석영의 ESR 신호를 이용한 제4기 퇴적층 연대측정 가능성 연구 (Investigations on the applicability of quartz ESR signals to dating Quaternary sediments)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질학회
· 수록지 정보 : 지질학회지 / 56권 / 2호 / 235 ~ 249페이지
· 저자명 : 원효정, 최정헌, 이희권

초록

최근 국내에서 활성단층(혹은 제4기 단층) 연구가 활발해 짐에 따라 단층에 의해 절단되거나 변위된 제4기퇴적층에 대한 신뢰도 높은 절대연대 측정의 중요성이 부각되고 있다. 일반적으로 퇴적층의 퇴적연대측정에는석영을 대상으로 하는 광여기루미네선스(Optically Stimulation Luminescence; OSL) 연대측정법이 주로 이용되어 왔다. 시료마다 차이가 있기는 하지만 일반적으로 석영 OSL 연대측정법의 연대측정 가능상한은 약 15-20 만 년 정도이기 때문에, 이보다 오래 전에 형성된 퇴적층에 적용 가능한 여러 연대측정 방법이 지속적으로 개발되고 있다. 최근 TCD (Trapped Charge Dating) 관련 학계에서는 주로 단층비지의 연대측정에 사용되어 왔던석영 ESR(Electron Spin Resonance) 신호를 퇴적층의 퇴적연대 측정에 적용하려는 시도들이 보고되고 있다.
석영 ESR 신호는 최대 약 2백만 년까지의 연대측정에 사용가능한 것으로 알려져 있기 때문에, 만일 이 신호를퇴적층의 퇴적연대 측정에 적용할 수 있다면, 초기 플라이스토세 시기의 활성단층 운동을 이해하는 데 유용한연대측정 수단이 될 것이다. 이 논문에서는 석영에서 방출되는 ESR 신호를 이용한 퇴적연대측정 가능성을 살펴보았다. 육성(terrestrial) 퇴적물에서 분리한 석영입자를 다양한 시간동안 자연광(태양광)과 인공광원에 노출시킨 결과, 노출시간이 길어질수록, E’ 신호(ESR signal from E’ center)는 증가하였으며 Al 및 Ti-Li 신호는 감소하는 경향을 보였다. 현재 햇빛에 노출되어 있는 현생 퇴적물들(풍성층, 해빈층)의 경우, Al 신호가 미약하게측정된 반면, Ti 신호는 전혀 관찰되지 않았다. 이는 퇴적과정동안 입자가 햇빛에 장시간 노출될 가능성이 있는퇴적 환경(풍성 혹은 해성환경)에서는 Ti-Li 센터의 ESR 신호가 퇴적과정 동안 빛에 노출되어 초기화될 가능성이 있음을 의미한다. 하지만, 이번 연구를 위해 채취된 육성퇴적층은 모두 루미네선스 연대(석영 OSL, K-장석 pIR-IRSL)에 비해 최대 100배까지 과대평가된 석영 ESR 퇴적연대를 보였다. 이는 석영 ESR 신호(Ti-Li 신호)가 햇빛에 의해 어느 정도 제거됨에도 불구하고, 퇴적층에 대한 ESR 연대측정법은 퇴적물에 포함된 석영의ESR 신호가 충분히 긴 시간동안 햇빛에 노출되어 유효한 정도의 초기화(complete or effective zeroing of ESR signals)가 이루어 질 수 있는 퇴적환경에서만 제한적으로 적용되어야 함을 의미한다.

영어초록

Recently, with the intensive investigations on active (or Quaternary) faults in Korean peninsular, the importance of obtaining reliable age estimates on Quaternary sediments cut/deformed by age-unknown faults is being re-emphasized. For dating unconsolidated Quaternary sediments, quartz OSL (Optically Stimulated Luminescence) dating has long been the usual method of choice. Although it differs from sample to sample, the datable age range of quartz OSL method is generally limited to ~ 150-200 ka. Thus, various efforts have been made to extend the datable age ranges of luminescence dating methods beyond ~ 200 ka. Recently, there have been a few reports that address the possibility of dating Quaternary sediments using quartz ESR (Electron Spin Resonance) signals, which has been regarded as the usual signal for dating fault gouges, ancient human teeth and what not.
In terms of dating Quaternary sediments, one of the few advantages of quartz ESR signals over other luminescence signals is that quartz ESR signals saturate at high ionizing radiation doses and can be used to date samples up to ~ 2 Ma. Thus, if applicable to dating sediments, quartz ESR signals would make a useful dating tool for understanding active faults during the Early to Middle Pleistocene epoch, which is difficult using the established luminescence dating methods. In this regard, here we report our preliminary results on the possibility of applying quartz ESR signals to dating Quaternary sediments cut by faults in the southeastern part of Korean peninsula. The behaviour of ESR signals was examined with varying exposure time to natural (sun) and artificial lights; As the exposure time is increased, E’ signal was observed to increase, whereas Al and Ti-Li signals were shown to decrease. In case of modern analogue samples from aeolian and marine environments, we could not observe distinguishable Ti-Li signal while there still exists a faint ESR signal from Al center. This observation suggests that, Ti-Li signals, at least, may be completely or effectively bleached at deposition in such environments where quartz grains are exposed to sunlight for prolonged period of time during sedimentation processes (e.g., aeolian and marine environments). The alluvial (or partly fluvial) deposits investigated in this study, however, showed considerably overestimated ESR ages; When compared with luminescence ages (both quartz OSL and K-feldspar pIR-IRSL), the ESR ages were ~ 100 times older at maximum, which is presumably due to the remaining ESR signals at deposition in alluvial and fluvial environments. This implies that, even when ESR signals were to be used for dating sediments, care should be taken when interpreting the age results because ESR ages are prone to considerably overestimate the depositional ages unless the ESR signals are effectively bleached (zeroed or reset) by enough sunlight exposure during sedimentation processes.

참고자료

· 없음