울릉도 부석층에 포함된 화강암 암편에 대한 암석성인 연구

Abstract

울릉도는 신생대 제 4기에 일어난 화산활동으로 형성된 화산섬으로 환동해 알칼리 암석구(Tomita, 1935)에 속하는 대표적인 지역으로 제주도, 독도, 일본의 오키 도고(Oki-Dogo)섬 등지에서와 같이 주로 제 3-4기 알칼리 화산암류로 구성되어 있다. 이 연구에서는 울릉도 stage 4(9300-6300 YBP) 화산쇄설물층중 U-4 테프라층에 포함된 화강암 암편의 광물·암석 화학적 특성과 Sr-Nd 동위원소비를 이용하여 암석성인과 생성연대를 밝히고자 한다. 더 나아가 한반도 대륙에 분포하는 중생대 화강암류와 울릉도 부석층 내에 포획된 화강암 암편을 비교 검토하여 울릉도에서 산출된 화강암 암편의 기원 및 한반도의 기타지역의 화성활동과의 관계를 규명한다. 또한, 동해형성과 관련된 지구조 발달과 화성활동과의 관련성을 검토하고자 한다. 울릉도에서 산출되는 화강암 암편의 암석지구화학적, 동위원소지구화학적 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 울릉도 화강암 암편은 SiO_(2) 성분이 55.7∼63.2% 이고 주구성광물로 알칼리장석, 흑운모, 각섬석, 사장석 등을 포함하고, 정장석에 비해 적은 사장석의 양을 함유하며, 소량의 석영과 부성분광물로는 불투명 광물 및 스핀이, 이차광물로는 녹니석을 수반하는 몬조나이트 암석이다. 콘드라이트로 표준화한 REE 패턴은 대체적으로 LREE에서 HREE로 갈수록 감소하는 경향을 보이며 후기 분출암석에서 사장석의 분별정출과 관련된 Eu 부의 이상이 나타나고 있다. 알칼리 계열에 속하는 울릉도 화강암 암편의 주성분원소는 한반도 중생대 화강암류에 비해 K_(2)O, Na_(2)O는 높고, MgO, CaO, P_(2)O_(5)는 현저히 낮은 차이를 보인다. 미량원소와 희토류 원소 조성도 한반도 중생대 화강암류와는 많은 차이를 보이고 있다. Sr-Nd 동위원소비에서 광물 아이소크론 연령이 0.62 Ma로 얻어졌으며, ^(87)Sr/^(86)Sr 초생치는 0.70454∼0.71264이며 ^(143)Nd/^(144)Nd 초생치는 0.512528∼0.512577 이다. Nd 초생치 값은 변화가 적으나 Sr 초생치 값은 변화폭이 크다. 이는 맨틀기원 물질에 해수 Sr 유입 영향 때문으로 해석된다. 울릉도 화강암 암편의 ε_(Sr(t))와 ε_(Nd(t))는 각각 0.7∼115.6과 -2.1∼-1.2로 맨틀기원에서 유래된 것으로 해석되며, 울릉도 알칼리 화산암류와 전암 화학조성 및 ^(87)Sr/^(86)Sr, ^(143)Nd/^(144)Nd 초생치가 유사한 경향을 보여, 울릉도 알칼리 현무암질 마그마와 동일한 기원 물질에서 유래되었으며 알칼리 현무암질 마그마의 분화말기에 생성된 화강암질 암석으로 해석된다. 화강암 암편의 절대연령, 지화학 및 Nd-Sr 동위원소 특성은 알칼리 현무암질 마그마와 동원의 결정분화 산물일 가능성을 강하게 지시하고 있다. 울릉도 화강암 암편의 Rb-Sr 광물 아이소크론연령이 0.62 Ma로 얻어졌으며 각섬석의 K-Ar 연령은 0.59 Ma가 얻어졌다. 이는 한반도에서 가장 젊은 화강암질암으로 밝혀졌다. ;Granitic rock fragments were firstly found in the Stage 4(9300-6300 YBP)tephra formation(U-4) of the Ulleungdo volcanic island, East Sea, South Korea. In this study, petrography, whole-rock geochemistry, Sr-Nd isotopic compositions, and K-Ar dating have been examined for the granitic rock fragments to interpret the petrogenesis, to determine the intrusive age and to compare with those of the Jurassic Daebo granite and Cretaceous Bulguksa granite in the Korean peninsula. Analytical results were summarized as follows. The granitic rock fragments belonging to monzonite in terms of mineral compositions consist mainly of alkali feldspar, plagioclase, hornblende, biotite with minor amounts of opaque minerals, quartz, sphene and chlorite as a secondary mineral. The monzonitic rocks are characterized by peraluminous, alkaline, and volcanic arc granite(VAG). REE concentrations have trends of parallel LREE enrichment and HREE depletion with negative Eu anomalies. Rb-Sr mineral isochron and K-Ar ages of the granitic rock fragments were obtained to be 0.62 Ma and 0.59 Ma, respectively, which are the youngest intrusive age of granitic rocks in the Korean peninsula. The initial ^(87)Sr/^(86)Sr and ^(143)Nd/^(144)Nd ratios of the granitic rock fragments range from 0.70454 to 0.71264, and 0.512528 to 0.512577, respectively. Based on εSr(t) and εNd(t) values and whole rock geochemistry of the granitic rock fragments in the Ulleungdo, most granitic rock fragment samples show quite similar characteristics to the Ulleungdo volcanic rocks. The unusually young Rb-Sr mineral isochron age(0.62 Ma) and K-Ar age(0.59 Ma) as well as whole rock geochemistry strongly suggest that the granitic rock fragments were originated from the identical source of the Ulleungdo alkali basaltic magma.