제주도 알칼리 현무암내에 다양하게 산출되는 단사휘석에 대한 지화학, 조직, 산출상태에 의해 세 종류로 구별되어진다. Ⅰ형의 단사휘석은 상부맨틀을 구성하고 있는 첨정석 페리도타이트의 구성광물로 크롬이 풍부한 투휘석이다. Ⅱ형은 세립의 단사휘석집합체(단사휘석이 거의 85∼90%)로 산출되는 휘석암의 구성광물로서, 모암인 현무암질 마그마의 형성 이전에 상부맨틀에서 형성된 암맥이거나 변성기원의 맨틀물질의 일부가 포획되어진 것으로 Ti함량이 비교적 적은 편이며, Ca, Mg성분이 높은 augite이다. Ⅲ형은 모암인 현무암에서 형성된 큐뮬레이트의 일부이거나 조립의 반정으로 산출되는 휘석이다. 산출상태의 차이에 의해 Ⅲ형은 거정(>1 cm)의 단결정으로 산출되는 단사휘석(Ⅲa), 거정의 사장석 내에 조립의 사방휘석과 함께 오피틱(ophitic)조직을 형성하며 산출되는 단사휘석(Ⅲb), 반정(<1 cm)으로 산출되는 단사휘석(Ⅲc)으로 다시 구분되어진다. Ⅰ형의 단사휘석은 높은 Mg#와 Si, 가장 낮은 Ti 성분을, Ⅱ형은 Ⅰ형과 Ⅲ형의 중간조성을 보이며, 반면에 Ⅲ형의 높은 Ti성분, 낮은 Si와 Mg#를 나타내고 있다. 이는 Ⅰ형에서 Ⅲ형으로 갈수록(Ti+Al/sup Ⅵ/)/Si과 Al/sup Ⅵ//Al/sup Ⅵ/의 비율이 높아진 것으로, 이 세 종류의 단사휘석은 모두 높은 압력환경 하에서 형성되었으며, Ⅰ형이 가장 높은 압력에서 형성되었고, Ⅲ형이 상대적으로 가장 낮은 압력에서 형성되었음을 의미한다. 모암인 현무암이 고압의 환경에서 분별결정작용을 통해 단사휘석(Ⅲ형)을 정출함으로 SiO₂의 결핍과 상대적인 알칼리성분의 부화를 가져오게 되어 알칼리 현무암의 화학조성을 보이는 특성에 기여한 것으로 해석된다.
제주도 알칼리 현무암내에 다양하게 산출되는 단사휘석에 대한 지화학, 조직, 산출상태에 의해 세 종류로 구별되어진다. Ⅰ형의 단사휘석은 상부맨틀을 구성하고 있는 첨정석 페리도타이트의 구성광물로 크롬이 풍부한 투휘석이다. Ⅱ형은 세립의 단사휘석집합체(단사휘석이 거의 85∼90%)로 산출되는 휘석암의 구성광물로서, 모암인 현무암질 마그마의 형성 이전에 상부맨틀에서 형성된 암맥이거나 변성기원의 맨틀물질의 일부가 포획되어진 것으로 Ti함량이 비교적 적은 편이며, Ca, Mg성분이 높은 augite이다. Ⅲ형은 모암인 현무암에서 형성된 큐뮬레이트의 일부이거나 조립의 반정으로 산출되는 휘석이다. 산출상태의 차이에 의해 Ⅲ형은 거정(>1 cm)의 단결정으로 산출되는 단사휘석(Ⅲa), 거정의 사장석 내에 조립의 사방휘석과 함께 오피틱(ophitic)조직을 형성하며 산출되는 단사휘석(Ⅲb), 반정(<1 cm)으로 산출되는 단사휘석(Ⅲc)으로 다시 구분되어진다. Ⅰ형의 단사휘석은 높은 Mg#와 Si, 가장 낮은 Ti 성분을, Ⅱ형은 Ⅰ형과 Ⅲ형의 중간조성을 보이며, 반면에 Ⅲ형의 높은 Ti성분, 낮은 Si와 Mg#를 나타내고 있다. 이는 Ⅰ형에서 Ⅲ형으로 갈수록(Ti+Al/sup Ⅵ/)/Si과 Al/sup Ⅵ//Al/sup Ⅵ/의 비율이 높아진 것으로, 이 세 종류의 단사휘석은 모두 높은 압력환경 하에서 형성되었으며, Ⅰ형이 가장 높은 압력에서 형성되었고, Ⅲ형이 상대적으로 가장 낮은 압력에서 형성되었음을 의미한다. 모암인 현무암이 고압의 환경에서 분별결정작용을 통해 단사휘석(Ⅲ형)을 정출함으로 SiO₂의 결핍과 상대적인 알칼리성분의 부화를 가져오게 되어 알칼리 현무암의 화학조성을 보이는 특성에 기여한 것으로 해석된다.
Three types of clinopyroxenes in alkali basaltic rocks from Jeju Island can be identified on the basis of geochemical and textural data. Type Ⅰ is Cr-rich diopside in spinel peridotites from the upper mantle. Type Ⅱ is augite in fine-grained pyroxenites which are possibly either magmatic vein or met...
Three types of clinopyroxenes in alkali basaltic rocks from Jeju Island can be identified on the basis of geochemical and textural data. Type Ⅰ is Cr-rich diopside in spinel peridotites from the upper mantle. Type Ⅱ is augite in fine-grained pyroxenites which are possibly either magmatic vein or metamorphic segregations owing to anatexis of the upper mantle. The augite of Type Ⅱ contains high Ca and Mg and relatively low Ti. Type Ⅲ is thought to be either cumulates or cognate phenocrysts and can be subdivided into Ⅲa, Ⅲb, and Ⅲc based on their occurrence mode. Clinopyroxenes of Type Ⅰ have the highest Mg# and Si and the lowest Ti, whereas those of Type Ⅲhave lower Mg#와 Si and higher Ti. These geochemical characteristics indicate that (Ti+Al/sup Ⅵ/)/Si and Al/sup Ⅵ//Al/sup Ⅵ/ increase from Type Ⅰ to Type Ⅲ. It is possibly interpreted that Type Ⅰ is of the highest pressure origin and Type Ⅲ of the lowest. Fractionation of high-pressure clinopyroxenes would result in evolved undersaturated alkali-enriched liquids, probably producing the alkali-enriched host basaltic rocks in Jeju Island.
Three types of clinopyroxenes in alkali basaltic rocks from Jeju Island can be identified on the basis of geochemical and textural data. Type Ⅰ is Cr-rich diopside in spinel peridotites from the upper mantle. Type Ⅱ is augite in fine-grained pyroxenites which are possibly either magmatic vein or metamorphic segregations owing to anatexis of the upper mantle. The augite of Type Ⅱ contains high Ca and Mg and relatively low Ti. Type Ⅲ is thought to be either cumulates or cognate phenocrysts and can be subdivided into Ⅲa, Ⅲb, and Ⅲc based on their occurrence mode. Clinopyroxenes of Type Ⅰ have the highest Mg# and Si and the lowest Ti, whereas those of Type Ⅲhave lower Mg#와 Si and higher Ti. These geochemical characteristics indicate that (Ti+Al/sup Ⅵ/)/Si and Al/sup Ⅵ//Al/sup Ⅵ/ increase from Type Ⅰ to Type Ⅲ. It is possibly interpreted that Type Ⅰ is of the highest pressure origin and Type Ⅲ of the lowest. Fractionation of high-pressure clinopyroxenes would result in evolved undersaturated alkali-enriched liquids, probably producing the alkali-enriched host basaltic rocks in Jeju Island.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문은 제주도에 분포하는 현무암내에 산 출되는 단사휘석에 대해 지화학적, 광물학적, 암석기재학적 연구를 수행하여 이들 단사휘석 의 기원(origin)과 특성을 파악하고 제주도 하부 지각/상부맨틀의 지질학적 진화발달체계를 이 해하려고 한다.
가설 설정
3. m형: m형은 산출상태에 따라 다시 세 그룹으로 나누어진다. Ula형은 거정질 단결정으로 산출되는 것으로 크기는 4~5 cm 정도가 주를 이루며, 큰 것은 10 cm 이상인 것도 관찰된다.
제안 방법
맨틀포획암을 비롯한 여러 종류의 암편과 결정들을 포획하고 있는 모암인 현무암과 맨틀포획암인 스피넬레졸라이트에 대한 화학조성의 특징을 파악하기 위해 12개의 시료에 대한 X- 선 형광분광분석(Phillips PW2404)을 한국기초과학지원연구원 서울분소에서 실시하였다(표 1). 광물의 화학조성을 위해서는 대전의 한국기초과학지원연구원의 CAMECA SX-50 EPMA 기 기를 이용하여 분석하였다.
본 논문에서 관찰되어진 단사휘석은 화학성 분의 특성과 산출 상태, 조직에 의해 서로 다른 3종류의 기원으로 나누어진다. 즉, (1) 상부맨틀 을 구성하고 있는 맨틀포획암의 일부인 I형, (2) 모암인 현무암질 마그마의 형성이전에 상부맨 틀에서 형성된 암맥의 일부이거나 혹은 변성기원의 맨틀물질의 일부가 포획된 II형, 그리고 (3) 모암인 현무암에서 형성된 큐뮬레이트의 일부분이거나 반정의 일부인 ni형으로 구분되어진다.
대상 데이터
3% 미만이다. 분석된 광물은 모암인 현무암과 맨틀포획암내의 감람석, 사방휘석과 여러 종류의 산출상태에 따르는 단사휘석이 분석되었다(표 2, 3). 본 논문에서 초점을 두고 있는 것은 산출상태에 따른 단사휘석의 화학조성 특성을 파악하기 위한 것이나, 비교를 위해 감람석과 사방휘석의 화학조성도 같이 분석되어져 있다.
이론/모형
맨틀포획암을 비롯한 여러 종류의 암편과 결정들을 포획하고 있는 모암인 현무암과 맨틀포획암인 스피넬레졸라이트에 대한 화학조성의 특징을 파악하기 위해 12개의 시료에 대한 X- 선 형광분광분석(Phillips PW2404)을 한국기초과학지원연구원 서울분소에서 실시하였다(표 1). 광물의 화학조성을 위해서는 대전의 한국기초과학지원연구원의 CAMECA SX-50 EPMA 기 기를 이용하여 분석하였다. EPMA 분석조건은 조사전류 20 nA, 가속전압 15 kV, 빔직경 1 pm, 측정시간은 피크인 경우 10초, 배경치는 5 초로 설정되었다.
성능/효과
분석된 단사휘석에 대한 전체적인 화학성분 조성의 특성은 Mg#가 증가함에 따라 Si, Ca, Cr 성분이 증가하고, Ti와 Fe가 감소하고 있다 (표 3, 그림 4).nd
I형의 단사휘석은 매우 좁은 범위의 화학조성을 보여주며 이는 이전에 발표된 단사휘석의 화학성분과 유사하다 (Choi, 1998). I형의 단사휘석은 본 연구에서 분석된 다른 유형의 단사휘석에 비해 SiCh과 Cr2O3 이 높고 TiCh와 FeO가 낮은 Cr-diopside 계열 휘석의 화학성분을 나타내고 있다(그림 4). Mg#은 91〜92 정도로 매우 높다.
II형: 세립의 단사휘석들의 집합으로 산출되 는 것으로 SiO2: 약 50 wt%, TiO2: 0.9 wt%, AI2O3: 4.5 wt%, FeO: 6 wt%, MgO: 15.5 wt%, CaO: 20 wt%, CnQs: 0.3 wt%, 그리고 Mg#은 82 〜 83 정도를 나타내고 있다(표 3). A12O3 성분이 매우 낮고 다른 성분들은 I형과 m형의 단 사휘석과의 중간에 놓여있다(그림 4).
(2) 상부맨틀에서 형성된 암맥이나 변성기원의 맨틀물질의 일부가 포획된 II형: II형의 단사휘석은 TiCh함량이 비교적 적은 편이며, CaO, MgO성분이 높은 단사휘석 성분을 나타내고 있다. II형의 단사휘석은 고체 상태에서 변형받은 조직인 삼중점, 킹크밴딩 등을 나타내고 있어 모암인 현무암에 포획되기 이전에 상부맨틀에의 부분용융에 의해 형성된 암맥이나 세맥의 파편의 일부가 포획되었거나 혹은 맨틀물질의 용융(anatexis)에 의한 변성기원의 단사휘석이 포획되어진 것으로 여겨진다.
(3) 모암인 현무암에서 형성된 큐뮬레이트의 일부분이거나 반정으로 산출되는 이형: m a형, mb형, me형의 화학조성은 거의 한 범위에 속하며 이들 사이에 일정한 경향을 나타내 고 있지 않는다(그림 4). 또한 고체상태에서 변형되어진 조직적 특성이 관찰되지 않으며, mb 형은 뚜렷한 큐뮬레이트 조직을 보여주고 있는 것으로 모암인 현무암에서 형성되어진 단사휘석으로 여겨진다.
후속연구
결론적으로, 연구되어진 단사휘석이 고압의 환경에서 형성된 3종류의 기원으로 분류가 되었지만 마그마에서 분별결정작용이 이루어질 때, 광물의 화학조성이 압력의 영향에만 좌우되는 것이 아니라, 마그마의 원래의 화학성분, 소량으로 존재하지만 단사휘석의 성분에 영향을 주는 원소들의 서로 상호간의 중요성, 당시의 온도, 산화상태 등이 함께 해석이 되어야 하고, 덧붙여, 미량원소의 거동도 함께 이루어지면 좀 더 정확한 정량적인 물리화학적 환경이 파악될 것이다.
참고문헌 (21)
대한지질학회 (1999) 한국의 지질. 802p
윤성효, 고정선, 안지영 (1998) 제주도 동부 알칼리 현무암내 스피넬-레졸라이트 포획체의 연구. 자원환경지질, 31권 5호, 447-458
Chen, S., O'Reilly, S.Y., Zhou, X., William L. G., Zhang, G., Sun, M., Feng, J., and Zhang, M. (2001) Thermal and petrological structure of the lithosphere beneath Hannuoba, Sino-Korean craton, China: evidence from xenoliths. Lithos, 56, 267-301
Choi, S.-H. (1998) Geochemical study of ultramafic xenoliths in basalts from Cheju Island, Korea. Ph.D thesis, Seoul Nat'l Univ. 203p
Frey, F.A. and Green, D.H. (1974) The mineralogy, geochemistry and origin of lherzolite inclusions in Victorian basanites. Geochim. Cosmochim. Acta, 38, 1023-1059
Frey, F.A. and Prinz, M. (1978) Ultramafic inclusions from San Carlos, Arizona: Petrologic and geochemical data bearing their petrogenesis. Earth Planet. Sci. Lett. 38., 129-176
Geol. Soc. Am. Bull., Kim, K.H., Nagao, K., Suzuki, K., Tanaka, T., and Park, E.J. (2003) Radiometric ages and Nd-Sr isotopes of granitic rocks in Jeju volcanic Island, South Korea: evidences of presence of continental basement. Proceedings of the 1st Symposium, Jeju Volcanological Institute, 26-32
Kovacs, I., Zajacz, Z., and Szabo, C. (2003) Type- II xenoliths and metasomatism beneath the NogradGomor volcanic field, Carpathian-Pannonian region. Proceedings of 2003 Korea-Hungary International Joint Seminar, 62-68
McBirney, R.B. (1993) Igneous petrology (2nd ed), Jones and Bartlett Publishers, 580p
Mercier J.C.C. and Nicolas A. (1975) Textures and fabrics of upper-mantle peridotites as illustrated by xenoliths form basalts. J. Petrol., 16. 454-487
Mukasa, S.B. and Shervais J.W. (1999) Growth of subcontinental lithosphere: evidence from repeated dike injections in the Balmuccia lherzolite massif, Italian Alps. Lithos., 48, 287-316
Sachs, P.M. and Hansteen, H.T. (2001) Pleistocene underplating and metasomatism of the lowercontinental crust: a xenolith study. J. Petrol., 41, 331-356
Velde, B. and Kushiro, I. (1978) Structure of sodium alumino-silica melts quenched at high pressure; infrared and aluminium K-radiation data. Earth Planet. Sci. Lett., 4, 137-140
Won, C.K., Lee, M.W., Lee, D.Y., and Shon, Y.K. (1993) Explanatory text of the geological map of Seongsan. Jeju Province Office. pp. 104
Yang, K. (2004) Fluid and melt inclusions trapped in xenoliths from the lower crust/upper mantle beneath Jeju Island (I): A preliminary study. J. Petrol. Soc. Korea, 13, 34-45
Yun, S.K., Han, D.S., and Lee, D.Y. (1986) Quaternary geological survey of southern Jeju Island. KIGAM, KR-86-2(B)-2, pp. 64
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.