평택-아산 알칼리 현무암의 Sr, Nd 및 Pb 동위원소 조성: 한반도 아래 맨틀의 대조적인 조성 경계에 대한 의미 Sr, Nd and Pb Isotopic Compositions of the Pyeongtaek-Asan Alkali Basalts: Implication to the Contrasting Compositional Boundary for the Mantle beneath Korean Peninsula원문보기
평택-아산 지역에 분포하는 신생대 현무암질 암석의 Sr, Nd, Pb 동위원소 조성은 한국의 다른 신생대 현무암들과 마찬가지로 중앙해령 현무암에 비해 상당히 부화된 값을 보여준다. 평택-아산 지역을 포함하는 한국의 신생대 현무암질 암석들 대부분은 제주도의 현무암들과는 달리 비교적 낮은 $^{206}Pb/^{204}Pb$ 성분을 갖는 부화맨틀과 결핍맨틀 사이의 혼합으로 설명될 수 있다. 반면에 제주도의 경우는 보다 높은 $^{206}Pb/^{204}Pb$ 성분을 갖는 부화맨틀과 결핍맨틀 사이의 혼합으로 설명된다. 이러한 경향성은 북동 중국과 남동중국의 신생대 현무암들에서도 유사한 부화맨틀 단성분의 차이가 발견되는 것과 연관지어 해석할 때는 한국의 중부지역과 남부지역 아래의 대륙암권 맨틀이 각각 북중국지괴 및 남중국지괴의 동측 연장부일 가능성을 나타낸다. 제주도 아래에 남중국 지괴와 같은 종류의 대륙암권맨틀의 성분이 나타나는 것은 중국의 대륙충돌대 위치와 관련한 만입모델로는 설명할 수 없다. 오히려 맨틀의 조성에서 뚜렷한 차이를 보이는 두 대륙의 봉합대가 한반도의 중부와 남부지역의 사이로 지나가며 그 위치는 평택-아산 지역보다 더 남쪽임을 시사한다. 대륙충돌대 경계의 위치가 과거의 연구에서 주로 주장되던 임진강대의 위치와는 상당히 다른 것은 맨틀 경계가 지각의 경계와 다를 가능성을 배제할 수 없다.
평택-아산 지역에 분포하는 신생대 현무암질 암석의 Sr, Nd, Pb 동위원소 조성은 한국의 다른 신생대 현무암들과 마찬가지로 중앙해령 현무암에 비해 상당히 부화된 값을 보여준다. 평택-아산 지역을 포함하는 한국의 신생대 현무암질 암석들 대부분은 제주도의 현무암들과는 달리 비교적 낮은 $^{206}Pb/^{204}Pb$ 성분을 갖는 부화맨틀과 결핍맨틀 사이의 혼합으로 설명될 수 있다. 반면에 제주도의 경우는 보다 높은 $^{206}Pb/^{204}Pb$ 성분을 갖는 부화맨틀과 결핍맨틀 사이의 혼합으로 설명된다. 이러한 경향성은 북동 중국과 남동중국의 신생대 현무암들에서도 유사한 부화맨틀 단성분의 차이가 발견되는 것과 연관지어 해석할 때는 한국의 중부지역과 남부지역 아래의 대륙암권 맨틀이 각각 북중국지괴 및 남중국지괴의 동측 연장부일 가능성을 나타낸다. 제주도 아래에 남중국 지괴와 같은 종류의 대륙암권맨틀의 성분이 나타나는 것은 중국의 대륙충돌대 위치와 관련한 만입모델로는 설명할 수 없다. 오히려 맨틀의 조성에서 뚜렷한 차이를 보이는 두 대륙의 봉합대가 한반도의 중부와 남부지역의 사이로 지나가며 그 위치는 평택-아산 지역보다 더 남쪽임을 시사한다. 대륙충돌대 경계의 위치가 과거의 연구에서 주로 주장되던 임진강대의 위치와는 상당히 다른 것은 맨틀 경계가 지각의 경계와 다를 가능성을 배제할 수 없다.
Sr, Nd, Pb isotopic compositions of the Cenozoic basaltic rocks distributed in Pyeongtaek-Asan area display significantly enriched values compared with mid-ocean ridge basalts just like other Cenozoic basalts of Korea. The isotopic compositions of most of the Cenozoic basaltic rocks of Korea includi...
Sr, Nd, Pb isotopic compositions of the Cenozoic basaltic rocks distributed in Pyeongtaek-Asan area display significantly enriched values compared with mid-ocean ridge basalts just like other Cenozoic basalts of Korea. The isotopic compositions of most of the Cenozoic basaltic rocks of Korea including those from Pyeongtaek-Asan area can be explained as mixing between enriched mantle component with relatively low $^{206}Pb/^{204}Pb$ ratios and depleted mantle component. In contrast, Jejudo basalts can be explained as mixing between enriched mantle component with realtively higher $^{206}Pb/^{204}Pb$ ratios and depleted mantle componsnt. Combined with that very similar division of enriched mantle components is applied to the Cenozoic basalts of northeast China and southeast China, it is suggested that subcontinental lithospheric mantle of central and southern parts of Korea represents eastern extension of North China Block and South China Block respectively. The indentation model for the late Paleozoic to early Mesozoic continental collision of China contradicts to such an interpretation, because it cannot explain occurrence of subcontinental lithospheric mantle component of South China Block-affinity under the Jejudo area. Instead, it is more probable that suture zone of the two continental blocks crosses between central and southern Korea and its location is further south from the Pyeongtaek-Asan area. Such distinct location compared with Imjingal belt, supposedly collisional boundary suggested before, suggests that mantle boundary may not be coincide with crustal boundary for the continental collision.
Sr, Nd, Pb isotopic compositions of the Cenozoic basaltic rocks distributed in Pyeongtaek-Asan area display significantly enriched values compared with mid-ocean ridge basalts just like other Cenozoic basalts of Korea. The isotopic compositions of most of the Cenozoic basaltic rocks of Korea including those from Pyeongtaek-Asan area can be explained as mixing between enriched mantle component with relatively low $^{206}Pb/^{204}Pb$ ratios and depleted mantle component. In contrast, Jejudo basalts can be explained as mixing between enriched mantle component with realtively higher $^{206}Pb/^{204}Pb$ ratios and depleted mantle componsnt. Combined with that very similar division of enriched mantle components is applied to the Cenozoic basalts of northeast China and southeast China, it is suggested that subcontinental lithospheric mantle of central and southern parts of Korea represents eastern extension of North China Block and South China Block respectively. The indentation model for the late Paleozoic to early Mesozoic continental collision of China contradicts to such an interpretation, because it cannot explain occurrence of subcontinental lithospheric mantle component of South China Block-affinity under the Jejudo area. Instead, it is more probable that suture zone of the two continental blocks crosses between central and southern Korea and its location is further south from the Pyeongtaek-Asan area. Such distinct location compared with Imjingal belt, supposedly collisional boundary suggested before, suggests that mantle boundary may not be coincide with crustal boundary for the continental collision.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
, 2007). 대륙충돌대 연장부의 정확한 위치 문제를 해결할 수 있는 방법의 하나가 지역별 암권맨틀의 특징을 비교하는 것이다. 현재까지 중국 대륙의 아래에 존재하는 맨틀 및 맨틀 유래 암석들에 대한 연구가 매우 활발히 진행되어 왔으며(예, Peng et al.
전곡, 고성을 잇는 더 북쪽의 신생대 현무암 분포지보다 훨씬 더 남쪽에 자리잡고 있기 때문에 평택-아산지역의 현무암질 암석들의 동위원소 특성은 대륙충돌대의 위치를 보다 더 좁게 한정할 수 있을 것을 것으로 기대된다. 이 논문에서는 평택-아산지역의 Sr, Nd 및 Pb 동위원소 조성의 특성과 근원에 대해 논의하며 동시에, 이를 한반도 및 주변의 다른 신생대 현무암질 암석들의 값과 비교하여 한국의 대륙충돌대 위치의 결정에 어떤 의미를 갖고 있는지에 대해 논의한다.
(2005)는 한반도 및 부속 도서들에 분포하는 신생대 현무암질암석들의 동위원소 조성분포가 남쪽의 제주도의 현무암과 제주도를 제외한 더 북쪽에 분포하는 현무암질 암석들이 서로 다르며, 이러한 차이는 대륙충돌대가 그 사이를 지나가기 때문일 것으로 해석하였다. 이 연구에서는 평택과 아산 지역에 분포하는 현무암질 암석들의 Sr, Nd 및 Pb 동위원소 조성을 분석하여 보고한다. 평택과 아산 지역은 백령도.
하지만 부화맨틀 단성분의 경우 전통적인 EMI, EM2 구분과는 다소 상이하게 두 성분의 중간 위치에 놓인 맨틀물질이 필요하다. 이와 같은 중간 조성의 맨틀 단성분의 생성기작에 대해서는 맨틀 단성분의 생성과 순환에 대한 더 깊은 논의가 필요하지만 이 논문의 주제를 벗어나기 때문에 다른 논문에서 논의하기로 한다.
가설 설정
연약권 맨틀을 부화맨틀의 근원으로 주장하는 경우에도 이러한 SCLM의 재순환을 배제할 수 없다. 이 논문에서는 SCLM 또는 연약권에 산재하여 국지적인 연약권 전체를 영향을 준 경우 모두 SCLM 이 근원인 것으로 간주하여 논의한다.
제안 방법
Sr, Nd 및 Pb 동위원소 조성은 VG54-30 열이 온화 질량분석기를 이용하여 측정하였다. Sr과 Nd 동위원소 조성은 역동적 모드로, 그리고 Pb 동위원소 조성은 정적 모드를 이용해 측정하였다.
50-100 mg의 암석 분말을 테플론 용기를 사용하여 혼합산 (HRHClO4=8:1)으로 용해시켰다. Sre 전통적인 양이온교환컬럼법으로 분리하였으며, Nde 첫 번째 양이온교환 컬럼의 단계에서 받은 REE 부분을 다시 두 번째컬럼으로 분리하였다. Pb는 HBr 매질을 이용해 음이온 교환 컬럼으로 분리하였다.
Sr과 Nd 동위원소 조성은 역동적 모드로, 그리고 Pb 동위원소 조성은 정적 모드를 이용해 측정하였다. Sr과 Nd 동위원소 조성은 각각 86Sr/88Sr=0.1194, 146Nd/144Nd=0.7219로 맞추어 질량분석기 내부분별을 보정하였다. NIST-987 Sr 동위원소 표준에 대한 평균 측정값은 87Sr/86Sr=0.
이용하여 측정하였다. Sr과 Nd 동위원소 조성은 역동적 모드로, 그리고 Pb 동위원소 조성은 정적 모드를 이용해 측정하였다. Sr과 Nd 동위원소 조성은 각각 86Sr/88Sr=0.
신선한 암석을 파쇄하여 반정이나 포획암이 포함되지 않은 3 mm 이하의 작은 입자들을 골라 탈이 온수로 세척한 다음 아게이트 절구를 이용해 분말을 제작하였다. Sr, Nd 및 Pb 방사기원 동위원소의 분석을 위한 화학적 분리와 동위원소 측정의 모든 작업은 한국기초과학지원연구원의 시설과 기기를 주로 활용하였다.
대상 데이터
이 연구에서는 한반도에 분출한 맨틀기원의 신생 대 화성암 중에서 평택과 아산지역에 분포하는 현무암질 암석에 대하여 야외조사를 통해 표품을 채취하였고 이들 중에서 분석대상의 5개 표품을 선정하였다. 신선한 암석을 파쇄하여 반정이나 포획암이 포함되지 않은 3 mm 이하의 작은 입자들을 골라 탈이 온수로 세척한 다음 아게이트 절구를 이용해 분말을 제작하였다.
성능/효과
남쪽에 위치한 제주도의 현무암들은 상대적으로 높은 206pb/204pb 성분을 갖는 단성분을 향한 변화를 보이며, 보다 북쪽에 위치한 한국의 다른 신생대 현무암들은 이 연구에서 보고한 평택-아산지역 현무암을 포함하여 낮은 206Pb/204Pb 성분을 갖는 부화맨틀과의 혼합을 나타내는 것으로 뚜렷이 구분된다. 제주도와 그 북쪽의 한국 신생대 현무암들이 서로 다른 부화맨틀 단성분을 나타냄과 더불어 이와 비슷하게 북동 중국과 남동 중국의 신생대 현무암들에서도 유사한 부화맨틀단성분의 차이가 발견되는 것은 한국 아래의 SCLM이단순히 NCB 및 SCB의 측면 연장부임을 나타낸다.
중국 신생대 현무암질 암석들은 대략적으로 NCB-SCB 경계를 중심으로 하여 동위원소적인 구분이 이루어질 수 있다. 따라서 한반도 및 그 주변에 분포하는 신생대 현무암질 암석들이 남북으로 지리적 위치에 따른 서로 다른 특징을 보이고 있으며, 각 지역이 중국에서의 구분과 잘 연결되는 것은 대륙충돌대가 한국의 두 신생대 현무암 그룹들 사이를 경계로 해서 한반도를 가로질러 지나가는 것으로 해석될 수 있다.
후속연구
평택과 아산 지역은 백령도. 전곡, 고성을 잇는 더 북쪽의 신생대 현무암 분포지보다 훨씬 더 남쪽에 자리잡고 있기 때문에 평택-아산지역의 현무암질 암석들의 동위원소 특성은 대륙충돌대의 위치를 보다 더 좁게 한정할 수 있을 것을 것으로 기대된다. 이 논문에서는 평택-아산지역의 Sr, Nd 및 Pb 동위원소 조성의 특성과 근원에 대해 논의하며 동시에, 이를 한반도 및 주변의 다른 신생대 현무암질 암석들의 값과 비교하여 한국의 대륙충돌대 위치의 결정에 어떤 의미를 갖고 있는지에 대해 논의한다.
따라서 대륙충돌대가 한반도를 가로질러지나 간다면 한반도 및 그 주변에 분포하는 신생대 현무암질 암석들 역시 지리적 위치에 따른 서로 다른 특징을 보일 것으로 예상할 수 있다. 즉, 한국과 중국의 현부암질 암석들의 동위원소적 특징을 비교하는 것은 한국에서의 대륙충돌대 위치를 결정하는데 매우 결정적인 단서를 제공해줄 수 있을 것이다.
Arakawa, Y., Saito, Y., and Amakawa, H., 2000, Crustal development of the Hida belt, Japan: Evidence from Nd- Sr isotopic and chemical characteristics of igneous and metamorphic rocks. Tectonophysics, 328, 183-204
Basu, A.R., Wang, J.W., Huang, W.K., Xie, G.H., and Tatsumoto, M., 1991, Major element, REE, and Pb, Nd, and Sr isotopic geochemistry of Cenozoic volcanic rocks of eastern China: Implications for their origin from suboceanic- type mantle reservoirs. Earth Planet. Sci. Lett., 105, 149-169
Chang, E.Z., 1996, Collision orogene between north and south China and its eastern extension in the Korean Peninsula. Journal of Southeast Asian Earth Sciences, 13, 267-277
Choi, S.H., Jwa, Y.-J. and Lee, H.Y., 2001, Geothermal gradient of the upper mantle beneath Jeju Island, Korea: Evidence from mantle xenoliths. Island Arc, 10, 175-193
Choi, S.H. and Kwon, S.-T., Mukasa, S.B., and Sagong, H., 2005, Sr-Nd-Pb isotope and trace element systematics of mantle xenoliths from Late Cenozoic alkaline lavas, South Korea. Chemical Geology, 221, 40-64
Choi, S.H., Lee, J.I., Park, C.-H. and Moutte, J., 2002, Geochemistry of peridotite xenoliths in alkali basalts from Jeju Island, Korea. Island Arc, 11, 221-235
Choi, S.H., Mukasa, S.B., Kwon, S.-T., and Andronikov, A.V., 2006, Sr, Nd, Pb and Hf isotopic compositions of late Cenozoic alkali basalts in South Korea: evidence for mixing between the two dominant asthenospheric mantle domains between East Asia. Chemical Geology, 232, 134-151
Chung, S.L., 1999, Trace element and isotopic characteristics of Cenozoic basalts around the Tanlu Fault with implications for the east plate boundary between North and South China. J. Geol., 107, 301-312
Chung, S.L., Sun, S.-S. and Crawford, A.J., 2001, Indian Ocean type convecting mantle underlies East Asia: A consequence of Gondwana break-up and reassembly? Western Pacific Earth Sci., 1, 1-18
Chung, S.L., Sun, S.-s., Tu, K., Chen, C.-H. and Lee, C.Y., 1994, Late Cenozoic basaltic volcanism around the Taiwan Strait, SE China: Product of lithosphere-asthenosphere interaction during continental extension. Chem. Geol., 112, 1-20
Fan, Q.C. and Hooper, P.R., 1991, The Cenozoic basaltic rocks of eastern China: Petrology and chemical composition. J. Petrol., 32, 765-810
Flower, M.F.J., Zhang, M., Chen, C.Y., Tu, K. and Xie, G.H., 1992, Magmatism in the South China Basin, 2. Post-spreading Quaternary basalts from Hainan Island, south China. Chem. Geol., 97, 65-87
Hoang, N. and Flower, M.F.J., 1998, Petrogenesis of Cenozoic basalts from Vietnam: Implications for the origin of a "diffuse igneous province". J. Petrol., 39, 34-50
Hoang, N., Flower, M.F.J. and Carlson, R.W., 1996, Major, trace element, and isotopic compositions of Vietnamese basalts: Interaction of hydrous EMI-rich asthenosphere with thinned Eurasian lithosphere. Geochim. Cosmochim. Acta, 60, 4329-4351
Kim, K.H., Tanaka, T., Nagao, K. and Jang, S.K., 1999, Nd and Sr isotopes and K-Ar ages of the Ulreungdo alkali volcanic rocks in the East Sea, South Korea. Geochemical J., 33, 317-341
Li, X., 1993, High-P metamorphic belt in central China and its possible eastward extension to Korea. Jour. Petrol. Soc. Korea, 2, 9-18
Li, Z.X., 1994, Collision between the north and south China blocks: a crustal-detachment model for suturing in the region east of the Tanlu fault. Geology, 22, 739-742
Mukasa, S.B., Fisher, G.M. and Barr, S.M., 1996, The character of subcontinental mantle in Southeast Asia: Evidence from isotopic and elemental compositions of extension-related Cenozoic basalts, in Thailand. In: Hart, S.R. and Basu, A.R. (Eds.), Earth Processes: Reading the Isotopic Codes. AGU Geophys. Monogr., 95, 233-252
Nakamura, E., Campbell, I.H., McCulloch, M.T. and Sun, S.-s., 1989, Chemical geogynamics in a back-arc region around the Sea of Japan: Implications for the genesis of alkaline basalts in Japan, Korea and China. J. Geophys. Res., 94, 4634-4654
Nakamura, E., McCulloch, M.T. and Campbell, I.H., 1990, Chemical geodynamics in the back-arc region of Japan based on the trace element and Sr-Ndisotopic compositions. Tectonophys., 174, 207-233
Oh, C.W., 2006, A new concept on tectonic correlation between Korea, China and Japan: histories from the late Proterozoic to Cretaceous. Gondwana Research, 9, 47-61
Park, K.H., Park, J.-B., Cheong, C.-S., and Oh, C.W., 2005, Sr, Nd and Pb Isotopic Systematics of the Cenozoic Basalts of the Korean Peninsula and Their Implications for the Permo-Triassic Continental Collision Boundary. Gondwana Research, 8, 529-538
Peng, Z.C., Zartman, R.E., Futa, K. and Chen, D.G., 1986, Pb-, Sr- and Nd-isotopic systematics and chemical characteristics of Cenozoic basalts, eastern China. Chem. Geol., 59, 3-33
Ree, J.-H., Cho, M., Kwon, S.-T., and Nakamura, E., 1996, Possible eastward extension if Chinese collision belt in south Korea: The Imjingang belt. Geology, 24, 1071-1074
Song, Y., Frey, F.A. and Zhi, X.C., 1990, Isotopic characteristics of Hannuoba basalts, eastern China: Implications for their petrogenesis and the composition of subcontinental mantle. Chem. Geol., 85, 35-52
Tang, J., Zheng, Y.-F., Wu, Y.-B. and Gong, B., 2006, Zircon SHRIMP U-Pb dating, C and O isotopes for impure marbles from the Jiaobei terrane in the Sulu orogen: implication for tectonic affinity. Precam. Res., 144, 1-18
Tatsumoto, M., Basu, A.R., Huang, W., Wang, J. and Xie, G., 1992, Sr, Nd, and Pb isotopes of ultramafic xenoliths in volcanic rocks of eastern China: enriched components EMI and EMII in subcontinental lithosphere: Earth Planet. Sci. Lett., 113, 107-128
Tatsumoto, M. and Nakamura, Y., 1991, Dupal anomaly in the Sea of Japan: Pb, Nd, and Sr isotopic variations at the eastern Eurasian continental margin. Geochim. Cosmochim. Acta, 55, 3697-3708
Tu, K., Flower, M.F.J., Carlson, R.W., Zhang, Z. and Xie, G.H., 1991, Sr, Nd, and Pb isotopic compositions of Hainan basalts (south China): implications for a sub continental lithosphere Dupal source. Geology, 19, 567-569
Tu, K., Flower, M.F.J., Carlson, R.W., Xie, G.H., Chen, C.Y. and Zhang, M., 1992, Magmatism in the South China Basin, 1. Isotopic and trace element evidence for an endogenous Dupal mantle component. Chem. Geol., 97, 47-63
Xu, S., Okay, A.I., Ji, S., Sengor, A.M.C., Su, W., Liu, Y. and Jiang, L., 1992, Diamond from the Dabie Shan metamorphic rocks and its implication for tectonic settng. Science, 256, 80-82
Xu, X., O'Reilly, S.Y., Griffin, W.L. and Zhou, X., 2003, Enrichment of upper mantle peridotite: petrological, trace element and isotopic evidence in xenoliths from SE China. Chem. Geol., 198, 163-188
Yin, A. and Nie, S., 1993, An indentation model for the north and south China collision and the development of the Tan-Lu and Honam fault systems, eastern Asia. Tectonics, 12, 801-813
Zhai, M., Guo, J., Li, Z., Chen, D., Peng, P., Li, T., Hou, Q., and Fan, Q., 2007, Linking the Sulu UHP belt to the Korean peninsula: evidence from eclogite, Precambrian basement, and Paleozoic sedimentary basins. Gondwana Research, 12, 388-403
Zhang, M., Suddaby, P., Thompson, R.N., Thirlwall, M.F. and Menzies, M.A., 1995, Potassic volcanic rocks in NE China: geochemical constraints on mantle source and magma genesis. J. Petrol., 36, 1275-1303
Zhou, P. and Mukasa, S.B., 1997, Nd-Sr-Pb isotopic, and majorand trace-element geodynamics of Cenozoic lavas from the Khorat Palteau, Thailand: sources and petrogenesis. Chem. Geol, 137, 175-193
Zhou, X.H. and Armstrong, R.L., 1982, Cenozoic volcanic rocks of eastern China - secular and geographic trends in chemistry and strontium isotopic composition. Earth Planet. Sci. Lett., 59, 301-329
Zindler, A. and Hart, S.R., 1986, Chemical geodynamics. Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 14, 493-571
Zou, H., Zindler, A., Xu, X. and Qi, Q., 2000, Major, trace element, and Nd, Sr and Pb isotope studies of Cenozoic basalts in SE China: mantle sources, regional variations, and tectonic significance. Chem. Geol., 171, 33-47
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.