U-Pb age determination for metamictized high-U zircon: Comparison of SHRIMP and fs-LA-MC-ICP-MS techniques

김지인; 최성희

주제분류

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저널정보

대한지질학회
지질학회지 학술저널
지질학회지 제59권 제2호
2023.6 235 - 246 (12page)

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김지인 (충남대학교)
최성희 (충남대학교)

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고-우라늄 (U > 2,000 ppm) 저어콘은 결정화 이후 시간의 경과와 함께 U의 방사성붕괴에 의한 광물 격자 내 손상을 입는다. 메타믹트화 작용이라고 불리는 이 과정은 저어콘의 물리적 특성(예, 경도, 결정화, 비중 등)과 화학적 특성의 변화를 초래한다. 메타믹트화된 저어콘의 연대를 SIMS (예, SHRIMP) 장비로 측정하면, 기질효과(matrix effect)에 의해 실제보다 높은 겉보기 연대가 산출될 수 있다. 경기육괴 서남부에 분포하는 팔봉산과 백화산 화강암에 대한 선행연구에서는 고-우라늄 저어콘에 대한 SHRIMP U-Pb 연대가 보고된 바 있는데, 이때 U 함량과 겉보기 연대 사이에 양의 상관관계가 관찰되었다. 해당 연구에서는 U 함량이 2,000 ppm 일 때를 기준으로 겉보기 연대를 회귀 보정하여 팔봉산에서 174.9 ± 1.7 Ma, 백화산에서 176.8 ± 9.8 Ma의 관입연대를 산출하였다. 본 연구에서는 팔봉산과 백화산 저어콘의 연대를 fs-LA-MC-ICP-MS 장비를 활용해 새롭게 보고하고 그 결과를 SHRIMP 보정 연대와 비교 분석하였다. 팔봉산과 백화산의 U 함량은 각각 3,778-17,970 ppm과 4,760-25,700 ppm이며, Th/U의 비는 0.42-1.20과 0.28-0.99이다. 산출된 하부교차점 연대는 팔봉산에서 168.3 ± 1.4 Ma이며, 백화산에서 174.0 ± 3.6 Ma이다. 주목할 점은 U 함량과 LA-ICP-MS로 분석된 206Pb/238U연대 사이에 유의미한 상관관계가 관찰되지 않는다는 것이다. 이는 LA-ICP-MS를 활용한 연대 분석에서는 기질효과가 결과에 영향을 미치지 않음을 지시하며, 따라서 그 결과가 각 암체의 관입 시기에 대한 정확한 정보를 제공하는 것을 의미한다. 팔봉산과 백화산의 SHRIMP U-Pb 연대는 y절편을 기준으로 회귀했을 때 위 관입 시기와 가장 근사한 연대가 산출된다. 단순회귀분석법에서 적용되는 기준 U 함량이 분석시료 및 장비분석조건에 따라 가변적인 점은, SHRIMP 연대를 보정해 메타믹트화된 저어콘의 절대연대를 신뢰도 높게 산출하는 것에 한계가 있음을 드러낸다.

Zircon grains with high-U contents (> 2,000 ppm) are susceptible to radiation damage integrated over the time by the decay of U. The effect of radiation damage can change the intrinsic physical (e.g., hardness, crystallinity, and specific gravity) and chemical properties of zircon, which is called metamictization. The apparent U-Pb age of metamictized zircon determined by SIMS (e.g., SHRIMP) tends to increase due to the matrix effect. In a previous study on the Palbong and Baekhwa granites in the southwestern Gyeonggi Massif, SHRIMP U-Pb ages for high-U zircons have been reported, where a positive correlation between U content and apparent age was observed. Regression ages on 2000 ppm of U for Palbong and Baekhwa yielded 174.9 ± 1.7 Ma and 176.8 ± 9.8 Ma, respectively. In this study, we newly report fs-LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb ages for the Palbong and Baekhwa granites, and compare them to the SHRIMP regression ages. The measured U concentrations of the Palbong and Baekhwa zircons are 3,778-17,970 ppm and 4,760-25,700 ppm with Th/U ratios of 0.42-1.20 and 0.28-0.99, respectively. Lower intercept ages of the Palbong and Baekhwa zircons are 168.3 ± 1.4 Ma, and 174.0 ± 3.6 Ma, respectively. There is no meaningful correlation between the U contents and the 206Pb/238U ages, indicating that the matrix effect was insignificant during the LA-ICP-MS analysis. Therefore, the LA-ICP-MS U-Pb age of metamictized zircons represents the emplacement age of the granites. If the SHRIMP U-Pb age of the Palbong and Baekwha zircons is regressed on the y-intercept, the age closest to the emplacement age determined by LA-ICP-MS is estimated. It is unable to specify the absolute U concentration to regress the SHRIMP U-Pb ages of metamictized zircons to correct the matrix effect. Although application of simple linear regression for SHRIMP U-Pb ages of metamictized zircons can be used to estimate the approximate age, it unconstrain the precise emplacement age.

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