41 68.5±2.0

PB-2-SS_1.28 243 207 0.88 0.74 301 3.4 0.0247 109 21.9±0.2

PB-2-SS_1.29 91 84 0.95 0.60 132 4.1 0.0601 48 48.0±1.0

PB-2-SS_1.30 224 115 0.53 1.25 116 2.4 0.0524 27 54.8±0.9

PB-2-SS_1.31 999 289 0.30 0.05 110 0.9 0.0495 6 58.1±0.5

PB-2-SS_1.32 1096 894 0.84 -0.21 121 1.1 0.0394 8 53.5±0.5

PB-2-SS_1.33 98 69 0.73 1.28 338 9.9 0.0134 602 19.9±0.4

PB-2-SS_1.34 136 76 0.58 0.87 105 3.9 0.0682 29 59.5±1.8

PB-2-SS_1.35 783 445 0.59 6.49 99 1.5 0.0339 29 65.7±0.8

PB-2-SS_1.36 140 70 0.52 0.14 122 3.6 0.0230 89 54.4±1.4

PB-2-SS_1.37 417 155 0.39 -0.08 112 1.9 0.0419 18 57.8±0.9

(14)

Table 3. Continued

Spot no. U

(ppm) Th

(ppm) Th/U Common

PB-2-SS_1.38 166 117 0.73 2.78 381 12.5 0.1823 29 21.8±1.3

PB-2-SS_1.39 61 52 0.88 5.82 275 13.8 0.1467 63 20.4±0.8

PB-2-SS_1.40 133 93 0.72 0.14 133 4.6 0.0533 47 47.8±1.6

PB-2-SS_1.41 431 217 0.52 0.06 97 1.4 0.0452 13 66.3±0.8

PB-2-SS_1.42 135 109 0.83 0.72 288 6.3 0.0652 68 21.8±0.6

PB-2-SS_1.43 354 361 1.05 0.41 97 1.1 0.0507 13 65.8±0.5

PB-2-SS_1.44 205 193 0.97 0.69 292 5.0 0.0453 72 22.1±0.6

PB-2-SS_1.45 160 89 0.57 -0.20 116 3.3 0.0457 36 55.5±1.4

PB-2-SS_1.46 200 54 0.28 0.30 59 1.1 0.0425 14 108.7±1.0

PB-2-SS_1.47 347 164 0.49 -0.21 91 1.0 0.0402 14 71.0±0.6

PB-2-SS_1.48 176 119 0.70 -0.05 96 1.8 0.0533 22 66.2±0.7

PB-2-SS_1.49 136 86 0.65 0.29 121 3.2 0.0395 52 53.7±1.1

PB-3-1_1.1(o) 270 251 0.96 0.33 25 1.2 0.0538 3.2 249.6±3.1

PB-3-1_1.2(o) 145 140 1.00 2.05 24 1.4 0.0679 2.2 261.7±3.6

PB-3-1_2.1(b) 51 46 0.94 2.24 24 1.7 0.0693 8.0 256.8±4.6

PB-3-1_3.1(o) 163 89 0.56 0.39 23 1.9 0.0548 3.5 268.3±5.1

PB-3-1_4.1(b) 103 112 1.12 0.55 24 1.5 0.0559 2.2 263.1±3.8

PB-3-1_5.1(o) 133 85 0.66 1.04 23 1.3 0.0600 2.0 271.6±3.6

PB-3-1_6.1(b) 395 421 1.10 0.08 25 1.2 0.0518 1.9 248.9±2.9

PB-3-1_7.1(o) 91 62 0.70 0.49 24 1.4 0.0553 2.3 258.2±3.7

PB-3-1_8.1(o) 167 101 0.63 0.53 23 1.3 0.0558 1.7 268.7±3.4

PB-3-1_9.1(o) 99 56 0.58 0.65 24 1.4 0.0567 2.2 264.7±3.7

PB-3-1_10.1(b) 57 43 0.79 0.95 25 1.6 0.0589 2.9 251.4±4.0

PB-3-1_11.1(o) 145 80 0.57 0.46 24 1.3 0.0552 1.8 263.7±3.5

PB-3-1_12.1(b) 194 278 1.48 0.61 26 1.3 0.0560 1.6 246.2±3.1

PB-3-1_13.1(o) 107 55 0.53 0.59 24 1.4 0.0562 2.2 264.1±3.7

PB-3-1_14.1(o) 342 317 0.96 0.25 25 1.2 0.0533 2.6 254.1±3.0

PB-3-1_15.1(o) 197 160 0.84 0.54 23 1.3 0.0560 2.6 269.1±3.4

PB-3-1_15.2(u) 211 70 0.34 0.90 24 1.2 0.0588 3.2 264.8±3.3

PB-3-1_16.1(o) 312 309 1.03 0.13 25 1.2 0.0524 1.3 257.5±3.1

PB-3-1_17.1(b) 208 1403 0.51 - 3 2.0 0.1113 1.3 1826.2±24.9

PB-3-1_18.1(o) 234 208 0.92 0.19 24 1.3 0.0530 1.5 263.0±3.4

PB-3-1_19.1(b) 206 297 1.49 0.38 25 1.3 0.0543 1.6 254.7±3.2

PB-3-1_20.1(o) 144 56 0.50 0.66 23 1.4 0.0570 2.0 269.7±3.7

PB-3-1_21.1(b) 230 260 1.17 0.34 25 1.2 0.0541 1.5 255.3±3.2

PB-3-1_22.1(o) 132 46 0.36 0.56 23 1.9 0.0562 2.0 272.8±5.2

PB-3-1_23.1(b) 66 49 0.77 0.93 25 1.5 0.0586 2.8 247.1±3.8

PB-3-1_24.1(o) 140 84 0.62 0.54 24 1.8 0.0557 2.0 257.9±4.5

PB-3-1_25.1(b) 417 543 1.34 0.27 25 1.2 0.0535 1.1 255.1±3.0

PB-3-1_26.1(b) 1231 1753 1.47 0.42 24 1.1 0.0547 0.7 257.8±2.9

PB-3-1_27.1(o) 370 349 0.98 0.10 25 1.2 0.0521 2.5 251.9±3.0

PB-3-1_28.1(o) 529 259 1.06 0.03 24 1.6 0.0517 0.9 260.8±4.0

PB-3-1_29.1(o) 178 178 0.47 0.09 23 1.6 0.0525 1.4 275.2±4.3

PB-3-1_30.1(o) 148 148 0.47 0.48 3 1.3 0.1103 1.8 1801.1±32.7

(15)

Table 3. Continued

Spot no. U

(ppm) Th

(ppm) Th/U Common

PB-3-1_31.1(o) 167 167 0.81 0.33 24 1.6 0.0541 1.5 259.0±4.1

PB-3-1_32.1(o) 135 135 0.56 0.42 23 2.3 0.0552 1.6 278.4±6.3

PB-3-1_33.1(o) 195 195 0.35 0.07 23 1.6 0.0524 2.3 275.9±4.4

PB-3-2_1.1 115 126 1.13 0.86 24 1.8 0.0583 2.6 260.0±4.8

PB-3-2_2.1 130 97 0.77 1.89 24 1.4 0.0665 8.5 255.3±3.9

PB-3-2_3.1 408 664 1.68 0.09 24 1.2 0.0523 2.5 264.8±3.1

PB-3-2_4.1 184 177 0.99 0.20 25 1.2 0.0528 1.7 250.1±3.0

PB-3-2_5.1 176 180 1.06 0.64 24 1.3 0.0566 1.7 259.8±3.3

PB-3-2_6.1 194 170 0.90 0.62 24 1.3 0.0563 3.9 256.8±3.3

PB-3-2_7.1 157 129 0.85 0.32 24 1.3 0.0540 1.7 260.0±3.4

PB-3-2_8.1 209 159 0.78 0.25 24 1.5 0.0533 1.5 257.5±3.8

PB-3-2_9.1 189 122 0.67 0.07 25 1.5 0.0519 1.6 254.8±3.9

PB-3-2_10.1 114 69 0.63 0.69 24 1.4 0.0570 2.1 259.7±3.5

PB-3-2_11.1 242 238 1.01 0.27 25 1.2 0.0535 1.4 255.8±3.1

PB-3-2_12.1. 278 397 1.47 0.39 24 1.2 0.0545 2.3 257.6±3.1

PB-3-2_13.1 258 387 1.55 0.56 24 1.2 0.0559 1.5 258.8±3.1

PB-3-2_14.1 236 185 0.81 - 24 1.2 0.0509 1.5 260.4±3.2

PB-3-2_15.1 124 99 0.83 0.51 23 1.4 0.0558 4.5 274.7±3.8

PB-3-2_16.1 192 139 0.75 0.47 24 1.3 0.0552 1.8 259.8±3.3

PB-3-2_17.1 240 216 0.93 0.46 24 1.2 0.0550 1.4 256.8±3.2

PB-3-2_18.1 134 64 0.49 0.03 3 2.5 0.1149 0.5 1798.1±15.8

PB-3-2_19.1 201 119 0.62 0.38 22 1.8 0.0550 1.8 282.8±4.9

PB-3-2_20.1 290 401 1.43 0.19 24 1.2 0.0530 1.3 263.6±3.2

PB-3-2_21.1 535 585 1.13 0.37 24 1.2 0.0545 1.0 264.8±3.1

PB-3-2_22.1 177 225 1.31 0.35 24 1.3 0.0543 1.6 260.6±3.3

PB-3-2_23.1 210 136 0.67 0.30 24 1.3 0.0539 1.6 266.1±3.3

PB-3-2_24.1 114 82 0.74 0.46 24 1.8 0.0550 3.7 257.0±4.6

PB-3-2_25.1 207 206 1.03 0.60 24 1.3 0.0563 1.5 264.2±3.3

PB-3-2_26.1 245 231 0.974 0.23 24 1.2 0.0533 1.4 262.5±3.2

PB-3-2_27.1 398 656 1.70 0.09 24 1.4 0.0522 2.0 259.8±3.6

PB-3-2_28.1 217 258 1.23 0.04 24 1.3 0.0518 1.5 265.6±3.4

PB-3-2_29.1 166 132 0.82 0.29 24 1.4 0.0539 1.7 266.4±3.6

PB-3-2_30.1 183 113 0.64 0.12 24 2.0 0.0525 1.4 263.1±5.2

PB-3-2_31.1 213 155 0.75 0.20 24 1.2 0.0532 1.3 267.7±3.2

PB-3-2_32.1 197 132 0.69 1.15 24 2.5 0.0607 2.6 261.8±6.4

PB-3-2_33.1 198 125 0.65 0.36 24 1.9 0.0544 1.4 263.1±4.9

PB-3-2_34.1 331 243 0.76 0.22 24 1.4 0.0533 1.9 264.8±3.6

PB-3-2_35.1 286 341 1.23 0.32 24 1.2 0.0542 1.1 267.6±3.2

PB-3-2_36.1 326 395 1.25 0.38 23 1.2 0.0547 1.0 269.3±3.2

PB-3-2_37.1 134 107 0.83 2.70 23 1.3 0.0732 1.5 264.3±3.4

o: oscillatory zone, b: banded zone, u: unzoned.

(16)

저어콘 피션트랙 연령은 분출시기를 잘 지시한다고 할 수 있다(Naeser, 1979). 따라서 이를 통해 저어콘 U-Pb 연령과 피션트랙연령(Shin, 2013)을 비교해 보 면, 시추공 PB-1은 장기분지 동남단 오류리화강암 인 접부의 데사이트질 응회암 피션트랙 저어콘연대인 66.4±4.2 Ma와 오차범위 내에서 일치하며 시추공 PB- 2의 연대는 오차가 다소 크긴 하나 포항분지 동남단 과 장기분지 북서부 마이오세 분지충전물의 기반암으 로 산출되는 유문암질응회암의 77.6±8.0 Ma, 포항분 지 중서부의 유문암질 응회암의 73.8±5.7 Ma 그리고 장기분지 동남부 데사이트질 응회암의 77.5±6.7 Ma 연대와 오차범위 안에서 일치함을 알 수 있다. PB-2- 2에서 산출된 에오세 초기 연대는 청하-흥해 일대에 서 분포하는 담적갈색 유문암질 용결응회암의 피션트 랙 저어콘 연대인 53.2±6.4 Ma, 53.1±4.3 Ma 연대와 잘 일치한다. 이처럼 포항분지의 천부화산암을 이루 고 있는 유문암질암은 후기 백악기 화산활동부터 에 오세 초기까지 비교적 긴 시간에 걸쳐 형성되었으며 시추공 PB-1 아래 천부화산암이 PB-2의 천부화산암 기반암 보다 약 3-5 Ma 젊은 화산암층으로 이루어졌 음을 확인할 수 있다. 또한 시추공 PB-2는 심도 546 m에 위치한 PB-2-1 시추 코어 샘플보다 더 하부 인 570 m에 위치한 PB-2-2 시추 코어 샘플이 약 20 Ma 젊은 것으로 나타나는데 이는 546 m-570 m 사이에 단층이 존재하거나 또는 후기 백악기 화산활 동으로 PB-2-1의 천부화산암이 형성되고 약 20 Ma 이후 에오세 초기의 관입활동에 의해 PB-2-2가 생성 되었다고 생각할 수 있다. 포항분지 심부심성암에서 나타난 연대측정 결과는 Yi et al.(2012)이 보고한 포항분지 북쪽의 고생대말-중생대초 암체인 영덕화강 암(252.9±2.5 Ma, 250.0±2.3 Ma), 장사리화강암(257.3±

2.0 Ma) 그리고 장사리반려암(255.7±1.4 Ma)과 오차범 위 내에서 일치함을 확인할 수 있었다. 하지만 연일 층군에서 시추한 Lee et al.(2007)의 깊이 2260 m 부근 화강섬록암 시추 코어의 저어콘 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 가중 평균 연령인 273±4 Ma(2σ)보다 약 10-20Ma 젊은 값을 보인다. 이는 포항분지의 심부기반암을 이루는 화강암류들을 약 270 Ma에서 250 Ma에 이르는 기간 동안 형성된 연속적인 화성활동의 산물로 해석할 수 있다.

포항분지 퇴적암의 쇄설성저어콘 연대측정 결과 PB-1-SS에서는 신원생대-마이오세까지, PB-2-SS는 석 탄기-마이오세까지 다양한 연대분포를 이루고 있는 것

으로 나타났다(Fig. 7, Table 3). 일치곡선상의 가장 젊은 연령은 오차범위 내에서 일치하는 하부 마이오 세(21.68±1.2 Ma, n=10, MSWD=19; 21.89±1.1 Ma, n=15, MSWD=0.04)로 구해졌으며 두 시추 코어 시 료에서 공통적으로 나타나는 가장 젊은 일치곡선 연 령을 간주 할 때 포항분지는 생층서연대에서 제시된 퇴적시기와 부합되는 마이오세 전기에서 중기(Bak et al., 1997; Kim, 1965; Yi and Yun, 1995; Yoon, 1979)에 퇴적된 지층임을 확인할 수 있다. 퇴적암으 로부터 분석된 모든 저어콘은 Th/U 값이 0.1 이상으 로 화성기원 저어콘임을 확인할 수 있었고 두 퇴적암 모두 20-30 Ma와 50-70 Ma에 두드러진 연대 분포 양상을 나타내는 것으로 보아 퇴적암의 기원지에서는 불연속적인 두 번의 큰 화성활동 시기가 존재했으며 이들 화성활동의 산물이 포항분지 퇴적물에 영향을 미쳤을 것으로 해석된다. 또한 포항분지 시추 코어 퇴적암으로부터 분리한 쇄설성저어콘들에는 선캠브리 아-고생대에 해당하는 저어콘 및 포항분지의 심부심 성암에서 산출된 페름기-트라이아스기 시기의 저어콘 연령이 아주 극소수 분포하며, 초기-중기(120-80 Ma) 백악기 연령의 저어콘이 PB-2-SS에서는 산출되는데 반해 PB-1-SS에서는 전혀 발견되지 않는다. 이는 포 항분지가 퇴적될 당시 퇴적물의 주된 공급지가 멀지 않은 가까운 곳이었으며 심부의 기반암은 노출되지 않았거나 퇴적물 공급에 큰 영향을 주지 않았음을 지 시한다.

Rb-Sr 동위원소 및 Sm-Nd동위원소의 지구화학 적 의의

포항분지 심부심성암 전암시료의 Rb-Sr과 Sm-Nd 동위원소 조성 분석 결과 (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_initial값은 0.7034- 0.7042의 범위를 보이며 ε_Nd 값 초기치는 +4.0-+5.1 로(Table 4) 포항분지 북부에 위치한 영덕지역 페름 기-트라이아스기 동위원소 조성과 거의 일치할 뿐만 아니라 경상분지 내에 분포하고 있는 화강암류의 동 위원소 값에 비하면 초생적인 영역에 해당된다(Fig.

8; Lee et al., 1995; Kim and Kim, 1997; Cheong et al., 1998, 2002; Yun et al., 2005; Yi et al., 2012). 포항분지 북부에 위치한 영덕 암체는 전형적 인 아다카이트(adakite)의 지구화학적 특징(예를 들어 매우 높은 Sr/Y, La/Yb비)을 보이며 아마도 해령의 섭입과 연관된 고온의 환경에서 섭입한 해양판이 용 융되어 만들어진 것으로 생각된다. 최근의 저어콘 Hf

(17)

동위원소 연구 결과(Cheong et al., 2013)는 약 250 Ma의 영덕 암체는 연대와 ε_Hf값이 경상분지 내 부 백악기-제3기 화강암 자료와 연결할 때 평균 지각 이 가지는 진화선을 나타내므로 영덕 암체와 비슷한 종류의 화강암류가 더 젊은 화강암류의 기원물질로 고려될 수 있음을 밝혔다. 따라서 포항분지 심부심성 암을 포함한 페름기로부터 제3기까지 경상분지 암체 들의 비교적 일관된 Sr-Nd 동위원소 조성 변화는 현 생 지각의 재순환을 지시할 가능성이 있으며 이에 대 해서는 계속적인 연구를 요한다.

요약 및 결론

포항분지 시추 코어에서 채취한 심부심성암 및 천 부화산암은 칼크-알칼리 계열의 특징을 보이는 High-

K 영역에 속하며 심부심성암은 화강암 및 반려암으 로 그리고 천부화산암은 유문암류로 구성되어있다. 이 들의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대는 심부심성암이 262.4±3.6 Ma-252.4±3.6 Ma, 천부화산암이 71.34±

0.85 Ma-49.40±0.37 Ma로 각각 나타났다. 이러한 기 반암류를 덮고 있는 퇴적층 쇄설성저어콘의 연령은 신원생대에서 신생대까지 다양하게 분포하며 20- 30 Ma와 50-70 Ma에 가장 두드러진 연대 분포 양상 을 보인다. 쇄설성저어콘의 가장 젊은 일치곡선연령 은 21.89±1.1 Ma와 21.68±1.2 Ma로 나타났는데 이는 포항분지가 동해의 확장과 관련한 마이오세 초기 이 후에 퇴적된 지층임을 지시한다. 페름기 심부 심성암 의 연대와 Sr-Nd 동위원소 조성은 경상분지 북부에 영덕 지역에 분포하는 페름기-트라이아스기 화강암류 와 유사하며 이들이 이후 경상분지 백악기-제3기 화 성활동에 기원물질로 재순환되었을 가능성을 시사한다.

사 사

이 연구는 2012-2013년도 한국지질자원연구원 에 너지기술개발사업(PJD-012)와 한국에너지기술평가원 지식경제기술혁신사업(과제번호:20123010110010)의 지원을 받아 수행되었습니다. 시료를 제공해주신 한 래희 박사에게 감사드립니다. 초고에 대하여 유익한 지적과 조언을 해 주신 윤성효 교수님과 김종선 박사 님께 감사드립니다.

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Spot no. Rb (ppm)

Sr (ppm)

87

Rb/

⁸⁶

Sr

⁸⁷

Sr/

⁸⁶

Sr 2σ SE (

⁸⁷

Sr/

86

Sr)

_initial

Sm (ppm)

Nd (ppm)

147

Sm/

144

Nd

143

Nd/

144

Nd 2σ SE ε

_Nd

(T)

TDM (Ga) PB-3-1a 54.5 769.5 0.205 0.704744 0.000006 0.7040 6.86 35.2 0.1179 0.512735 0.000005 4.4 0.66 PB-3-1b 48.2 475.4 0.294 0.705171 0.000008 0.7041 4.87 21.9 0.1347 0.512749 0.000004 4.2 0.77 PB-3-1c 50.2 467.1 0.311 0.705327 0.000008 0.7042 4.06 17.9 0.1376 0.512745 0.000004 4.0 0.81 PB-3-2a 85.4 243.1 1.016 0.707214 0.000007 0.7034 1.36 8.28 0.0995 0.512733 0.000004 5.1 0.56 PB-3-2b 67.9 255.3 0.770 0.706850 0.000009 0.7040 3.12 15.7 0.1204 0.512739 0.000006 4.5 0.67 PB-3-2c 67.9 274.9 0.714 0.706780 0.000007 0.7041 2.96 14.8 0.1209 0.512729 0.000004 4.3 0.69

Fig. 8. Sr-Nd isotopic compositions of the plutonic

samples compared with those of Permian-Triassic

granitoids from the northern Gyeongsang basin.

(18)

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