[논문]우리나라 상부암석권 맨틀: 페리도타이트 포획암으로부터의 고찰

최성희

doi:10.7854/jpsk.2012.21.2.235

우리나라 상부암석권 맨틀: 페리도타이트 포획암으로부터의 고찰
Lithospheric Mantle beneath the Korean Peninsula: Implications from Peridotite Xenoliths in Alkali Basalts 원문보기

암석학회지 = The journal of the petrological society of korea, v.21 no.2 = no.68, 2012년, pp.235 - 247

초록
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우리나라 백령도, 제주도, 보은, 아산, 평택, 간성일대에는 맨틀 페리도타이트들이 알칼리 현무암류에 포획되어 온 형태로 분포하고 있다. K-Ar 전암연대측정 자료에 의하면 이들 화산암류는 약 0.1-18.9Ma에 분출하였다. 페리도타이트의 광물조합은 감람석-사방휘석-단사휘석-첨정석이며, 함수광물이나 석류석이 보고된 바는 없다. 암석의 종류는 레어조라이트에서 하즈버가이트에 걸쳐있다. 감람석은 $Fo_{88.4-92.0}$이고, 단사휘석은 투휘석, 사방휘석은 엔스터타이트가 풍부하며, 첨정석은 Cr이 풍부하다(Cr# = 7.8-53.6). 주성분 원소함량에 의하면 이들 페리도타이트는 부화된 중앙해령현무암 근원 맨틀로부터 대략 26%까지의 부분용융을 겪은 후에 남은 잔류물로 추정된다. 그러나 맨틀에서의 이차적인 변성교대작용의 흔적이 미량원소의 함량에 기록되어 있는 경우도 있다. 양휘석 지온계에 의하면 우리나라 페리도타이트 포획암의 평형온도는 대략 $850-1050^{\circ}C$ 범위이다. Sr-Nd 동위원소비는 결핍된 중앙해령현무암의 근원맨틀 성분(DMM)에서부터 지구전암(BSE) 성분 값까지 넓은 범위에 걸쳐있어, 오랜 시간의 성장과 진화의 역사를 대변하고 있다. Sr-Nd-Pb 동위원소비에 의하면 우리나라 암석권 맨틀은 대개 맨틀 단성분 중 DMM과 EM2의 혼합으로 설명되며, 상부 대륙지각과 연계될 수 있는 남북 내지는 동서방향으로의 지역성을 기록하고 있지는 않다. 이는 동아시아의 신생대후기 판내부기원 현무암류들이 기록하고 있는 남북간의 이분성과는 매우 대조적인 것으로, 동아시아 연약권 맨틀의 지역성을 시사하고 있다. Os 모델연대에 기초하면 우리나라 암석권 맨틀이 연약권으로부터 분리된 시기는 약 1.8-1.9 Ga로 추정된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Peridotite xenoliths hosted by alkali basalts from South Korea occur in Baengnyeong Island, Jeju Island, Boeun, Asan, Pyeongtaek and Ganseong areas. K-Ar whole-rock ages of the basaltic rocks range from 0.1 to 18.9 Ma. The peridotites are dominantly lherzolites and magnesian harzburgites, and the constituent minerals are Fo-rich olivine ($Fo_{88.4-92.0}$), En-rich orthopyroxene, Di-rich clinopyroxene, and Cr-rich spinel (Cr# = 7.8-53.6). Hydrous minerals, such as pargasite and phlogopite, or garnet have not been reported yet. The Korean peridotites are residues after variable degree of partial melting (up to 26%) and melt extraction from fertile MORB mantle. However, some samples (usually refractory harzburgites) exhibit metasomatic enrichment of the highly incompatible elements, such as LREE. Equilibration temperatures estimated using two-pyroxene geothermometry range from ca. 850 to $1050^{\circ}C$. Sr and Nd isotopic compositions in clinopyroxene separates from the Korean peridotites show trends between depleted MORB-like mantle (DMM) and bulk silicate earth (BSE), which can be explained by secondary metasomatic overprinting of a precursor time-integrated depleted mantle. The Korean peridotite clinopyroxenes define mixing trends between DMM and EM2 end members on Sr-Pb and Nd-Pb isotopic correlation diagrams, without any corresponding changes in the basement. This is contrary to what we observe in late Cenozoic intraplate volcanism in East Asia which shows two distinct mantle sources such as a DMM-EM1 array for NE China including Baengnyeong Island and a DMM-EM2 array for Southeast Asia including Jeju Island. This observation suggests the existence of large-scale two distinct mantle domains in the shallow asthenosphere beneath East Asia. The Re-Os model ages on Korean peridotites indicate that they have been isolated from convecting mantle between ca. 1.8 and 1.9 Ga.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

암편들은 대개 상당히 신선하여 맨틀에서의 지질역사를 잘 간직하고 있다. 본 연구에서는 우리나라 페리도타이트 포획암에 대한 광물성분, 전암 주/부성분 및 Sr-Nd-Pb 동위원소 성분을 보고한 그 동안의 연구들을 종합하였다. 연구의 목적은 현재까지 밝혀진 우리나라 암석권 맨틀의 생성과 진화과정을 이해하고, 향후 연구방향을 모색하는 것이다.
본 연구에서는 우리나라 페리도타이트 포획암에 대한 광물성분, 전암 주/부성분 및 Sr-Nd-Pb 동위원소 성분을 보고한 그 동안의 연구들을 종합하였다. 연구의 목적은 현재까지 밝혀진 우리나라 암석권 맨틀의 생성과 진화과정을 이해하고, 향후 연구방향을 모색하는 것이다.

제안 방법

4에 나타내었다. 비교를 위하여 시원적 맨틀 성분과 대표적인 시생대 Kaapvaal 대륙강괴 기원 및 심해저 페리도타이트의 평균값을 함께 도시하였다. 세계적인 첨정석 페리도타이트 포획암에 대하여 Maalφe and Aoki (1977)가 집계한 추세선(best-fit line)도 추가하였다.
7과 8에 나타내었다. 비교를 위해 페리도타이트를 포획해 온 현무암류, 이론적인 맨틀 단성분들 (DMM, EM1, EM2, HIMU; Zindler and Hart, 1986)의 위치 및 해양현무암류에 기초하여 보고된 맨틀배열도(mantle array) 등을 함께 도시하였다. 페리도 타이트내 단사휘석의 Sr-Nd 동위원소비는 결핍된 중앙해령현무암의 근원맨틀로 추정되는 DMM 단성분에서부터 지구전암 성분(BSE; bulk silicate earth)에 이르기까지 매우 넓은 범위에 걸쳐있으며, 대체로 맨틀배열도를 따라 분포한다(Fig.

대상 데이터

비교를 위해서 그림 10에는 북동중국와 남동중국 현무암류의 동위원소비를 함께 도시하였다. 비교자료로 사용한 현무암들은 모두 신생대후기에 분출한 것들이며, 대륙지각과의 혼염의 영향을 배제하기 위하여 해양도현무암과 유사한 지구화학적 특징을 가지거나 또는 맨틀 포획암을 가지고 있는 시료들을 선정하였다. 흥미롭게도 북동중국과 남동중국 현무암류는 서로 상반되는 배열 즉, 북동중국은 DMM-EM1 방향, 남동중국은 DMM-EM2 방향의 배열을 가지고 있다.

이론/모형

Brey and Köhler (1990)의 모델을 사용하여 측정한 온도결과를 Fig. 6에 정리하였다.

성능/효과

그러므로 부화된 맨틀의 근원지가 하부 암석권 맨틀일 가능성은 아직 남아있다. 그러나 연약권과 암석권의 경계로 갈수록 연약권기원 액에 의한 변성교대작용의 정도는 증가하고, 결과적으로 양자간의 지구화학적 특징이 유사해질 것을 감안하면 동아시아 현무암류의 근원맨틀은 대개 연약권에 있다고 보여진다. 따라서 만일 동아시아 상부 연약권이 크게 남북방향의 두 분역으로 나뉘어져 있다면, 그 성인을 추적하는 일이 향후 연구과제로 남아있다.
6 kb (Choi and Kwon, 2005)이다. 위의 지온구배를 이용하여 모호면 부근의 온도를 구해보면, 평균적인 대륙암석권의 전도성 지온구배에 비해 양쪽 모두 상당히 높다. 이러한 결과로부터 적어도 연구시료가 기록하는 범위 내에서는 암석권맨틀 내부에 열적교란이 있었음을 알 수 있다.

후속연구

그렇지만 제한적인 자료를 해석하면, 제주도나 백령도에 비해 보다 낮은 Fo와 Cr#, 전암 MgO 및 단사휘석내 희토류원소의 함량으로 보아 시원적인 맨틀에 보다 가깝다고 볼 수 있다. 그러나 유의미한 해석을 위해서는 향후 더 많은 시료에 대한 자료확보가 필요하다.
그러나 연약권과 암석권의 경계로 갈수록 연약권기원 액에 의한 변성교대작용의 정도는 증가하고, 결과적으로 양자간의 지구화학적 특징이 유사해질 것을 감안하면 동아시아 현무암류의 근원맨틀은 대개 연약권에 있다고 보여진다. 따라서 만일 동아시아 상부 연약권이 크게 남북방향의 두 분역으로 나뉘어져 있다면, 그 성인을 추적하는 일이 향후 연구과제로 남아있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라에서 맨틀 포획암이 산출되는 지역은 어디인가?	우리나라에서 맨틀 포획암이 산출되는 지역은 백령도, 간성일대, 아산-평택지역, 보은(조곡리) 및 제주도(신산리, 산굼부리, 선흘리, 낙천동, 송악산, 지그리오름) 등지 이다(Fig. 1).
	암석권 맨틀 시료를 확보할 수 있는 두 가지 방법은?	암석권 맨틀 시료를 확보할 수 있는 방법에는 크게 두 가지가 있다. 하나는 조산대 페리도타이트 암괴 (orogenic peridotite massif)의 형태로 지구조적으로 지표면에 노출되어 있는 경우이며(e.g., Menzies and Dupuy, 1991), 다른 하나는 알칼리현무암류나 킴벌라이트(kimberlite) 화산암내에 포획되어 온 경우이다(Nixon, 1987). 페리도타이트 암괴의 경우 노두 규모는 수 km에 달하기도 한다.
	암석권 맨틀(lithospheric mantle)은 무엇인가?	암석권 맨틀(lithospheric mantle)은 판(plate)의 일부로 대류하는 연약권(asthenosphere)으로부터 물리적 으로, 화학적으로 또 열적으로 분리되어 있는 지각의 뿌리를 이루는 공간이다. 물리적으로는 강체이며, 화학적으로는 연약권의 부분용융으로 생성된 액(분출하여 지각을 생성)을 분리하고 남은 잔류물(residue)로, 또 열적으로는 맨틀 단열선(adiabat)인 약 1280ºC 이하의 공간으로 간주된다(Nixon, 1987; Takahashi, 1990; Thompson, 1992).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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