강원도 정선지역에 분포하고 있는 회동리층 탄산염암의 지구화학적 특성과 스트론튬 동위원소 조성

Abstract

Carbonate rocks from the Hoedongri Formation distributed in the Hoedongri and Hoengmaedong areas in the Jeongseon sedimentary basin was dated to be an Silurian age by conodont fossils. In this study, major, trace elements, REE and Sr isotopic ratio(^(87)Sr/^(86)Sr) were analyzed for carbonate rocks from the Hoedongri Formation to infer the paleo-depositional environment, the diagenetic process and depostional age of the formation. For comparison, carbonate rocks from the Youngchun and the Jeungsan areas were also analyzed. Analytical results were summarized as follows. Correlations between Al₂O₃ and K₂O, TiO₂ and trace elements(Zr, Rb, Li, Ni, Ba, Cr) suggest that the carbonate rocks were mostly affected by terrigenous materials during the deposition. The carbonate rocks of the Hoedongri Formation and the Choseon Supergroup in the Youngchun area show similar REE patterns having enriched LREE(La/Sm > 3) and small negative Eu anomaly, except one Youngchun limestone(YC-1). Especially, the REE pattern of limestone(YC-1) is characterized by the W-type tetrad effect and REE plus Y pattern. The (^(87)Sr/^(86)Sr) ratios of carbonate rocks from the Hoedongri Formation and the Choseon Supergroup in the Jeungsan area range from 0.7099 to 0.7157 and 0.7102 to 0.7190 respectively, which are higher than reported Cambro-Ordovician seawater values. It indicates that original seawater Sr signatures in the carbonate rocks were possibly changed by diagenetic alteration and/or low-grade metamorphism.;본 연구에서는 고생물학적 연구를 통해서만 확인된 회동리층의 지질시대를 확인하고 고퇴적환경 해석을 위해 회동리층 석회암과 층서가 잘 구분되어 있는 영월군 영춘면 일대 조선누층군의 풍촌층, 화절층, 두무골층, 막골층 석회암 시료에 대하여 주성분, 미량원소, 희토류원소를 분석하였다. 특히, 고생대 해수의 스트론튬 동위원소 변동특성을 이용해 이들 석회암의 퇴적시기 연구를 위하여 정선군 회동리층과 영월군 증산리 일대 조선누층군 석회암시료에 대해서 Sr 동위원소 비(^(87)Sr/^(86)Sr)을 측정하였다. CaO에 대한 주성분 원소 간의 상관관계는 MgO를 제외한 나머지 원소와는 상관성이 낮게 나 타나고 있으나 회동리층 석회암의 Al₂O₃와 K₂O, TiO₂, Rb, Zr, Ba, Cr, Ni, Li등 사이에는 높은 상관성을 보이고 있다. 이는 퇴적시 육성기원 물질의 유입에 의한 영향 때문으로 해석된 다. 또한 Na와 Sr의 평균함량(82ppm, 298ppm)이 현생 탄 산염암에 비해 현저히 낮은 것으로 보아 속성과정에서 자연수의 영향을 받은 결과로 나타 났다. 원구성광물의 종류에 따른 속성 경향성 분석에서 회동리층은 아라고나이트의 속성 경향에 도시된다. 회동리층은 대부분 무생물적 기원의 해양 탄산염암에 속한다. 특히 영춘(YC-1)지역의 석회암의 경우 Fe함량이 극히 낮은(20ppm)것으로 보아 다른 지역에 비해 담수의 영향을 덜 받는 속성환경으로 해석된다. 주성분 원소와 미량 원소의 농도는 영월지역 석회암 층에 비해 회동리층에서 전체적으 로 높으며 상관관계도 높게 나타났으며 회동리 지역의 석회암이 행 매동 일대의 석회암 보다 변화폭이 크게 나타났다. 회동리층 석회 암과 영월지역 석회암은 대부분 이 LREE가 부화된 (La(N)/Sm(N)) Eu의 부 (-)의 이상을 나타내는 희토류원소 패턴을 보인다. 그러 나 영춘지역 조선누층군의 석회암(YC-1)은 W-type의 테트라드 효 과가 나타나며 희토류 원소의 농도에서도 회동리층과 다른 패턴을 보였다. 또한 HREE에서 REE+Y 테트라드 효과가 나타났다. 회동리 석회암층은 퇴적 후 fluid-rock 반응에 의한 속성작용의 영향을 많이 받은 것으로 보이고 행매지역 석회암과의 희토류 원소 의 농도는 차이를 거의 보이지 않는다. 그에 반해 영월지역 석회암 에서는 층별 희토류원소의 농도가 다소 차이가 나타나고 있다. 특히 영춘지역 석회암(YC-1)과는 농도와 희토류원소 패턴에도 큰 차이를 나타내고 있다. 담수에 의한 변질을 받으며 평형화 되어가는 경향은 원구성광물에 따라 달라지는데 회동리층과 영월지역 석회암의 경우 아라고나이트의 변화범위에 해당된다. 고생대 실루리아기의 해성석 회암의 (^(87)Sr/^(86)Sr)비가 0.7076 ~ 0.7088 범위인데 회동리층 석회암 의 Sr 동위원소 비는 0.7099~0.7157로 실루리아기 해수의 Sr 동 위원소비보다 높게 나타났다. 영월 증산지역 석회암의 Sr 동위원소 비 역시 0.7102 ~ 0.7190으로 전체적으로 매우 높게 나타났다. 영 월지역 석회암이 회동리층 석회암보다 Sr동위원소비가 더 크고 넓 은 범위값을 보인다. 이것은 탄산염암의 퇴적 후 속성작용 혹은 저 온 변성작용에 수반된 변질작용 동안, 점토광물과 같은 규산염에서 유래된 높은 Sr동위원소비를 가지는 유체와의 상호작용에 때문으로 해석된다. 따라서 회동리지역 석회암과 영월지역 석회암의 대부분이 Sr동위원소비가 높은 fluid와의 상호작용이 가능한 천해의 퇴적환 경의 특징을 나타내며 육성기원의 물질의 영향을 많이 받는 것으로 해석된다.