남한의 중생대 화강암류의 니오디미움·스트론튬 동위원소 및 유체포유물 연구

Abstract

남한의 중생대 화강암류의 Nd, Sr 동위원소 특성과 화강암질 마그마의 성인 해석 및 지각물질의 진화 연구를 위하여 남한의 대보 및 불국사화강암류인 총 39개 중생대 화강암 시료에 대하여 Nd, Sr 동위원소 및 주성분, 미량성분, REE 분석을 실시하였다. 그리고 화강암질 마그마의 특성 및 후마그마 열수변질작용을 연구하기 위하여 유체포유물 연구가 병행되었다. (1) 대보화강암류와 불국사화강암류사이에는 주성분, 미량성분, REE의 함량에 현저한 차이가 있으며 화강암류는 alumina saturation 값이 1.1이하로 Ⅰ-형에 속하는 peraluminous ∼metaluminous granite 이다. (2) 대보화강암의 사장석 성분은 An_(21.10∼42.05), 경상퇴적분지의 불국사화강암의 사장석 성분은 An_(5.39∼51.04)이다. 불국사화강암류가 대보화강암류보다 분화후기산물의 지화학적 특징을 나타내고 있다. (3) 대보화강암류의 석영내 2차 포유물의 균일화 온도는 108∼388℃이고, 불국사화강암류는 160∼463℃로 후마그마 열수변질 온도임을 시사한다. 반면에 암염딸광물을 포함한 포유물의 경우, 대보화강암류는 372∼539℃, 불국사화강암류는 337∼556℃로서 기타 2상포유물보다 온도가 더 높다. 그러나, 대보화강암류와 불국사화강암류의 염농도는 유사하다. 암염딸광물을 포함한 포유물은 NaCl의 포화곡선상에 도시되며 비고상포유물은 NaCl의 포화곡선보다 낮게 도시된다. 이로 보아 전자는 화강암질 마그마기원의 포유물로 추정되며 추자는 순환 수유입의 영향을 받은 후기열수변질기원의 포유물로 해석이 된다. (4) 대보화강암류의 ^(87)Sr/^(86)Sr초생치는 0.711164∼0.716430(ε_(Sr)= 97.3∼165.8)이며 경상퇴적분지내의 불국사화강암류는 0.704251∼0.706779(ε_(Sr)=-2.5∼33.5), 옥천지향대내의 불국사화강암류는 0.712458∼0.717354(ε_(Sr)=114.5∼183.7)이다. 대보화강암류의 ^(143)Nd/^(144)Nd초생치는 0.511363∼0.511760(ε_(Nd)=-21.0∼-13.6)이며 경상퇴적분지내의 불국사화강암류는 0.512211∼0.512570(ε_(Nd)=-4.4∼0.4)와 옥천지향대내의 불국사화강암류는 0.511758∼0.511841(ε_(Nd)=-14.9∼-13.7)이다. ε_(Sr), ε_(Nd) 값에서 볼 때, 경상퇴적분지내의 불국사화강암은 맨틀기원암으로부터 유래되었음을 나타내며 대보화강암류와 옥천지향사대의 화강암류는 고기 하부지각기원물질의 부분용융산물로 해석이 된다. (5) T^(Nd)_(2DM)모델연령은 대보화강암류의 경우, 1.6∼2.2 Ga로 원생대 중기의 지각연령을 보여 대보화강암을 형성시킨 근원물질은 원생대중기에 이미 한반도 지각의 일부로서 진화되었음을 시사한다. 한편 불국사화강암류의 모델연령이 0.5∼l.1 Ga로서 원생대말기로 대보화강암류와 근원물질 및 지각진화과정이 다르다. 그러나, 옥천지향사대내의 불국사화강암류가 1.6∼l.7 Ga인 원생대중기로 대보화강암류와 지각정체시간(crustal residence time)이 유사함으로보아 같은 대륙지각 또는 지각혼합에 의해 유래하였음을 알 수 있다.;Nd-Sr isotope and REE analyses for 39 granitic rock samples of the Mesozoic Daebo and Bulguksa granite in South Korea were carried out to investigate the characteristics of Nd-Sr isotope, the origin of granitic magma, and the evolution of crustal materials. Fluid inclusion studies were conducted to interpret the geothermal history and the post-magmatic alteration processes of the granitic rocks. (1) The Mesozoic granitic rocks are "I-type" peraluminous~metaluminous granites which have a range of less than 1.1 of alumina saturation index. The contents of major elements, trace elements and REE between the Daebo and the Bulguksa granite are apparently different. (2) The endmembers mineral composition of plagioclase are An_(20.10~42.05) for the Daebo granite and An_(5.39~51.0.4) for the Bulguksa granite in the Kyongsang basin. Geochemical characteristics of the Bulguksa granite conspicuously show late differentiated trend compared to that of the Daebo granite. (3) The homogenization temperature of secondary fluid inclusions for quartz of the Daebo granite ranges from 108℃ to 388℃, and that of the Bulguksa granite from 160℃ to 463℃, suggesting post-magmatic hydrothermal alteration temperature. On the other hand, halite bearing fluid inclusions range from 372 to 539℃ for the Daebo granite and 337 to 556℃ for the Bulguksa granite respectively. Solid phase fluid inclusions have higher temperature than two phase inclusion in both granitic rocks. However, there is no significant salinity difference of fluid inclusions between the Daebo and the Bulguksa granite. The data of fluid inclusions containing a halite daughter mineral is plotted near the NaCl solubility curve, while non-solid phase fluid inclusions apart from the solubility curve. This indicates that the former was formed during crystallization of granitic magma, and the latter was trapped during the process of post-magmatic hydrothermal alteration by meteoric water influx. (4) The initial ^(87)Sr/^(86)Sr ratios are 0.711164 to 0.716430(ε_(Sr)=97.3~165.8) for the Daebo granite, 0.704251 to 0.706779(ε_(Sr)=-2.5~33.5) for the Bulguksa granite in the Kyongsang basin and 0.712458 to 0.717354(ε_(Sr)=114.5~183.7) for the Bulguksa granite in the Okchon zone. Calculated ^(l43)Nd/^(l44)Nd initial ratios range from 0.511363 to 0.511760(ε_(Nd)=21.0~-13.6) for the Daebo granite. ^(143)Nd/^(144)Nd values of the Bulguksa granite in the Kyongsang basin have between 0.512211 and 0.512570(ε_(Nd)=-4.4~0.4) except for the Bulguksa granite in the Okchon zone ranging from 0.511758 to 0.511841(ε_(Nd)=-14.9~-13.7). ε_(Sr) and ε_(Nd) values suggest that the Bulguksa granite in the Kyongsang basin derives from the mantle source rocks. Based on the isotopic relations, the Daebo and the Bulguksa granite in the Okchon zone are interpreted as partial melting products of lower old continental crust material. (5) The depleted mantle two stage model ages of the Daebo granite vary from 1.6 to 2.2 Ga. Thus model ages suggest that the source materials of the Daebo granite have been already evolved in middle Proterozoic age in the Korean Peninsula. On the other hand, the model ages of the Bulguksa granite in the Kyongsang basin range from 0.5 to 1.1 Ga corresponding to late Proterozoic age. Therefore, the Bulguksa granite is clearly different from the Daebo granite in terms of their sources and crust evolution processes. The model ages of the Bulguksa granite in the Okchon zone, however, is similar to the Daebo granite ranging from 1.6 to 1.7 Ga. The similarity of crustal residence time between the Bulguksa granite in the Okchon zone and the Daebo granite suggests that both granites may be explained by the derivation of lower continental crust or crustal contamination.