옥천지향사대 황강리층 함력천매암질내의 석회암역의 기원

Abstract

The origin and age of Hwanggangri Formation in Okchon Group have been the subject of debate for several decades, because the Hwanggangri Formation is characteristically composed of poorly sorted pebble bearing phyllitic rocks. This formation is previously pointed out as a tillite (Kim, 1970; Reedman et al, 1973), a debris flow (Chough, 1981) and then recently as a glacioenic diamictite (Lee et al, 1998). The age of this formation has not been determined yet, but it is inferred to be late Paleozoic by Cambro-Ordovician conodont fossils (Lee et al, 1989), and the CHIME age of granite pebble was reported to be 367Ma (Adachi et al, 1996). The age of Permo-Carboniferous is also inferred by glaciogenic diamictite (Lee et al, 1998). This paper has focused on the limestone pebbles to clarify the origin, age and depositional environment of Hwangganggri Formation. The thirty samples of limestone pebbles and twenties of matrices were collected from this formation. In order to investigate the origin of the limestone pebbles, hinterland limestones were also collected from the Kounri formation of Okchon group and the Great Limestone Series in Chosun Group, which are located Danyang and Susanri nearby Hwanggangri Formation. These samples were analyzed for REE and trace elements by ICP-MS, and Sr isotopic ratio by TIMS. Although the matrices of pebble bearing phyllitic rocks vary from calcareous shale to fine grained phyllitic rockwith dark to light gray color, they exhibit very similar chondrite normalized REE patterns, which are illustrated typical pattern of shale with enriched LREE (La_(N)/Sm_(N)> 2) and a small negative Eu anomaly. The REE patterns for limestone pebbles of polygonal shape with few millimeters to over 55 cm(longer radius) in size are very diverse. No common feature appears between REE patterns of pebbles and their matrices. However, REE concentration is higher in matrices than in pebbles. In trace elements such as U, Th, Zr, Nb, W, Y, Sc etc., pebbles are illustrated relatively positive correlation with limestone, but the elemental concentration is lower in pebbles. Based on the REE and trace element characteristics, pebbles seem to be inherited from various formations with different ages. The limestones exhibit the similar ratio (0.7041-0.7130) with worldwide marine carbonate rocks in age of early Paleozoic. Most pebbles have high concentration of Rb and low of Sr, and their ^87Sr/^86Sr isotope ratios are 0.7159-0.7264. The initial ^87Sr/^86Sr ratios, assumed that the age of formation is Cambro-Ordovician, are 0.7031-0.7270, showing extremely wide range and unusually high value of ^87Sr/^86Sr. It can be interpreted that the carbonate pebbles were originated from diverse sources with different ages from Proterozoic to Paleozoic during the deposition of glacial sediments in the Okchon geosynclinal zone. The high ^87Sr/^86Sr ratio can be attributed to contamination of detrital sediment in the matrices during intense metamorphism in the Okchon zone. ; 한반도 중부 지역에 북북동의 방향으로 대상으로 분포하고 있는 옥천대 내의 옥천층군의 대부분의 지층들과 같이 황강리층의 지질 시대와 퇴적 환경 역시 지금까지 논쟁의 중심이 되고 있다. 황강리층은 선캠브라아기의 딜라이드(tillite)(김옥준, 1968, 1870a; Reedman et al., 1973; Reedman and Fletcher, 1976)과 고생대 이후의 터비다이트(turbidite)(이대성, 1974) 및 해저 데브라플로우(debris flow)(Chough, 1981; Chough and Bahk, 1992), 최근에 빙하기 원의 다이아믹타이트(diamictite)(이민성 외, 1998)등의 퇴적 환경 해석들이 제안되고 있다. 황강리층 중 석회암역 내의 캠프로-오르도바스기의 코노돈트 화석 동정으로 고생대말의 지질 시대가 추정되었고(이채화 외, 1989; Lee, et al., 1989), 화강암역의 CHIME 연대측정법에 의해 367 Ma 라는 변성연대가 보고되었다(Adachi et al.,1996). 또한 혜성 빙하기원의 다이아믹타이트에 의한 Permo - Carboniferous라는 시대도 제안되었다(이민성 외, 1998). 김규한·민경덕(1996)은 황강리층의 석회암역의 탄소, 산소 안정동위원소 연구에서 황강리층 중의 석회암역이 삼태산층에서 유래 가능성을 발표하였다. 본 연구에서는 이같이 층서와 지질시대에 논란이 되고 있는 황강리층의 지질 시대와 퇴적 환경 해석을 위해 황강리층의 석회암역과 조선누층군의 풍촌층, 천동리층, 두무동층, 막골층 그리고 삼태산층의 석회암과 옥천누층군의 고운리층의 석회암 시료에 대하여 희토류 원소와 미량원소를 분석하였으며, 그 중 선택된 시료들에 대해서는 Sr 동위원소비(^(87)Sr/^(86)Sr)를 측정하였다. 황강리층의 함력천매암질의 가질은 대부분 LREE가 부화된 (La_(N)/Sm_(N) > 2) 작은 Eu 부(-)의 이상을 가지는 전형적인 셰일의 희토류 원소의 패턴을 나타낸다. 반면에 석회암역들은 다양한 희토류 원소의 패턴을 나타내고 있다. 같은 지점에서 채취된 기질과 석회암역 또한 공통적인 지화학적 특정을 보이지 않으나 전반적으로 기질의 희토류 원소의 농도가 석회암역에 비해 높다. Zr, Nb, Sc, Rb과 Ga 같은 육성기원 물질(terrigenous material)에 의해 지배받는 원소들은 황강리층의 기질에서 높은 농도 값을 나타낸다. 고생대 석회암에 비해 황강리층의 석희암역이 이들 원소의 비교적 넓은 범위와 높은 농도를 나타낸다. 특히 고운리층의 시료는 다른 석회암 시료에 비해 이들 원소의 농도가 높다. Sr 동위원소비(^(87)Sr/^(86)Sr)분석에서 대부분의 석희암 시료들은 캠브로-오르도비스기의 고해수와 유사한 값을 보인다. 그러나 황강리층의 기질과 석회암역의 ^(87)Sr/^(86)Sr 값은 각각 0.713-0.739과 0.713-0.727로 높고 넓은 범위 값을 보여 석회암역의 기원의 다양성을 보여주고 있다. 따라서 본 연구에서 황강리층의 석회암역 중 일부는 고운리층과 삼태산층에서 기원되었음을 확인할 수 있으나 대부분은 서로 다른 지질 시대의 다양한 석회암층으로부터 기원된 것으로 해석된다. 옥천대의 변성작용동안에 기질 중의 육성 퇴적물로부터의 혼입도 배제할 수 없다. 또한 고생대의 석회암은 대부분 대륙쪽에 가까운 천혜성 특징을 나타내며, 고운리층의 석회암은 육성기원 물질의 영향을 크게 받은 것으로 해석된다.