홍성 신리 지역 대리암 내 함석류석 변성염기성암의 암석지화학 연구 및 그 지구조적 의미 Petrochemistry of Garnet-bearing Metabasite in Marble at Shinri area in Hongseong and its Tectonic Implication원문보기
남서부 경기육괴 홍성의 동부 예당호 부근의 신리지역은 원생대 후기의 덕정리 화강섬록암-토날라이트, 압쇄 각섬석 정편마암 및 함석류석 변성염기성암을 포함하는 대리암이 분포한다. 이 논문에서는 신리지역의 대리암 내 원생대 후기 함석류석 변성염기성암의 광물화학 및 지화학 자료를 보고하고자 한다. 신리지역의 함석류석 변성염기성암을 $SiO_2$ 대 $Na_2O+K_2O$의 분별도에 도시하면 $SiO_2$의 함량은 46.98-51.17 wt% 그리고 $Na_2O+K_2O$의 함량은 1.95-2.85 wt%로 솔레아이트질 서브-알칼라인 현무암의 영역에 점시된다. Zr/Y 대 Zr의 분별도에서도 함석류석 변성염기성암은 서브-알칼라인 현무암의 영역에 점시된다. 신리 지역의 변성염기성암의 희토류 원소 농도를 콘드라이트 조성치에 표준화한 희토류 양상은 중앙해령과 유사한 현무암의 희토류원소 양상을 보여준다. 평균 초생맨틀값으로 미량원소 성분을 표준화하여 도시한 거미 성분도상에서는 신리변성염기성암는 경희토류가 부화되어 있고, 전반적으로 주원소 및 미량원소의 지화학적 특징은 판 내부 환경의 현무암과 유사한 경향을 보여준다. 이들 양상은 기 보고된 비봉과 백동지역의 변성초염기성암과 관련된 고압형 변성염기성암의 중앙해령 현무암과 유사한 호상열도 현무암 혹은 배호분지 현무암의 양상과 상이하다. 신리지역 대리암 내에 포함된 변성염기성암의 광물군과 광물화학을 근거로 계산된 변성 압력-온도 조건은 석류석 중심부에서 9.6-12.7 kb, $695-840^{\circ}C$, 석류석 가장자리에서 9.6-13.6 kb, $630-755^{\circ}C$로 온도가 감소하며 압력이 거의 일정한 변성진화과정을 보여준다. 이들 변성 압력-온도 진화경로는 비봉 및 백동 변성염기성암의 등온하강 후퇴변성작용 경로와는 다름을 알 수 있다. 이들 암체에서 보고된 트라이아스기 변형, 변성 시기와 더불어 원생대 후기의 변성작용과 생성 시기 등을 포함한 보다 상세한 연구가 수행되어져야 할 것이다.
남서부 경기육괴 홍성의 동부 예당호 부근의 신리지역은 원생대 후기의 덕정리 화강섬록암-토날라이트, 압쇄 각섬석 정편마암 및 함석류석 변성염기성암을 포함하는 대리암이 분포한다. 이 논문에서는 신리지역의 대리암 내 원생대 후기 함석류석 변성염기성암의 광물화학 및 지화학 자료를 보고하고자 한다. 신리지역의 함석류석 변성염기성암을 $SiO_2$ 대 $Na_2O+K_2O$의 분별도에 도시하면 $SiO_2$의 함량은 46.98-51.17 wt% 그리고 $Na_2O+K_2O$의 함량은 1.95-2.85 wt%로 솔레아이트질 서브-알칼라인 현무암의 영역에 점시된다. Zr/Y 대 Zr의 분별도에서도 함석류석 변성염기성암은 서브-알칼라인 현무암의 영역에 점시된다. 신리 지역의 변성염기성암의 희토류 원소 농도를 콘드라이트 조성치에 표준화한 희토류 양상은 중앙해령과 유사한 현무암의 희토류원소 양상을 보여준다. 평균 초생맨틀값으로 미량원소 성분을 표준화하여 도시한 거미 성분도상에서는 신리변성염기성암는 경희토류가 부화되어 있고, 전반적으로 주원소 및 미량원소의 지화학적 특징은 판 내부 환경의 현무암과 유사한 경향을 보여준다. 이들 양상은 기 보고된 비봉과 백동지역의 변성초염기성암과 관련된 고압형 변성염기성암의 중앙해령 현무암과 유사한 호상열도 현무암 혹은 배호분지 현무암의 양상과 상이하다. 신리지역 대리암 내에 포함된 변성염기성암의 광물군과 광물화학을 근거로 계산된 변성 압력-온도 조건은 석류석 중심부에서 9.6-12.7 kb, $695-840^{\circ}C$, 석류석 가장자리에서 9.6-13.6 kb, $630-755^{\circ}C$로 온도가 감소하며 압력이 거의 일정한 변성진화과정을 보여준다. 이들 변성 압력-온도 진화경로는 비봉 및 백동 변성염기성암의 등온하강 후퇴변성작용 경로와는 다름을 알 수 있다. 이들 암체에서 보고된 트라이아스기 변형, 변성 시기와 더불어 원생대 후기의 변성작용과 생성 시기 등을 포함한 보다 상세한 연구가 수행되어져야 할 것이다.
The Shinri area near the Yedang Lake, the eastern part of the Hongseong area in SW Gyeonggi Massif, consists of the Neoproterozoic Duckjeongri granodiorite-tonalite, mylonitized amphibole-bearing orthogneiss and impure marble with lens-shaped garnet-bearing metabasites. In this paper, we report mine...
The Shinri area near the Yedang Lake, the eastern part of the Hongseong area in SW Gyeonggi Massif, consists of the Neoproterozoic Duckjeongri granodiorite-tonalite, mylonitized amphibole-bearing orthogneiss and impure marble with lens-shaped garnet-bearing metabasites. In this paper, we report mineralogical and geochemical data of Neoproterozoic lens-shaped garnet-bearing metabasites within marble of the Shinri area. The $SiO_2$ contents of garnet-bearing metabasites in marble vary between ~46.98 and 51.17 wt%, and the $Na_2O$ + $K_2O$ contents fall between ~1.95 and 2.85 wt%, similar to the tholeiitic sub-alkaline basaltic rocks. In the Zr/Y vs. Zr diagram, garnet-bearing metabasites also plot in the subalkaline basaltic rocks. The chondrite-normalized REE patterns for Shinri garnet-bearing metabasites show relatively flat patterns to that of chondrite. They show slight LREE-enriched and depleted patterns. The major and trace element data from lens-shaped garnet-bearing metabasites in marble of the Shinri area suggest that these rocks were formed in within plate. In contrast, previous major and trace element data of high pressure type garnet-bearing metabasites from the mafic-ultramafic complex in the Baekdong and Bibong areas suggest that these rocks were formed in a nascent arc to backarc spreading center within subduction zone setting. Based on mineral assemblage and mineral chemistry, P-T estimates for Shinri garnet-bearing metabasites are 9.6-12.7 kb, $695-840^{\circ}C$ for inclusions in the core, and 9.6-13.6 kb, $630-755^{\circ}C$ for those in the rim. These P-T estimates are distinct from those of the Baekdong and Bibong garnet-bearing metabasites with isothermal decompressional retrograde P-T path. In addition to Triassic tectonic activity previously reported in the Shinri area of Hongseong, the details of metamorphic history such as protolith age and Neo-Proterozoic metamorphic episode need to be solved.
The Shinri area near the Yedang Lake, the eastern part of the Hongseong area in SW Gyeonggi Massif, consists of the Neoproterozoic Duckjeongri granodiorite-tonalite, mylonitized amphibole-bearing orthogneiss and impure marble with lens-shaped garnet-bearing metabasites. In this paper, we report mineralogical and geochemical data of Neoproterozoic lens-shaped garnet-bearing metabasites within marble of the Shinri area. The $SiO_2$ contents of garnet-bearing metabasites in marble vary between ~46.98 and 51.17 wt%, and the $Na_2O$ + $K_2O$ contents fall between ~1.95 and 2.85 wt%, similar to the tholeiitic sub-alkaline basaltic rocks. In the Zr/Y vs. Zr diagram, garnet-bearing metabasites also plot in the subalkaline basaltic rocks. The chondrite-normalized REE patterns for Shinri garnet-bearing metabasites show relatively flat patterns to that of chondrite. They show slight LREE-enriched and depleted patterns. The major and trace element data from lens-shaped garnet-bearing metabasites in marble of the Shinri area suggest that these rocks were formed in within plate. In contrast, previous major and trace element data of high pressure type garnet-bearing metabasites from the mafic-ultramafic complex in the Baekdong and Bibong areas suggest that these rocks were formed in a nascent arc to backarc spreading center within subduction zone setting. Based on mineral assemblage and mineral chemistry, P-T estimates for Shinri garnet-bearing metabasites are 9.6-12.7 kb, $695-840^{\circ}C$ for inclusions in the core, and 9.6-13.6 kb, $630-755^{\circ}C$ for those in the rim. These P-T estimates are distinct from those of the Baekdong and Bibong garnet-bearing metabasites with isothermal decompressional retrograde P-T path. In addition to Triassic tectonic activity previously reported in the Shinri area of Hongseong, the details of metamorphic history such as protolith age and Neo-Proterozoic metamorphic episode need to be solved.
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문제 정의
, 2006) 비봉 및 백동 변성염기성암의 암석화학적 특징, 지구조 환경과 비교 검토하고자한다. 또한 신리지역 대리암 및 함석류석 변성염기성암류의 형성시기에 대해 논하고자 한다.
이 연구는 한반도에서 트라이아스기 초-중기 대륙충돌대로 주목받고 있는 남서부 경기육괴 신리지역의 시대미상의 대리암 내 렌즈상으로 잔류하는 소위 석류암(garnetite)으로 불리는 함석류석 변성염기성암류에 대한 암석-광물화학에 관한 연구를 수행하였으며, 그 결과와 기 보고된(Oh et al., 2004, 2009; Kim et al., 2006) 비봉 및 백동 변성염기성암의 암석화학적 특징, 지구조 환경과 비교 검토하고자한다. 또한 신리지역 대리암 및 함석류석 변성염기성암류의 형성시기에 대해 논하고자 한다.
제안 방법
그러나 Kim et al.(under review)은 광천의 변성염기성암에 대한 다수의 SHRIMP 연대, 암석학 및 지화학적 결과를 바탕으로 이들 변성염기성암은 고생대 초기-중기의 화산활동을 지시하는 변성염기성화산암으로 해석하였다. 또한 전술한 비봉지역 에클로자이트의 근원암 생성시기는 887 Ma 혹은 803 Ma (Zhai and Guo, 2005; Kim et al.
그리고 측정 전류는 12 nA이며, 분석치 보정은 ZAF 방법을 사용하였다. 광물 상호간의 관계를 알아보기 위하여 후방산란상(BSI, Back Scattered Image)를 촬영하였으며 광물 상호간의 성분조성 관계를 알아보기 위하여 X-선을 이용한 화학조성도(X-ray map)를 작성하였다. X-선 화학조성도 작성시 가속전압, 빔 전류와 빔 직경은 각각 15 kV, 200 nA와 1 µm이다.
신리지역 대리암 내에 분포하는 변성염기성암의 화학성분을 알아보기 위해 총 8개의 시료를 채취하고 현미경 관찰을 통해 선별한 광물에 대한 전자현미분석을 실시하여 비교였다. 전자현미분석은 오카야마 이과대학교 자연과학연구소의 JXA-8900 Superprobe 전자현미분석기를 사용해 분석하였다.
신리지역의 함석류석 변성염기성암에 관한 지화학 연구를 수행하였으며, 분석에 선정된 시료들은 현미경관찰을 통해 신선도를 재확인하고 텅스턴 카바이드 재질 분쇄기를 이용 분말시료로 만들었다. 전암화학 분석은 캐나다의 Activation Laboratories Ltd.
전암화학 분석은 캐나다의 Activation Laboratories Ltd.에서 ICP-AES(Termo Jarrel-Ash ENVIRO II)과 ICP-MS(Perkin Elmer Optima)로 주원소 및 미량 원소성분과 희토류원소를 분석하였다(Table 4). 연구 지역의 변성염기성암과 기 보고된 비봉(Oh et al.
에서 ICP-AES(Termo Jarrel-Ash ENVIRO II)과 ICP-MS(Perkin Elmer Optima)로 주원소 및 미량 원소성분과 희토류원소를 분석하였다(Table 4). 연구 지역의 변성염기성암과 기 보고된 비봉(Oh et al., 2009; Kim et al., submitted) 및 백동 변성염기성암(Oh et al., 2009; Kim et al., submitted)의 지화학적 자료를 근거로 세 지역의 지화학적 특징을 비교하였다.
신리지역 대리암 내에 분포하는 변성염기성암의 화학성분을 알아보기 위해 총 8개의 시료를 채취하고 현미경 관찰을 통해 선별한 광물에 대한 전자현미분석을 실시하여 비교였다. 전자현미분석은 오카야마 이과대학교 자연과학연구소의 JXA-8900 Superprobe 전자현미분석기를 사용해 분석하였다. 정량분석시 가속 전압은 15 kV, 빔 직경(beam diameter)은 5 µm.
대상 데이터
연구지역인 신리지역의 대리암 내 변성염기성암들은 전형적인 중앙해령 현무암의 희토류 원소 양상을 보여주는 반면, 비봉지역은 전체적으로 부화된 경희토류를 보여주는 알칼라인의 대양 해도 현무암의 희토류 원소 양상으로 나타난다(Fig. 7).
(under review)은 배호분지 현무암 이외에 화산도 솔레아이트 가능성을 배제할 수 없다고 제안하였다. 연구지역인 신리지역의 변성염기성암은 비봉 및 백동 변성염기성암과는 달리 Nb-Zr-Y 판별도에서 판 내부(within-plate) 현무암과 판 내부 솔레아이트, Ti-Zr-Y 판별도에서 판 내부 현무암, Zr/Y 대 Zr 판별도에서 판 내부 현무암, Ti/V 값은 50부근의 알칼라인의 대양 해도 현무암 혹은 알칼리 현무암으로 다른 생성 환경을 지시한다(Fig. 8).
이론/모형
신리지역 대리암 내에 분포하는 함석류석 변성염기성암의 변성 압력-온도조건을 추정하기 위하여 기질부 및 석류석 가장자리에서 안정한 광물군인 석류석, 각섬석, 사장석 및 석영 그리고 석류석의 중심부에서 가장자리까지의 성분변화(Table 5) 및 이들 성분변화 지점에 포획된 광물군을 참고하여, Graham and Powell (1984)과 Perchuk et al.(1985)이 제안한 석류석-각섬석 지온계와 Kohn and spear(1990)이 제안한 석류석-각섬석-사장석-석영 지압계를 이용하여 변성 압력-온도를 구하였다. 광물화학에서 전술했듯이 석류석, 각섬석 및 사장석의 중심부 혹은 석류석 중심부와 포획된 각섬석 및 사장석의 성분으로부터 9.
정량분석시 가속 전압은 15 kV, 빔 직경(beam diameter)은 5 µm. 그리고 측정 전류는 12 nA이며, 분석치 보정은 ZAF 방법을 사용하였다. 광물 상호간의 관계를 알아보기 위하여 후방산란상(BSI, Back Scattered Image)를 촬영하였으며 광물 상호간의 성분조성 관계를 알아보기 위하여 X-선을 이용한 화학조성도(X-ray map)를 작성하였다.
성능/효과
결과적으로, 각 지역의 변성염기성암의 특징은 희토류 원소 농도를 콘드라이트 조성치를 이용하여 표준화한 희토류 양상에서 보여주는 성인인 중앙해령 현무암(백동, 신리) 및 대양 해도 현무암(비봉)과 유사한 경향을 보인다.
결과적으로 이들 SHRIMP 저어콘 연대측정 결과는 신리지역의 대리암과 이에 포획된 함석류석 변성염기성암은 약 817 Ma이전에 형성되었으며, 트라이아스기 중기 대륙 충돌로 인한 조산운동에 의해 변성작용을 받았음을 시사한다.
(1985)이 제안한 석류석-각섬석 지온계와 Kohn and spear(1990)이 제안한 석류석-각섬석-사장석-석영 지압계를 이용하여 변성 압력-온도를 구하였다. 광물화학에서 전술했듯이 석류석, 각섬석 및 사장석의 중심부 혹은 석류석 중심부와 포획된 각섬석 및 사장석의 성분으로부터 9.6-12.7 kb, 695-840℃에 해당하는 변성 압력-온도 조건을 얻었으며, 석류석, 각섬석 및 사장석의 가장자리 혹은 석류석 가장자리와 접하는 각섬석 및 사장석 성분으로부터는 9.6-13.6 kb, 630-755℃에 해당하는 변성 압력-온도 조건이 계산되었다(Fig. 9). 전반적으로 신리지역 대리암 내에 분포하는 변성염기성암의 변성 압력-온도조건은 석류석 중심부에서 가장자리로 갈수록 온도가 감소하며 압력이 거의 일정한 변성진화과정을 보여준다(Fig.
3). 이들 석류석 성분경향은 알만딘(almandine) 성분의 양이 입자 중심부에서 주변부로 감에 따라 증가하며 그로슐라(grossular) 성분은 감소하며 파이로프(pyrope) 성분은 중심부에서 맨틀로 갈수록 감소하다가 입자 가장자리에서 다시 증가하는 경향을 보여준다. 스페사틴(spessartine) 양은 미량이지만 중심부에서 맨틀로 가며 증가하다가 맨틀에서 입자 가장자리로 갈수록 감소하는 종모양(bell-shape)의 다소 복잡한 성분경향을 나타낸다(Fig.
평균 초생맨틀(primative mantle) 값으로 비봉, 백동, 신리지역의 변성염기성암의 미량원소 성분을 표준화(Pearce, 1973)하여 도시한 거미 성분도(spider diagram)상에서 신리 변성염기성암은 저장력원소인 Cs, K, Rb, Ba, K, Ti가 부화되어 있고, 전체적으로 Th, Sm가 상대적으로 다른 원소보다 결핍되어 있는 전형적인 중앙해령 현무암과 유사한 경향을 보여준다(Fig. 7).
후속연구
신리지역의 변성염기성암의 생성 시기는 이들 암류를 포획하는 대리암을 관입한 817 Ma의 압쇄 각섬석 정편마암(기원서 외, 2009)보다 이전에 형성되었을 것으로 추정된다. 한편, 신리지역의 대리암의 형성시기는 대리암을 관입한 817 Ma의 압쇄 각섬석 정편마암보다 이전이며, 인근 백동지역의 약 856 Ma(Oh et al., 2009)보다 이후인, 856 Ma와 817 Ma 사이에 형성된 것으로 추정되지만 이들 암류들의 기원 연구에 대해서는 좀 더 자세한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
신리지역 대리암 내에 분포하는 함석류석 변성염기성암의 연구 결과는 어떠한가?
신리지역 대리암 내에 분포하는 함석류석 변성염기성암은 약 817 Ma 이전에 형성되었다. 암석-광물학적 연구는 화성기원의 솔레아이트 계열의 서브알칼라인 현무암을 지시하며, 비유동이 강한 고장력 원소들의 지구화학 특징을 볼 때, 신리지역 변성염기성암은 판 내부 현무암과 판 내부 솔레아이트로부터 유래하였다. 신리지역 변성염기성암의 지화학적 특징은 기 보고된 비봉과 백동지역의 변성초염기성암과 관련된 변성염기성암의 중앙해령 현무암과 유사한 호상열도 현무암 혹은 배호분지 현무암의 양상과 다르게 나타난다. 신리지역 대리암 내에 분포하는 변성염기성암의 광물군과 광물화학을 근거로 추정된 변성 압력-온도 조건은 석류석 중심부에서 9.6-12.7 kb, 695-840℃, 석류석 가장자리에서 9.6-13.6 kb, 630-755o℃로 중심부에서 가장자리로 갈수록 온도가 감소하며 압력이 거의 일정한 변성진화과정을 보여준다. 이들 변성 압력-온도 진화과정은 변성초염기성암과 관련된 비봉 및 백동 변성염기성암의 변성 진화과정인 에클로자이트상, 백립암상 및 각섬암상으로 진화하는 후퇴변성작용의 경로와는 다름을 알 수 있다. 현재 정확한 변성 시기는 추정할 수 없지만 신리지역 대리암 암체의 서쪽에 강한 변형작용을 받은 817 Ma 압쇄 각섬석 화강암의 저어콘에서 보고되는 232 Ma의 트라이아스기 중기 과성장 연대가 변성작용 시기로 예상되지만 야외 노두에서 염기성 포획암의 엽리와 대리암의 결정구조가 관련성이 없는 것으로 볼 때 압쇄 각섬석 화강암의 관입시기인 817 Ma 이전에 변성작용을 받은 후 트라이아스기 중기에 중첩 받았음을 배제할 수 없다.
남서부 경기육괴의 홍성지역 동부 예당저수지의 변성암체서 관찰되는 엽리의 발달 모양은 어떠한가?
1), 이들 암체는 소규모의 중기 트라이아스기의 석영-장석질 맥암에 의하여 관입되어 있다. 연구지역의 변성암체서 관찰되는 엽리는 N10°~30°W의 주향으로 발달하며, 북동 방향으로 60°~90° 경사한다.
남서부 경기육괴의 홍성지역 동부 예당저수지 주변의 신리지역은 무엇으로 구성되는가?
남서부 경기육괴의 홍성지역 동부 예당저수지 주변의 신리지역은 주로 덕정리 정편마암류, 압쇄 각섬석 정편마암, 시대미상의 대리암 및 대리암 내 포획된 함석류석 변성염기성암들로 구성되며(Fig. 1), 이들 암체는 소규모의 중기 트라이아스기의 석영-장석질 맥암에 의하여 관입되어 있다.
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