백두산 천문봉 일대의 알칼리유문암은 유리질 혹은 은미정질 석기에 반상조직을 나타내며, 반정과 기질부의 주 구성광물은 알칼리장석, 휘석, 각섬석이고, 그 외 소량의 감람석, 석영, 불투명광물이 관찰된다. 알칼리장석은 새니딘과 아노소클레이스이며, 대부분의 유색광물은 $Fe^{2+}/(Fe^{2+}+Mg^{2+})$ 함량과 알칼리 원소의 함량이 높다. 감람석은 철감람석에 해당되며, 휘석은 철보통휘석 영역의 철헤덴버자이트이다. 각섬석은 알칼리 각 섬석군에 속하지만, FeO와 $Fe_2O_3$가 분리 측정되지 못해 향후 연구가 더 필요하다. 미량원소의 거미그림에서 Nb 부(-) 이상을 보이지 않으므로, 판경계부의 섭입대화산활동과 무관한 판내부 화산활동의 산물로 판단된다. 백두산 알칼리유문암은 코멘다이트 계열에 속한다. 비평형 상태의 광물 조합을 나타내는 백두산 산정부의 알칼리유문암들은 성층화산체 형성 단계에서 조면암질 마그마로부터 분별결정작용 이외에도 마그마 혼합을 경험하면서 진화하였음을 시사한다.
백두산 천문봉 일대의 알칼리유문암은 유리질 혹은 은미정질 석기에 반상조직을 나타내며, 반정과 기질부의 주 구성광물은 알칼리장석, 휘석, 각섬석이고, 그 외 소량의 감람석, 석영, 불투명광물이 관찰된다. 알칼리장석은 새니딘과 아노소클레이스이며, 대부분의 유색광물은 $Fe^{2+}/(Fe^{2+}+Mg^{2+})$ 함량과 알칼리 원소의 함량이 높다. 감람석은 철감람석에 해당되며, 휘석은 철보통휘석 영역의 철헤덴버자이트이다. 각섬석은 알칼리 각 섬석군에 속하지만, FeO와 $Fe_2O_3$가 분리 측정되지 못해 향후 연구가 더 필요하다. 미량원소의 거미그림에서 Nb 부(-) 이상을 보이지 않으므로, 판경계부의 섭입대 화산활동과 무관한 판내부 화산활동의 산물로 판단된다. 백두산 알칼리유문암은 코멘다이트 계열에 속한다. 비평형 상태의 광물 조합을 나타내는 백두산 산정부의 알칼리유문암들은 성층화산체 형성 단계에서 조면암질 마그마로부터 분별결정작용 이외에도 마그마 혼합을 경험하면서 진화하였음을 시사한다.
Alkali rhyolites in the Cheonmunbong of the Mt. Baekdu stratovolcano show porphyritic texture in the glassy or aphanic groundmass. Major phenocryst is alkali-feldspar, pyroxene, and amphibole, and small amount of microphenocryst is olivine, quartz, opaque mineral (ilmenite). The content of $Fe^...
Alkali rhyolites in the Cheonmunbong of the Mt. Baekdu stratovolcano show porphyritic texture in the glassy or aphanic groundmass. Major phenocryst is alkali-feldspar, pyroxene, and amphibole, and small amount of microphenocryst is olivine, quartz, opaque mineral (ilmenite). The content of $Fe^{2+}/(Fe^{2+}+Mg^{2+})$ and alkali elements in the mafic minerals is high. Alkali feldspar is classified as sanidine or anorthclase, olivine as fayalite, and pyroxene as ferro-hedenbergite of ferro-augite area. Amphibole belongs to alkali amphibole group, but FeO and $Fe_2O_3$ were not separated, so it is required future studies. Nb(-) anomaly suggesting that slab-derived materials might have played a primary role in the genesis of the rhyolite magma, is not observed. It is noted that they originated in the within plate environment which is not related to subduction zone of the convergent plate boundary. The Mt. Baekdu alkaline rocks are classified into the comendite series. The alkali rhyolites of the summit at Mt. Baekdu shows the disequilibrium mineral assemblages, suggesting that it evolved from thrachytic magma with experience of magma mixing as well as fractional crystallization.
Alkali rhyolites in the Cheonmunbong of the Mt. Baekdu stratovolcano show porphyritic texture in the glassy or aphanic groundmass. Major phenocryst is alkali-feldspar, pyroxene, and amphibole, and small amount of microphenocryst is olivine, quartz, opaque mineral (ilmenite). The content of $Fe^{2+}/(Fe^{2+}+Mg^{2+})$ and alkali elements in the mafic minerals is high. Alkali feldspar is classified as sanidine or anorthclase, olivine as fayalite, and pyroxene as ferro-hedenbergite of ferro-augite area. Amphibole belongs to alkali amphibole group, but FeO and $Fe_2O_3$ were not separated, so it is required future studies. Nb(-) anomaly suggesting that slab-derived materials might have played a primary role in the genesis of the rhyolite magma, is not observed. It is noted that they originated in the within plate environment which is not related to subduction zone of the convergent plate boundary. The Mt. Baekdu alkaline rocks are classified into the comendite series. The alkali rhyolites of the summit at Mt. Baekdu shows the disequilibrium mineral assemblages, suggesting that it evolved from thrachytic magma with experience of magma mixing as well as fractional crystallization.
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문제 정의
본 연구에서는 백두산 성층화산체의 산정부 칼데라 외륜산의 하나인 천문봉 일대에 분포하는 백두산기 알칼리유문암의 암석기재, 구성광물의 성분 조성 특성으로부터 성층화산체 형성 최후기 분화 산물인 알칼리유문암의 암석학적 특징을 알아보았다.
연구에서는 백두산 천문봉 일대의 알칼리유문암의 주구성광물의 화학 성분을 알아보고 주성분원소의 함량 조성 특성을 파악함을 그 목적으로 하며, 백두산 알칼리유문암의 암석 계열에 대한 논의를 하였다.
천지 외륜산을 구성하는 알칼리유문암이 성층화산체를 형성한 마그마 진화의 최후기 분화물일 가능성이 있고, 마지막 분화 산물로서 산출되는 알칼리유문 암 4개의 시료를 채취하여 구성 광물 조성을 알아보고자 하였다.
가설 설정
분석된 광물의 종류는 유문암에 반정과 석기로 나타나는 주요 광물인 감람석, 휘석, 장석류 및 석영이며, 소량의 불투명 광물도 분석되었다. EMPA 분석에서 FeO와 Fe2O3의 함량을 따로 구할 수 없으므로, 철의 총량을 FeO로 가정하였다.
제안 방법
2008년 7~8월, 2013년~2016년 8월에 수차례의 야외 지질 조사를 통하여 알칼리 유문암의 대표적인 신선한 표품을 채취하여 박편으로 제작한 후 편광현미경하에서 구성광물의 종류 및 조직을 관찰하였다. 대표적인 구성광물의 정량분석은 4개의 표품에 대하여 연마박편을 제작하여 부산대학교 공동실험실습관 지구환경기기실의 CAMECA SX-100 전자현미분석기를 이용하였다.
동해(일본해) 확장 시 배호분지의 양안에서 거의 동시에 유사한 화산활동의 출현이 동해의 배호분지 확대와 열곡대의 확장에 대응한다고 보았다. 그리고 많은 관점에서 백두산은 숨겨진 잠재적인 분화위협을 가진 거대한 활화산으로 평가하였다. Wei et al.
또한 암석 화학적 특징을 참고하기 위하여 비교적 신선한 시료에 대해 주성분원소, 미량원소, 희토류원소 분석을 실시하였다. 주성분원소 분석은 한국기초 과학지원연구원 서울분소의 Phillips PW2400 X-선 형광분석기(XRF)로 실시, 미량원소 및 희토류원소 분석은 한국기초과학지원연구원의 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS; Inductively Coupled Plasma Mass Spectometer) PQ3으로 실시하였다.
백두산 천문봉의 알칼리유문암 시료에 나타나는 조암광물과 불투명광물에 대한 EPMA 분석을 실시하였다. 구성 광물인 알칼리장석, 감람석, 단사휘석, 각섬석, 불투명광물의 대표적인 조성을 Table 1(알칼리장석), Table 2(감람석), Table 3(단사휘석), Table 4(각섬석), Table 5(티탄철석)에 나타내었다.
이 유문암 노두는 실제로는 단일한 용암돔으로 볼 수 있다. 서로 떨어져 있는 노두에서 표품을 채취하여 각각 Baekdu-1, 2, 3, 9로 명명하고(이하 B-1, 2, 3, 9로 명명), 각각 두 개의 박편으로 제작하여 관찰하였다. 대표적인 현미경 사진은 Fig.
알칼리유문암을 형성한 마그마의 성질을 이해하기 위해 연구 지역에서 산출되는 암석 중 알칼리암의 4 개의 시료에 대하여 주성분원소 및 미량원소, 희토류 원소의 분석을 실시하였다.
또한 암석 화학적 특징을 참고하기 위하여 비교적 신선한 시료에 대해 주성분원소, 미량원소, 희토류원소 분석을 실시하였다. 주성분원소 분석은 한국기초 과학지원연구원 서울분소의 Phillips PW2400 X-선 형광분석기(XRF)로 실시, 미량원소 및 희토류원소 분석은 한국기초과학지원연구원의 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS; Inductively Coupled Plasma Mass Spectometer) PQ3으로 실시하였다. 오차범위는 희토류원소는 10% 이내이며, 기타 미량원소는 10~15% 이내이다.
대상 데이터
백두산은 행정구역상으로 북한의 양강도(兩江道) 삼지연군과 중국의 지린성(吉林省) 안투현(安 ) 이 도백하진의 국경지대에 자리 잡고 있으며, 대체적인 지질분포는 고신기(Paleogene) 말에서 신신기(Neogene) 에 형성된 현무암 대지와 경사현무암고원, 그리고 제 4기 규장질 화산활동에 의한 알칼리조면암 · 유문암 등으로 구분된다(Hong, 1990). Fig. 1은 백두산과 그 주변 지역에 대한 지질을 나타낸 것으로, 본 알칼리 유문암은 백두산 성층화산체 칼데라 외륜산의 한 부분인 천문봉(▲) 일원에서 채취한 것이다.
본 알칼리유문암의 B-2에서 나타나는 불투명광물은 철 함량이 70% 이상인 티탄철석이다(Table 5). 티탄철석의 성분은 TiO2 함량이 23.
천지 등산 차로에 도보로 이동하는 것이 불가하게 되어 산정부의 천문봉 일대에서 부석층에 피복된 알칼리유문암의 노두 시료를 채취하게 되었다. 부석층 중에 노출된 노두 2곳과 이보다 낮은 고도의 천지칼데라 외륜산 내측 경사면에 노출된 노두 2곳에서 시료를 채취하였다.
분석조건은 조사전류(probe current) 20 nA, 가속전압 15 keV, 빔 직경 5 µm, 측정시간은 10초이다. 분석된 광물의 종류는 유문암에 반정과 석기로 나타나는 주요 광물인 감람석, 휘석, 장석류 및 석영이며, 소량의 불투명 광물도 분석되었다. EMPA 분석에서 FeO와 Fe2O3의 함량을 따로 구할 수 없으므로, 철의 총량을 FeO로 가정하였다.
최근 장백산보호구역내에서 암석 시료 채취가 금지되고. 천지 등산 차로에 도보로 이동하는 것이 불가하게 되어 산정부의 천문봉 일대에서 부석층에 피복된 알칼리유문암의 노두 시료를 채취하게 되었다. 부석층 중에 노출된 노두 2곳과 이보다 낮은 고도의 천지칼데라 외륜산 내측 경사면에 노출된 노두 2곳에서 시료를 채취하였다.
이론/모형
2008년 7~8월, 2013년~2016년 8월에 수차례의 야외 지질 조사를 통하여 알칼리 유문암의 대표적인 신선한 표품을 채취하여 박편으로 제작한 후 편광현미경하에서 구성광물의 종류 및 조직을 관찰하였다. 대표적인 구성광물의 정량분석은 4개의 표품에 대하여 연마박편을 제작하여 부산대학교 공동실험실습관 지구환경기기실의 CAMECA SX-100 전자현미분석기를 이용하였다. 이 분석기기는 전자총에서 발생되는 전자빔을 시료 표면에 조사시켰을 때, 조사된 지역으로부터 발생되는 특성 2차 X-선 및 전자를 측정하여 분석하는 기기이다.
성능/효과
7 wt.%로 증가함에 따라 Al2O3, TiO2, MgO, CaO, P2O5 성분은 점진적으로 감소하는 경향을 보이며, 이는 장석, 감람석 그리고 티탄철석의 정출에 의한 것으로 보인다. Fe2O3 T , MnO는 거의 일정한 값을 가지며 분산되며, Na2O와 K2O도 뚜렷한 분화경향을 나타내지는 않는다.
2). 기질부의 미반정 중 하나(박편 B-9)는 주성분 함량이 상이하게 나타나며 주변이 검게 융식되어 있어 광물분류가 곤란하였으나 경하에서 본 역알칼리유문암 내의 타 감람석 반정과 비교하여 다색성, 간섭색과 같은 광학적 특징이 거의 유사하여 감람석으로 분류하고, 산화가 많이 진행된 것으로 판단하였다.
본 연구에서 제시한 것과 같이 알칼리유문암을 이루는 광물 조성에서 통상적인 분별결정작용의 산물로는 공존이 불가한 석영과 감람석, 석영과 알칼리휘석 등의 산출, 감람석 결정 중에서 철감람석(FeO 함량 65.7~66.9 wt.%)과 상이한 성분인 하이알로시더라이트(FeO 함량 14.6 wt.%)가 공존하는 것 등 비평형 상태의 광물 조합을 나타냄으로서 마그마혼합의 증거들을 제시하고 있다.
후속연구
반정과 기질부에 가장 많이 나타나는 알칼리장석은 새니딘과 아노소클레이스 영역과 그 경계부에 도시되며, 감람석과 휘석은 MgO 함량이 극미량으로 각각 철감람석, 철보통휘석영역의 철-헤덴버자이트에 해당 된다. 각섬석은 알칼리각섬석군에 속하나 FeO와 Fe2O3로 분리 측정하지 못해 각섬석의 분석이 명확하지 않아 향후 더 연구해 볼 과제이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
백두산의 지리적 특징은?
한국의 명산인 백두산은 북한과 중국 양국에 걸쳐 있는 장백산맥의 중심에 위치하며, 두 나라의 국경을 이루는 압록강과 두만강 및 중국 내의 쑹화강(松花江)의 발원지로서, 산정에는 직경 3.7 km×4.
백두산화산체란?
백두산화산체는 넓은 뜻에서 백두산화산지역 (Baekdusan Volcanic Field) 내의 현무암 용암대지와 순상화산체, 그 위의 성층화산체와 칼데라를 가지는 복합식 화산체를 말하며, 좁은 뜻에서는 백두산 성층 화산체를 지칭한다. 백두산화산지역 내에는 크고 작은 소화산체가 약 500여개 알려져 있으며, 화산암의 분포 면적은 18,350 km2 에 달한다(Yun et al.
백두산화산지역의 기반암 상부에서 화산지대 하부를 구성하는 용암 대지는 어떻게 구성되어 있나?
백두산화산지역은 선캄브리아 시대의 변성암류와 쥐라기의 화산암류 및 심성암류를 기반암으로 한다. 이 기반암 상부에서 화산지대 하부를 구성하는 용암 대지 또는 순상화산체는 후기 올리고세(약 29 Ma)부 터 초기 플라이스토세(약 1.6 Ma)까지의 5~6단계의 화산활동기(期) 즉 마안산기(馬鞍山期), 증봉산기(甑峰 山期), 장백기(長白期), 내두산기( 頭山期), 군함산기(軍艦山期) 및 광평기(廣坪期)에 분출한 감람석 현무암으로 주로 구성되어 있다.
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