백두산 알칼리 화산압류의 미량원소 지구화학 및 Nd-Sr 동위원소 조성

Abstract

백두산은 신생대 화산활동에 의해 형성되었으며, 하부의 알칼리 현무암류와 상부의 조면암 및 유문암으로 구성되어 있다. 이 연구에서는 백두산에 분포하는 알칼리 화산암류에 대한 광물ㆍ암석화학 및 Nd, Sr 동위원소 분석을 실시하여 백두산 알칼리 화산암류의 지구화학적인 특성과 현무암질 마그마의 기원을 연구하고자 한다. 이를 위해 백두산에서 산출되는 화산암류에 대하영 주성분원소와 미량원소, REE, NdㆍSr 동위원소를 분석하였다. 백두산 화산암류는 조면현무암, 현무암질, 조면안산암, 현무암질 안산암, 조면암, 유문암 등 다양한 성분의 화산암이 산출되고 있어 마그마의 결정분화의 특징을 잘 나타내고 있다. 화산암류는 대부분 알칼리 계열에 속한다. 현무암류는 대부분 사장석, 새니딘(sanidine), 단사휘석의 주상의 자형이나 반자형의 반정을 가지고 있으면, 쌍정이 나타난다. 백두산 화산암류의 SiO_(2) 성분 함량은 49.96∼ 74.10 wt%이다. 화산암류의 지화학적 특성 변화 경향은 SiO_(2)의 함량이 증가할수록 Fe_(2)O_(3), Mgo, CaO, TiO_(2), P_(2)O_(5)의 함량은 감소하고, Na_(2)O, K_(2)O는 증가하며, Al_(2)O_(3), Mno는 뚜렷한 상관성이 나타나지 않는다. MgO의 감소는 이를 많이 함유하는 감람석, 단사휘석 등의 정출과 관련성이 있으며, TiO_(2), Fe_(2)O_(3)의 감소는 티탄 자철석이 정출되었음을 반영한다. P_(2)O_(5)의 감소는 인회석의 정출과 관련이 있으면, Na_(2)O, K_(2)O의 증가는 분화 과정에서의 사장석, 알칼리 장석의 정출과 관련된 것으로 해석된다. 미량원소인 Co, Sc도 SiO_(2)의 함량이 증가함에 따라 감소하며, 이것은 이들 원소를 선택적으로 포획하는 감람석, 단사휘석이 마그마로부터 분별이 일어난 것으로 해석된다. 미량원소의 함량을 MgO에 대해 도시해 보면 MgO가 증가함에 따라 Nil, Cr, Sc, V, Co, Sr, Ba는 증가하는 경향을 보이며, Rb, Y, Zr은 감소하는 경향을 보인다. 이 같은 경향에서 백두산 화산암류는 알칼리 현무암질 마그마의 분별결정 작용의 산물인 것으로 해석된다.백두산 화산암류의 REE패턴에서 뚜렷한 Eu 부의 이상이 나타나며, 이것은 사장석의 분별결정 작용이 있었음을 뒤받침해 준다. 백두산 알칼리 화산암류의 ^(87)Sr/^(86)Sr 동위원소비는 07.0496∼0.71086로 비교적 넓은 범위를 나타내며, 현무암류의 동위원소비(0.70496∼0.70518)는 조면암 및 유문암류(0.70841∼0.71086)와 구별되어 상대적으로 낮은 동위원소비를 갖는다. 한편, ^(143)Nd/^(144)Nd 동위원소비는 0.512562∼0.512592의 범위로 거의 유사한 값을 갖는다. Nd, Sr 동위원소비 사이의 관계도에 의한면 하부의 알칼리 현무암류는 맨틀기원의 마그마에 의해 형성되었으며, 상부의 조면암 및 유문암류는 마그마 분화동안 지각에서 기원한 물질이 알칼리 현무암질 마그마에 혼입되어 형성된 것으로 해석된다. 백두산 화산활동은 현무암질 마그마로 된 열플륨의 상승으로 형성된 마그마방에서 1차적으로 알칼리 현무암질 마그마의 부출 작용과 하부지각물질의 동화작용에 의한 안산-유문암질 마그마 활동으로 진화된 것으로 해석된다.