제주도의 지질과 화산활동에 관한 연구 (I): 동부지역 저지대 시추코어 화산암류의 암석화학 및 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 절대연대

고기원,박준범,박윤석,Koh, Gi-Won,Park, Jun-Beom,Park, Yoon-Suk 대한자원환경지질학회 2008 자원환경지질 Vol.41 No.1

제주도 동부 저지대 (해발 200m 이내), 한동-종달-우도-수산-삼달-하천 지역의 20개 시추공에서 얻어진 화산암류의 암석학적 특징과 $^{40}Ar/^{39}Ar$절대연대를 보고하고, 이에 근거하여 이 지역의 지형형성과 화산활동에 대해 고찰한다. 이 지역의 지하에 분포하는 화산암류는 주로 현무암류(알칼리 현무암, 전이질 현무암, 솔리아이트질 현무암)와 솔리아이트질 안산암 및 현무암질 조면안산암으로 구성된다. 솔리아이트질, 전이질 및 알칼리암류가 서로 호층을 이루어 분포하는 것은 이 지역에서 이들 화산활동이 동시에 일어났었음을 지시한다. 특히, 조면현무암 혹은 현무암질 안산암이 이 지역의 기저부에 분포하는 점은 비교적 분화된 알칼리 화산활동이 먼저 시작되었음을 의미한다. 이 지역에 분포하는 화산암류의 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 절대연대는 최고 $526{\pm}23Ka$에서 최저 $38{\pm}4Ka$이다. 동부 지역 저지대에서 용암류의 분출과 같은 하와이형 화산활동은 퇴적층의 관계, 화산암류의 전암 화학성분 및 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 절대연대의 변화로 부터 다섯 단계로 구분된다. 즉, 서귀포층이 퇴적할 동안의, I-U기$(550{\sim}400Ka)$, II기$(400{\sim}300Ka)$, III기$(300{\sim}200Ka)$와 퇴적 이후 IV기$(200{\sim}100Ka)$, V기(100Ka이후)이다. 화산암류의 성분 변화 및 분포 지역의 차이 그리고 이들 시기 간에 분포하는 다양한 퇴적층(수성화산기원퇴적층 포함)의 존재는 화산활동이 오랜 기간 동안 간헐적으로 진행되었으며, 저지대의 육지지형이 화산활동 및 퇴적작용에 의해 내륙에서 해안으로 점진적으로 확대되면서 만들어졌음을 지시한다. 특히 시추코어 화산암의 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 절대연대 자료는 제주도 동부 저지대 지역 대부분이 IV와 V 화산활동기 동안 분출된 200Ka 이내의 비교적 젊은 화산암류로 이루어져 있음을 지시한다. 이는 제주도 화산활동 시기 및 지형 형성에 대한 기존의 연구와는 상이한 결과이며, 화산암류의 K-Ar절대연대 자료를 바탕으로 한 기존의 제주도 화산활동 시기 구분이 재고되어야함을 확인하였다. 또한, 시추공에 근거한 화산 층서의 해석은 암석기재, 암석화학적 특징과 함께 절대연대 자료를 바탕으로 이루어져야 함을 강조한다. This study presents petrochemistry and $^{40}Ar/^{39}Ar$ absolute ages of subsurface volcanic rock cores from twenty(20) boreholes in the eastern lowland (altitude loom below) of Jeju Island, Handeong-Jongdal-Udo-Susan-Samdal-Hacheon areas, and discusses topography and volcanism in the area. The subsurface volcanic rock cores are mainly basalts in composition with minor tholeiitic andesites and basaltic trachyandesites. Sequences of intercalated tholeiitic, transitional and alkalic lavas suggest that tholeiitic and transitional to alkalic lavas must have erupted contemporaneously. Especially, occurrences of trachybasalts and basaltic trachyandesites at the bases in the area imply that the volcanism in the area was initiated with slightly differentiated alkaline magma activity. The $^{40}Ar/^{39}Ar$ absolute ages of the subsurface volcanic rock cores range from $526{\pm}23ka\;to\;38{\pm}4Ka$. The lava-forming Hawaiian volcanic activities of the eastern lowland can be divided into five sequences on the basis of sediment distribution, whole rock geochemistry and $^{40}Ar/^{39}Ar$ absolute ages of the subsurface volcanic rock cores; stage I-U$(550{\sim}400Ka)$, stage II$(400{\sim}300Ka)$ and stage III$(300{\sim}200Ka)$ during syn-depositional stage of Seoguipo Formation, and stage IV$(200{\sim}100Ka)$ and stage V(younger than 100Ka) during post-depositional stage. In the eastern lowland of Jeju Island, compositional variations and local occurrences of the subsurface volcanic rocks as well as existences of various intercalated sediment layers (including hydrovolcanogenic clasts) suggest that the volcanism must have continued for long time intermittently and that the land has been progressively glowed from inland to coast by volcanic activities and sedimentation. It reveals that the subsurface volcanic rocks in the eastern lowland of Jeju Island must have erupted during relatively younger than 200Ka of stages IV and V. The results of this study are partly in contrast with those of previous studies. This study stresses the need that previous reported volcanic activities in Jeju Island based on K-Ar ages of volcanic rocks should be carefully reviewed, and that stratigraphic correlation from boreholes should be conducted by quantitative criteria combined with petrography and petrochemstry as well as radiometric studies of volcanic rock cores.

제주도의 지질과 화산활동에 관한 연구 (III): $^{40}Ar/^{39}Ar$ 절대연대자료에 근거한 제주도 형성 초기 용암 분출 기록

고기원,박준범,Koh, Gi-Won,Park, Jun-Beom 대한자원환경지질학회 2010 자원환경지질 Vol.43 No.2

2001년부터 제주도 전역의 중산간 이하 저지대에서 시행된 69개 시추공으로 부터 획득된 시추 코어 용암류와 66곳의 노두에서 분석된 전암 암석화학 및 전암 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 절대연대 자료(539개)를 검토하여, 그 중 제주도 형성 초기 용암 분출 산물로 확인되는 20개의 자료를 보고한다. 시추공 중 남부와 남서부의 법호천공(고도 235 m, 섬도 210 m), 돈내코공(고도 240 m, 심도 230 m), 동홍S공(고도 263 m, 심도 270 m), 05동흥공(고도 187.6 m, 심도 340 m), 도순공(고도 305 m, 심도 287 m), 상예공(고도 230 m, 심도 260 m), 무릉1호공(고도 10.2 m, 심도 160 m), 가파공(고도 17.5m, 심도 92m)에서만 확인되었고, 노두 중에서는 이미 알려져 있는 산방산, 월라봉, 원만사, 각수바위 지역에서 재확인하였다. 이들의 $^{40}Ar/^{39}Ar$ 절대연대 자료는 1 Ma-0.7 Ma를 나타내어, 제주도 형성 초기 용암 분출시기 및 그 지화학적 특정을 규제할 수 있다. 특히 05동홍공의 심도 143~137 m와 135~123 m 구간에서 조면현무암 성분인 용암으로 부터 각각 $992\pm21$ Ka와 $988\pm38$ Ka인 가장 오래된 연대를 보고한다. 이 연구는 제주도 형성 초기의 용암분출이 약 1 Ma 경 조면현무암질 용암 분출로 시작하여, 이후에 약 0.9-0.7 Ma 기간 동안 주로 조면암-조변안산암-현무암질 조면안산암 성분을 지닌 용암류의 용암 돔 형성 그리고 간헐적인 알칼리현무암 및 조면현무암질 용암의 분출로 진행하였음을 제시한다. 산방산, 각수바위 등 현재 지표에 노출되어 돔상 지형을 이루는 일부 지역을 제외하면, 초기 용암류는 지표 하에서 서귀포층에 협재하거나 피복하고 있음을 나타낸다. 이는 제주도 형성 초기 용암 분출이 간헐적이며 국지적이었고, 주변에서 수성화산활동 및 퇴적작용이 동시에 진행되었음을 지시한다. We report twenty data for early lavas erupted during the initial period of formation of Jeju Island on the basis of review on 539 data of whole-rock greochemistry and $^{40}Ar/^{39}Ar$ age dating out of mainly core samples from 69 boreholes drilled in the lower land since 2001 and 66 outcrop sites. Out of 69 boreholes, the early lava flow units are identified from samples collected from Beophocheon (EL 235 m, 210 m deep), Donnaeko (EL 240 m, 230 deep), Donghong-S (EL 187 m, 340 m deep), 05Donghong (EL. 187.6 m, 340 m deep), Dosoon (EL 305 m, 287 m deep), Sangye (EL 230 m, 260 m deep), Mureung-1 (EL 10.2 m, 160 m deep), and Gapa (EL 17.5 m, 92 m deep), which are located in the southern and southwestern portion of Jeju Island. While, the well-known outcrops from Sanbangsan, Wolrabong, Wonmansa, and Kagsubawi are also reconfirmed. $^{40}Ar/^{39}Ar$ age dating results of these lavas range from 1 Ma to 0.7 Ma, indicating that the data can be useful to constrain on age and geochemical characteristics of early lava effusion period in the formation of Jeju Island. Especially, samples with trachybasalt in composition collected from 143 m to 137 m, and from 135 m to 123 m below ground surface at 05Donghong hole have the oldest ages, $992\pm21$ Ka and $988\pm38$ Ka, respectively. This study suggests that in Jeju Island the first lava with trachybasalt in composition may have effused around 1 Ma ago, and the effusion style and chemical compositions of lavas must have changed to the formation of lava domes with trachyte-trachyandesite-basaltic trachyandesite and the eruption of lavas with alkali basalt and trachybasalt intermittently during the period from 0.9 Ma to 0.7 Ma ago. It also indicates that the initial lava flows below the ground are intercalated with or underlain by the Seoguipo Formation except for several exposed domal structure areas such as Sanbangsan and Kagsubawi, implying that the early lava effusion may have intermittently and sporadically occurred with nearby hydrovolcanism and sedimentation.

제주도의 지질과 화산활동에 관한 연구 (II):

고기원(Gi Won Koh),박준범(Jun Beom Park) 대한자원환경지질학회 2010 자원환경지질 Vol.43 No.1

이 연구는 한반도 최남단에 위치한 가파도와 마라도를 구성하는 용암류에 대한 40Ar-39Ar 절대연대 자료를 포함한 암석학적 특징을 보고하고 그 화산활동에 대해 고찰한다. 가파도의 용암류는 판상절리가 발달되어 있고 담황색 내지 담회색을 띠는 비현정질 부분과 진회색의 괴상질 부분으로 구분되는데, 암질에 따라 차별적 풍화 침식을 받았다. 한 편, 마라도의 용암류는 비록 용암단위별로 그 조직이 미약한 차이를 가지지만, 주로 다공질 혹은 취반상 조직의 용암 류이다. 시추코어의 지화학 자료는 가파공의 경우 현무암질 조면안산암(SiO2 52.6-53.6 wt%, Na2O+K2O 7.3-7.5 wt%) 이, 마라공은 솔리아이트질 안산암(SiO2 51.7-52.8 wt%, Na2O+K2O 3.6-4.1 wt%)으로 구성되어 있음을 지시한다. 가 파도 암류의 40Ar-39Ar 절대연대는 824±32 Ka에서 758±9 Ka로서, 인접한 산방산 조면암(Won et al., 1986)에 대비된 다. 한편, 마라도의 것은 259±168 Ka로서, 비록 오차 범위가 넓어 정확한 연대를 제시하지는 못하지만 인접한 덕수 공과 상모2호공에서의 암석 성분과 연대 관계를 고려하면 260-150 Ka기간 동안에 형성되었을 것으로 추정된다. 용암 류의 산상, 인접 시추공과의 대비 및 해수면하의 지형을 고려하면, 제주도 남서부 지역에서 가파도는 산방산 조면암 의 분출시기와 유사한 시기에 화산활동으로 한편, 마라도는 이후 260-150 Ka기간 동안 화산활동에 의해 각각 육상 환 경에서 독립된 화산체를 이루었으며, 이후 해침에 의해 침식이 많이 진행되어 현재의 형태를 이루었음을 지시한다. We report petrologic characteristics including 40Ar-39Ar absolute ages of the subsurface lavas recovered from borehole cores in two islets, Marado and Gapado, off the southwestern coast of Jeju in southernmost Korea and discuss on the volcanism in the region. The lavas in Gapado are apparently divided into one unit with bright colored, aphanitic texture and sheet jointed, and another unit with dark colored and massive. The outcrops often show differentially weathered pattern due to textural difference. While, the lavas in Marado have vesicular and glomerporphyric texture, even though each lava flow unit in Marado has slight unique texture with variation of vesicularity and phenocrysts. The chemical composition of rock core samples from Gapa borehole and Mara borehole shows that the lavas from Gapado and Marado are classified into basaltic trachyandesite(SiO2 52.6-53.6 wt%, Na2O+K2O 7.3-7.5 wt%) and tholeiitic andesite(SiO2 51.7-52.8 wt%, Na2O+K2O 3.6-4.1 wt%), respectively. The measured 40Ar-39Ar plateau ages range from 824±32 Ka(MSL -69 m) to 758±9 Ka(MSL 19 m) for core samples of Gapa borehole and 259±168 Ka(MSL -26 m) for a core sample of Mara borehole, respectively. The absolute age of Gapado basaltic trachyandesite is well correlated with that of Sanbangsan trachyte(Won et al., 1986). Meanwhile, the age of a sample in Marado has 259±168 Ka(MSL -26 m) with poor plateau age formation and high error range. We report the data in caution but the rock composition and absolute age of Marado tholeiitic andesite are relatively correlated with those of lava units from Duksu and Sangmo-2 boreholes, indicating the volcanism during 260-150 Ka. On the basis of interpretation of occurrences of exposed and subsurface volcanic rocks of the study area, stratigraphic relationship with adjacent borehole cores and the bathymetry chart of surrounding area, it indicates that the lavas in Gapado were formed around 800 Ka during relatively early stage of volcanic activity in Jeju Island. Meanwhile, Marado may have originated around 260-150 Ka during relatively young stage of volcanism in Jeju Island. It is inferred that the volcanisms have originated in land and these islets were individual ancient volcanoes. The apparent topography has been re-shaped by tidal erosion due to transgression.

Multiple volcanic eruption episodes in the highlands of Mt. Halla (Hallasan), Jeju Island, Korea : <SUP>40</SUP>Ar/<SUP>39</SUP>Ar ages of lava flows

고기원(Gi Won Koh),박준범(Jun Beom Park),홍세선(Sei Sun Hong),고인종(In Jong Ko),김태형(Tae Hyong Kim) 대한지질학회 2019 지질학회지 Vol.55 No.1

제주도 북서부 비양도 화산체의 지질과 화산활동

전용문,고기원,박준범,문덕철,김기표,류춘길 대한지질학회 2019 지질학회지 Vol.55 No.3

The volcanic body of Biyangdo consists of spatter deposit, scoria deposit and lava flows from bottom to top. The lowest spatter deposit is exposed on the northern and western coasts of the islet and contains agglutinated spatters and large volcanic bombs. Biyangbong, the central part of the islet, is a scoria cone consisting of clast-supported scoria deposits. Its coastal areas are composed of the lava flows except the west, most of which possess the characteristics of pahoehoe lava flows. 40Ar-39Ar age dating suggests that the lava flows of Biyangdo formed around 26,000 years ago. The volcano was formed by strombolian eruption on land when the sea level was approximately 90 ~ 110 meters lower than it is at present. For a short period, spatters and large volcanic bombs were emitted to form a spatter cone. Its crater, then, shifted, followed by subsequent volcanic activities at Biyangbong to form Biyang Scoria Cone. During this process, the pahoehoe lava flowed through its base and formed scoria rafts and collapsed trench structures. Some lava flows formed chimney-shaped hornitos resulting from bubble burst phenomenon caused by the fuel-coolant interactions while flowing on the wetland. Volcanic activities came to an end with effusion of a small volume of aa lavas flowing southward after the pahoehoe lava flows. As the sea level rises, major portion of the spatter cone was removed by wave erosion, leaving behind several sea stacks including Elephant Rock, and Biyangbong, relatively less eroded, have remained in its original shape. Biyangdo is a textbook example to take a look at various products of terrestrial volcanic activity of monogenic volcanoes, which are hard to observe in Jeju Island. The island was thus included in the Jeju Geopark in 2014. 비양도 화산체의 지질은 하부로부터 스패터층, 분석층, 용암류로 구성된다. 최하부 스패터층은 비양도 북쪽과 서쪽 해안에 분포하며, 엉겨 붙은 스패터와 대형 화산탄들을 포함하고 있다. 분석층은 섬 중앙의 비양봉을구성하며 분석들이 역지지된 형태로 분포한다. 용암류는 서쪽 해안을 제외한 해안 전역에 분포하며, 대부분 파호이호이 용암류의 특성을 보인다. 절대연대 측정을 통해 비양도 용암류는 약 2만 6천 년 전후에 형성된 것으로추정된다. 비양도 화산체는 해수면이 지금보다 약 90~110 m 낮았던 시기에 육상환경에서 짧은 기간 동안 스패터와 대형 화산탄들이 뿜어져 나와 스패터콘을 형성하였다. 스패터콘 형성 이후 연이은 화산활동이 지금의 비양봉에서 발생하여 분석구를 형성하였다. 이 과정에서 측면을 뚫고 파호이호이 용암류가 흘러나와 스코리아 래프트와 함몰지형이 형성되었다. 일부 용암류는 습지 위를 흐르면서 연료-냉매 상호작용(FCI)에 의한 거품파열(bubble burst) 현상으로 굴뚝모양의 호니토를 형성하였다. 파호이호이 용암 분출 후 소량의 아아 용암류가 남쪽으로 흘러내린 것을 끝으로 화산활동은 종료되었다. 화산활동이 끝나고 해수면 상승에 따라 파도에 의한 침식으로 스패터콘의 대부분이 삭박되어 ‘코끼리 바위’와 시스택으로 남게 되고, 상대적으로 침식을 덜 받은 비양봉은 원형의 형태로 남겨졌다. 비양도는 제주도 본섬에서는 흔히 보기 힘든 단성화산체의 육상 화산활동에 의해 만들어진 후 해수면 상승에 의해 섬이 된 화산체로 다양한 산물을 관찰할 수 있는 교과서적인 사례이며, 2014년 제주도 지질공원 대표명소로 추가되었다.

Geologic characteristics of Jeju Samdasoo watershed in Jeju Island, Korea (I): Regional surface geology and volcanic activities

고기원(Gi Won Koh),박준범(Jun Beom Park),김태형(Tae Hyong Kim),문덕철(Deok Cheol Moon),문수형(Su Hyong Mun) 대한지질학회 2021 지질학회지 Vol.57 No.1