[국내논문]소연평도 각섬암 내 화성기원 층상구조와 Fe-Ti 산화광물의 농집에 관한 예비연구 A Preliminary Study on the Igneous Layering and Concentration of Fe-Ti Oxide Minerals within Amphibolite in Soyeonpyeong Island원문보기
한반도의 중서부에 위치한 소연평도의 각섬암 내 Fe-Ti 광화작용은 우리나라의 대표적인 정마그마형 Fe-Ti 광상중 하나이다. 각섬암은 북서-남동방향의 선캠브리아기 변성퇴적암류를 평행하게 관입하고 있다. 각섬암의 하부는 장석-우세 우백질과 각섬석-Fe-Ti 산화광물-우세 우흑질 각섬암이 교호하는 화성기원 층상구조(igneous layering)의 발달이 특징이다. 우백질과 우흑질 각섬암은 서로 혼재되어 있거나, 뚜렷한 경계면을 보인다. 반면에 상부 각섬암은 하부 각섬암에 비해 더 복잡한 산상(함석류석 각섬암, 조립질 각섬암, 편상 각섬암)으로 산출되고, 괴상의 Fe-Ti 광체가 우흑질의 편상 각석암과 교호하고 있다. 남북과 동서방향의 단층작용은 상부 각섬암의 Fe-Ti 광체와 하부 각섬암의 층상구조를 각각 변이 시켰다. 우백질과 우흑질 각섬암 및 Fe-Ti 광석의 조성은 각 암상을 구성하고 있는 광물조합을 잘 반영하고 있다. 각섬암은 강한 정(+)의 Eu 이상(anomaly)을 보이나, Fe-Ti 광석은 미약한 음(-)의 Eu 이상을 보이고 있다. 각섬암을 구성하고 있는 장석(안데신-올리고클레이스)과 Fe-Ti 산화광물들은 각섬암 전반에 걸쳐 일정한 조성을 가진다. 반면에 각섬석은 상대적으로 넓은 범위의 조성을 가지나, 화학적 분화특성을 반영하지는 않는다. 하부 각섬암 내 화성기원 층상구조는 단일 층상구조 내 혹은 층상구조 간 광물조성 변화가 관찰되지 않는다. 이것은 심부에서 지속적인 새 마그마의 공급이나 주변암과의 동화작용에 의해 Fe가 공급되지 않았음을 지시한다. 각섬암과 Fe-Ti 광석의 상반된 Eu 이상은 각섬암의 초기 분별정출작용 동안 사장석의 정출에 의해 잔류 유체 내 Fe의 부화가 진행되었을 가능성을 지시한다. 따라서 각섬암의 후기 분별정출작용 단계에서 Fe-부화 잔류 유체는 유체 주입(filter pressing)에 의해 상부 각섬암 내로 상승 및 층상의 괴상 Fe-Ti 광화작용을 야기한 것으로 간주된다.
한반도의 중서부에 위치한 소연평도의 각섬암 내 Fe-Ti 광화작용은 우리나라의 대표적인 정마그마형 Fe-Ti 광상중 하나이다. 각섬암은 북서-남동방향의 선캠브리아기 변성퇴적암류를 평행하게 관입하고 있다. 각섬암의 하부는 장석-우세 우백질과 각섬석-Fe-Ti 산화광물-우세 우흑질 각섬암이 교호하는 화성기원 층상구조(igneous layering)의 발달이 특징이다. 우백질과 우흑질 각섬암은 서로 혼재되어 있거나, 뚜렷한 경계면을 보인다. 반면에 상부 각섬암은 하부 각섬암에 비해 더 복잡한 산상(함석류석 각섬암, 조립질 각섬암, 편상 각섬암)으로 산출되고, 괴상의 Fe-Ti 광체가 우흑질의 편상 각석암과 교호하고 있다. 남북과 동서방향의 단층작용은 상부 각섬암의 Fe-Ti 광체와 하부 각섬암의 층상구조를 각각 변이 시켰다. 우백질과 우흑질 각섬암 및 Fe-Ti 광석의 조성은 각 암상을 구성하고 있는 광물조합을 잘 반영하고 있다. 각섬암은 강한 정(+)의 Eu 이상(anomaly)을 보이나, Fe-Ti 광석은 미약한 음(-)의 Eu 이상을 보이고 있다. 각섬암을 구성하고 있는 장석(안데신-올리고클레이스)과 Fe-Ti 산화광물들은 각섬암 전반에 걸쳐 일정한 조성을 가진다. 반면에 각섬석은 상대적으로 넓은 범위의 조성을 가지나, 화학적 분화특성을 반영하지는 않는다. 하부 각섬암 내 화성기원 층상구조는 단일 층상구조 내 혹은 층상구조 간 광물조성 변화가 관찰되지 않는다. 이것은 심부에서 지속적인 새 마그마의 공급이나 주변암과의 동화작용에 의해 Fe가 공급되지 않았음을 지시한다. 각섬암과 Fe-Ti 광석의 상반된 Eu 이상은 각섬암의 초기 분별정출작용 동안 사장석의 정출에 의해 잔류 유체 내 Fe의 부화가 진행되었을 가능성을 지시한다. 따라서 각섬암의 후기 분별정출작용 단계에서 Fe-부화 잔류 유체는 유체 주입(filter pressing)에 의해 상부 각섬암 내로 상승 및 층상의 괴상 Fe-Ti 광화작용을 야기한 것으로 간주된다.
Amphibolite-hosted Fe-Ti mineralization at the Soyeonpyeong Island, located in central western part of the Korean Peninsula is a typical orthomagmatic Fe-Ti oxide deposit in South Korea. The amphibolite intruded into NW-SE trending Precambrian metasedimentary rocks. Lower amphibolite is characterize...
Amphibolite-hosted Fe-Ti mineralization at the Soyeonpyeong Island, located in central western part of the Korean Peninsula is a typical orthomagmatic Fe-Ti oxide deposit in South Korea. The amphibolite intruded into NW-SE trending Precambrian metasedimentary rocks. Lower amphibolite is characterized by igneous layering, consisting of feldspar-dominant and amphibole-Fe-Ti oxide-dominant layers. The igneous layering shows complicated and/or sharp contact. In contrast, upper amphibolite has a more complicated lithofacies (garnet-bearing, coarser, and schistose), and massive Fe-Ti oxide ore alternates with schistose amphibolite. NS- and EW-trending fault systems lead to redistribute upper amphibolite-hosted Fe-Ti orebody and igneous layering of lower amphibolite, respectively. The whole-rock compositions of amphibolite and Fe-Ti oxide ore reflect their constituent minerals. Amphibolite shows significantly positive Eu anomalies whereas Fe-Ti oxide ore has weak negative Eu anomalies. Plagioclase (Andesine to oligoclase) and Fe-Ti oxide minerals have constant composition regardless of their distribution. Amphibole has a compositionally variable but it doesn't reflect the chemical evolution. Mineral compositions within individual layers and successive layers are relatively constant not showing any stratigraphic evolution. This suggests that there are no successive injections of Fe-rich magma or assimilation with Fe-rich country rocks. Contrasting Eu anomalies between amphibolite and Fe-Ti oxide ore also suggest that extensive plagioclase fractionation during early crystallization stage cause increase in $Fe_2O_3/FeO$ ratio and overall Fe contents in the residual magma. Thus, Fe-rich residual liquids may migrate at the upper amphibolite by filter pressing mechanism and then produce sheeted massive Fe-Ti mineralization during late fractional crystallization.
Amphibolite-hosted Fe-Ti mineralization at the Soyeonpyeong Island, located in central western part of the Korean Peninsula is a typical orthomagmatic Fe-Ti oxide deposit in South Korea. The amphibolite intruded into NW-SE trending Precambrian metasedimentary rocks. Lower amphibolite is characterized by igneous layering, consisting of feldspar-dominant and amphibole-Fe-Ti oxide-dominant layers. The igneous layering shows complicated and/or sharp contact. In contrast, upper amphibolite has a more complicated lithofacies (garnet-bearing, coarser, and schistose), and massive Fe-Ti oxide ore alternates with schistose amphibolite. NS- and EW-trending fault systems lead to redistribute upper amphibolite-hosted Fe-Ti orebody and igneous layering of lower amphibolite, respectively. The whole-rock compositions of amphibolite and Fe-Ti oxide ore reflect their constituent minerals. Amphibolite shows significantly positive Eu anomalies whereas Fe-Ti oxide ore has weak negative Eu anomalies. Plagioclase (Andesine to oligoclase) and Fe-Ti oxide minerals have constant composition regardless of their distribution. Amphibole has a compositionally variable but it doesn't reflect the chemical evolution. Mineral compositions within individual layers and successive layers are relatively constant not showing any stratigraphic evolution. This suggests that there are no successive injections of Fe-rich magma or assimilation with Fe-rich country rocks. Contrasting Eu anomalies between amphibolite and Fe-Ti oxide ore also suggest that extensive plagioclase fractionation during early crystallization stage cause increase in $Fe_2O_3/FeO$ ratio and overall Fe contents in the residual magma. Thus, Fe-rich residual liquids may migrate at the upper amphibolite by filter pressing mechanism and then produce sheeted massive Fe-Ti mineralization during late fractional crystallization.
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문제 정의
앞서 언급했듯이, 과거 연구들이 각섬암의 상부에 놓인 고품위 Fe-Ti 광화작용에 집중되어 있으나, 이번 연구에서는 하부 각섬암에서 관찰되는 화성기원 층상구조와 Fe-Ti 산화광물의 농집 및 각섬암을 구성하는 조암광물들의 특성을 제시하였다. 이 예비연구에서 확인된 하부 각섬암 내 화성기원 층상구조와 화학분석 결과는 소연평도 각섬암의 분별정출작용과 Fe-Ti 광화작용을 설명하는 데 있어서 유용한 실마리가 될 수 있을 것으로 기대된다.
제안 방법
소연평도 각섬암의 시료 채취는 하부 각섬암에서 관찰되는 우백질과 우흑질 각섬암을 각각 분리하여 채취하였으며, 상부 각섬암의 경우는 이미 보고된 암상의 특성에 따라 각각 채취하였다.
소연평도 각섬암 및 Fe-Ti 광석의 전암 분석은 한국 지질자원연구원 분석센터에서 Jaw Crusher를 이용하여 분쇄한 후, agate mortar를 이용하여 미분쇄하였다. 주성분은 X-ray Fluorescence (XRF) 분석기를 이용하였으며, 미량 및 희토류 성분들은 Perkin-Elmer DRC II ICP-MS를 이용하여 분석이 진행되었다.
광물의 정량분석은 한국기초과학지원연구원 전주센터의 SHIMADZU 1600 전자현미분석기(EPMA)를 이용하였으며, 분석 조건은 빔 크기 1μm, 가속 전압 15kV, 빔 전류 20 nA로 설정하여 분석이 실시되었다.
대상 데이터
따라서 이번 연구는 후자의 연구결과를 따르고자 한다. 연구지역의 지질은 선캠브리아기 함석류석 운모 편암, 결정질 석회암, 운모 편암, 석영 편암 및 각섬암을 포함한다(Fig. 1). 선캠브 리아기 변성암류들은 다시 후기의 시대미상 염기성 암맥들에 의해 모두 절단되어 있다.
소연평도 각섬암 및 Fe-Ti 광석의 전암 분석은 한국 지질자원연구원 분석센터에서 Jaw Crusher를 이용하여 분쇄한 후, agate mortar를 이용하여 미분쇄하였다. 주성분은 X-ray Fluorescence (XRF) 분석기를 이용하였으며, 미량 및 희토류 성분들은 Perkin-Elmer DRC II ICP-MS를 이용하여 분석이 진행되었다.
성능/효과
자철석의 조성은 대체적으로 일정한 범위를 가지고 있으나, TiO2 와 V2O3 함량은 다양하게 나타났다(Table 4). V2O3 함량은 최대 2.
후속연구
앞서 언급했듯이, 과거 연구들이 각섬암의 상부에 놓인 고품위 Fe-Ti 광화작용에 집중되어 있으나, 이번 연구에서는 하부 각섬암에서 관찰되는 화성기원 층상구조와 Fe-Ti 산화광물의 농집 및 각섬암을 구성하는 조암광물들의 특성을 제시하였다. 이 예비연구에서 확인된 하부 각섬암 내 화성기원 층상구조와 화학분석 결과는 소연평도 각섬암의 분별정출작용과 Fe-Ti 광화작용을 설명하는 데 있어서 유용한 실마리가 될 수 있을 것으로 기대된다.
일반적으로 화성기원 층상 구조는 정-역방향 조직적 변화(normal-reverse textural grading), 결정 크기의 변화, 모달 변화(우백질과 우흑질), 화학조성 변화 등의 형태를 띠고 있다. 이번 연구에서 확인된 층상구조는 대체적으로 우백질과 우흑질로 분리되는 모달 변화가 우세하지만(Fig. 3), 소연평도 각섬암 전반에 걸쳐 체계적인 맵핑(mapping)을 통한 층상구조의 발달과 그 산상에 관한 공간적 분포 파악은 각섬암의 분화과정을 이해하기 위해서 반드시 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
각섬암의 하부의 특징은 무엇인가?
각섬암은 북서-남동방향의 선캠브리아기 변성퇴적암류를 평행하게 관입하고 있다. 각섬암의 하부는 장석-우세 우백질과 각섬석-Fe-Ti 산화광물-우세 우흑질 각섬암이 교호하는 화성기원 층상구조(igneous layering)의 발달이 특징이다. 우백질과 우흑질 각섬암은 서로 혼재되어 있거나, 뚜렷한 경계면을 보인다.
하부 각성암 내 단일 층상구조 내 혹은 층상구조 간 광물조성 변화가 관측되지 않음은 무엇을 의미하는가?
하부 각섬암 내 화성기원 층상구조는 단일 층상구조 내 혹은 층상구조 간 광물조성 변화가 관찰되지 않는다. 이것은 심부에서 지속적인 새 마그마의 공급이나 주변암과의 동화작용에 의해 Fe가 공급되지 않았음을 지시한다. 각섬암과 Fe-Ti 광석의 상반된 Eu 이상은 각섬암의 초기 분별정출작용 동안 사장석의 정출에 의해 잔류 유체 내 Fe의 부화가 진행되었을 가능성을 지시한다.
상부 각섬암이 하부 각성암에 비해 가지는 특징은?
우백질과 우흑질 각섬암은 서로 혼재되어 있거나, 뚜렷한 경계면을 보인다. 반면에 상부 각섬암은 하부 각섬암에 비해 더 복잡한 산상(함석류석 각섬암, 조립질 각섬암, 편상 각섬암)으로 산출되고, 괴상의 Fe-Ti 광체가 우흑질의 편상 각석암과 교호하고 있다. 남북과 동서방향의 단층작용은 상부 각섬암의 Fe-Ti 광체와 하부 각섬암의 층상구조를 각각 변이 시켰다.
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