1997읜 이후 한국기초과학지원연구원에 K-Ar 연대 측정 시스템이 도입되어 현재 이용중이다. 이 시스템은 흑연전기로, 가스 전처리 장치, 질량분석기와 자료획득장치로 구성되어 있으며 K-Ar연대 측정은 $^{38}$ Ar을 스파이크로 이용하는 동위원소 희석법에 의한 정밀한 Ar 농도 측정과 원자흡광분석을 통한 K 정량분석에의해 이루어진다. 연대가 잘 알려진 K-Ar 연대측정용 표준물질을 이용하여 시스템의 정밀성과 정확성을 확인하였다. 백만년 이하의 연대를 갖는 시료의 경우 질량분석기의 감도와 질량차별지수의 미약한 변화에도 큰영향을 받기 때문에 정확한 연대 측정이 곤란하나 중생대 및 제 3기의 K-Ar 연대를 갖는 표준시료의 연대를 측정했을 때, 믿을 만한 결과를 내고 있다. $92.6\pm$0.6 Ma의 연대가 알려진 SORI93혹운모의 경우 92.1$\pm$1.1 Ma의 연대를 얻을 수 있었고, $18.5\pm$0.6 Ma의 Bern4M 백운모는 권고치와 유사한 $17.8\pm$0.2 Ma의 연대를 얻을 수 있었다. .
경기육괴의 선캠브리아 편마암들에서 분리한 흑운모와 사장석들로부터 Ar-Ar 연대를 분석하였다. 흑운모에서는 $1,294{\pm}46,\;1,241{\pm}39\;및\;1,217{\pm}39Ma$(오차는 모두 $2{\sigma}$), 그리고 사장석으로부터는 $934{\pm}25,\;872{\pm}19,\;819{\pm}15(2{\sigma})Ma$의 연령이 구해졌다 이러한 연대 값은 같은 시료에서 구한 U-Pb 저어콘 연대($1,613{\pm}51~2,168{\pm}24Ma(2{\sigma})$, 송용선 외, 2001)와는 큰 차이가 있다. 이러한 흑운모와 사장석의 $^{40}Ar-^{39}39/Ar$ 연대는 각각 독립적이고 광역적인 열적 교란 사건을 지시할 가능성이 크다고 판단된다. 흑운모가 기록하고 있는 중원생대의 시기는 당시에 광역적으로 일어났던 변성작용과 뒤이은 차별적 융기의 결과로 해석될 수 있다. 한편 사장석이 기록하는 신원생대의 연대는 광역적인 인장력 하에서 일어났던 화성활동과 관련 있을 것으로 생각되며. 이는 당시에 존재했던 로디니아 초대륙의 균열과 관련되었을 가능성을 제안한다.
옥천 변성대 서남부 화산지역과 중부 미원-증평지역 52개의 변성이질-사질암과 5개의 화강암류에 있는 흑운모와 백운모로부터 K-Ar과 $^{40}$ Ar/$^{39}$ Ar 연대를 구하였다. 서남부 화산지역 보은과 피반령의 2개의 지구조 단위에서 채취한 변성이질-사질암류로부터 구한 흑운모와 백운모 K-Ar과 $^{40}$ Ar/$^{39}$ Ar 연대는 149-180Ma이다 미원-증평지역의 보은과 피반령의 2개의 지구조 단위에서 채취한 변성이질-사질암류로부터 구한 흑운모와 백운모 K-Ar 연대는 서남부 화산지역에 비해 복잡한 연대분포를 보이는데 백악기 화강암체 주위의 102-105 Ma를 제외하고 142-194Ma(쥬라기), 216-234Ma(삼첩기후기-중기) 및 241-277 Ma(삼첩기초기-페름기 중기)의 범위이다. 하지만 삼첩기부터 페름기까지 연대범위는 보은 단위 북부와 피반령 단위 남부, 즉 증평지역의 옥천변성대 중앙부에서만 구해지며 다른 지역의 연대들은 쥬라기중기에 집중된다. 서남부 화산지역 및 중부 미원-증평지역의 화강암류의 K-Ar과 $^{40}$ Ar/$^{39}$ Ar 흑운모와 백운모 연대들은 쥬라기중기로 이들은 변성퇴적암으로부터 얻어진 쥬라기중기의 $^{40}$ Ar/$^{39}$ Ar과 K-Ar 흑운모와 백운모의 연대와 거의 일치하며 이는 두 암체가 동시에 냉각된 사실을 지시한다. 서남부 화산지역과 중부 미원-증평지역의 보은 단위 및 피반령 단위에서 분리된 탄질물의 $d_{002}$ 값은 모두 각섬암상 범위의 흑연화를 지시하는 3.353-3.359 $\AA$의 매우 좁은 범위에 집중된다. 변성광물군으로 볼 때 녹색편암상의 변성작용을 받은 화산지역의 보은 단위 남부에서도 각섬암상 이상의 고온을 지시하는 탄질물의 $d_{002}$ 값이 나타남은 이들 지역에서 흑운모와 백운모 K-Ar과 $^{40}$ Ar/$^{39}$ Ar 연대가 쥬라기중기에 집중되는 사실, 이들 지역들 내 광역적으로 관입한 화강암의 관입정치연대와 냉각연대가 쥬라기중기인 사실, 그리고 쥬라기 화강암 주변에 50$0^{\circ}C$ 이상의 저압형 변성대가 형성된 것은 광역적으로 변성광물을 형성한 주변성작용 이후 쥬라기초기(\ulcorner)-증기에 일어난 저압형의 광역적 열변성작용을 강하게 뒷받침한다. 하지만 광역적 열변성작용에 의한 변성광물변화는 화강암접촉부 1-2km 내에서만 인지되며 이는 화강암의 빠른 냉각에 의해 1-2km 밖의 광물군이 변화될 만큼 충분한 기간동안 열이 공급되지 못하였음을 지시한다. 한편, 옥천변성대 증평지역 중망부의 변성이질-사질암으로부터 측정된 흑운모와 백운모 K-Ar과 $^{40}$ Ar/$^{39}$ Ar 연대는 최근에 이들 지역에서 보고된 중압형의 주 광역변성작용시기인 석탄기후기-폐름기초기 이후의 냉각역사들을 잘 대변한다. 특히 옥천변성대 중부 증평지역의 중앙부에서 5개 시료에 대해 구한 흑운모와 백운모 K-Ar 연대인 241-249 Ma와 263-277 Ma는 석탄기후기-폐름기초기 (ca. 280-300 Ma) 옥천변성대의 주변성시기 이후 280-300 Ma부터 263-277 Ma 사이에서 약 3$50^{\circ}C$까지의 빠른 냉각과 263-277 Ma부터 241-249 Ma 사이에서 약 30$0^{\circ}C$까지의 느린 냉각을 지시한다 하지만 왜 삼첩기-폐름기의 연대가 증평지역의 중앙부에만 국한되어 나타나는지에 대한 좀 더 자세한 연구가 필요하다.요하다.
옥천변성대 서남부지역은 변성이질암의 광물조합을 기준으로 남동부부터 북서방향으로 흑운모대, 석류석대, 십자석대의 3개의 변성광물분대로 나누어진다. Oh et al. (1995a)의 연구에서 보고된 남정석들은 산출되지 않는 것이 확인되었고 변성도는 흑운모대에서 석류석대를 거쳐 십자석대로 갈수록 증가한다. 쥬라기 화강암 접촉부의 국부적인 변성암류에서는 화강암에 의한 접촉변성작용에 의해 형성된 홍주석과 규선석이 산출된다. 흑운모대의 변성 압력-온도는 4.2 - 5.1 kb, 400 - 500 $^{\circ}C$이다. 십자석대의 정누대구조를 가지는 석류석과 석류석안의 사장석, 흑운모, 금흥석, 일메나이트포유광물의 공생관계로 추정한 압력-온도 (석류석 주변부: 7.0 - 8.0 kb, 550 - 620 $^{\circ}C$; 석류석 중심부: 4.0 - 5.0 kb, 420 - 520 $^{\circ}C$) 및 십자석대 내에서 후퇴변성작용 및 접촉변성작용 받은 석류석 주변부에 기록된 압력-온도 조건(약 2.0 - 3.0kb, 450 - 55$0^{\circ}C$)과 함께 옥천변성대 서남부지역의 변성암류가 시계방향의 압력-온도 경로를 겪었음을 지시한다. 연구지역 내에서 정밀 기재된 단면들에 대한 퇴적환경을 종합하면 대체 적으로 남동부에서는 천해성 환경이 인지되나 북서쪽으로 갈수록 대륙사면을 거쳐 분지 중심의 환경으로 전이되는 경향을 보인다. 이러한 퇴적상의 공간적 분포는 분지의 남동쪽보다 북서쪽의 침강이 우세하였던 것으로 해석될 수 있으며, 이는 곧 분지가 형성될 때 반지구대 (half graben) 형태로 분지가 열개 (rifting) 되었음을 의미한다. 각 변성분대에서 채취한 변성이질암으로부터 측정된 K-Ar 과 40Ar/39Ar 흑운모와 백운모 연대들은 149 - 167 Ma에 집중된다. 그리고 각 변성분대에서 동일시료에 대한 K-Ar 과 40Ar/39Ar 연대들은 동일시기를 지시함으로 연대적인 신뢰성을 확인 할 수 있었다. 옥천변성대 서남부지역의 변성암류를 관입하는 2개의 괴상의 화강암과 1개의 엽리화강암에서 얻어진 백운모와 흑운모들의 K-Ar 연대는 모두 156 Ma이며 옥천변성대 서남부지역의 변성이 질암의 연대와 유사하다. 이는 연구지역의 변성암류와 화강암류는 40Ar/39Ar 과 K-Ar 계의 흑운모와 백운모의 폐쇄온도 (약 300 - 350 $^{\circ}C$) 까지 동시에 냉각된 사실을 지시한다. 각섬석 편암내의 각섬석들은 복잡한 40Ar/39Ar 연대를 보여주며 일부가 평형연대를 보여주지만 특별한 의미 부여가 힘들다.
증평-덕평 지역에서 산출하는 중부 옥천변성대의 13개 이질 편암에서 구한 K-Ar 흑운모 연대는 한 개 시료를 제외하고는 89-213Ma 의 범위에 속한다. 이들 K-Ar 연령은 쥬라기와 백악관 화강암체어 가까와 질수록 체계적으로 감소하는 경향을 보인다. 쥬라기 백악관 화강암체 부근에서 얻은 K-Ar 흑운모연대는 각각 166Ma와 89Ma이다. 따라서 연구 지역의 흑운모 연대는, 트라이아스가 후기 내지 쥬라기 초기의 광역-열 변성작용 이후, 중생대화강암의 관입에 의한 열적 작용 때문에 부분적으로 또는 거의 완전히 재평형되었음을 알 수 있다.
백악기 경상분지 남부의 마산 각섬석-흑운모 화강암의 정치연령을 규명하기 위하여 K-Ar, Ar-Ar 및 U-Pb 연대측정을 수행하였다. 각섬석 K-Ar 연대측정으로 구한 약 108 Ma의 연령은 이전에 보고된 Rb-Sr 연령과 비슷하다. 그러나 단입자 전용융으로 구한 각섬석 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 연대측정 결과는 분산이 심하여 의미있는 연령을 구할 수 없었으며 이는 각섬석의 변질에 의한 동위원소계의 교란영향으로 평가된다. 따라서 동일 암석에서 분리한 각섬석에 대한 K-Ar 연대측정 결과 역시 신뢰하기 어렵다. 흑운모에 대한 단입자 전용융 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 연대측정 결과는 평균 $75.8{\pm}3.0Ma$의 결과가 구해졌으며, 젊은 쪽으로 분산되는 45-75 Ma 범위의 값을 제거하면 약 80 Ma의 연령이 산출된다. 한편 SHRIMP와 LA-MC-ICPMS로 저어콘에 대한 U-Pb 연대측정을 수행하여 구한 마산 각섬석-흑운모 화강암의 정치연령은 각각 $87.6{\pm}2.7Ma$와 $86.8{\pm}0.4Ma$이다. 약 80 Ma의 흑운모 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 연령은 마산 각섬석-흑운모 화강암의 냉각연령을 반영하는 것이거나 또는 주변에서 일어난 경상분지 내의 강한 화성활동에 의한 열적 교란의 영향일 수 있다.
백악기 경상누층군의 하양층군에 속하는 신라역암의 화산암력들에 대한 각섬석 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 연대측정을 실시하여 $113.4{\pm}2.4(2{\sigma})$ Ma의 결과를 얻었다. 이 연대는 Aptian의 최상부 시기이다. 기존의 절대연령 측정결과를 종합검토하여 하양층군을 구성하는 각 층들의 퇴적시기를 다음과 같이 한정할 수 있었다. 진동층의 퇴적은 약 96∼97Ma의 시기로부터 15Ma 정도 지속되었다. 이는 Cenomanian 중에 퇴적이 시작되어 Santonian 까지 퇴적된 것은 거의 확실하며, Campanian의 하부까지 포함할 가능성이 높다. 이 연구에서는 Campanian의 초기인 81~80Ma의 시기를 하양층군과 유천층군의 경계시기로 제안한다. 신라역암의 퇴적시기는 Albian 초기, 함안층의 퇴적시기는 Albian의 나머지와 Cenomanian까지로 볼 수 있다. 칠곡층의 퇴적은 Aptian 최후기에 걸쳐 일어났을 가능성이 높은 것으로 추정된다.
제주도 동부 저지대 (해발 200m 이내), 한동-종달-우도-수산-삼달-하천 지역의 20개 시추공에서 얻어진 화산암류의 암석학적 특징과 $^{40}Ar/^{39}Ar$절대연대를 보고하고, 이에 근거하여 이 지역의 지형형성과 화산활동에 대해 고찰한다. 이 지역의 지하에 분포하는 화산암류는 주로 현무암류(알칼리 현무암, 전이질 현무암, 솔리아이트질 현무암)와 솔리아이트질 안산암 및 현무암질 조면안산암으로 구성된다. 솔리아이트질, 전이질 및 알칼리암류가 서로 호층을 이루어 분포하는 것은 이 지역에서 이들 화산활동이 동시에 일어났었음을 지시한다. 특히, 조면현무암 혹은 현무암질 안산암이 이 지역의 기저부에 분포하는 점은 비교적 분화된 알칼리 화산활동이 먼저 시작되었음을 의미한다. 이 지역에 분포하는 화산암류의 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 절대연대는 최고 $526{\pm}23Ka$에서 최저 $38{\pm}4Ka$이다. 동부 지역 저지대에서 용암류의 분출과 같은 하와이형 화산활동은 퇴적층의 관계, 화산암류의 전암 화학성분 및 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 절대연대의 변화로 부터 다섯 단계로 구분된다. 즉, 서귀포층이 퇴적할 동안의, I-U기$(550{\sim}400Ka)$, II기$(400{\sim}300Ka)$, III기$(300{\sim}200Ka)$와 퇴적 이후 IV기$(200{\sim}100Ka)$, V기(100Ka이후)이다. 화산암류의 성분 변화 및 분포 지역의 차이 그리고 이들 시기 간에 분포하는 다양한 퇴적층(수성화산기원퇴적층 포함)의 존재는 화산활동이 오랜 기간 동안 간헐적으로 진행되었으며, 저지대의 육지지형이 화산활동 및 퇴적작용에 의해 내륙에서 해안으로 점진적으로 확대되면서 만들어졌음을 지시한다. 특히 시추코어 화산암의 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 절대연대 자료는 제주도 동부 저지대 지역 대부분이 IV와 V 화산활동기 동안 분출된 200Ka 이내의 비교적 젊은 화산암류로 이루어져 있음을 지시한다. 이는 제주도 화산활동 시기 및 지형 형성에 대한 기존의 연구와는 상이한 결과이며, 화산암류의 K-Ar절대연대 자료를 바탕으로 한 기존의 제주도 화산활동 시기 구분이 재고되어야함을 확인하였다. 또한, 시추공에 근거한 화산 층서의 해석은 암석기재, 암석화학적 특징과 함께 절대연대 자료를 바탕으로 이루어져야 함을 강조한다.
한국 남서부의 점토광상들과 주변암에 대한 K-Ar 연대측정 결과, 점토광물이 75.1∼81.4 Ma, 백악기 화산암류(황산층)가 81.4∼86.4 Ma, 백악기 화강암류는 77.1∼81.5 Ma의 연대로 나타났다. 이 결과는 점토광상들이 백악기 후기의 산성마그마티즘과 성인적으로 밀접한 관계가 있음을 지시한다. 월각산 화강암은 K-Ar 흑운모의 연령이 140.g∼144.8 Ma로 밝혀져, 이의 관입연대는 쥬라기로 판명되었다. 이곳의 점토광상들과 백악기 화강암류의 밀접한 관계는 점토광상들이 화산활동에 수반된 열수작용에 의한 것이 아니라 화강암류의 관입에 따른 열적 효과(열수 순환)에 기인된 열수변질작용으로 형성되었다.
본 연구에서는 경상분지에 나타나는 주요 단층의 단층 gouge 대상으로 단층 gouge bulk 시료 및 선별시료의 $0.1{\mu}m$ 이하 입도시료를 대상으로 수행한 K-Ar 연대측정 결과를 제시하였다. 이 결과를 대상 시료의 광물학적 특성에 기초한 해석을 통해 단층의 활동시기를 해석하고, 기존의 단층 활동연대자료와 종합하여 신생대의 단층활동의 시 공간적 특성을 알아보고자 하였다. 대상시료의 광물학적 특성을 고려한 K-Ar 연대 측정값의 의미를 종합해 보면, 경상분지 주요 단층에서는 전기 신생대인 약 50 Ma 전후시기, 30 Ma 이 후 시기, 그리고 20 Ma 이 후 시기 등 최소 3차례의 단층활동이 있었던 것으로 해석할 수 있다. 양산단층은 공간적으로 단층 북단에서 단층활동 연대가 젊게 나타나는 경향을 보이고 있다. 오천단층 및 그 연계단층, 그리고 경주지역 지점 단층에서는 30 Ma 이 후 시기 및 20 Ma 이 후 시기의 단층활동이 집중되어 나타나고 있다. 이는 보다 정밀한 단층 활동연대를 결정하는 혼합연대 결정법인 illite-age-analysis(IAA)법 적용을 통해 보완될 것이다. 본 연구와 같은 경상분지 내 주요 단층에 대한 복수의 단층 활동연대 결정은 신생대 시기의 한반도 동남부 지역의 지구조 진화모델 확립에 결정적인 정보를 제공할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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