한국 동남부 마이오세 분지 화산암과 기반암의 피션트랙 연대 재검토와 연대층서 고찰
신성천*
한국지질자원연구원 지구환경연구본부
Revised Fission-track Ages and Chronostratigraphies of the Miocene Basin-fill Volcanics and Basements, SE Korea
Seong-Cheon Shin*
Geologic Environment Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, 124 Gwahang-no, Yuseong-gu, Daejeon 305-350, Republic of Korea
요 약: 피션트랙(fission-track: FT) 연대측정 초기단계의 부적합한 연대보정법에 기인한 오류 원인을 정밀진 단하고, 중복시료에 의한 재실험과 제타보정법에 의해 최초 보고된 피션트랙(FT) 연대를 재정의한다. 재검토 된 FT 저콘연대는 기반암인 유천층군 유문암질-데사이트질응회암의 생성연대를 후기 백악기부터 고제3기 초 (78±4 Ma부터 65±2 Ma)로 재정의하며, 곡강동유문암질응회암을 전기 에오세(52.1±2.3 Ma) 산물로 정의한다.
전기 마이오세 화산암의 경우, 효동리화산암류 상부 데사이트질응회암(21.6±1.4 Ma)과 범곡리화산암류 최상부 데사이트 용암(21.3±2.0 Ma)의 FT 저콘연대는 각각 어일분지 남부와 와읍분지 중앙부의 상부 범곡리층군의 연대층서를, 그리고 금오리데사이트질응회암(19.8±1.6 Ma)의 FT 저콘연대는 장기분지 내 후기 데사이트질 화 산활동 시기를 정의한다. 데사이트질암의 FT 저콘연대와 현무암질-안산암질암의 기존 연대자료(대부분 K-Ar 전암, 일부 Ar-Ar)를 기반으로 하여, 한국 동남부의 마이오세 분지의 화산암과 기반암의 층서대비에 길잡이가 될 수 있는 참고연대를 설정 제안한다. 관계화산암의 연대에 기반하여 분지충전 퇴적지층의 퇴적시기도 추정 한다. 제안된 참고연대는 마이오세 분지의 복잡한 분지구조와 비교적 짧은 연대범위에도 불구하고 지질층서 에 잘 부합된다. 범곡리층군은 어일-와읍분지에서 장기층군보다 하위인 것이 확실하나, 장기분지의 전기 장기 층군과 상당부분 중첩 병립되므로, 두 층군을 획일적으로 선후관계로 정의할 수는 없다. 장기분지에서 장기층 군 하나로 묶여있는 일련의 지층군은 약 20 Ma를 기준으로 전기(23-20 Ma)의 안산암질-데사이트질암과 후기 (20-18 Ma)의 현무암질암으로 뚜렷하게 구분된다.
핵심어: 피션트랙 연대, 연대층서, 마이오세 분지, 한국 동남부
Abstract: Erroneous fission-track (FT) ages caused by an inappropriate calibration in the initial stage of FT dating were redefined by re-experiments and zeta calibration using duplicate samples. Revised FT zircon ages newly define the formation ages of Yucheon Group rhyolitic-dacitic tuffs as Late Cretaceous to Early Paleocene (78±4 Ma to 65±2 Ma) and Gokgangdong rhyolitic tuff as Early Eocene (52.1±2.3 Ma).
In case of the Early Miocene volcanics, FT zircon ages from a dacitic tuff of the upper Hyodongri Volcanics (21.6±1.4 Ma) and a dacitic lava of the uppermost Beomgokri Volcanics (21.3±2.0 Ma) define chronostratigraphies of the upper Beomgokri Group, respectively in the southern Eoil Basin and in the Waeup Basin. A FT zircon age (19.8±1.6 Ma) from the Geumori dacitic tuff defines the time of later dacitic eruption in the Janggi Basin. Based on FT zircon ages for dacitic rocks and previous age data (mostly K-Ar whole-rock, partly Ar-Ar) for basaltic-andesitic rocks, reference ages are recommended as guides for stratigraphic correlations of the Miocene volcanics and basements in SE Korea. The times of
*Corresponding author Tel: 042-868-3165 E-mail: [email protected]
accumulation of basin-fill sediments are also deduced from ages of related volcanics. Recommended reference ages are well matched to the whole stratigraphic sequences despite complicated basin structures and a relative short time-span. The Beomgokri Group evidently predates the Janggi Group in the Eoil- Waeup basins, while it is placed at an overlapped time-level along with the earlier Janggi Group in the Janggi Basin. Therefore, the two groups cannot be uniformly defined in a sequential order. The Janggi Group of the Janggi Basin can be evidently subdivided by ca. 20 Ma-basis into two parts, i.e., the earlier (23-20 Ma) andesitic-dacitic and later (20-18 Ma) basaltic strata.
Key words: fission-track age, chronostratigraphy, Miocene basin, SE Korea
서 언
한반도 동남부에 분포하는 마이오세 분지진화사와 화산활동사 이해를 위해서는 다양한 성분과 산출양상 을 보이는 화산암의 연대층서를 명확히 정의하는 것 이 매우 중요하다. 1975년 K. Shibata가 구룡포지역 안산암질현무암의 K-Ar 전암연대(18.5±1.0 Ma)를 측 정하여 보고(Shibata et al., 1979)하고, 1977년 J.E.
Harakal이 월성원자력발전소 부지조사의 일환으로 포 항시 달전리 골재채취장과 동해면 입암리의 현무암질 암의 K-Ar 전암연대(각각 19.0±0.7 Ma, 19.7±0.6 Ma) 를 캐나다 F.D. Patton 컨설턴트 사와 자원개발연구 소에서 수행한 용역보고서(Patton, 1981)에 수록하였 다. 이 전기 마이오세 연대는 당시로서는 시사하는 바가 컸는데, 그 이유는 상기 현무암질암의 지질시대 가 1:5만 연일-구룡포-감포도폭 지질도(Tateiwa, 1924) 에 제4기로 분류된 이래, 1:5만 포항지질도(Um et al., 1964)와 1:25만 구도폭 안동지질도(GMIK, 1973) 에서도 제4기로 분류돼있었을 뿐 아니라, 연일층군 퇴 적암의 생층서연대가 중기 마이오세(Huzioka, 1972;
Kim et al., 1975; Kim and Yoon, 1978)로 보고되 어 화산암의 생성시기는 적어도 연일층군의 퇴적 이 전일 가능성이 제기된 상태였기 때문이다.
이후 한국 동남부에 분포하는 마이오세 화산암은 동해 열림과 관련된 일본열도와 한반도의 지각진화사 규명을 위해 일본과 국내외 학자들의 주요 연구 대상 으로 주목 받게 되었다. 1980년대 중반부터는 전암 물질을 이용한 K-Ar 연대측정에 적합한 현무암질-안 산암질암을 대상으로 많은 연대측정이 집중적으로 이 루어졌는데, 일부 국내에서 측정된 것(Jin et al., 1988)을 제외하면, 대부분 일본(Kim et al., 1986;
Sawada, 1988; Shimazu et al., 1990; Lee et al., 1992; Yun et al., 1995 등)과 해외(Lee, 1985; Lee and Pouclet, 1988; Min et al., 1994)에서 얻어졌다.
유문암질-데사이트질 화산력응회암처럼 암상이 불균 질하여 K-Ar 전암법 측정에 부적합한 경우에 피션트 랙(FT) 연대측정법(Naeser, 1979) 또는 40Ar/39Ar 연 대측정법(Faure, 1986) 등이 대안으로 제시되었으며, 국내에서는 1980년대 후반에 FT 연대(Jin et al., 1988, 1989), 최근에 일부 Ar-Ar 연대(Kim et al., 2005; Paik et al., 2010)가 보고된 바 있다.
보고된 연대자료는 대부분 23-18 Ma 사이에 집중 되고, 오차범위가 중첩된 경우도 많아, 비교적 짧은 기간에 생성된 화산암 간에 뚜렷한 연대층서 설정은 여전히 쉽지 않다. 또한, 분지별 암상차이와 단층에 의한 지층의 단절 또는 교란으로 인한 복잡한 분지구 조는 한 분지 내에서는 물론 서로 다른 분지들 간의 연대층서 대비를 어렵게 만든다.
저자는 일부 마이오세 데사이트질암을 대상으로 처 음으로 FT 저콘연대(15.9-14.5 Ma)를 보고한 바 있는 데(Jin et al., 1988), 당시에는 세계표준연대시료를 이용하여 구한 제타(ζ)보정상수가 확립되기(Shin and Nishimura, 1991) 전이므로, 연대계산을 고전적 보정 방식에 의존할 수밖에 없어 다양한 요인에 기인한 오 류 개입이 불가피하였다. 오류의 가능성은 연대계산 시 238U의 자발핵분열 붕괴상수(λf)의 임의 선택; 감손 우라늄비의 표준그래스 SRM612에 대한 예비보정인 자(B-값)에 의한 열중성자 플루엔스 간접 모니터링;
연마 광물 내부면에 대한 기하학적 보정인자의 획일 적 적용에 기인하는 것으로 예상된다. 이번 연구에서 는 최초 보고에서의 문제점을 원천적으로 배제하기 위해, 기존시료와 동일한 지점에서 중복시료를 채취 하여 광물연마부터 원자로 조사(照射) 등 실험을 다 시 실시하고, 다양한 세계표준연대시료를 이용하여 천 연동위원소비의 우라늄이 함유된 표준그래스 Corning® CN1에 대해 최종확립한 제타상수로 새로운 연대보정 법을 적용하여 FT 연대를 수정 제시한다.
한편, 기반암인 유천층군 유문암질-데사이트질응회
암에 대해 최초 보고된 FT 저콘연대(58.3-49.5 Ma;
Jin et al., 1988) 역시 상기와 마찬가지의 오류를 내 포하였음에도 불구하고 즉시 재검토가 이루어지지 않 아 잘못 인용되는 사례를 초래하게 되어 이번에 함께 수정한다. 아울러, 효율적인 층서대비에 길잡이가 될 수 있는 지질단위별 참고연대(reference age)를 설정 제안한다.
지질학적 배경과 문제점
광역지질과 지구조
연구 대상지역은 129o16'~129o36'E, 35o43'~36o20'N 사이의 한국 동남부에 해당한다(그림 1). 마이오세 분 지에는 한반도 동남부의 판구조 운동체계 변화에 기 인한 마이오세 기간 중의 동해확장과 관련된 조구조 적 환경변화로 인해 형성된 다양한 성분의 화산암과 퇴적물이 충전되어 있다(Geological Society of Korea, 1999). 가장 고기 기반암은 연구지역 남부 외곽의 백 악기 하양층군과 구룡포 북부의 백악기 퇴적암(발산 동층; Yun et al., 1994)이다. 마이오세 분지충전물의 기반암으로 산출되는 것은 분지충전물의 분포를 규제 하는 유천층군 유문암질-데사이트질암(후기 백악기-팔 레오세); 포항분지 북부의 곡강동유문암질응회암과 구 룡포 북부의 안산암질-유문암질응회암 등 전기 에오 세 화산암; 그 외 일부 팔레오세 화강암이다. 마이오 세 분지충전물은 전기 마이오세 화산암과 육성퇴적암 (범곡리층군과 장기층군) 그리고 전기 마이오세 말부 터 중기 마이오세의 해성퇴적암(연일층군)으로 대별 된다(그림 1).
1) 후기 백악기-고제3기 초 기반암(유천층군) 한반도 동남부에는 백악기 말에서 고제3기 중에 대 륙호의 조구조환경 하에서 생성된 현무암에서 유문암 에 이르는 다양한 성분의 화산암과 일부 반심성암으 로 구성된 유천층군(Lee, ed., 1987; Geological Society of Korea, 1999)이 분포한다. 연구지역 북서 부의 일부 안산암질암을 제외하면, 전반적으로 데사 이트질-유문암질암의 암편질 용결응회암이 우세하며, 지역에 따라 결정질응회암과 용암류로 산출된다. 뒤 에 논의하겠지만, 유천층군 데사이트-유문암질암은 FT 저콘연대(77.6±8.0 Ma부터 65.3±3.8 Ma)에 기반하면 후기 백악기-고제3기 팔레오세 초 산물이다.
2) 전기 에오세 화산암
포항분지 북부의 전기 에오세 유문암질응회암은 백
악기의 리파라이트(liparite; Um et al., 1964), 지경 동화산암류(Kim et al., 1968), 산성화산암류(GMIK, 1973), 그리고 에오세의 곡강동유문암(Chang, 1985) 또는 칠포응회암(Yun, 1988), 제3기 산성화산암류 (Hwang et al., 1996) 등으로 분류돼왔다. K-Ar 장 석연대(45.0±2.5 Ma, 44.7±1.1 Ma; Shibata et al., 1979)를 근거로 Chang (1985)은 유천층군과는 별개 의 에오세 속(束, Synthem)으로 분류하고 곡강동유문 암으로 기재하였다. FT 연대측정을 실시한 암석은 다 양한 암상의 유문암질화산암 가운데 우세한 분포를 보이는 최상부의 결정유리질 유문암질응회암이다. 이 논문에서는 ‘곡강동유문암질응회암’이라 기술한다. 뒤 에서 자세히 논의하겠지만, FT 저콘연대(평균 52.1±
2.3 Ma)에 기반하면 이 응회암은 전기 에오세 산물이 다. 현재 지표에서 양산단층 동쪽과 서쪽에 공존하는 것으로 보아 양산단층의 수평변위 이전 산물임을 지시 하는데, 큰 수평변위를 초래한 가능한 원인은 중기 에 오세(예: ~42 Ma, Clague and Jarrard, 1973; ~43 Ma, Richards and Lithgow-Bertelloni, 1996)에 태평양판 의 이동 벡터가 급작스레 서쪽으로 바뀜에 따라 양산 단층이 우수향 주향이동단층으로 재활성화한 데에 기 인하였을 것으로 추론된다.
한편, 장기분지 북부에는 하위로부터 두일포안산암 (용암류), 강사리응회암(주로 화산력응회암/강하회응회 암), 구만리유문암(관입) 등이 산출된다(Yun et al., 1994). 그들은 마이오세 장기역암 내의 역들 가운데 우세하게 산출되는 적갈색 결정유리질용결응회암 역 을 강사리응회암에 대응하는 것으로 보고, 그 역의 K-Ar 전암연대(41.7±1.9 Ma; Kim et al., 1986)를 근거로 가장 넓게 산출되는 강사리응회암을 에오세 산물로 판단하고, 포항분지의 칠포응회암(Yun, 1988) 에 대비되는 것으로 간주하였다.
3) 마이오세 화산암과 퇴적암
마이오세 분지충전물은 Tateiwa (1924)에 의해 장기 통(장기층군·범곡리층군)과 연일통(연일층군)으로 처 음 구분되었다. 영문판 Geology of Korea (Reedman and Um, 1975; Lee, ed., 1987)에는 장기층군과 범 곡리층군을 묶어 양북층군으로 기술하였다. 마이오세 화산암은 장기분지와 그 이남의 어일분지-와읍분지- 추령지역에 대부분 분포하며, 포항분지에는 달전리 지 역에 국지적으로 분포할 뿐이다. 퇴적암의 경우, 범곡 리층군과 장기층군의 육성퇴적암은 장기·어일·와 읍분지에 주로 분포하며, 연일층군 해성퇴적암은 대
부분 포항분지에 두껍게 퇴적되었고 장기분지 이남에 도 일부 산출된다(그림 1). 연일층군 퇴적암의 생층서 연대는 전기 마이오세 말부터 중기 마이오세로 정의 된다(Kim and Yoon, 1978; Kim, 1990; Yi and Yun, 1992).
한반도 동남부의 마이오세 분지들 내에서 일어난 격렬한 칼크-알칼리 화산활동은 후기 올리고세에 태 평양판의 섭입재개와 더불어 활동성 연변부로 바뀐 것과 밀접하게 관계되었음을 암시하며, 화산활동 절 정기(전기 마이오세)는 동해의 배호확장 시작을 유발 한 판 섭입의 가속화와 판 교차점의 동향 이동과 밀 접하게 관련되었을 것으로 해석되었다(Clague and Jarrad, 1973; Charvet and Fabbri, 1987; Lee and Pouclet, 1988; Fabbri et al., 1996). 장기분지와 어 일분지에 산출되는 현무암과 현무암질안산암의 지화 학 자료는 비알칼리암(sub-alkaline) 계열의 중-칼륨 (medium-K)의 칼크-알칼리계열에 해당함을 지시한다 (Park et al., 1999; Shim et al., 2011). Lee et al.
(1999)은 고지자기 기록을 근거로, 고-연일해가 하나 의 당겨-열림분지로서 침강했을 때에 울릉분지의 확 장으로 인한 신장력 하에서 양산단층운동이 일어났으 며, 그 우수향 주향이동 시기를 연일층군 퇴적 직전 인 17.3 Ma로 제안하였다.
마이오세 분지의 영역과 분지충전물의 층서 Tateiwa (1924)가 1:5만 연일-구룡포-감포도폭 지질 도를 조사할 당시에는 분지 개념을 적용하지 않았다.
이후 마이오세 분지의 영역은 연구자 관점에 따라 달 리 설정돼왔다. Kim (1970)은 마이오세 분지를 포
항·어일·울산분지로 구분하고 포항분지에 지금의 장기분지를 포함시켰고, 어일분지에는 지금의 어일분 지 외에 남쪽의 하서·정자지역까지 포함시켰다. 이 후 영문판 Geology of Korea (Lee, ed., 1987)에서 는 지금의 포항분지와 장기분지를 합쳐서 포항분지로 기술하였다. Yoon (1982)은 제3기 층서를 제안하면서 추령-어일-감포지역의 마이오세 분지를 어일분지로 기 술하였다. Yoon (1986)은 포항분지 이남에 분산된 분 지들을 하나로 묶어 양남분지라 명명하였다. 포항분 지와 양남분지 둘로 구분한 근거는, 포항분지에는 화 산암이 존재하지 않고 대부분 원양성 내지 내만성 퇴 적암이 충전된 반면에, 양남분지에는 다양한 화산암 이 널리 분포하고 내만성 내지 육성 퇴적층이 교호되 는 차별성에 두었다. 그러나 그가 처음 제시한 양남 분지에는 지금의 장기분지가 포함되지 않았으며, 장 기분지와 그 남쪽 분지들을 모두 포함시킨 것은 그 이후(Yoon et al., 1991)이다. 그러나 양남분지는 분 포위치, 분지충전물 특성과 분지발달사의 차별성에 근 거하여 장기·어일·와읍분지와 그 남쪽의 독립적인 분지들로 구분된다(Son et al., 2000a).
경주시 양북면에서 감포읍에 이르는 지역에 걸쳐 형성된 분지는 어일분지로 통칭되었으나(Yoon, 1986;
Lee et al.. 1992), Son et al. (2000a)은 용동리-와 읍리 사이에 북동-방향으로 발달된 용동리단층(그림 1의 YDF; Tateiwa, 1924)을 기준으로 양쪽 지역의 충전물이 뚜렷한 암상차이를 보이는 점에 근거하여 분지 확장/침강시기와 충전물 퇴적시기가 서로 달랐 을 것으로 판단하고, 단층 동쪽(어일분지)과 서쪽(와 읍분지) 지역을 각기 독립적인 특징을 지닌 별개의 Fig. 1. Map showing geology and ages for the Miocene basin-fill volcanics and basements in SE Korea. (a) Geology: 1=Cretaceous sediments (1a=Hayang Group; 1b=Balsandong Formation); 2=Yucheon Group volcanics;
3=Granitic rocks; 4=Gokgandong Rhyolitic Tuff; 5=Eocene volcanics in Guryongpo area; 6=Gampo Conglomerate;
7=Andongri Formation; 8=Janggi/Jeongcheolli Conglomerate; 9a=Churyeong Breccia; 9b=Galpyeongdong Breccia;
10=Hyodongri Volcanics; 11=Waeupri Tuff; 12=Yongdongri Tuff; 13a=Beomgokri Volcanics; 13b=Volcanics in Churyeong area; 13c=Volcanics in Jinjeonri area; 14=Ocheon Formation (14a=trachytic andesites and andesites, i.e., Nultaeri Volcanics; 14b=lignite-bearing sediments; 14c=dacitic tuffs; 14d=Geumori dacitic tuff); 15=Manghaesan Formation; 16=basaltic rocks in Janggi Basin (Yeonil basalts & andesites); 17a=Eoil Formation; 17b=Eoil Basalt;
18=basalt in Daljeonri area; 19=andesitic-basaltic dykes around Daljeonji Reservoir; 20=Yeonil Group sediments (modified from Tateiwa, 1924; Chwae et al., 1988; Yun et al., 1994; Hwang et al., 1996; Son et al., 2000a,b, 2002, 2005, 2009, 2013; Choi, 2006; Paik et al., 2010); (b) Abbreviations in index map: NM=Nangrim Massif, PB=Pyeongnam Basin, IB=Imjingang Belt, GM=Gyeonggi Massif, OMB=Okcheon Metamorphic Belt, TB=
Taebaeksan Basin, YM=Yeongnam Massif, GB=Gyeongsang Basin; P=Pohang Basin, J=Janggi Basin, W=Waeup Basin, E=Eoil Basin, H=Hyodongri area, C=Churyeong area, G-J=Galpyeongri-Jinjeonri area; YF=Yangsan Fault, UF=Ulsan Fault, YTL=Yeonil Tectonic Line, OCF=Ocheon Fault, YDF=Yongdongri Fault, MRF=Moriryeong Fault, JJF=Jukjeonri Fault, ORF=Oryuri Fault, JHF=Janghangri Fault, HDF=Hodongri Fault, TJF=Tabjeong Fault; (c) Age values: in million year (Ma, ±1σ); un-underlined=single measurement; underlined= average value from multiple data; Asterisked* italics=thermally-affected age.
분지로 구분하는 것이 타당하다고 제안하였다. 두 분 지는 북북동 방향의 우수향 주향이동단층운동과 북서 -남동 방향의 인장력에 의한 당겨-열림분지로 형성된 것으로 해석되고 있다(Son et al., 2000a, 2000b, 2002, 2005, 2013; Kwon et al., 2011). 이 논문에 서는 어일분지와 와읍분지를 분리해서 고찰한다.
1) 어일분지와 효동리지역
영역: 어일분지(그림 1 Index Map의 E)의 영역은 단층에 의해 대부분 규제된다. 서쪽경계는 북동-방향 의 용동리단층(YDF), 동쪽경계는 북북동-방향의 오류 리단층(ORF; Tateiwa, 1924), 북쪽경계는 동-서 방향 의 호동리단층(HDF; Chang et al., 2007)에 의해 규 제된다. 그리고 북서부와 남동부는 북동- 내지 동북동 -방향의 정단층들, 북동부와 남서부는 북북서-방향의 우수향 주향이동단층들에 의해 규제된다.
어일분지 남부의 효동리지역(Index Map의 H)은 와 읍리-대본리-용당리에 걸쳐 발달된 북서-방향 단층을 사이에 두고 어일분지 본분지와 떨어져 독립적인 영 역을 이룬다. 서남단에는 울산단층의 동쪽의 연일구 조선(그림 1의 YTL; Kim et al., 1998)이 경계한다.
석읍단층(SEF; Son et al., 2002)을 위시한 북북서- 방향의 주향이동단층들은 효동리화산암류의 평면분포 를 바꾸고, 북동- 내지 동북동-방향의 정단층들은 지 층의 상하 변위를 주도하였다.
층서:어일분지의 감포역암은 두께와 측방변화가 매 우 심하며, 주로 역암으로 이루어지고, 일부 사질암/
이질암과 렌즈상 갈탄층이 교호된다(Jeong et al., 2006). 어일층은 층회암(주로 응회질 역암/사암), 응회 질 사암과 집괴암, 응회암과 교호된 호성 퇴적암 등 으로 구성된다(Son et al., 2000b). 어일층 하부와 상 부에는 용암류로 분출된 어일현무암이 협재되는데, 층 위를 달리하는 하부용암류와 상부용암류 모두 측방 연장성이 양호하다. 하부용암류는 분지 북동부인 감 포 부근과 호동리 서쪽에 비교적 넓게 노출되어 서남 쪽의 팔조리까지 잘 연장되고 와읍리 능골일대에서는 매우 좁게 연장되며, 상부용암류는 감포읍 노동리 청 골과 양북면 어일리 척현 일대에서 좁은 폭으로 잘 연장되고 서부인 와읍리 일대에서는 비교적 넓게 분 포한다(그림 1).
효동리화산암류의 하부는 데사이트질응회암과 응회 질 역질/사질암, 중부는 안산암질 용암/집괴암/화산력 응회암/응회암, 상부는 데사이트질 집괴암/화산력응회 암/응회암으로 구성된다(Son et al., 2002). 효동리화
산암류의 층서적 위치와 층군명은 조사자에 따라 견 해가 다르다(표 1): 감포역암과 어일층및어일현무암의 사이의 장기층군(Tateiwa, 1924); 전동층 하부 역암 (즉, 감포역암)의 하위인 범곡리층군(Yoon, 1982); 어 일층및어일현무암의 상위의 어일층군(Chwae et al., 1988); 범곡리층군 와읍리응회암 하위의 장기층군 (Moon et al., 2000); 와읍리응회암보다 전기의 범곡 리층군 최하위층(Kim et al., 2005). 이러한 견해 차 이는 효동리화산암류가 어일분지 본분지와는 멀리 떨 어진 제한된 지역에 독립적으로 분포함으로써, 효동 리지역 북단(두산리 일대)에서 어일층과 국지적으로 접하긴 하나, 어일분지의 감포역암/어일층과 직접 경 계하지 않아, 상호관계가 명확하지 않기 때문이다. 그 러나 남동쪽 하서지역에 대한 류춘길의 조사결과를 인용한 Kim et al. (2005)에 따르면, 효동리화산암류 는 감포역암(전동층 하부 역암) 밑에 놓이고, 어일현 무암에 의해 관입 당한 전기 산물로 확인되었다.
Son et al. (2013)은 상세한 지질조사에서 효동리화 산암류는 어일분지의 경계단층인 정단층의 외곽인 높 은 산지에서 기반암인 백악기 퇴적암의 부정합면 위 에 직접 피복하며 분지 내에서는 관찰되지 않으므로 (Son et al., 2000b, 2002), 효동리화산암류를 분지충 전물이 아닌 분지가 본격적으로 확장되기 이전의 대 륙지각 열개 초기의 화산활동 산물로 해석하고, 범곡 리층군 하위의 독립적인 화산체로 구분할 것을 제안 하였다.
2) 와읍분지
영역:와읍분지(Index Map의 W)의 영역은 동쪽에 서는 용동리단층(YDF)에 의해 어일분지와 경계하며, 서단부는 북동-방향의 장항리단층(JHF; Chang et al., 2007), 북단은 호암리-용동리 간의 동-서 방향 단층, 남쪽은 안동리-범곡리 간의 동북동-방향의 탑정단층 (TJF; Chang et al., 2007)에 의해 각각 규제된다.
분지 서남단에서는 연일구조선이 분지충전물의 분포 를 단절한다(Son et al., 2002).
층서: 와읍분지의 북동부에는 와읍리응회암→안동 리층→용동리응회암→범곡리화산암류 순으로 충전되 었으며, 중앙부에는 일부 용동리응회암이 출현하나 그 하위의 와읍리응회암과 안동리층은 존재하지 않 고 범곡리화산암류와 연일층군 퇴적암이 충전되었으 며, 서남부에는 거의 연일층군 퇴적암만 산출된다(그 림 1).
와읍리응회암은 와읍분지 북동부 경계단층 위에 충
전되었고, 데사이트질 용결응회암과 암편질 응회암으 로 구성된다. 안동리층(Son et al., 2000a)은 안동리 역암(Tateiwa, 1924)과 용동리응회암 하부 사암대 (Chwae et al., 1988)를 합친 것으로 정의된다. 이 논문에서는 안동리층 하부에 발달된 역암을 ‘안동리 층 역암’이라 기술한다. 안동리층 역암은 일반적으로 그 전체가 와읍리응회암 위에 놓이는 것으로 보는데 (Tateiwa, 1924; Yoon, 1982; Chwae et al., 1988), 국지적으로 유천층군 기반암 위에 바로 접하는 부분 도 있는 것으로 확인된다(그림 1의 단면 A-A'에서처 럼). 안동리층 역암의 아래에 바로 접하는 응회암 중 에서 치밀 견고한 조직을 보이는 부분은 와읍리응회 암(마이오세)이 아니라, 유천층군 데사이트질응회암 (후기 백악기-고제3기 초)이 후기 열 영향을 받은 것 이다.
용동리응회암의 암상은 폭발성 화산쇄설물인 데사 이트질 집괴암(하부)과 낙하화산재 응회암과 응회질 사암(상부)으로 구성된다(Son et al., 2000a). 그 상위 의 범곡리화산암류는 하부에 데사이트질 화산집괴암 과 응회질 역암/사암이 우세하며, 상부로 갈수록 안산 암질응회암과 결정질응회암이 증가하고 응회질사암이 협재된다. 분지 중앙부와 서부에서는 지층의 측방변 화가 심하며, 북동- 내지 동북동-방향의 단층들과 그 에 거의 직교하는 북서-방향의 분절단층들에 의해 지 층이 단절되거나 규제되며, 정단층운동에 의해 규제 된 여러 지괴들이 상하로 움직인 증거도 인지된다 (Son et al., 2000a).
3) 추령지역과 진전리-갈평리지역
영역: 유천층군 데사이트질 기반암의 노출에 의해 와읍분지로부터 격리된 토함산 북쪽 황룡동과 추령일 대(이하 추령지역; Index Map의 C)에는 각력암과 데 사이트질암이 분포한다. 추령각력암(Yoon, 1982)은 동 쪽에서 유천층군 기반암과 경계하며 북부에서는 고제 3기 화강암 위에 부정합으로 놓인다. 추령지역 데사 이트질암의 분포는 동쪽과 서쪽에서 단층에 의해 규 제되며 유천층군 기반암과 경계한다. Son et al.
(2009)은 추령각력암을, 제대로 분지형태를 갖추지 못 한, 유천층군 기반암 내에 발달된 북동-방향의 정단층 운동으로 형성된 지구(地溝) 내에 퇴적된 것으로 해 석하였다.
추령지역의 북쪽인 진전리지역에는 고제3기 화강암 과 유천층군 기반암 위에 데사이트질암이 부정합으로 놓이며, 더 북쪽의 갈평리지역에는 유천층군 기반암
으로 둘러싸인 제한된 지역 내에 각력암이 충전되었 다.
층서: 추령지역과 갈평리지역의 각력암은 모두 갈 평동각력암(Tateiwa, 1924)으로 기재되었으나, Yoon (1982)은 추령각력암이라 고쳐 불렀다. 추령각력암은 주로 모난 각력으로 이루어지며, 일부 산성응회암과 응회질퇴적암이 협재된다(Son et al., 2009). 추령지역 과 진전리지역 충전물을 Tateiwa (1924)는 대비관계 로 보았다. 추령각력암의 퇴적층서를 Yoon (1982)은 와읍분지의 안동리역암과 동시기로 보았고, 추령각력 암 위에 분출한 데사이트 용암과 용동리응회암의 데 사이트 용암을 Son et al. (2009)은 Ar-Ar 연대(각각 22 Ma, 21.6 Ma; Kim et al., 2005)를 근거로 서 로 대비된다고 보았다.
4) 장기분지
영역: 장기분지(Index Map의 J)는 포항시 동해면- 구룡포읍-장기면 일대에 걸쳐 넓게 발달되며, 전체분 지발달사는 아직도 명확하게 정의되지 않은 상태이다.
분지의 북서쪽 경계는 북동-방향으로 발달된 오천단 층(OCF)에 의해 규제된다. 이 경계단층은 N30oE의 주향과 거의 수직에 가까운 경사를 가지나(Min et al., 1992), 충적층이 덮여 지표에서는 확인되지 않는 다(Cheon et al., 2012). 분지 중서부는 북동-방향의 모리령단층(MRF; Tateiwa, 1924)에 의해 단절되어 유천층군 기반암과 경계한다. 분지 남부에서는 부정 합 관계로 경계하는 유천층군 기반암에 의해 남쪽의 어일분지와 구분된다. 북동쪽 경계는 기반암으로 산 출되는 백악기 퇴적암과 에오세로 추정되는 화산암류 (Yun et al., 1994)와 대부분 부정합 관계로 접한다.
장기면 일대에서는 북동-방향의 명촌·동악산·창암 단층(Tateiwa, 1924) 등이 지층분포를 규제한다.
층서: Tateiwa (1924)의 최초 분류에서, 장기층군은 퇴적암 암상구성(기저역암/이질암/함탄층)과 응회암 조 성(현무암질/안산암질)을 기반으로 8개 지질단위로 세 분하였으며, 범곡리층군은 그 상위에 부정합으로 놓이 는 것으로 보고 분포지역에 따라 암상에 의해 방산리 /창암진주암과 망해산/창암/진전동안산암및응회암으로 분류하였다(표 1). 눌태리화산암류 하부는 산출양상에 따라 눌태리조면암과 눌태리조면암질응회암, 그리고 상부는 주분포지에 따라 신정동안산암(연일도폭)과 구 룡포안산암(구룡포도폭)으로 구분하였다. 그가 조면암 질암으로 동정한 하부 눌태리화산암류의 주성분(Kim et al., 1986)은 안산암 영역(Le Bas et al., 1986)에
Table 1. A comparison of diverse stratigraphic sequences in the Miocene basins, SE Korea J=Janggi Group, B=Beomgokri Group
해당하며 조면안산암 영역에 근접한다. 그는 일본어 로 작성된 연일-구룡포-감포도폭 지질도(Tateiwa, 1924)의 주상도에는 ‘눌태리(訥台里)’로 기재하였으나 본문에는 ‘눌대리(訥臺里)’로 표기하였는데, 그 후 Geology of Korea (Reedman and Um, 1975), 한국 지질론(Chang, 1985), 한국의 지질(Geological Society of Korea, 1999), 그 외 많은 논문(Kim et al., 1986;
Lee and Pouclet, 1988; Yun et al., 1994; Park et al., 1999; Noh and Hong, 2010; Paik et al., 2010 등)에서는 ‘눌대리(Nuldaeri)’로 기재된 경우가 흔하다.
그러나, 이 연구에서는 주 분포지의 지명인 포항시 남구 구룡포읍 눌태리(訥台里)를 따르는 것이 타당한 것으로 판단되어, ‘눌태리화산암류’로 기술한다.
Yoon et al. (1991)은 장기역암(장기 동부지역)을, 역암층은 일부이고 대부분 사질암/이질암과 일부 갈 탄층을 협재하므로, 기저역암이 아닌 것으로 보고 오 천층에 포함시켰고, 구룡포읍 서부 정천리 일대에 기 저역암으로 산출되는 분급이 불량한 큰 규모의 역암 층은 분포지 이름을 따서 정천리역암으로 명명하였다.
특히 기저역암 상위에 충전된 일련의 퇴적암과 화산 암 지층군을 오천층으로 묶었고, 그 상위의 망해산/창 암지역에 분포하는 데사이트질응회암/화산각력암/용결 응회암으로 구성된(Kim et al., 2011) 지층을 망해산 층이라 하였다.
Paik et al. (2010)은 오천지역에는 Tateiwa (1924) 의 상부함탄층과 하부함탄층의 구분기준인 하부현무 암질응회암이 존재하지 않고 데사이트질응회암이 두 껍게 발달하므로, 지질단위를 세분하는 것이 적절치 않다고 보고, 금광동층 상위의 일련의 지층군을 신정 리층으로 묶었다.
Kim et al. (2011)은 기저역암 상위에 충전된 일련 의 데사이트질응회암/응회질퇴적암 지층들을 암편과 기질의 조성, 산출양상, 지화학적 특징에 별다른 차이 가 없다고 보고, 성동리층 하나로 묶었다. 즉, 성동리 층은 Yoon et al. (1991)의 오천층과 망해산층을 합 친 것에 해당한다. 특히 데사이트질응회암은 영암리 에서 대진리 쪽으로 가면서 최소한 4회 이상 반복적 으로 교호되며, 측방 연장성이 양호하다. FT 연대측 정을 실시한 대진리 도로변의 데사이트질화산력응회 암은 최초 이름(금오리안산암질응회암)과 암상(데사이 트질)을 고려하여 이 연구에서는 ‘금오리데사이트질 응회암’이라 기술한다.
장기 동남부(양포소분지)에서도 데사이트질 화산력
응회암 또는 화산쇄설암이 데사이트 성분이 우세한 응회질 퇴적물 위에 연속적으로 피복되는 것으로 조 사되었다(Jung et al., 2012). 장기 북부와 동남부 지 역의 분지충전물은 전기의 데사이트질 화산물질과 후 기의 현무암질 화산물질이 지배한 이원성 화산활동 결과로 집적된 것으로 해석되었다(Kim et al., 2011;
Jung et al., 2012).
현무암질암은 동해면 신정리-금광리-입암리-조항산 -상정리에서 구룡포읍 성동리-뇌성산 일대에 걸쳐 광 범위하게 분포하며, 구룡포 북부와 장기 북동부 및 남부 등지에는 작은 규모로 산출된다(그림 1). 장기분 지의 현무암질암은 연일-구룡포-감포 지질도(Tateiwa, 1924)에서 제4기 연일현무암및양휘석안산암으로 묶여 져 맵핑되어 있을 뿐, 분지 전반에 걸쳐 자세한 암상 분대와 경계설정이 이루어지지 않았다. 기존 연대측 정자료 출처에도 분출상(용암)과 관입상(암맥)의 현무 암/안산암질현무암/현무암질안산암으로 다양하게 기재 되어 있다. Kim et al. (2011)은 장기 북부 지역에 Tateiwa (1924)의 하부현무암질응회암에 해당하는 지 층은 존재하지 않고, 상부현무암질응회암은 연일현무 암및양휘석안산암과 동일 화산활동 산물인 것으로 판 단하고 이들을 묶어 뇌성산현무암질암이라 명명하였 다. 이 논문에서는 연일도폭 지역에 광범위하게 산출 되는 현무암/안산암질현무암/현무암질안산암을 ‘연일 현무암및안산암’이라 기술한다.
5) 포항분지
영역: 포항시 흥해읍-연일읍-동해면에 걸쳐 넓게 발 달된 포항분지(Index Map의 P)는 양산단층의 우수향 주향이동단층운동으로 확장된 당겨-열림분지로 해석 돼왔으나(Han et al., 1986; Kim, 1992), 분지의 서 쪽 경계는 양산단층에 직접 접하지 않고 약간 동쪽에 발달된 정단층과 이음단층으로 연결된 일련의 단층들 에 의해 규제된다(Hong et al., 1998; Sohn and Son, 2004; Son et al., 2013). 분지의 동쪽경계는 오천단층(OCF)이며, 분지 서남쪽은 연일구조선이 영 역을 규제한다(그림 1).
층서: 포항분지 내 화산암은 달전리 골재채취장에 절벽을 이루며 비교적 큰 규모의 현무암체가 산출되 며, 달전지 저수지 주변에 작은 규모의 안산암질-현무 암질 암맥들이 산재할 뿐이다. 포항분지 이외의 지역 에서 광범위하게 산출되는 데사이트질암은 전혀 나타 나지 않는다. 달전리 골재채취장의 현무암(19.6±0.4 Ma; Patton, 1981; Lee, 1985; Jin et al., 1988)과
달전지 저수지와 그 일대에 작은 규모로 관입한 안산 암질-현무암질 암맥들(15-13 Ma; Sawada, 1988; Lee et al., 1992; Yun et al., 1995)은 생성시기에 차이 를 보인다. 비교적 가까운 지역 내에서 명백하게 다 른 두 연대군을 보이는 점에 유의할 필요가 있으며, 이에 관해서는 뒤에 자세히 논한다.
연일층군 퇴적암을 전기 마이오세 말부터 중기 마 이오세에 걸쳐 두텁게 퇴적시킨 삼각주-선상지는 약 17 Ma에 발달되기 시작하였고, 거의 동시에 연일구조 선이 운동하기 시작하였으며, 원양성-반원양성 퇴적물 은 약 11 Ma까지 집적된 것으로 해석되었다(Sohn and Son, 2004).
연구방법
기존 FT 연대의 문제점 정밀진단방법
제타보정법이 확립(Shin and Nishimura, 1991)되기 전의 고전적인 방법에 의해 측정하여 최초 보고된(Jin et al., 1988) FT 연대계산은 다음 식을 따랐다.
T =λd-1 ln[1 + (λd ϕ σ I/λf)(ρs/ρi)g]
여기서 λd (238U의 총붕괴상수), I (235U/238U 동위원소 비), σ (235U의 열중성자 단면적)는 확정된 값이므로, FT 연대 결정에 필요한 것은 λf, ϕ, g, ρs, ρi 값이다.
ρs (자발트랙밀도)와 ρi (유도트랙밀도)는 직접 계수해서 측정하기 때문에, 결정해야 할 것은 ϕ (열중성자 플루 엔스), λf (238U의 자발핵분열 붕괴상수), g (광물내부면 의 기하학적 보정인자) 등 세 가지이다. 따라서, 연대 계산 시 오류가 도입될 수 있는 가능성은 이 세 가 지 요인으로 압축된다.
1) 열중성자 플루엔스(ϕ)의 절대값은 중성자 조사 시에 방사선량계로 사용한 표준그래스의 유도트랙밀 도(ρd)를 계수하여 선형 비례관계(ϕ = B ρd)로부터 구 한다. 최초 FT 연대측정 시에 적용한 열중성자 플루 엔스 보정인자 B-값은 한국원자력연구원 TRIGA III 원자로의 6번 조사공에서 금(Au) 방사화에 의한 6회 의 조사를 통해 표준그래스 SRM612에 대해 예비결 정된 값, 즉 BSRM612=(5.590±0.524)×109 중성자수/트 랙이다(Jin et al., 1988). 이렇게 큰 편차(9.4%, ±1σ) 를 보이는 예비결정된 B-값은 오랜 시간에 걸쳐 훨씬 많은 자료축적을 통해 정밀검토가 필요하지만, 그 절 차는 실제로 매우 복잡하고 어려운 것으로 알려져 있 다. 예를 들어, Hurford and Green (1983)은 7년에
걸쳐 79회의 조사를 거쳐 검토했음에도 불구하고, 코 발트(Co) 방사화를 통해 SRM612에 대해 구한 B-값 의 개별측정치는 평균값에 대해 여전히 20%에 달하 는 큰 편차를 보임을 지적하였고, Carpenter and Reimer (1974)도 금-구리 방사화에 의해 측정한 중성 자 플루엔스에 11%에 달하는 변화가 있음을 지적한 바 있다. 이와 같은 변화는 중성자 스펙트럼 내의 각 에너지 수준에서의 각기 다른 동위원소들의 유효 단 면적 차이로부터 근본적으로 발생할 수 있으며, 특히 열중성자 효율이 낮은 원자로 조사 시설에서 흔히 나 타나는 것으로 밝혀졌다(Shin and Nishimura, 1991).
열중성자 효율은 일반적으로 카드뮴(Cd) 비로 나타내 는데, 최초 보고 연대측정에 사용된 조사공의 Cd 비 는 Au에 대해 12.5 (Park et al., 1989)로써, FT 연 대측정에 허용되는 최저 Cd 비 3 (Green and Hurford, 1984)보다는 높으나 월등히 높은 편은 아니 다. 이 정도의 열중성자 효율을 가진 조사시설에서 SRM612처럼 감손된(즉 235U/238U=0.2392 atom %) U (37 ppm)과 높은 Th (38 ppm)을 함유한 표준그래 스를 사용하면, 열중성자 외의 열외중성자와 고속중 성자에 의해 유도된 238U과 232Th의 핵분열 영향이 개입되는 것으로 입증되었다(Shin and Nishimura, 1991).
2) 고전적 보정방법에서는 연대계산 시에 238U의 자 발핵분열 붕괴상수(λf)는 여러 방법으로 결정된 많은 값들 중에서 하나를 임의로 선택할 수밖에 없다. 제 안된 여러 값들 중에서 보편적으로 이용되는 세 값, 즉 (6.85±0.20)×10-17a-1 (Fleischer and Price, 1964), (7.03±0.11)×10-17a-1 (Roberts et al., 1968), (8.46±0.06)
×10-17a-1 (Galliker et al., 1970) 간에는 큰 차이가 있다. 최초 보고 FT 연대의 계산시에 선택한 값은, 트랙집적실험과 표준연대시료 연대측정 결과를 통해 정확성이 뒷받침되어 선호도가 가장 높은 것으로 알 려진, 두 번째 값이다. 그러나 어느 λf 상수를 선택하 더라도 연대계산 결과에는 신뢰도가 보장되지 않는 문제점이 있는 것으로 확인되었다(Shin, 1992). 예컨 대, 열중성자 선량계로 감손 U과 높은 Th을 함유한 표준그래스 SRM612를 사용하지 않고, 천연동위원소 비(235U/238U=0.7262 atom %)의 U (39 ppm)과 낮은 Th (0.4 ppm)이 함유된 표준그래스 Corning® CN1을 사용하더라도, 측정된 열중성자 플루엔스 보정인자 (BCN1=(1.897±0.178)×109 중성자수/트랙)는 여전히 큰 편차(9.5%)를 보인다. 앞에 제시된 세 가지 λf값 가
운데, 극단적으로 차이나는 두 값(6.85×10-17a-1; 8.46×
10-17a-1)을 선택하여 세계표준연대시료의 연대측정을 실시한 결과, 21%의 차이를 보이는 것으로 확인되었 다(Shin, 1992).
이와 같이 238U의 자발핵분열 붕괴상수(λf)의 임의 선택과 B-값에 의한 열중성자 플루엔스(ϕ) 결정에서 초래되는 문제점을 완전히 상쇄할 수 있는 최적의 대 안이 될 수 있는 방법은, 여러 세계표준연대시료를 이용하여 다양한 열중성자 플루엔스를 적용한 체계적 인 실험을 거쳐 측정된 제타상수를 이용한 보정법이 다. 제타상수를 이용한 연대계산식은 다음과 같이 정 의된다.
T =λd-1 ln[1 +λd ζ (ρs/ρi) g ρd]
따라서, 제타상수는 연대계산식에서 λd를 제외한 모 든 상수들을 포괄적으로 함축되게 된다.
ζ = [exp (λd TSTD)− 1]/λd (ρs/ρi) g ρd
여기서 TSTD는 세계표준연대시료의 기준연대이다. 이 연구에서 재검토된 FT 연대는 모두 이 보정방법을 적용하여 구하였다.
3) 최초 보고 연대보정법에서 위의 두 요인 외에 큰 오류를 초래할 수 있는 또 다른 가능성은 연대계 산 시에 광물내부면에 대한 기하학적 보정인자(g)의 획일적인 적용에 기인할 수 있다. 연마한 광물내부면 (4π-기하)에서는 연마면 아래로부터 유래된 트랙과 연 마되어 없어진 부분에 형성되었던 트랙의 일부가 모 두 검출되지만, 연마하지 않은 광물외부면(2π-기하)에 는 표면 아래에서 유래된 트랙만 검출되므로, 결과적 으로 측정된 자발트랙 수는 광물외부면에 비해 광물 내부면에서 기하학적으로 2배 많다. 따라서, 광물내부 면을 이용한 경우, 연대계산 시에 보정인자 1/2을 적 용하게 되는데, 이 값을 획일적으로 적용하기 위해서 는 연마된 광물내부면이 진정한 4π-기하를 갖는다는 가정이 전제된다. 이 조건을 충족시키려면, 하나의 우 라늄핵을 중심으로 양쪽으로 분열된 트랙의 한쪽에 해당하는 단일 핵분열편(즉, 전체트랙의 절반)의 길이 보다 더 두껍게 광물을 연마해서 광물내부면이 4π-기 하를 갖도록 해야 된다. 연마되어 없어진 두께가 이 길이에 못 미칠 경우에는 4π-기하에 이르지 못하므로, 계수된 트랙 수에 보정인자 1/2을 적용하면 연대값이 젊게 계산되는 오류를 초래하게 된다. 그러나 최초 보고 연대측정 시에는 연마 과정에, 진짜 내부면(4π-
기하) 달성여부를 확인하기 위해 연마 두께를 직접 측정하는 절차를 밟지 않고 기하 보정인자 1/2을 일 률적으로 적용하였다. 이번의 재실험에서는 연마 두 께를 일일이 측정함으로써, 기하 보정인자 적용의 오 류 가능성을 원천적으로 배제시켰다.
중복시료에 의한 FT 연대측정 실험방법
FT 연대 재검토 대상시료는 최초 보고 시에 채취 된 시료와 동일 지점(표 2)에서 중복채취하여 연마·
에칭·중성자 조사 등 재실험을 거쳐 재측정하였다.
중복채취 대상은 유천층군 기반암(유문암질-데사이트 질암: 5개 지점)과 마이오세 데사이트질암 3개 지질 단위(즉, 효동리화산암류 상부 데사이트질응회암, 범 곡리화산암류 최상부 데사이트, 오천층 최상부에 해 당하는 금오리데사이트질응회암)이다. 연대보정에 적 용한 제타상수는 32종의 세계표준연대시료를 이용하 여 표준그래스 CN1에 대해 최종확립된 값(즉, ζCN1= 110.9±2.7(2σ); Shin and Nishimura, 1991)이다. 곡 강동유문암질응회암의 경우에는, 잠정결정된 제타상 수(ζCN1=107.6±2.2; Jin et al., 1989)로 계산된 연대 값을 최종확립된 제타상수(ζCN1=110.9±2.7; Shin and Nishimura, 1991)를 적용하여 재보정만 실시하였다.
FT 연대측정에 적용한 방법은 연마된 광물내부면 으로부터 자발트랙밀도를, 그리고 그에 부착한 백운 모 디텍터로부터 유도트랙밀도를 구하는 외부디텍터 법(Shin, 1992)이다. 저콘 내 에칭가능한 트랙의 전체 길이(11.0±0.5 µm; Krishnaswami et al., 1974)를 고 려하여, 연마 두께를 그 절반인 단일 핵분열편 길이 를 충분히 넘도록(즉, 3/2에 해당하는 8 µm 이상) 함 으로써, 확실한 4π-기하의 내부면 확보에 유의하였다.
광물마운트에서 2-3 개의 저콘입자를 선정하여 결정 내부에 들어있는 뚜렷한 표시자(포유물 등)를 기준으 로 현미경 스테이지를 수직이동시키면서 연마 두께를 일일이 측정하였다.
저콘 내 자발트랙은 KOH-NaOH 공융액으로 225±1oC에서 에칭시켰다. 방사선량 측정용 표준그래 스는 고속중성자와 열외중성자에 의한 238U과 232Th 영향을 배제하기 위해 최초연대측정시 문제점을 내포 한 것으로 밝혀진 SRM612 대신에 천연동위원소비의 U과 낮은 Th을 함유한 표준그래스 CN1을 사용하였 다. 중성자 조사에 의해 광물과 표준그래스로부터 생 성된 유도트랙은 이들의 표면에 부착시킨 순수 백운 모 디텍터로부터 계수하였다. 유도트랙의 에칭은 백
운모 디텍터를 30±0.5oC에서 47% HF로 검출시켰다.
트랙 계수는 실제배율 966배로 투시광을 이용하였다.
이와 같은 실험을 거쳐 제타보정법을 적용함으로 써, 고전적 보정방법에서 정밀진단 결과 확인된 오류 가능성을 원천적으로 배제시켰다.
지질단위별 참고연대값 설정방법
첫째, 데사이트질암에 대해 참고연대값으로 제시된 11개의 FT 연대는 모두 CN1에 대해 최종확립된 제 타상수(ζCN1=110.9±2.7)를 똑같이 적용하여 보정하였 다. 광물 내에 238U의 자발 핵분열에 의한 손상흔적인 자발트랙 수가 충분히 확보되려면, 무엇보다 충분한 우라늄이 함유되어 있거나, 우라늄 핵분열에 의한 트 랙 형성에 필요한 지질학적 시간이 충분히 경과되는 것이 필수적이다. 연대가 상대적으로 오래된 백악기 내지 쥬라기 암석의 광물 내에는 긴 기간에 걸쳐 생 성된 자발트랙 수가 충분하지만, 마이오세 암석의 광 물은 우라늄 핵분열에 필요한 절대적인 시간이 길지 않아 자발트랙 수가 상대적으로 적기 때문에 계수된
트랙 수에 직접 관계되는 FT 연대오차도 상대적으로 클 수밖에 없다. 마이오세 데사이트질암의 경우에는, 함-우라늄광물인 저콘과 인회석을 이용하여 FT 연대 를 구할 수 있으나, 자발트랙밀도가 비교적 높은 저 콘(0.9~1.5×106cm-2)을 대상으로 구한 연대가 트랙밀 도가 낮은 인회석(4.6~5.3×104cm-2)에 비해 상대적으 로 작은 연대오차를 수반하므로, 이 연구에서 제시하 는 참고연대의 신뢰도를 높이기 위해 모두 저콘을 대 상으로 구한 FT 연대로 통일시켰다. 냉각에 긴 시간 이 소요되는 심성암의 경우에는 FT 저콘연대는 정치 시기 이후의 200±30oC 냉각연대를 지시하지만(Shin, 2012), 이와는 대조적으로 생성된 후 지표온도까지 냉 각에 소요되는 시간이 매우 짧은 화산암의 경우에는 저콘 연대일지라도 생성연대를 잘 지시한다(Naeser, 1979).
둘째, 염기성 내지 중성 화산암의 연대층서대비에 필요한 참고연대값의 설정은 기존에 보고된 총 54개 의 유용한 연대자료(K-Ar 전암 48개, K-Ar 흑운모 1개, Ar-Ar 5개)에 기반하였다. 자료출처에 제시된 마 Table 2. Sample locations of volcanic rocks for fission-track dating
Sample No. Rock Longitude(E)/Latitude(N)
(National Grid, X-Y) Locality Miocene volcanics
93-7-4 dacite lava of upper Beomgokri Vol.
129o24'25''/35o47'25'' (236.5-254.9)
Janghang-ri, Yangbuk-myeon, Gyeongju 5-11-4 Geumori dacitic tuff
(uppermost Ocheon Fm.)
129o31'20''/35o54'46'' (246.9-268.6)
Daejin-ri, Janggi-myeon, Nam-gu, Pohang 167-19-4 dacitic tuff
of upper Hyodongri Vol.
129o24'55''/35o43'18'' (237.2-247.2)
Seogeup-ri, Yangnam-myeon, Gyeongju Gokgangdong rhyolitic tuff
222-10-2 rhyolitic tuff 129o21'00''/36o08'50'' (231.2-294.6)
Byeollaejae, Heunghae-eup, Buk-gu, Pohang 222-11-2 rhyolitic tuff 129o23'28''/36o07'42''
(234.8-292.4)
Gollyunsan, Chilpo-ri, Heunghae-eup, Pohang 144-10-2 rhyolitic tuf 129o19'50''/36o19'10''
(229.3-313.6)
Saam-ri, Namjeong-myeon, Yeongdeok-gun Yucheon Group volcanics
93-18-2 dacitic welded tuff 129o18'49''/35o59'53'' (227.9-277.9)
Yugang-ri, Yeonil-eup, Nam-gu, Pohang 93-16-2 rhyolitic tuff 129o18'52''/35o55'55''
(228.0-270.5)
Wangsin-ri, Gangdong-myeon, Gyeongju 5-8-2 dacitic tuff 129o31'52''/35o51'55''
(247.6-263.3)
Gyewon-ri, Janggi-myeon, Nam-gu, Pohang 93-31-2 rhyolitic tuff 129o24'25''/35o56'23''
(236.4-271.5)
Yongsan-ri, Ocheon-eup, Nam-gu, Pohang 5-9-2 dacitic tuff 129o31'38''/35o51'00''
(247.3-261.5)
Duwon-ri, Janggi-myeon, Nam-gu, Pohang
이오세 현무암질-안산암질암에 대한 개별측정연대자 료는 다양한 암상에 대하여 서로 다른 실험조건에서 측정된 값들로 각기 다양한 폭의 오차를 수반한다.
안산암질암 및 현무암질암의 연대는 대부분 23 Ma부 터 18 Ma 범위에 집중된다. 유사한 암상이라도 다른 연대를 보이거나, 매우 가까운 지역에서도 암상 또는 산출양상에 따라 연대차이가 인지된다. 보고된 연대 자료 중에는 지질단위 또는 층서적 위치가 명확하게 제시되지 않은 경우도 많다. 예컨대 장기분지에 광범 위하게 분포하는 현무암/안산암질현무암/현무암질안산 암으로 구성된 Tateiwa (1924)의 연일현무암및양휘석 안산암의 경우에는, 정확한 맵핑에 기반한 암상분대 와 상하관계 설정이 불명확하여, 연대층서 정의에 어 려움이 따른다. 반면에, 어일분지의 어일현무암은 용 암류 분출 단위별로 측방 연장과 상하관계가 명확하 여, 지역별 연대층서 설정이 비교적 용이한 편이다.
이와 같은 제약에도 불구하고, 대표 지질단위별로 참고연대값을 설정하는 것은 효율적인 연대층서 비교 를 위해 큰 도움이 될 것으로 판단된다. 개별연대측 정치는 다양한 폭의 연대오차를 동반하므로, 연대비 교 시에는 측정치의 몸통값끼리 단순비교하는 것보다 연대오차까지 고려할 필요가 있다. 마이오세 화산암 은 각기 다른 분지 또는 고립된 지역에 따로 분포하 여 층서적으로 연결되지 않는 경우도 많으므로, 연대 층서 대비 시에는 암상과 산출양상, 주변의 관계지층 과의 지질학적 관계, 분지구조와 지층의 발달상태 등 에 관해 자료출처와 관계 논문의 기재내용을 면밀하 게 검토하였다.
이 논문에서는 연구지역 내 마이오세 분지의 화산 암과 기반암에 대한 FT 저콘연대와 기존에 보고된 개별연대측정자료를 기반으로 하여 개별 시료와 지질 단위별 참고연대값을 제시한다. 참고연대는 단일측정 치에 기반한 경우도 있고, 각 지질단위별 평균값도 함께 제시하였다. 대등한 연대비교를 위해, 자료출처 에 제시된 연대오차는 모두 ±1σ로 통일시켰다.
결 과
FT 저콘연대 재검토 결과 1) 유천층군 유문암질-데사이트질암
마이오세 분지의 기반암으로 산출되는 유천층군 유 문암질-데사이트질암(5개 지역)의 재검토된 FT 저콘 연대는 77.6±8.0 Ma부터 65.3±3.8 Ma 범위이다(표
3). 포항분지 동남단과 장기분지 북서부의 마이오세 분지충전물의 분포를 규제하는 기반암으로 산출되는 유문암질응회암(③93-31-2)은 77.6±8.0 Ma, 그리고 포 항분지 중서부의 유문암질응회암(④93-16-2)은 73.8±5.7 Ma이다. 한편, 장기 동남부의 데사이트질응회암(②5- 8-2)은 77.5±6.7 Ma로 전자들과 일치하거나 대체로 유사하다.
장기분지 동남단의 오류리화강암 인접부의 데사이 트질응회암(①5-9-2)의 FT 저콘연대(66.4±4.2 Ma)는 바로 북동쪽에 위치하는 같은 암상의 기반암(②5-8-2;
77.5±6.7 Ma)에 비해 훨씬 젊다. 이 화강암체에 의해 관입당한 유천층군 기반암(①5-9-2)의 저콘 내 트랙은 현미경 하에서 열에 의해 일부 아문 증거를 보이므로, 그 FT 저콘연대(66.4±4.2 Ma)는 화강암체의 열 영향 으로 인해 부분감소된 연대로 해석된다. 부분감소되 기 전의 원래 연대는 약 2 km 북동부의 열영향을 받 지 않은 기반암의 연대(77.5±6.7 Ma)와 유사할 것으 로 추정된다. 부분감소된 이 연대는 참고연대 설정에 서 제외시킨다.
이와는 달리, 포항분지 서남부인 경주 북부의 데사 이트질용결응회암(⑤93-18-12; 65.3±3.8 Ma)은 그 북 쪽의 유문암질응회암(73.8±5.7 Ma; ④93-16-2)에 비해 훨씬 젊은 연대를 보지만, 후기 열 영향을 지시하는 야외증거 또는 현미경 하에서의 열 영향에 의한 트랙 이 아문 증거가 관찰되지 않으므로 원래 생성연대로 해석된다. 즉, 이 용결응회암은 후기 백악기(78 Ma 전후) 산물들보다는 훨씬 후기인 백악기/고제3기 경 계에 생성된 것으로 해석된다.
앞에서 정밀진단한 것처럼, 고전적 연대보정법에 의 해 Jin et al. (1988)에 최초 보고된 유천층군 유문암 질-데사이트질응회암의 FT 저콘연대(58.3±4.9 Ma부 터 49.6±3.0 Ma; 표 4)에는 큰 오류가 내포되었으나, 즉시 재검토가 이루어지지 않아 고제3기의 팔레오세 부터 에오세 초기의 산물(예: 왕산층; Yoon et al., 1991)로 잘못 인용되는 사례를 초래하였다. 재검토된 FT 저콘연대는 유천층군 유문암질-데사이트질 화산활 동을 후기 백악기(78±7 Ma)부터 고제3기 팔레오세 초 기(65±4 Ma)까지 비교적 긴 시간에 걸쳐 진행된 것 으로 수정 정의한다. 이 참고연대는 연구지역 내의 유문암질-데사이트질 기반암에 한정되며, 경상분지 전 역의 유천층군 전체에 대한 생성연대 정의는 안산암 질암과 현무암질암까지 포괄한 별도의 검토를 필요로 한다.
2) 곡강동유문암질응회암
청하-흥해 일대(⑦222-11-2, ⑧222-10-2) 두 지역에 분포하는 담적갈색 유문암질용결응회암의 FT 저콘연 대는 53.2±6.4 Ma와 53.1±4.3 Ma로 잘 일치한다. 약 20 km 정도 북쪽의 양산단층 서쪽인 영덕군 남정면 의 한 시료(⑥144-10-2)의 연대(51.5±2.9 Ma)는 남쪽 의 두 시료보다 약간 젊지만 오차범위에서 중첩된다.
세 지역의 시료는 에오세 초(Ypresian)의 유사한 시기 의 화산활동 산물로 간주할 수 있다. 포항 북부(222- 10-2)와 영덕군 남부(144-10-2)의 두 시료에서 관찰된 자발/유도트랙밀도 사이의 뛰어난 상관도(0.966-0.988) 와 χ2 파라미터 관측값 취득의 높은 확률(96-99%)은 분석결과의 뛰어난 신뢰도를 뒷받침한다(표 3). 야외 증거와 트랙관찰 결과에 의하면, 이 세 지역의 응회 암은 생성된 이후에 열 영향을 겪지 않은 것이 확실 하므로, FT 저콘연대는 생성연대로 해석된다. 세 지 역의 평균연대값(52.1±2.3 Ma)은 곡강동유문암질응회 암을 대표하는 참고연대로 주어질 수 있다.
이 응회암은 각력을 함유하며 비교적 큰 반정(알칼 리장석)과 석기(석영과 여러 광물)로 이루어진 불균질 한 암상을 보인다. 알칼리장석 반정을 이용하여 측정 한 K-Ar 연대(45.0±2.5 Ma, 44.7±1.1 Ma; Shibata et al., 1979)와 전암물질로 측정한 K-Ar 연대(46.9±0.7 Ma,
Jin et al., 1989; 49.0±1.1 Ma, Lee et al., 1992)는 다소 불규칙적인 측정결과와 오차를 보인다. 일반적 으로 이러한 불규칙적인 결과는 Ar 및 K 측정용으로 미량으로 이등분한 시료가 불균질한 경우에 기인하는 데(Hunziker, 1979), 입자크기가 매우 고르지 못한 각력질응회암의 경우에는 기질 내의 광물(저콘 등)을 이용한 FT 연대측정이 적합한 대안인 것(Naeser, 1979)으로 알려져 있다.
3) 마이오세 데사이트질암
효동리화산암류 상부 데사이트질응회암:어일분지 남
부의 효동리화산암류는 데사이트질암(하부)→안산암 질암(중부)→데사이트질암(상부)으로 이루어진 일련의 화산체이다. 석읍리 부근의 효동리화산암류의 상부에 해당하는 데사이트질응회암(⑩167-19-4)의 12개 저콘 입자들로부터 측정된 FT 연대는 21.6±1.4 Ma이다.
범곡리화산암류 최상부 데사이트 용암: 와읍분지 중 앙부의 장항리(원장항) 일대에 범곡리화산암류의 최 상부에 분출한 데사이트 용암트( 93-7-4)의 FT 저 콘연대는 21.3±2.0 Ma이다. 계수된 자발트랙과 유도 트랙의 수(각각 182개; 450개)가 적은 것에 기인하여 비교적 큰 오차가 수반됨에도 불구하고, 개별 시료의 자발/유도트랙밀도 간의 상관도, 그리고 χ2-테스트를 만족시키는 확률은 좋은 신뢰도를 뒷받침한다(표 3).
16
Table 3. Fission-track analytical results Sample ρs, 106cm-2
(Ns) ρi, 106cm-2
(Ni) ρd, 106cm-2
(Nd) n γ P(χ2)
(%)
FT Age (Ma, ±1σ) Miocene volcanics
93-7-4 1.544 (0182) 3.817 (0450) 0.950 (3666) 8 0.711 65 21.3 ± 2.0 5-11-4 0.876 (0244) 2.300 (0641) 0.924 (3564) 10 0.838 8 19.8 ± 1.6 167-19-4 1.366 (0454) 3.184 (1058) 0.910 (3513) 12 0.454 8 21.6 ± 1.4 Gokgangdong rhyolitic tuff
222-10-2 4.665 (0375) 4.329 (0348) 0.891 (3437) 7 0.966 96 53.1 ± 4.3 222-11-2 5.321 (0154) 4.906 (0142) 0.886 (3420) 2 -1.000 25 53.2 ± 6.4 144-10-2 9.507 (0907) 9.004 (0859) 0.882 (3403) 6 0.988 99 51.5 ± 2.9 Yucheon Group volcanics
93-18-2 9.904 (2431) 1.984 (0491) 0.237 (4060) 8 0.239 (4.992) 65.3 ± 3.8 93-16-2 8.220 (1304) 1.481 (0240) 0.241 (4130) 7 0.468 6 73.8 ± 5.7 5-8-2 9.800 (1124) 1.526 (0173) 0.218 (3745) 5 0.552 81 77.5 ± 6.7 93-31-2 6.962 (0694) 1.204 (0121) 0.234 (4165) 6 0.942 82 77.6 ± 8.0 5-9-2 10.582 (1951) 2.034 (0381) 0.231 (3961) 5 0.999 >99 66.4 ± 4.2*
ρs=spontaneous track density in zircon; ρi=induced track density in zircon; ρd=induced track density in dosimeter glass CN1; Ns, Ni and Nd=number of counted tracks in determining ρs, ρi and ρd, respectively; n=number of zircon crystals analyzed; γ=correlation coefficient between individual track counts; P(χ2)=probability obtaining the observed value of χ2 parameter, for ν degrees of freedom, where ν=n-1; Adopted zeta calibration constant: ζCN1=110.9±2.7(Shin and Nishimura, 1991); Asterisked age=partially-reduced due to later thermal effect.
금오리데사이트질응회암:장기면 대진리 해안도로변 에 노출된 데사이트질화산력응회암( 5-11-4)의 FT 저콘연대는 19.8±1.6 Ma이다. 상대적으로 낮은 자발 트랙밀도(0.876×106cm-2)에 기인한 비교적 큰 오차를 수반하나, 10개 입자의 자발/유도트랙밀도 간의 상관 도(0.838)는 높은 통계적 신뢰도를 지지한다(표 3).
FT 연대보정법 차이에 따른 결과 비교
표 4에는 동일 지점의 시료에 대해 서로 다른 연 대보정법을 적용하여 측정한 차별적인 결과를 요약하 였다. I) 최초 보고(Jin et al., 1988)에 제시된 마이 오세 화산암과 유천층군 화산암의 FT 연대는 제타보 정법이 확립되기 전에 고전적 보정방법에 의해, 238U 의 자발핵분열 붕괴상수(λf; (7.03±0.11)×10-17a-1)의 임 의 선택과 표준그래스 SRM612에 대해 예비측정한 보정인자 B-값(BSRM612=(5.590±0.524)×109 중성자수/
트랙)에 의한 플루엔스 결정에 의해 구하였다. II) Jin et al. (1989)에 제시된 연대는 고전적 보정방법에 기 반하여 연대오류를 동반한 마이오세 화산암에 대해 동일한 지점에서 채취한 중복시료에 대해 재실험을 거쳐 표준그래스 CN1에 대한 제타상수를 이용하여 구한 결과이다. 여기서 적용한 제타상수는 최종확립 되기 직전의 잠정결정된 상수(ζCN1=107.6±2.2, Jin et al., 1989)이다. 같은 방법에 의해 곡강동유문암질응회
암의 연대도 처음으로 구하였다. III) 최종적으로 수 정 제시된 FT 연대는 중복시료에 의한 재실험을 거 쳐 32종의 세계표준연대시료를 이용한 체계적인 실험 에 의해 최종확립된 표준그래스 CN1에 대한 총가중 평균제타(ζCN1=110.9±2.7; Shin and Nishimura, 1991) 를 적용하여 구하였다.
앞에서 정밀진단한 것처럼, 최초 보고에서의 큰 연 대오류는 238U의 자발핵분열 붕괴상수(λf)의 임의 선 택; 높은 함량의 감손 U과 Th이 포함된 SRM612에 의한 열중성자 플루엔스 결정; 그리고 광물내부면(4π- 기하)의 기학학적 보정인자(g=1/2)의 획일적 적용에 기인한 것으로 확인되었다.
결론적으로, λf-B값 보정법에 기반한 마이오세 데 사이트질암과 유천층군 기반암의 최초 보고 연대(Jin et al., 1988)는 이 연구에서 최종수정된 연대에 비해 24-27% 정도 낮은 결과를 보인다. 잠정결정된 제타상 수에 기반한 마이오세 데사이트질암과 에오세 곡강동 유문암질응회암의 연대(Jin et al., 1989)는 이 연구의 최종결과와 비교하면 오차범위에서 일부 중첩되긴 하 지만 2.8-4.5% 정도 낮은 값을 보인다. 따라서, 기존 의 FT 저콘연대(Jin et al., 1988, 1999)는 더 이상 유용하지 못한 것으로 결론 내릴 수 있다. 최종적으 로 이번 연구에서 CN1-제타상수에 의한 연대보정과 확실한 광물내부면(4π-기하) 검증을 통해 최종적으로
23
Table 4. A comparison of FT age results depending on different calibration methods
III II I
This study Jin et al. (1989) Jin et al. (1988)
Miocene volcanics
93-7-4 21.3 ± 2.0 93-7-3 20.6 ± 1.9 93-7-2 15.9 ± 0.9
5-11-4 19.8 ± 1.6 5-11-3 18.9 ± 1.5 5-11-1 14.5 ± 0.6
167-19-4 21.6 ± 1.4 167-19-3 21.0 ± 1.3 167-19-1 15.8 ± 1.3
Gokgangdong rhyolitic tuff
222-10-2 53.1 ± 4.3 222-10 51.4 ± 4.1
222-11-2 53.2 ± 6.4 222-11 51.5 ± 6.2
144-10-2 51.5 ± 2.9 144-10 49.9 ± 2.7
Mean 52.1 ± 2.3 Mean 50.5 ± 2.1
Yucheon Group volcanics
93-18-2 65.3 ± 3.8 93-18-1 49.5 ± 2.6
93-16-2 73.8 ± 5.7 93-16 55.0 ± 4.1
5-8-2 77.5 ± 6.7 5-8-1 58.3 ± 4.9
93-31-2 77.6 ± 8.0 93-31 57.3 ± 5.9
5-9-2 66.4 ± 4.2 5-9-1 49.6 ± 3.0
Ages are in million years (Ma) with ±1σ. Age calibration methods adopted: I) classic λf-B calibration method using SRM612; II) using a preliminary zeta constant (ζCN1=107.6±2.2) for CN1; III) using a finally-established Total Weighted Mean Zeta for CN1 (ζCN1=110.9±2.7).
재검토된 FT 저콘연대를 신뢰성이 입증된 연대로 제 시한다.
토 의
전기 마이오세 화산암의 지질단위별 참고연대 제안
표 5에는 각 지질단위별/지역별 개별연대측정값과 평균값에 근거한 참고연대값을 설정하였으며, 표 6에 는 대표 지질단위별로 연대층서 설정에 도움이 될 수 있는 참고연대값과 각 분지별 연대층서대비표를 제안 한다. 지역간 연관성을 고려하여 어일분지-효동리지역
→와읍분지→추령-백두산-진전리지역→장기분지→포 항분지 순으로 고찰한다.
1) 어일분지와 효동리지역
효동리화산암류(중부 안산암=24.0±0.3 Ma; 상부 데사 이트질응회암=21.6±1.4 Ma): 효동리 일대 안산암 용암 (⑨)의 Ar-Ar 연대(24.0±0.25 Ma, 1σ; Kim et al., 2005)는 효동리화산암류 중부 안산암의 분출시기를 지시하는 유일한 참고연대로 주어진다. 이 연대값은 한국 동남부의 마이오세 분지에서 가장 오래된 연대 로 주목된다. 이 안산암의 연대는 엄밀히 말해 올리고 세/마이오세 경계(23.03 Ma; International Commission on Stratigraphy, 2008)의 직전인 올리고세 최후기 (Chattian 말)에 해당된다.
한편, 석읍리의 데사이트질응회암(⑩167-19-4)의 FT 저콘연대(21.6±1.4 Ma)는 상부 효동리화산암류의 데 사이트질 화산활동시기를 지시하는 참고연대이다. 이 응회암은 효동리지역의 북쪽인 두산리 일대에서 어일 층과 접한다. 노동리 일대의 어일층 내에 분출된 어 일현무암의 연대(19.6±0.3 Ma, 19.2±0.6 Ma)를 고려 하면, 효동리화산암류 상부층준은 어일현무암보다 전 기 산물임이 확실하다.
어일현무암(전기=평균 19.6±0.2 Ma; 후기=평균 18.7±
0.5 Ma; 전체평균=19.5±0.2 Ma): 국내외 실험실에서 측정된 10개의 K-Ar 전암연대자료(20.4±0.5 Ma부터 18.3±1.1 Ma 범위)는 상대적으로 전기 연대군(20.4- 19.2 Ma: 평균 19.6±0.2 Ma)과 후기 연대군(18.8- 18.3 Ma: 평균 18.7±0.5 Ma)으로 구분된다(표 5). 개 별연대측정값 간의 차이가 그다지 크지 않고 오차범 위에서 서로 중첩되는 경우가 많음에도 불구하고, 지 역별 연대값을 비교하면, 어일분지 북동부인 감포리 고대안 일대(평균 19.9±0.4 Ma)에서 가장 높고, 그
서남쪽인 노동리 청골 지역(평균 19.5±0.3 Ma)에서는 근소한 차이지만 약간 낮다. 한편, 와읍리 능골 일대 에는 상부현무암이 넓게 분포하나, 국도변에는 얇은 하부현무암이 층회암을 사이에 두고 함께 분포하여 (Chwae et al., 1986; Lee et al., 2004), 전기 연대 군(19.6-19.5 Ma; 평균 19.6±0.4 Ma)과 상대적으로 후기 연대군(18.8-18.3 Ma; 평균 18.7±0.5 Ma)이 제 한된 지역 내에 혼재되어 나타나므로, 용암류 층위별 연대 구분은 쉽지 않다.
Tateiwa (1924)가 하부 및 상부용암류로 각각 기재 한 감포-전동리-호동리 일대(평균 19.6±0.4 Ma)와 와 읍리 일대(평균 18.7±0.5 Ma)의 현무암 간에는 비교 적 뚜렷한 시간차이가 있다. 같은 하부용암류일지라 도, 분지 북동부(감포/고대안: 19.9±0.4 Ma)보다 서부 (와읍리/능골: 19.6±0.4 Ma)와 남동부(노동리/청골:
19.5±0.3 Ma)에서 미미한 차이지만 약간 젊은 연대를 보이는 것은 분화구 위치가 감포리 쪽에 더 근접해 있었을 가능성을 뒷받침 한다.
어일분지와 장기분지에는 생성시기가 다른 전기와 후기 산물들이 공존하므로, 두 분지의 현무암질암 전 체를 획일적으로 동시기 산물로 간주할 수는 없지만, 분지전체의 총평균값은 어일분지(19.5±0.2 Ma)와 장 기분지(19.5±0.3 Ma)에서 같다.
2) 와읍분지와 추령-백두산지역
와읍리응회암(데사이트질응회암=21.8±0.4 Ma): 와읍 분지 북동부의 경계단층(용동리단층) 위에 충전된 와 읍리 서부의 데사이트질응회암의 K-Ar 흑운모연대 (21.8±0.5 Ma; Sawada, 1988)와 전암연대(21.2±0.7 Ma, 22.3±0.8 Ma; Shimazu et al., 1990)는 오차범 위 안에서 부합된다. 세 연대의 평균값(21.8±0.4 Ma) 은 와읍분지 북동부의 경계단층 위에 충전된 범곡리 층군 최하위에 해당하는 데사이트질암의 분출시기를 정의하는 참고연대로 제안할 수 있다.
용동리응회암(하부 데사이트=21.6±0.2 Ma): 용동리의 데사이트 용암의 Ar-Ar 연대(21.6±0.2 Ma; Kim et al., 2005)는 와읍분지 북동부의 하부 용동리응회암의 연대층서를 지시하는 참고연대로 제시된다. 이 용암 의 분출은 그 하위의 와읍리응회암(21.8±0.4 Ma) 분 출과 거의 시간차이를 두지 않고 연이어 일어났음을 지시한다.
범곡리화산암류(최상부 데사이트=21.3±2.0 Ma): 장항 리(원장항) 일대의 데사이트 용암( 93-7-4)의 FT 저 콘연대(21.3±2.0 Ma)는 와읍분지 중앙부의 범곡리화
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