Carbon, Oxygen and Strontium Isotope Geochemistry of the Carbonate rocks, Okcheon Metamorphic Belt

Abstract

In the Okcheon Metamorphic Belt, carbonate rocks distributed over a wide range remain age-unknown. The reason is that there are few suitable absolute dating methods applicable to carbonate rocks. This paper tried to determine the timing of their formation more precisely by applying a chemical stratigraphic method to these unknown carbonate rocks. Chapter 1 gives an overview of the subject of this paper. In particular, we discussed the importance and limitations of carbon isotope data for studying Neoproterozoic carbonate sediments. Chapter 2 is a study of carbonate rocks, commonly referred to as so-called Geumgang Limestone, in the Okcheon, Boeun, and Chungju regions, and discussed whether this layer is a cover carbonate deposited after a Neoproterozoic glaciation period. In conclusion, Geumgang limestone consistently shows a low δ13C value (-12.25‰~-6.05‰), which corresponds to the δ13C value of a typical cover carbonate rock. Therefore, this result supports the existing hypothesis that a part of the Okcheon metamorphic zone was deposited during a Neoproterozoic glaciation event. Chapter 3 dealt with the Seochangni Formation, the Samtaesan Formation, and the Heungwolri Formation distributed in the Chungju-Jecheon region, regarded as the lower Paleozoic strata of the Taebaeksan Basin. However, the carbon isotope analysis of these rocks shows a different result from traditional belief. The δ13C values obtained from these layers often show values greater than 1.5‰, which is greater than the average value of about 0˚‰ of the Cambrian-Ordovician period, which means the Early Cambrian or an older Neoproterozoic. Therefore, the presence of Neoproterozoic rocks in addition to the Paleozoic ones is apparent among these carbonate rocks. Taken together, this study revealed that sedimentary layers related to a Neoproterozoic glaciation existed in the Okcheon Metamorphic Belt. In addition, this study clarified that most of the carbonate rocks distributed in the western part of the Geumsusan Quartzite Formation, described as the Samtaesan Formation and the Heungwolri Formation, are Neoproterozoic layers. Therefore, it is necessary to redefine the boundary between the Okcheon Metamorphic Belt and the Taebaeksan Basin.

Keywords: Late Neoproterozoic, Early Paleozoic, Okcheon Metamorphic Belt, Taebaeksan Basin, Carbonate Sequences, Chemostratigraphy

옥천 변성대 내에는 넓은 범위에 걸쳐 시대미상의 탄산염암이 분포하고 있다. 이 탄산염암체에 적용할 수 있는 적합한 절대연대측정법이 거의 없기 때문에 아직까지 이들의 정확한 생성시기가 밝혀지지 않고 있다. 본 논문은 이러한 시대미상 탄산염암에 화학층서법을 적용하여 보다 정밀하게 이들의 생성시기를 밝혀내고자 하였다. 제1장에서는 이 논문의 주제에 대하여 개괄적으로 설명하였다. 특히 신원생대 탄산염 퇴적층을 연구하는데 있어서 탄소 동위원소 자료의 중요성과 한계점을 논의하였다. 제2장은 옥천-보은 및 충주 지역에서 소위 금강 석회암으로 통칭되는 탄산염암에 대한 연구로 이 층이 빙하기 이후 퇴적된 덮개탄산염인지 여부에 대하여 논의하였다. 결론적으로 금강 석회암은 일관되게 낮은 δ13C 값 (-12.25‰~-6.05‰)을 보이며, 이는 전형적인 덮개탄산염암의 δ13C 값에 해당한다. 따라서, 신원생대 빙하기 사건 동안 옥천 변성대 일부가 퇴적되었다는 기존 가설을 뒷받침하는 결과이다. 제3장에서는 충주-제천 지역에 분포하는 서창리층, 삼태산층, 그리고 흥월리층에 대해 다루었다. 삼태산층과 흥월리층은 그간 태백산 분지의 하부고생대 지층으로 여겨져 왔다. 하지만 이 암석들에 대한 탄소 동위원소 분석결과는 전통적인 믿음과 다른 결과를 보여준다. 이들 층들에서 얻어진 δ13C 값은 캠브리아기-오르도비스기의 평균값인 약 0˚‰ 보다 뚜렷이 구분되는 1.5‰ 이상의 높은 값을 보이는 것이 많으며, 이는 캠브리아기 초기 혹은 그보다 더 오래된 신원생대를 의미한다. 따라서 충주-제천 지역에 분포하는 과거에 삼태산층과 흥월리층으로 명명되었던 탄산염 암석들 중에는 고생대의 암석들뿐만 아니라 신원생대 암체가 혼합되어 있는 것으로 해석된다. 종합하여, 본 연구는 옥천 변성대에 신원생대 빙하기와 관련된 퇴적층이 존재함을 밝혔다. 또한 금수산규암층 서부에 분포하는 탄산염 암석들과 태백산 분지 내 삼태산층과 흥월리층으로 기재된 층들의 상당부분은 신원생대층임을 밝혀내었다. 따라서 옥천변성대와 태백산분지의 경계를 다시 확정할 필요성을 제기한다.

주요어: 신원생대 후기, 고생대 초기, 옥천변성대, 태백산분지, 탄산염암, 화학층서