The Journal of the Petrological Society of Korea (암석학회지)

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Cooling and Thermal Histories of Cretaceous-Paleogene Granites from Different Fault-bounded Blocks, SE Korean Peninsula: Fission-track Thermochronological Evidences

한반도 동남부의 주단층대에 의해 구분된 지질블록별 백악기-고제3기 화강암의 차별적 냉각-지열 이력: 피션트랙 열연대학적 증거

  • Shin, Seong-Cheon (Geologic Environment Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources)
  • 신성천 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부)
  • Received : 2012.08.03
  • Accepted : 2012.09.17
  • Published : 2012.09.30
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Abstract

Fission-track (FT) thermochronological records from SE Korean Cretaceous-Paleogene granitic plutons in different fault-bounded blocks reveal contrasting cooling and later thermal histories. Overall cooling patterns are represented by a monotonous (J-shaped) curve in most plutons except some Cretaceous granites retaining a complicated (N-shaped) path due to post-reset re-cooling. Discriminative cooling rates over different temperature ranges can be explained for individual plutons with respect to relative pluton sizes, differences in initial heat loss depending on country rocks, and the presence and proximity of later igneous activity. Even within a single batholith, cooling times for different isotherms were roughly contemporaneous with respect to positions. Insignificant deviations in cooling ages from two different plutons in succession across the Yangsan fault may suggest their contemporaneity before major horizontal fault movement. The extent of later thermal rise recorded locally along the Yangsan and Dongnae fault zones were reached the Apatite Partial Stability Zone ($70-125^{\circ}C$), but did not exceed $200^{\circ}C$. Thermal alteration from fractured zones in the Yangsan-Ulsan fault junction may suggest a thermal reset above $290^{\circ}C$ resulting a complete reset in FT sphene age (31 Ma), caused by a tectonic subsidence in Early Oligocene. A consistency in FT zircon/apatite ages (24 Ma) may imply a sudden rapid cooling over $200-105^{\circ}C$, plausibly related to the abrupt tectonic uplift of the Pohang-Gampo Block including the fault junction in Late Oligocene. A remarkable trend of lower cooling ages for $300-200-100^{\circ}C$ isotherms (i.e., 19% for FT sphene and K-Ar biotite; 20% for FT zircon; 27% for FT apatite) from the east of the Ulsan fault (Pohang-Gampo Block) comparing to the west of the fault may be attributed to retarded cooling times from the Paleogene granites and also reflected by their partially-reduced apatite ages due to later thermal effects.

한반도 동남부의 주단층으로 구분된 지질블록별 백악기-고제3기 화강암체의 피션트랙(FT) 열연대학적 기록은 차별적인 냉각사와 후기 지열사를 입증한다. 대부분 화강암체에는 관입후 단조로운 냉각패턴(J 자-형)이 그대로 보존되어 있으며, 일부 백악기 암체는 $300^{\circ}C$ 등온선의 리셋 후 재냉각된 복잡한 패턴(N 자-형)을 기록한다. 각 암체의 온도구간별 차별적 냉각속도는 상대적 암체규모, 모암종류에 따른 초기 열손실, 후기화성활동 존재와 근접성 등에 따라 설명된다. 큰 규모의 저반상 암체의 경우에도 단일 암체 내에서 위치에 따라 각 등온선별 냉각연대는 대체로 부합된다. 양산단층을 가로질러 양쪽에 인접한 두 암체의 유사한 냉각연대는 그들이 거대한 수평변위 이전의 동시대 관입체임을 입증한다. 양산/동래단층 등 주단층대를 따라 국지적으로 기록된 후기 지열상승 범위는 인회석 부분안정영역($70-125^{\circ}C$)에 달했으며 $200^{\circ}C$에는 미치지 못하였다. 양산-울산단층 교차점의 파쇄대 내 강한 변질증거는 FT 스핀연대(31Ma)가 전기 올리고세에 단층교차점을 포함한 포항-감포블록의 구조적 침강에 따른 $290^{\circ}C$ 이상의 지온상승에 의한 리셋 후 재냉각연대임을 지시하며, 한편 일치된 FT 저콘 및 인회석연대(24Ma)는 올리고세 말기에 동일 지역의 급작스런 구조적 융기에 관련된 $200-105^{\circ}C$ 등온선의 급작스런 냉각을 암시한다. $300-200-100^{\circ}C$ 등온선별 냉각연대가 울산단층 동쪽(포항-감포블록)에서 서쪽보다 현저하게 낮은 경향(FT 스핀 및 K-Ar 흑운모=19%; FT 저콘=20%; FT 인회석=27%)은 훨씬 뒤에 관입한 고제3기 암체의 늦은 냉각시점 때문이며, 후기 지열영향으로 부분감소된 인회석연대가 반영되었기 때문이다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 한국지질자원연구원

References

  1. 고정선, 윤성효, 이상원, 1996, 경주 남산일대의 A-형 화강암의 암석학 및 지화학적 특성. 암석학회지, 5, 142-160.
  2. 고정선, 윤성효, 안지영, 김향수, 최유종, 2000, 경상분지내 백악기 화강암류의 정치 깊이에 관한 연구. 지구과학회지, 21, 59-66.
  3. 김근수, 김종렬, 정규귀, 황진연, 이준동, 1995, 경상북도 경주-감포 일원에 분포하는 화강암류의 Rb-Sr연대. 지구과학회지, 16, 272-279.
  4. 김종선, 김건기, 좌용주, 손문, 2012, 남한의 백악기-제3기 초 화강암과 마그마 혼합: 시공간적 변화와 지구조적 의미(다중 슬랩 윈도우 모델). 암석학회지, 21, 203-216.
  5. 김종선, 좌용주, Orahashi, Y., 2008, LA-ICP-MS에 의한 경주지역 화강암류의 U-Pb 저어콘 연령(요약문). 한국암석학회.한국광물학회 2008년 공동학술발표회 논문집, 21.
  6. 대한지질학회(Geological Society of Korea), 1999, 한국의 지질. 시그마프레스, 802 p.
  7. 박계헌, 2012, 고생대말-신생대초 기간에 일어난 한반도의 주기적 화성활동. 암석학회지, 21, 193-202. https://doi.org/10.7854/JPSK.2012.21.2.193
  8. 박희인, 문상호, 우영균, 1994, 상라광산의 연-아연 광화작용. 지질학회지, 30, 1-14.
  9. 신성천, 2012, 피션트랙 연대에 기반한 한국 동남부 포항-장기-어일분지의 기반암과 화산암의 연대층서 고찰. 암석학화지, 12, (심사중).
  10. 신성천, 진명식, 1995, 한국 심성암 동위원소 연대지도 (1:1,000,000). 한국자원연구소.
  11. 엄상호, 최현일, 손진담, 오재호, 곽영훈, 신성천, 윤현수, 1983, 경상분지의 경상누층군에 대한 지질 및 지화학적 연구. 연구특보, 36호, 자원개발연구소, 118 p.
  12. 윤성효, 김동현, 김병훈, 김동현, 구태우, 2011, 감포 일대 제3기분지내 화강암체의 SHRIMP U-Pb 저어콘 연대(요약문). 2011년 춘계지질과학기술공동학술대회논문집, 118.
  13. 이상만, 김상욱, 진명식, 1987, 남한의 백악기-제3기 화성활동과 지구조적 의의. 지질학회지, 23, 338-359.
  14. 이윤종, Ueda, Y., 1976, 한국 경상남도 언양도폭 및 북서부 울산도폭 지역산 화강암질암의 K-Ar 연대. 광산지질, 9, 127-134.
  15. 이준동, 김종선, 우상진, 황병훈, 김인수, 김진섭, 백인성, 2000, 경주-감포 일대 화강암체의 암석학적 연구. 암석학회지, 9, 70-83.
  16. 장태우, 추창오, 1998, 동래단층 지역 단층비지의 생성과정과 K-Ar 연령. 지질공학회지, 8, 175-188.
  17. 장태우, 추창오, 1999, 양산단층대의 단층작용 과정과 단층비지의 K-Ar 연령. 지구과학회지, 20, 25-37.
  18. 정창식, 김남훈, 2012, 남한 지역 현생 화강암류의 연대측정 결과 정리. 암석학회지, 21, 173-192. https://doi.org/10.7854/JPSK.2012.21.2.173
  19. 조규환, Takagi, H., Akira, I., Awaji, D., 장태우, 송승완, Itaya, T., Okada, T., 2001, 울산단층대의 단층활동에 수반된 열수변질작용 시기. 자원환경지질, 34, 583-593.
  20. 조등룡, 권성택, 1994, 남한의 중생대 화강암에 대한 각섬석 지압계와 지각 두께의 진화. 지질학회지, 30, 41-61.
  21. 주승환, 김동학, 1981, Rb/Sr암석연대 측정연구(유천화강암, 창원화강암, 안동화강암 및 안동화강편마암에 대하여). 한국동력자원연구소, 조사연구보고, 12, 183-195.
  22. 주승환, 진명식, 윤현수, 김동학, 1982, Rb-Sr 연대측정연구 (서산 화강편마암 및 화강암, 평해 온정리 화강암, 기타 지역 화강암류). 자원개발연구소, 조사연구보고, 13, 193-208.
  23. 진명식, 김성재, 신성천, 1990, K-Ar 및 휫션트랙 연령 측정에 의한 한국 동남부지역 화강암류의 지열사와 냉각사 연구. 한국동력자원연구소, 연구보고서, KR-89-1C, 65-105.
  24. 진명식, 김성재, 신성천, 1991, 한국 동남부지역 화강암류 의 휫션트랙 및 K-Ar 연령: 화성활동사와 지체구조적 의의. 한국동력자원연구소, 연구보고서, KR-90-1B-2, 57-98.
  25. 진명식, 김상엽, 이진수, 김성재, 조진동, 최종호, 방기열, 1981, 부산부근 창기 휘수연 광화대에 대한 지화학 및 물리탐사연구. 한국동력자원연구소, 조사연구보고, 12, 151-181.
  26. 한국자원연구소(Korea Institute of Geology, Mining and Materials: KIGAM), 1995, 대한지질도(1:1,000,000).
  27. 황병훈, 이준동, 양경희, 2004a, 양산단층 주변에 분포하는 화강암질암의 암석학적 연구: 양산단층의 수평 변위량. 지질학회지, 40, 161-178.
  28. 황병훈, 이준동, 양경희, 옥수석, 2004b, 경상분지 남동부에 분포하는 화강암질암의 광물학적 특성. 광물학회지, 17, 365-383.
  29. 황병훈, Ernst, W.G., 손문, 이준동, 2008c, 경상분지 양산 단층 주변 화강암류의 SHRIMP-RG 연대와 지구조적 의의 (요약문). 한국암석학회-한국광물학회 2008년 공동학술발표회논문집, 22.
  30. Chang, K.-H., Woo, B.-G., Lee, J.-H., Park, S.-O., and Yao, A., 1990, Cretaceous and Early Cenozoic stratigraphy and history of eastern Kyongsang Basin, S. Korea. Jour. Geol. Soc. Korea, 26, 471-487.
  31. Clague, D.A. and Jarrard, R.D., 1973, Tertiary Pacific Plate motion deduced from the Hawaian-Emperor chain. Geol. Soc. Am. Bull., 84, 1135-1154. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1973)84<1135:TPPMDF>2.0.CO;2
  32. Fletcher, C.J.N. and Rundle, C.C., 1977, Age of mineralization at Sannae and Ilkwang Mines, Gyeongsang Basin, Republic of Korea. Jour. Geol. Soc. Korea, 13, 71-75.
  33. Gleadow, A.J.W. and Duddy, I.R., 1981, A natural long-term annealing experiment for apatite. Nucl. Tracks, 5, 169-174. https://doi.org/10.1016/0191-278X(81)90039-1
  34. Gleadow, A.J.W., Duddy, I.R., Green, P.F., and Lovering, J.F., 1986, Confined fission track lengths in apatite: a diagnostic tool for thermal history analysis. Contrib. Min. Petrol., 94, 405-415. https://doi.org/10.1007/BF00376334
  35. Gleadow, A.J.W., Duddy, I.R., and Lovering, J.F., 1983, Fission track analysis: a new tool for the evaluation of thermal histories and hydrocarbon potential. Jour. Aust. Petrol. Expl. Assoc., 23, 93-102.
  36. Harrison, T.M., Armstrong, R.L., Naeser, C.W., and Harakal, J.E., 1979, Geochronology and thermal history of the Coast Plutonic Complex, near Prince Rupert, British Columbia. Can. Jour. Earth Sci., 16, 400-410. https://doi.org/10.1139/e79-038
  37. Harrison, T.M. and McDougall, I., 1980, Investigations of an intrusive contact, northwest Nelson, New Zealand: thermal, chronological and isotopic constraints. Geochim. Cosmochim. Acta, 44, 1985-2003. https://doi.org/10.1016/0016-7037(80)90198-2
  38. Hwang, B.-H., 2011, Timing of granitic magma mixing in the southeastern Gyeongsang Basin, Korea: SHRIMP-RG zircon data. Int. Geol. Rev., 53, 1150-1162. https://doi.org/10.1080/00206810903448094
  39. Hwang, B.-H., 2012, Petrogenesis of the Eonyang granitoids, SE Korea: new SHRIMP-RG zircon U-Pb age and whole-rock geochemical data. Int. Geol. Rev., 54, 51-56. https://doi.org/10.1080/00206814.2010.497245
  40. Hwang, B.-H., Lee, J.-D., Yang, K., and McWilliams, M., 2007a, Cenozoic strike-slip displacement along the Yangsan fault, southeast Korean Peninsula. Int. Geol. Rev., 49, 768-775. https://doi.org/10.2747/0020-6814.49.8.768
  41. Hwang, B.-H., McWilliams, M., Son, M., and Yang, K., 2007b, Tectonic implication of A-type granites across the Yangsan fault, Gigye and Gyeongju areas, southeast Korean Peninsula. Int. Geol. Rev., 49, 1094-1102. https://doi.org/10.2747/0020-6814.49.12.1094
  42. Hwang, B.-H., Ernst, W.G., McWilliams, M., and Ernst, W.G., 2008a, Geometric model of conjugate faulting in the Gyeongsang Basin, southeast Korea. Tectonics, 27, TC6015, doi: 10.1029/2008TC002343.
  43. Hwang, B.-H., Son, M., Yang, K., Yoon, J., and W.G. Ernst, 2008b, Tectonic evolution of the Gyengsang Basin, southeastern Korea from 140 Ma to the present, based on a strike-slip and block-rotation tectonic model. Int. Geol. Rev., 50, 343-363. https://doi.org/10.2747/0020-6814.50.4.343
  44. Hwang, B.-H., Ernst, W.G., and Yang, K., 2012a, Two different magma series imply a Paleogene tectonic transition from contraction to extension in the SE Korean Peninsula. Int. Geol. Rev., 54, 1284-1295. https://doi.org/10.1080/00206814.2011.636990
  45. Hwang, B.-H., Son, M., Kim, J.-S., Yang, K., and Kim, J.- S., 2012b, Cenozoic wrench tectonics and oroclinal bending in SE Korea. Int. Geol. Rev., 54, 642-653. https://doi.org/10.1080/00206814.2011.562389
  46. Jin, M.-S., 1980, Geological and isotopic contrasts of the Jurassic and the Cretaceous granites in South Korea. Jour. Geol. Soc. Korea, 16, 205-215.
  47. Jin, M.-S., 1981, Petrology and Geochemistry of the Cretaceous Granitic Rocks in Southern Korea. Ph.D. thesis, Seoul Nat. Univ., Seoul, 144 p.
  48. Jin, M.-S., 1985a, Geochemistry of the Cretaceous to early Tertiary granitic rocks in southern Korea: Part. I. Major elements geochemistry. Jour. Geol. Soc. Korea, 21, 297-316.
  49. Jin, M.-S., 1985b, A relationship between tectonic setting and chemical composition of the Cretaceous granitic rocks in southern Korea. Jour. Geol. Soc. Korea, 21, 67-73.
  50. Jin, M.-S., 1986, Ca, Na, K, Rb, Zr, Nb and Y abundances of the Cretaceous to early Tertiary granitic rocks in southern Korea and their tectonic implications. Mem. Prof. S.M. Lee's 60th Birthday, 195-209.
  51. Jin, M.-S., 1988, Geochemistry of the Cretaceous to early Tertiary granitic rocks in southern Korea: Part II. Trace elements geochemistry. Jour. Geol. Soc. Korea, 24, 168-188.
  52. Jin, M.-S., Gleadow, A.J.W., and Lovering, J.F., 1984, Fission track dating of apatite from the Jurassic and Cretaceous granites in South Korea. Jour. Geol. Soc. Korea, 20, 257-265.
  53. Kim, C.-S. and Kim, G.-S., 1997, Petrogenesis of the early Tertiary A-type Namsan alkali granite in Kyongsang Basin, Korea. Geoscience Jour., 1, 99-107. https://doi.org/10.1007/BF02910481
  54. Lee, D.S. (ed.), 1987, Geology of Korea. Geol. Soc. Korea, Kyohak-sa Publ. Co., Seoul, 514 p.
  55. Lee, J.I., 1991, Petrology, Mineralogy and Isotopic Study of the Shallow-depth Emplaced Granitic Rocks, Southern Part of the Kyoungsang Basin, Korea: Origin of Micrographic Granite. Ph.D. thesis, Univ. Tokyo, 216 p.
  56. Lee, J.I., 1992, Mineralogy and petrography of the shallowdepth emplaced granitic rocks distributed in the southern part of the Kyeongsang Basin, Korea. Jour. Korean Earth Sci. Soc., 13, 176-199.
  57. Lee, J.I., Kagami, H., and Nagao, K., 1995, Rb-Sr and KAr age determinations of the granitic rocks in the southern part of the Kyeongsang basin, Korea: Implication for cooling history and evolution of granitic magmatism during late Cretaceous. Geochemical Jour., 29, 363-376. https://doi.org/10.2343/geochemj.29.363
  58. Lee, J.I., Lee, M.J., Doo, K.T., Lee, M.S., and Nagao, K., 1997, K-Ar age determination of the granitic plutons in Ulsan-Kyeongju area, the mid-eastern Kyeongsang Basin, Korea. Jour. Korean Earth Sci. Soc., 18, 379-386.
  59. Lee, Y.S., Ishikawa, N., and Kim, W.K., 1999, Paleomagnetism of Tertiary rocks on the Korean Peninsula: tectonic implications for the opening of the East Sea (Sea of Japan). Tectonophysics, 304, 131-149. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(98)00270-4
  60. Na, C.K., 1994, Genesis of granitoid batholiths of Okchon zone, Korea and its implications for crustal evolution. Ph.D. dissertation, Univ. Tsukuba, 154 p.
  61. Naeser, C.W. and Faul, H., 1969, Fission track annealing in apatite and sphene. Jour. Geophys. Res., 74, 705-710. https://doi.org/10.1029/JB074i002p00705
  62. Nishimura, S. and Mogi, T., 1986, The interpretation of discordant ages of some granitic bodies. Jour. Geotherm. Resour. Soc. Japan, 8, 144-164.
  63. Park, T.-H., Iwamori, H., Yuji, O., and Jwa, Y.-J., 2005, Zircon U-Pb ages for Creta-Tertiary granites, south Korea: Implications for spatiotemporal changes in subductionrelated magmatism (abstract). Japan Earth and Planetary Science Joint Meeting (CD-ROM), Oceanographic Society of Japan, Volcanological Society of Japan, Japanese Association of Mineralogists, Petrologists and Economic Geologists, Mineralogical Society of Japan, and others.
  64. Reedman, A.J., Park, K.H., and Evans, J.A., 1989, The age of granitoid intrusions and related mineralisation in the Chisulryoung Mountain area, south-east Korea: constraints on the age of the Chisulryoung Volcanic Formation and Yucheon Group volcanism. Jour. Geol. Soc. Korea, 25, 51-58.
  65. Richards, M.A. and Lithgow-Bertelloni, C., 1996, Plate motion changes, the Hawaiian-Emperor bend, and the apparent success and failure of geodynamic models. Earth Planet. Sci. Lett., 137, 19-27. https://doi.org/10.1016/0012-821X(95)00209-U
  66. Shin, S.-C., 1992, Meso-Cenozoic Thermo-tectonic History of the Southeastern Korean Peninsula Evidenced from Fission Track Thermochronological Analyses. Ph.D. thesis, Kyoto Univ., 311 p.
  67. Shin, S.-C. and Nishimura, S., 1991, Direct comparison of zeta calibration constants for fission-track dating by double-checking of two irradiation facilities with different degrees of neutron flux thermalization. Chem. Geology, 87, 147-166.
  68. Shin, S.-C. and Nishimura, S., 1993, Thermal and uplift histories of Mesozoic granites in Southeast Korea: new fission track evidences. Jour. Petrol. Soc. Korea, 2-2, 104- 121.
  69. Shin, S.-C. and Park, K.-S., 1989, Determination of low levels of uranium impurity by fission track registration using mica and polycarbonate detectors. Nucl. Tracks Rad. Meas. 16, 271-274. https://doi.org/10.1016/1359-0189(89)90026-5
  70. Tateiwa, I., 1924, Geological atlas of Chosen (Korea), No.2, Ennichi (Yeonil), Kuryuho (Guryongpo) and Choyo (Joyang/ Gampo) sheets (scale 1:50,000), Geological Survey of Chosen (in Japanese).
  71. Tateiwa, I., 1929, Geological atlas of Chosen (Korea), No.10, Keishu (Gyeongju) sheet (scale 1:50,000), Geological Survey of Chosen (in Japanese).
  72. Wagner, G.A., 1979, Correction and interpretation of fission track ages. In: E. J ger and J.C. Hunziker (eds.), Lectures in Isotope Geology, Springer-Verlag, 170-177.
  73. Wagner, G.A., and Reimer, G.B., 1972, Fission track tectonics: the tectonic interpretation of fission track apatite ages. Earth Planet. Sci. Lett., 14, 263-268. https://doi.org/10.1016/0012-821X(72)90018-0
  74. Zhang, Y.-B., Zhai, M, Hou, Q.-L., Li, T.-S., Liu, F., and Hu, B., 2012, Late Cretaceous volcanic rocks and associated granites in Gyeongsang Basin, SE Korea: Their chronological ages and tectonic implications for cratonic destruction of the North China Craton. Jour. Asian Earth Sci., 47, 252-264. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2011.12.011

Cited by

  1. Revised Fission-track Ages and Chronostratigraphies of the Miocene Basin-fill Volcanics and Basements, SE Korea vol.22, pp.2, 2013, https://doi.org/10.7854/JPSK.2013.22.2.083
  2. Thermal and Uplift Histories of the Jurassic Granite Batholith in Southern Jeonju: Fission-track Thermochronological Analyses vol.49, pp.5, 2016, https://doi.org/10.9719/EEG.2016.49.5.389
  3. Distribution Characteristics of Geologic Age and Rock Type of Bedrocks at the National Wood Culture Heritage Site by GIS vol.24, pp.4, 2015, https://doi.org/10.7854/JPSK.2015.24.4.347
  4. Petrological characteristics of the Yeongdeok granite vol.23, pp.2, 2014, https://doi.org/10.7854/JPSK.2014.23.2.31