제주도에서 산출되는 화강암류의 REE와 Nd·Sr 동위원소비

Abstract

Major and trace element and Nd-Sr isotopic data are presented on the granitic rocks known as a basement in the Cheju volcanic Island, together with CHIME age data on biotite granite from the Byeoldobong area of northeastern part of Cheju city. The purpose of this contribution is to examine geochemical and isotopic characteristics and evolution of the basement rocks beneath the volcanic island. The granitic rock samples were collected from the pyroclastic volcanic sediments in the Byeoldobong area and the drilling cores in the Hadeokchen area. Inclusions in the volcanic sediments are composed mostly of abundant feldspar prophyritic two mica granite, medium grained biotite granite, biotite-hornblende granite and a small amount of andesite pebble. The CHIME age of biotite granitic using zircon and allanite grains was determined to be 173±31 Ma, corresponding to Jurassic Daebo granite in the Korean peninsula. It is concordant with K-Ar age, 172.4±5.2 Ma, of biotite granite in the same area. Trace element and REE of the granitic rocks in the Byeoldobong area are quite similar to those of the Jurassic granite in the inland of the peninsula. However, the granitic rock from drilling cores in the Hadeokchen area have a similar petrographic and geochemical characteristics with Cretaceous granitoids in the Kyongsang sedimentary basin. Granitic inclusions in the Byeoldobong area have ^(143)Nd/^(144)Nd values from 0.51165 to 0.51190(initial ratio(^(143)Nd/^(144)Nd)I = 0.51156~0.51158, εNd = -19~-14) and ^(87)Sr/^(86)Sr values from 0.7116 to 0.7229(initial ratio (^(87)Sr/^(86)Sr)I = 0.7156~0.7164, εSr = 101~179) which are close to those of Jurassic Daebo granite(εNd = -21~-14, εSr= 104~171). On the other hand, graphic granite from the drilling core in the Hadeokchen area gives ^(143)Nd/^(144)Nd = 0.51221(initial ratio (^(143)Nd/^(144)Nd)I = 0.51218, εNd = -8.3) and ^(87)Sr/^(86)Sr = 0.7108(initial ratio (^(87)Sr/^(86)Sr)I = 0.7077, εSr = 90). It shows a clear indication that it is a blend of Cretaceous Bulguksa granite ranging from 0.51184 to 0.51268 in ^(143)Nd/^(144)Nd and 0.7055~0.7167 in ^(87)Sr/^(86)Sr. The Nd and Sr isotopic values suggest that the granitic magma is originated from similar source of granitic magma in the inland of Korean peninsula: Curstal source for Daebo granite of Jurassic age and fractional crystallization of mantle source for Cretaceous Bulguksa granite. Based on the distribution and kinds of the basement rock, petrochemistry, Nd-Sr isotopes and CHIME age of granitic rocks, older continental basement rocks which are correlated with the continental crustal material in the Okchen zone, are continuously extended to the Cheju volcanic Island where aparted from approximately 90km from mainland of the peninsula.;본 연구에서 제주도 기반암의 특성과 기원을 연구하기 위하여 기반암으로 생각되는 시추코어에서 산출된 화감암과 별도봉지역 화산쇄설암층 내에 포획된 화강암력 시료에 대한 조암광물의 구성과 미량성분, REE 화학성분 분석, Sr-Nd 동위원소 분석 및 CHIME 연령측정을 실시하였다. 특히, 기반암의 분포와 종류, 화강암의 지화학적 특성과 암석 성인을 연구하는데 중점을 두었다. 또한 한반도 대륙에 분포하는 중생대 화강암류와 제주도에 분포하는 화강암류를 비교 검토하고 제주도의 기반암 지각의 진화 화성활동과의 관계를 연구하고 지구조 발달과의 관련성을 검토하고자 한다. 연구에 사용된 시료들은 제주시 북동쪽 별도봉 근처 해안절벽의 화산 쇄설암층과 응회암층 내에 포획된 화강암과 제주 3개지역 시추코어에서 채취된 화강암시료이다. 화강암의 절대연령 측정을 위해 별도봉 부근의 화산쇄설암층 내에 포획된 흑운모화강암의 CHIME 연령을 측정한 결과 173±31 Ma로 쥬라기의 연령이 얻어졌다. 이로써 제주도 기반암의 구성이 백악기의 불국사화강암 뿐만아니라 쥬라기의 대보화강암으로 구성되어 있음이 확인되었다. 별도봉 화산쇄설물층 내에 포획된 화강암류의 주성분, 미량원소, REE패턴은 한반도 대륙지역 대보화강암류의 지화학적 특성과 유사한 반면 하덕천 시추코어의 미문상화강암의 K-Ar연령, 주성분, 미량원소, REE패턴 등의 지구화학적 특성은 경상퇴적분지내의 백악기 불국사화강암류와 유사하다. 제주도 별봉지역에서 산출되는 화강암류의 Nd, Sr 동위원소 조성은 ^(143)Nd/^(144)Nd = 0.51156∼0.51190(초생치(^(143)Nd/^(144)Nd)i = 0.51156∼0.51158), ^(87)Sr/^(86)Sr = 0.7116∼0.7229(초생치(^(87)Sr/^(86)Sr)i = 0.7156∼0.7164)로 대륙지역 대보화강암의 Nd, Sr 동위원소조성(^(143)Nd/^(144)Nd = 0.51169∼0.51173, ^(87)Sr/^(86)Sr = 0.7176[]0.7181, Kim et al. ,1996)과 유사하고 하덕천지역 시추코어 백악기 미문상화강암의 동위원소 조성은 ^(143)Nd/^(144)Nd = 0.51221(초생치(^(143)Nd/^(144)Nd)i = 0.51218), ^(87)Sr/^(86)Sr = 0.7108(초생치 (^(87)Sr/^(86)Sr)i = 0.7077)으로 대륙지역 백악기 화강암류의 Nd, Sr 동위원소비(^(143)Nd/^(144)Nd = 0.51184∼0.51268, ^(87)Sr/^(86)Sr = 0.7055∼0.7167, Kim et al.,1996)와 유사하다. 제주도 화산섬의 기반암인 화강암류가 한반도 대륙지역의 대보화강암류와 불국사화강암류의 동위원소 특성과 유사한 경향을 나타내어 마그마의 성인과 생성환경이 그와 유사하였음을 의미하고 있다. 즉, 쥬라기 화강암류는 하부지각물질의 부분용융 산물이며 백악기 화강암류는 맨틀기원 마그가의 분화 산물로 해석된다. 이상의 연구에서 제주도의 기반암은 한반도 선캠브리아기의 대륙지역 기반암의 남부연장으로 옥천대 지역의 기반암류의 지질특성과 유사하다. 제주도 화산활동은 대륙지각 하부의 상부맨틀에서 맨틀업웰링(mantle upwelling)과정에서 형성된 현무암질 맨틀플럼이 상승하여 형성된 마그마방(magma chamber)에서 분출한 화산으로 추정된다.