독도 및 주변화산체 해저화산암의 지구화학적 특징과 성인연구

Abstract

본 연구에서는 독도, 울릉도, 안용복해산 및 심흥택해산의 해저화산암 시료를 대상으로 Ar-Ar 연대측정, 광물 및 전암의 지화학적 성분분석을 수행하였으며, 이를 근거로 근원맨틀의 특징과 마그마의 진화과정에 대해 알아보았다. 해저화산암 시료는 화산체 기저부와 사면부(수심 570~2114 m)에서 드렛지(dredge)를 이용하여 획득하였다. TAS 도표에서 모든 연구시료들은 알칼리계열의 특징을 보이며, 독도 시료들은 조면현무암과 포노테프라이트(phonotephrite)로 분류되지만 울릉도 시료들은 조면현무암-조면안산암-조면암으로 구분된다. 반면 안용복해산 시료들은 포노테프라이트-조면안산암으로 분류되며 심흥택해산 시료들은 모두 조면암 영역에 도시된다. Ar-Ar 연대측정 결과 독도 시료의 연대는 1.566~2.658 Ma, 울릉도 시료는 0.533~0.714 Ma, 안용복해산 시료는 1.736 Ma로 독도-안용복해산-울릉도 순으로 젊은 연대범위를 보인다. 초기 맨틀 값으로 표준화한 미량원소 분포도에서 현무암질 시료들은 LILE (large ion lithophile elements)가 부화되어 있으며 Nb, Ta 원소들의 음의 이상이 나타나지 않는 전형적인 해양도현무암(oceanic island basalt)의 패턴을 보인다. 그러나 Ba, Pb, Sr 원소들에서 양의 이상이 나타나는 점에서 해양도현무암과 차이를 보인다. 희토류원소를 이용한 부분용융 모델링 결과 연구지역의 현무암질 시료들의 (Gd/Yb)N비는 석류석 페리도타이트(peridotite)가 부분용융된 액(melt)의 범위 안에 포함된다. 연구시료들의 높은 (La/Sm)N비는 연구시료들의 초생 마그마가 결핍맨틀이 아닌 부화맨틀에서 형성되었음을 의미하며, 모델링 결과 이들의 근원마그마는 재활성화된 섭입슬랩(recycled subducted slab)의 부분 액에 의해 교대작용을 받아 부화된 맨틀암석의 부분 용융으로 형성되었을 것으로 생각된다. 현무암질 암석 내 감람석과 사장석을 대상으로 지온계를 이용하여 광물들의 결정화온도를 구한 결과 감람석과 사장석이 정출된 온도범위는 각각 1213±56℃와 1163±23℃로 계산되었다. 단사휘석의 지온·지압계 모델링 결과 독도 및 주변화산체의 활동시기에 이들 아래에는 최소 두개의 마그마 방이 존재했을 것으로 추정되다. 현무암질 마그마는 모호면 아래(17~32 km)에 있었으며 분화한 마그마는 깊이 2~11 km의 지각에 정치되어 있었을 것으로 해석된다.