포항, 장사리, 영덕 지역의 페름기-초기 트라이아스기 관입암의 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대 및 지구화학적 연구

Abstract

본 연구에서는 포항분지내 심부 기반암과 경상분지 북동부 지역의 장사리/영덕 심성암류를 대상으로 저어콘의 SHRIMP U-Pb 연대측정 및 Hf 동위원소비, 전암의 주성분/부성분 및 Sr-Nd-Pb 동위원소 성분분석을 통해 암석의 생성 연대와 성인에 대해 알아보았다. 포항분지내 기반암 시료는 포항지열발전소의 심부 시추공(PX-1, PX-2)에서 획득하였으며, 심도 4219 m 부근의 코어 샘플과 심도 3658-4174 m 구간의 파편 시료들을 대상으로 분석을 수행하였다. 영덕과 장사리 지역의 시료는 노두 시료이다. HRIMP U-Pb 저어콘 연대측정 결과에 따라서 연구시료들을 페름기의 포항 화강암(ca. 283-264 Ma), 후기 페름기의 장사리 화강암류(ca. 261-256 Ma), 후기 페름기-초기 트라이아스기의 영덕 화강암류(ca. 253-249 Ma)로 분류하였다. TAS 도표에서 포항 시료들은 모두 화강암으로 분류되지만 장사리-영덕 시료들은 몬조섬록암-석영몬조나이트화강섬록암-화강암과 몬조섬록암-몬조나이트-화강섬록암으로 구분된다. 지구화학적으로 연구시료들은 중알루미나(metaluminous) 및 고알루미나질(peraluminous)의 I-type 화강암으로 분류된다. 초기 맨틀 값으로 표준화한 미량원소 분포도에서 시료들은 LILE (large ion lithophile element)는 부화되고 HFSE (high field strength element)는 결핍된 특징을 보이는데 이는 전형적인 섭입대 기원 암석의 특징에 해당한다. 그러나 영덕 시료들은 Sr/Y비(87~225)가 높고, Y 함량(3~10 ppm)이 낮은 아다카이트(adakite)의 특징을 보인다는 점에서 포항-장사리 시료들과 차이를 보인다. Sr-Nd 동위원소 상관도에서 시료들은 낮은 (87Sr/86Sr)i비(0.7038~0.7049)와 양의εNd(t) 값을 보이며(+2.4∼+4.8), 영남육괴 기반암의 영역을 벗어난다. PbPb 동위원소 상관도에서 시료들은 인도양 중앙해령현무암의 영역 안에 도시되며 영남육괴 기반암보다 낮은 207Pb/204Pb비를 보인다. 또한, 암석 시료내 모든 저어콘들 역시 양의 εHf(t) 값을 보이는데(+8.5∼+18.3), 이는 연구시료들의 기원마그마가 지각물질보다는 결핍맨틀로부터 유래되었음을 지시한다. 지구화학적 특징을 종합적으로 해석하면 연구시료들은 섭입대 맨틀 웨지 기원의 물을 많이 함유한 초생 마그마가 상당량의 분별정출작용을 받아 형성된 것으로 해석된다. 포항-장사리 시료들과 다르게 영덕 시료들은 모마그마가 분화과정동안 상당량의 각섬석(+석류석)을 분별정출한 결과 아다카이트한 특징을 보이는 것으로 생각된다. 연구시료들의 맨틀기원의 Sr-Nd 동위원소 성분비는 북중국지괴의 북쪽 경계지역에 분포하는 동시기 화성암류보다는 중앙아시아 조산대(Central Asian Orogenic Belt)에 분포하는 화성암류와 유사하다. 따라서 포항과 영덕지역의 페름기-초기 트라이아스기의 화강암류는 고아시아 해양판(Paleo-Asian oceanic plate)의 섭입과 연관되어 형성되었을 것으로 해석된다.