Implications of the SHRIMP U-Pb zircon ages determined from the lower parts of the Gyeongsang Supergroup

Abstract

한반도 동남부의 백악기 경상분지는 하부에서부터 신동층군, 하양층군, 유천층군의 3개의 층군으로 이루어져 있으며, 지역적으로 보면 밀양소분지, 의성소분지, 영양소분지, 울산소분지로 나뉘어져 있다. 경상분지와 같이 표준화석이 상대적으로 부족한 육성퇴적층의 연대를 결정하는 방법으로는 퇴적물이 퇴적될 당시의 화산활동으로 수반되는 화산기원 퇴적물이나 화산암류를 분석하는 방법이 있다. 이 연구에서는 아직까지 정확하게 밝혀지지 않은 경상분지의 퇴적시기 및 퇴적물의 기원을 알아보기 위해 여러 소분지들의 하부에 해당하는 낙동층과 묘곡층을 비롯한 지층들로부터 저콘을 분리하였다. 분리한 저콘에 대해 SHRIMP(Sensitive High Resolution Ion Micro Probe)를 이용하여 U-Pb 연대측정을 실시한 결과 시생대부터 백악기에 이르는 넓은 범위의 연령분포를 보였다. 저콘의 연령을 분지별로 보면 밀양소분지 최하부의 낙동층 3 개소에서 92개 분석점의 결과가 190-300 Ma(n=12), 1800-2100 Ma(n=45), 2300-2500 Ma(n=8) 등의 연령구간에 집중되며 주를 이루는 연령대가 지역에 따라 차이를 보인다. 일치곡선 상에 집중 분포하는 분석 값으로 부터는 191.4±1.5 Ma(n=8), 191.6±4.0 Ma(n=3), 1863.4±9.6 Ma(n=11) 그리고 2474±37 Ma(n=3)의 일치곡선 연령을 구할 수 있었다. 하산동층 2개소 66개 분석점의 결과는 180-230 Ma(n=16), 300-600 Ma(n=11), 900-1200 Ma(n=10), 1800-2000 Ma(n=9), 2100-2400 Ma(n=8)의 주된 연령분포 및 193.6±2.4 Ma(n=11)와 445.7±6.7 Ma(n=4)의 일치곡선 연령을 확인할 수 있었으며, 진주층 두 개소 41개 분석점에서는 100-200 Ma(n=19), 800-1000 Ma(n=4), 1700-2000 Ma(n=7)의 분포 및 112.4±1.3 Ma(n=4), 168.4±2.8 Ma(n=3), 178.2±2.0 Ma(n=3)의 일치곡선 연령을 얻었다. 신라역암 2개소 62개 분석점에서는 110.2±2.3 Ma(n=4), 169.4±2.9 Ma(n=5), 391.6±6.6 Ma(n=3), 784.5±8.7 Ma(n=4) 그리고 1190±23 Ma(n=3)의 일치곡선 연령을 보였다. 영양소분지의 최하부층인 묘곡층 기질부 70개 분석점을 분석한 값은 170-230 Ma(n=53)의 연대가 주를 이루고 드물게 1300-1600 Ma(n=5), 1800-2000 Ma(n=6)의 연대가 나타났으며, 묘곡층 내 화산암역 표품에 대하여 10개 분석점을 분석한 결과 181.4±1.2 Ma(n=8)의 일치곡선 연령을 보였다. 울련산층 두 개소에서 70개 분석점을 분석한 결과 가장 젊은 연령은 110.7±1.5 Ma로 나타났고, 170-280 Ma(n=27)와 1800-2000 Ma(n=29)가 주를 이루었으며, 800-1200 Ma(n=3)연령은 드물게 나타났다. 의성소분지의 최하부층인 낙동층 3개소 79개 분석점에서는 136.0±1.6 Ma(n=1)의 연대가 가장 젊은 연령으로 나타났으며 주로 100-400 Ma(n=10), 500-600Ma(n=7), 700-1200 Ma(n=23), 1700-2000 Ma(n=21)에 해당하는 연령이 상대적으로 많이 발견되었고 529.9±8.7 Ma(n=4), 961±13 Ma(n=4)의 일치곡선 연령을 구할 수 있었다. 낙동층 상위의 일직층 40개 분석점은 101±23 Ma(n=1)의 연대가 가장 젊은 연령이며 180-200 Ma(n=5), 1600-2000 Ma(n=7), 2100-2600 Ma(n=13)의 연대가 주를 이루었다. 분석결과를 종합적으로 살펴보면 경상분지 퇴적층들은 같은 소분지 내에서도 다양한 화성활동 시기를 갖는 암석으로부터 퇴적되었음을 알 수 있었다. 각 분지별 공통적으로 나타나는 일치곡선연령은 약 180 Ma, 190 Ma, 1800 Ma, 2000 Ma등이며 영양소분지에서는 특징적으로 220 Ma 및 260 Ma의 일치곡선 연령이 나타난다. 이들은 주로 경상분지 주변에 분포하고 있는 영남육괴와 중생대 관입암에서 유래한 것으로 생각된다. 그러나 경상분지의 서쪽에 해당하는 밀양소분지와 의성소분지의 하부지층에서는 지금까지 한반도에서 드물게 나타나는 중원생대, 신원생대 및 고생대의 화성활동 연령들이 포함되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 연대분포는 경상분지 서쪽에 지금은 존재하지 않는 고원생대, 중원생대 및 신원생대 암체가 백악기 시기에 퇴적물질의 기원암으로 노출이 되어 있었거나, 훨씬 더 서쪽의 대륙내부로부터 유래하는 하천에 의해 일부 퇴적물이 공급되었음을 가능성을 시사한다.

The Gyeongsang Supergroup of the Cretaceous period in the southeastern part of the Korean Peninsula is composed of the Sindong Group, the Hayang Group and the Yucheon Group from the bottom. It is divided into the Miryang Subbasin, the Uiseong Subbasin, the Yeongyang Subbasin and the Ulsan Subbasin territorially. Determining precise deposition ages from nonmarine sedimentary basins that is almost complete lack of good index fossil like the Gyeongsang Supergroup is a very difficult task. Finding volcanogenic deposits or zircons from syn-depositional volcanic activities can be an alternative method for such areas. In this study SHRIMP U-Pb zircon age data obtained from lower strata of the Gyeongsang Supergroup were utilized not only to constrain the deposition ages better but also to look into the age distribution of the source rocks. The results indicate age distribution of wide range from Archean to Cretaceous. For the Nakdong Formation of the Miryang Subbasin ninety-two points were analyzed for the zircons separated from three rock samples and the results can be grouped into three age-intervals such as appeared 190-300 Ma (n=12), 1800-2100 Ma (n=45), 2300-2500 Ma (n=8), respectively. The concordia ages obtained from the Nakdong Formation are 191.4±1.5 Ma (n=8), 191.6±4.0 Ma (n=3), 1863.4±9.6 Ma (n=11) and 2474±37 Ma (n=3). sixty-six points of the Hasandong Formation show age intervals of 180-230 Ma (n=16), 300-600 Ma (n=11), 900-1200 Ma (n=10), 1800-2000 Ma (n=9), 2100-2400 Ma (n=8) and concordia age of 193.6±2.4 Ma (n=11) and 445.7±6.7 Ma (n=4). Forty-one analysis points from two Jinju Formation samples show distribution of ages in the intervals as follows; 100-200 Ma (n=19), 800-1000 Ma (n=4), 1700-2000 Ma (n=7). Concordant ages obtained from the Jinju Formation are 112.4±1.3 Ma (n=4), 168.4±2.8 Ma (n=3) and 178.2±2.0 Ma (n=3). Sixty-two analysis points from two Silla Conglomerate samples show concordant ages of 110.2±2.3 Ma (n=4), 169.4±2.9 Ma (n=5), 391.6±6.6 Ma (n=3), 784.5±8.7 Ma (n=4) and 1190±23 Ma (n=3). The Myogok Formation of the Yeongyang Subbasin were analyzed for seventy points and the results show concentration coithin the relatively narrow interval of 170-230 Ma (n=53) with several points in the intervals of 1300-1600 Ma (n=5) and 1800-2000 Ma (n=6). Ten points from the pebbles in conglomerates of Myogok Formation show 181.4±1.2 Ma (n=8) concordia age. Seventy analysis points from the two Ullyeonsan Formation samples show concordant age of 110.7±1.5 Ma as the youngest age, and age distributions in the intervals of 170-280 Ma (n=27) and 1800-2000 Ma (n=29) as the mainly ages with rare occurrences in the 800-1200 Ma (n=3). For the Nakdong Formation of the Uiseong Subbasin, analyzed seventy-nine points, 136.0±1.6 Ma is the youngest analyzed age, and there are four main age intervals, 100-400 Ma (n=10), 500-600 Ma (n=7), 700-1200 Ma (n=23), 1700-2000 ma (n=21), and their concordia ages are 529.9±8.7 Ma (n=4) and 961±13 Ma (n=4). Forty points from the Iijik Formation show 101±23 Ma as the youngest ages and show distribution of ages as 180-200 Ma (n=5), 1600-2000 Ma (n=7) and 2100-2600 Ma (n=13). Determined zircon U-Pb ages altogether record quite large range of igneous activities. Most subbasins commonly indicate activities of about 180 Ma, 190 Ma, 1800 Ma and 2000 Ma. The Yeongyang Subbasin, however, peculiarly has concordia ages of about 220 Ma and 260 Ma alone. These ages were originated probably from the nearby the Yeongnam Massif and Mesozoic Granites. Mesoproterozoic to Neoproterozoic and Paleozoic ages are discovered only along the west of the Gyeongsang Supergroup and are not found from the rest Gyeongsang Supergroup. Such occurrence of Mesoproterozoic to Paleozoic igneous ages, which have not been well known from the Korean Peninsula, seems to indicate possible presence of such rocks during the deposition of the Gyeongsang Superfroup or derivation of zircons with such ages by river long enough to reach further western in ferior of the East Asia.