<사진. Re-Os 연대결정법의 원리: 187Re/188Os 동위체비와 187Os/188Os 동위체비를 플롯하여 얻어진 근사치선 (Re-Os 연대측정법)의 경사에서, 연대치를 구하는 것이 가능하다.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

Re-Os법을 이용하여 일본 열도에서 가장 오래된 광상연대결정에 성공

일본 독립행정법인 해양연구개발기구(JAMSTEC)는 도쿄대학과 공동으로 레늄-오스뮴(Re-Os) 연대결정법을 이용하여 오랜 기간 동안 알려지지 않았던 이바라키현 히타치광산 (日立?山, 화산성 괴상유화물 광산)으로 분류되는 동, 아연 광상)의 생성연대를 광상을 구성하는 유화광물을 이용하여 직접 결정하는데 성공하였다. 그 결과 히타치광상의 생성년대는 지금까지 생각해온 석탄기전기(약 3억 2,320만 전 ~ 3억 5,890만년 전)가 아닌 캄브리아기(4억 8,540만년 전 ~ 5억 4,100만년 전)로, 일본 열도에서 가장 오래된 광상이라는 것을 밝혀내었다.

생성연대는 광상의 생성 원인이나 탐사지침을 검토하기 위한 가장 기초적이고 중요한 정보이다. 지금까지 광상의 생성연도는 광상형성의 기원이 되는 암석(모암)에 포함되어 있는 규산염광물의 방사 연대나, 주변지역에서 산출되는 화석기록을 기초로 간접적으로 측정하였다. 하지만 분석기계의 발달과 기술의 향상 및 전처리법의 확립으로 연구현장에서는 Re-Os 동위원소를 이용한 연대결정법이 보급되기 시작하였다. Re, Os는 모두 친철, 친동원소이기 때문에 유화광물에 농집되는 성질이 있어, 광상의 생성연대를 광상을 구성하는 유화광물에서 직접결정하는 것이 가능하다는 이점이 있다. 또한 변성작용에 의한 동위체정보의 이차적인 소요(연대측정에 필요한 암석을 가지고 있는 초생적인 지구화학정보가 2차적으로 기록되고 개변되는 것)에도 비교적 강하기 때문에 변성역에 분포하는 광상에서도 초생적인 연대정보를 얻을 수 있다.

JAMSTEC는 Re-Os 동위체분석을 고정밀도로 하는 국제적 연구기관의 하나로, 이전부터 도쿄대학과 공동으로 Re-Os 연대측정법을 이용한 여러 가지 광상, 광석의 연대측정을 하여, 중요한 과학적 발견을 수행해왔다.

이번에 연구대상인 히타치지역은, 변성작용을 입은 암석으로 구성되어 있어, 화석기록이나 방사년기록이 부족한 지역이다. 북서쪽에 위치한 히타치광산은 1591년도에 개발되기 시작하여 1981년 폐광될 때까지 약 3,000만 톤의 유화물광석, 44만 톤의 동, 5만 톤의 아연을 채굴한 일본굴지의 광산으로 그 광상의 성인은 오랜 기간에 걸쳐 연구되어 왔다. 지금까지 히타치광상의 생성연대는 석탄암중에 포함되어 있는 산호 화석에 약간 있는 기록에서 석탄기 전기(약 3억 2,320만년 전 ~ 3억 5,890만년 전: 지질연대에 대해서도 말미의 국제연대 층서표를 참고)하여 추정되어 왔지만, 동지역에는 히다대(飛??)나 남부북상상대(南部北上?)에 의한 중국 고대륙의 단편이 분포되어 있다고 생각되어, 그 연대가 캄브리아기 (4억 8,540만년 전 ~ 5억 4,100만년 전)까지 거슬러 올라간다는 선행연구가 있었다. 하지만 다른 화석이나 연대기록이 부족하여, 지금까지 히타치 광상 그 자체에서 직접적이고 구체적인 생성연대는 밝혀지지 않았다.

본 연구에서는 1971년~1973년에 걸쳐 후쿠야마 대학에서 히타치광상의 갱도 내에서 채집한 광석자료(그림 3)를 Re-Os년대측정법을 이용하여 분석한 결과, 히타치 광상 후토우타키(不動?)에서 5억 3,300±1,300만년 전을 가리키는 Re-Os 연대측정치를 얻었다. 그 결과 히타치광상의 생성 시기가 지금까지 생각된 석탄기전기보다도 약 2억년 먼저 생성연대라는 것을 보여줬다.

또한 최근 연구에 의하면 히타치 광상 후토우타키광상의 직상에는 석탄기전기와 캄브리아기에 걸쳐있는 약 1억 5,000만년 전의 연대차를 가진 부정합이 있는 지층이 존재한다는 보고가 있었는데, 연구팀이 얻은 Re-Os 연대는 이를 강하게 증명하는 결과가 되는 동시에 광상모암에 있는 화성암의 분출연대도 광석의 침전과 거의 동시에 있다고 추측할 수 있어, 히타치 광산에는 캄브리아기의 지질체가 넓게 분포하고 있다는 것을 뒷받침하였다.

본 연구의 또 하나의 성과는 히타치 광산 후토우타키광상과 같은 변성작용의 영향을 받은 암석에 대해서, 종래에는 초생적 연대를 밝혀내는 것이 어려웠지만, Re-OS동위체법을 이용하면 이것이 가능하다는 것을 실증하였다. 이는 복잡한 지질학적 프로세스를 통해 온 일본열도의 구조사를 풀 수 있다는 것과 함께, Re-Os 연대측정법이 유효한 방법이라는 것을 시사한다.

히타치 광상의 연대치는 지금까지 연대가 밝혀져 있는 일본의 광상 중에서 가장 오래된 것으로 일본열도가 가진 역사를 재구축하면서, 그 초기 과정의 연대폭을 밝혀내는 중요한 연대제약이 될 것으로 기대된다. 이후에도 본 수법을 이용하여 광상학적, 지구화학적 연구를 추진하여, 아직 생성연대가 밝혀지지 않은 대규모의 광상에 대해서도 연대치를 밝혀내어, 성인 해명을 진전시킬 것으로 기대된다. 특히 일본열도에는 여러 가지 타입의 광상이나 화산성 괴상 유화물 광상의 모식지 동이 존재하기 때문에, 많은 광상의 성인 해명에도 기여할 수 있을 것이라고 기대된다. 최종적으로 본 연구는 일본열도 구조사의 해명이나 효율적인 자원탐사 지침의 책정에 공헌할 수 있을 것으로 기대된다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr