백령도에 분포하는 맨틀 포획암과 현무암류의 REE, Nd, Sr, 영족기체 동위원소 조성

Abstract

경기도 백령도에는 신생개 제4기에 분출한 것으로 알려진 알칼리 화산암류가 분포한다. 이 현무암류내에는 곳에 따라 다량의 초염기성암류의 맨틀포획암(mantle xenolith)을 포함하고 있으며, 진촌동 부근 노두에서 거정질 알칼리 장석이 다량 관찰된다. 연구에 사용된 시료들은 백령도 북동쪽 진촌리 마을을 중심으로 분포하는 현무암과 맨틀 포획암이다. 이 연구에서는 백령도 지역의 제 4기 알칼리 현무암, 맨틀 포회암, 거정질 알칼리 장석의 산출상태와 분포를 조사하고 채취 시료에 대한 암석기재, 주성분, 미량성분, 희토류 원소(REE), Nd, Sr, He, Ar등의 동위 원소 분석을 실시하여 백령도 알칼리 현무암류와 포획암류의 지구화학적 특성과 암석성인 및 지구조직 환경을 연구하고자 한다. 알칼리 현무암의 미량 성분 원소 및 Sr-Nd 동위원소를 이용한 연구를 통해 이들 알칼리 현무암질 마그마의 성인에 대해 보다 정량적으로 논하고자 한다. 특히 현무암 내에 포획된 맨틀 포획암인 스피넬-레졸라이트(spinel-lherzolite)내의 He, Ne Ar, Xe, Kr 등 영족 기체 가스의 동위원소비(^(3)He/^(4)He, ^(38)Ar/^(36)Ar, ^(40)Ar/^(36)Ar 등) 분석으로 이 지역의 상부 맨틀의 지화학적 특성과 알카리 현무암지 마그마의 기원과의 관련성을 연구하고자 한다. 분석 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 백령도의 현무암류는 알칼리암 계열과 비알칼리암 계열의 주로 K-계열에 해당되며 주성분과 미량성분의 변화경향은 칼크 알칼리암 계열의 분화 초기의 특성을 나타내고 있다. (2) 맨틀 포획암은 감람석과 사방휘석이 우세한 스피넬-레졸라이트(spinel-lherzolite)로 구성되어 있다. 감람석은 대다수 Mg가 높은 마그네슘 감람석(forsterite) 계열이다. (3) 현무암류의 REE 패턴은 HREE가 LREE보다 큰 값을 가지는 해양섬 현무암(oceanic island basalt)과 유사한 경향을 나타내며, REE 변화경향이 유사한 특성은 유사한 기원 물질에서 유래하였음을 시사하고 있다. (4) 백령도의 현무암류의 Nd-Sr 동위원소비는 결핍 맨틀 기원(depleted mantle source)을 지시하고 있다. 한편 Bulk Earth 값에 가까운 현무암류는 상부 맨틀 물질과 플륨 물질간의 mixing이 있었던 것으로 해석된다. (5) 맨틀 포획암을 이루는 감람석의 ^(30)Ar/^(36)Ar비는 대기와 비슷한 값을 가지고 ^(40)Ar/^(36)Ar비는 지구의 탈가스에 대한 모텔의 주요 변수로 대기의 값과 비슷하거나 약간 높은 값을 나타내어 결핍된 맨틀과 결핍되지 않은 맨틀의 ^(40)Ar/^(36)Ar보다 현저히 낮은 값을 나타낸다. 따라서 백령도의 맨틀 포획암의 감람석은 대기의 영향을 받아 느린 속도로 적은 양의 탈가스가 있었던 것으로 사료된다. (6) 주성분과 미량성분, Nd-Sr동위원소비에 의한 지구조직 환경 판별에서 백령도 화산암을 형성한 마그마의 지구조적 환경은 상부 맨틀 기원의 화산활동의 산물이다.