Geochemical Characteristics of A-type granite in Dongcheondong, Gyeongju

경주 동천동 일대에 분포하는 A-형 화강암의 지화학적 특성

명보라¹·주지원¹·김정훈²·장윤득¹*

1경북대학교 지질학과, ²경북도청 환경정책과

Geochemical Characteristics of A-type granite in Dongcheondong, Gyeongju

Bora Myeong¹, Jiwon Ju¹, Junghoon Kim², Yundeuk Jang¹*

1Department of Geology, Kyungpook National University, Daegu 41566, Korea

2Division of Environment Policy, Gyeongsangbuk-Do, Andong 36759, Korea

요 약: 동천동 화강암은 경주 동천동 일대에 분포하는 알칼리장석화강암이다. 이는 주로 우백질의 조립질화 강암이며 알칼리장석, 석영, 흑운모, 각섬석이 관찰된다. 경하관찰 결과, 알칼리장석은 퍼싸이트로 나타나며, 석영은 주로 파동소광을 보인다. 사장석은 주로 알바이트 쌍정을 보이며, 흑운모와 각섬석은 간극상으로 산출 된다. 동천동 화강암은 (Na

O+K

O)/Al

O

비가 높고 (MgO+CaO)/FeOT가 낮은 전형적인 A-형 화강암 영역에 도시되며 경상분지 I-형 화강암류에 비해 SiO

, Na

O, K

O, Rb, Ga, Zr 이 부화되어 있는 반면 TiO

, Al

O

, CaO, MgO, Sr, Ba, Sc 등은 결여되어 있다. 또한, 연구지역 화강암은 I-형 화강암에 비해 희토류원소의 함량 이 높고 큰 Eu(−) 이상을 보여준다. 이러한 지화학적 특성은 기존에 보고된 경상분지 I-형 화강암류와 뚜렷 이 구분된다. 동천동 A-형 화강암은 현재까지 제시된 A-형 화강암의 기원 중 지각 내의 토날라이트질(Tonalite) 내지 화강섬록암의 I-형 화강암의 부분용융으로 만들어졌을 가능성이 높은 것으로 판단된다.

핵심어: 알칼리장석화강암, A-형 화강암

Abstract:

Keywords:

서 론

화강암의 분류방법으로 주로 사용되는 S-I-A-M 분 류는 Chappell and White(1974), White(1979), Loiselle

and Wones(1979) 등이 고안하였으며, 조산성 환경에 서 산출되는 퇴적암 기원의 S-형 화강암, 화성암 기 원의 I-형 화강암, 맨틀 기원의 M-형 화강암과 비조 산성 또는 후조산성 환경에서 산출되는 A-형 화강암 으로 구분한다. A-형 화강암은 산출 비율이 비교적 적으며, 대부분의 화강암류가 조산 환경에서 생성되 는 것과는 달리 신장력이 작용하는 비조산성 또는 후

*Corresponding author Tel: +82-53-950-5358 E-mail: [email protected]

조산성 환경에서 형성된 것으로 알려져 있어 여러 연 구자들에 의해 폭넓게 연구되어 왔다.

연구지역인 경주 동천동 화강암은 인근에 분포하는 고제3기 A-형 화강암(기계, 남산)과 야외기재적 특성 이 유사한 것으로 보고된 바 있다(Park et al., 2015). 또한, 양산단층을 중심으로 양측지괴에 분포하 는 화강암체들에 대한 구조적인 비교연구과정에서 경 주 남산과 포항시 기계면에 분포하는 A-형 화강암이 21.3 km의 우수향 변위를 가지는 동일한 암체로 추론 된 바 있어(Hwang, 2004; Hwang et al., 2007) 양 산단층 인근에 추가적인 고제3기 A-형 화강암의 분 포가능성을 시사하고 있다. 이처럼 동천동 화강암과 관련된 야외기재적인 연구와 구조적인 연구를 통하여 연구지역 화강암이 A-형 화강암일 가능성이 제시되 었으나 현재까지 이러한 가능성에 대한 암석지구화학 적인 연구가 수행되지 않은 상태이다. 따라서 동천동 화강암이 A-형 화강암으로 분류되기 위해서는 선행

되었던 암석기재적 연구와 더불어 암석지화학적 분석 을 통해 화강암 분류를 수행할 수 있는 보다 심도 있는 지구화학적인 자료가 요구된다. 연구지역 동천 동 화강암의 A-형 혹은 I-형 화강암의 특성 규명은 동천동 화강암이 정치할 당시 경상분지 내 비조산성 또는 후조산성 화성활동의 특성 규명과 경상분지의 지구조적 환경의 특성에 대한 해석에 중요한 역할을 할 것으로 판단된다. 이 연구에서는 경주 동천동 화 강암에 대한 암석지화학적 자료를 통해 동천동 화강 암의 지화학적 특성을 고찰하고, 이를 바탕으로 연구 지역 화강암의 형성기작에 대해 논의하고자 한다.

지질개요 및 암석기재

연구지역인 동천동 일대에는 서쪽에 북북동 방향의 양산단층이 발달하고 있으며 하부로부터 백악기 퇴적 암류와 이를 관입한 백악기 말-신생대 초의 불국사

Fig. 1. Geological map and sampling sites of the Dongcheondong granite in Gyeongju. The lithology for the study

area is composed of Cretaceous sedimentary rocks, late Cretaceous I-type granite, early Tertiary A-type granitic

rocks, acidic porphyries, Tertiary sedimentary rocks, and Alluvium.

화강암류와 산성반암, 이들을 부정합으로 피복하고 있 는 제3기 퇴적암류와 그 위를 덮고 있는 제4기 충적 층이 분포한다(Fig. 1). 동천동 화강암이 속하는 불국 사화강암류는 섭입하는 태평양판에 의해 형성된 동일 마그마의 분별결정작용에 의해 형성된 것으로 해석되 어 왔다(Tsusue et al., 1974; Jin, 1980; Hong, 1987;

Jo, 1993; Lee and Hwang, 1999). 이들은 화강섬록 암, 흑운모화강암, 알칼리장석화강암으로 구성되며(Lee et al., 2000), SiO2 함량이 증가함에 따라 화강섬록 암, 흑운모화강암, 알칼리장석화강암 순으로 연속적인 분화 계열을 보인다.

화강섬록암은 소규모의 암체로 산출되며 염기성미 립포유암(MME)을 다수 포함한다. 이들의 주구성광물 로는 사장석, 부구성광물로는 석영, 정장석, 흑운모, 각섬석이 나타난다. 흑운모화강암은 토함산 화강암체 의 중심부와 남산 화강암체의 남부지역에 주로 분포 한다. 이는 중립질의 등립상조직을 보이며, 담홍색의 정장석과 석영, 흑운모와 소량의 사장석, 녹니석 등을 함유한다. 알칼리장석화강암은 포항시 기계면과 경주

남산 일대에 분포하며, 대부분 우백질의 조립질 내지 중립질로 나타나지만 외측부로 갈수록 세립질의 암상 을 보인다. 암체에서는 정동구조가 관찰되며, 정동 내 에는 석영, 형석, 방해석 등이 자형으로 함유되어 있 다. 또한, 이들 화강암은 경하에서 석영과 알칼리장석 이 교호하는 미문상구조가 관찰되며, 유색광물(흑운모 와 각섬석)이 간극상으로 분포하는 특성을 보인다.

동천동 화강암은 우백질의 조립질화강암으로 주구 성광물로 알칼리장석과 석영이 관찰되며 부구성광물 로 흑운모, 각섬석이 관찰된다(Figs. 2a & 2b). 알칼 리장석은 주로 1.5-6 mm 크기의 퍼싸이트(perthite)로 나타나며, 석영은 반자형을 이루며 주로 1-3.5 mm 크 기를 가지며 파동소광을 보인다. 알칼리장석과 석영 은 교호하여 미문상구조를 나타내기도 한다(Figs. 2c

& 2d). 사장석은 0.5-1 mm 크기로 알바이트 쌍정을 보이며, 흑운모와 각섬석은 1 mm 이하의 타형으로 관찰되며 각각 붉은색과 푸른색의 강한 다색성을 나 타낸다(Figs. 2a & 2b). 유색광물들(흑운모, 각섬석)의 경우 간극상으로 나타나는데(Figs. 2a & 2b), 이는

Fig. 2. Photomicrographs showing mineralogy and textures of Dongcheondong granite. (a), (b): Biotite and

amphibole form anhedral and interstitial minerals, indicating the late-stage build-up of fluid during the late-stage

crystallization of the A-type magma following the growth of quartz and K-feldspar (c), (d): Micrographic intergrowth

of alkali feldspar and quartz is interpreted as the last product of crystallization with K-feldspar.

동천동 화강암을 구성하는 석영과 알칼리장석이 결정 화된 후 유체의 영향이 있었음을 나타낸다. 동천동 화강암을 이루고 있는 광물들의 모드 분석 결과, 알 칼리장석은 56.6-71.7 vol%, 석영은 24.8-39.3 vol%, 사장석은 0.5-5.3 vol%, 흑운모와 각섬석은 1 vol%

이하로 나타나며, 이를 Q-A-P 다이아그램에 도시해 본 결과 연구지역 화강암이 알칼리장석 화강암 (Alkali-feldspar granite)에 해당함이 확인된 바 있다 (Park et al., 2015).

연구방법

야외지질조사를 통해 동천동 화강암의 야외 특성을 파악하였으며, 연구지역 내에서 채취한 11개의 대표 시료에 대하여 박편을 제작한 후 편광현미경으로 관 찰하여 경하 특성을 파악하였다. 또한, 연구지역 화강 암질암체의 화학조성을 파악하기 위해 캐나다 Activation laboratoies에 ICP-MS 분석을 의뢰하였다.

대표 암석 시료 11개를 분말화하여 질산에 완전히 녹 인 후 분석하였으며, 사용된 기기는 주원소 및 일부 미량원소(Sc, Be, V, Ba, Sr, Y, Zr) 분석의 경우 Varian Vista 735 ICP, 나머지 미량원소들의 경우 Perkin Elmer Sciex ELAN 6000이다.

연구지역 화강암체의 지화학적 특성을 경상분지 내 화강암체와 비교하여 해석하기 위해 경상분지에 분포 하는 일반적인 I-형 화강암들의 지화학적 자료(Kim, 1992; Jin, 1988)들을 인용하였다.

결과 및 토의

동천동 화강암의 화학분석 결과는 Table 1에 제시 되어 있다. 동천동 화강암은 ACNK[Al₂O₃/(CaO+

Na₂O+K₂O)]의 값이 0.9-1.0로 나타나 고알칼리질 (Peralkaline) 특성을 보임을 알 수 있다(Fig. 3). 또 한, 연구지역 화강암은 Takahashi (1985)가 제안한 A-형, I-형 화강암 판별도에서 비교적 높은 (Na₂O+

K₂O)/Al₂O₃ (Mole%) 비와 낮은 (MgO+CaO)/FeOT (wt%) 비를 나타내는 A-형 화강암의 영역에 도시된 다(Figs. 4a & 4b). 이러한 결과는 Whalen et al (1987)이 제안한 Ga/Al 비를 이용한 A-형 화강암 판 별도에서도 동일하게 나타난다(Figs. 4c & 4d).

동천동 A-형 화강암에 대한 분석결과를 경상분지 내 분포하는 일반적인 I-형 화강암들의 지화학적 자

료(Jin, 1988; Kim, 1992)들과 함께 하커도에 도시하 여 이들의 주원소와 미량원소 특성을 비교해보았다.

I-형 화강암은 SiO₂함량이 67.03-74.90 (wt. %)의 넓 은 범위에서 변화하나 A-형 화강암은 SiO₂ 함량이 비교적 높은 75.92-78.82 (wt. %)의 한정된 범위를 보여준다. 이들의 SiO₂ 함량에 대한 각 산화물의 성 분변화를 살펴보면 SiO₂ 함량이 증가함에 따라 전반 적으로 K₂O, Na₂O 함량은 증가하며, Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO, MgO, CaO, TiO₂ 함량이 감소하는 선적인 경 향을 보인다(Fig. 5). 연구지역 A-형 화강암은 특징적 으로 경상분지 I-형 화강암에 비해 높은 K₂O, Na₂O 함량과 낮은 Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, CaO, TiO₂ 함량 을 보이는데, 이는 연구지역 암체가 사장석과 고철질 광물의 결정분화의 영향을 더 많이 받았음을 시사한다.

미량원소의 측면에서 경상분지 I-형, A-형 화강암들 은 전반적으로 SiO₂ 함량이 증가함에 따라 Rb, Ga, Zr은 증가하는 반면 Sr, Ba, Sc은 감소하는 선적인 경향을 보인다(Fig. 6). 이들의 함량을 살펴보면 Rb의 함량은 A-형 화강암에서 185-245 ppm으로 I-형 화강 암(41-237 ppm)에 비해 높은 값을 가지며 Ga의 함량 은 A-형 화강암에서 23-30 ppm으로, I-형 화강암(10- 30 ppm)에 비해 높은 값을 가진다. Zr은 A-형 암체 에서 170-502 ppm으로, I-형 암체의 57-281 ppm에 비해 높은 값을 가진다. Zr은 고장력원소 중 하나로 전하가 높고, 주원소에 비하여 비교적 큰 이온반경을 가지고 있기 때문에 조암광물에는 포함되지 않고 저 어콘에만 주로 함유되며, 분화의 영향을 많이 받은 화강암체일수록 높은 함량을 보인다고 알려져 있다 (Mason and Moore, 1985). 따라서 연구지역 암체는 경상분지 I-형 화강암보다 심한 분화작용을 받았음을 알 수 있다. Sr과 Ba의 경우 경상분지 I-형 화강암의 함량(Sr=100-440 ppm, Ba=10-1509 ppm)에 비해 A- 형 화강암에서는 비교적 낮은 Sr=2-22 ppm, Ba=9-98 ppm 함량을 나타낸다. 낮은 Sr 함량은 A-형 화강암 에서의 사장석 결핍 때문으로 해석되고, 낮은 Ba 함 량은 Ba이 주로 흑운모에 포함되는 원소이므로 흑운 모의 낮은 함량이 원인일 것으로 판단되며 이는 모드 분석 결과(박성철 외, 2015)와도 잘 일치한다. Sc의 경우 A-형 암체에서는 대부분 검출한계(1 ppm) 미만 으로 나타나 I-형 암체(1-22 ppm)에 비해 낮은 함량 을 보인다. 이 원소는 분화가 진행될수록 감소하는 경향을 보이는데, 이는 Sc이 마그마 결정작용 초기에 형성되는 티탄철석, 각섬석, 흑운모와 같은 철마그네

슘광물에 주로 농집되는 성질을 갖고 있기 때문이다 (Ringwood, 1955). 연구지역 암체가 낮은 Sc 함량을 보이는 것은 암체가 비교적 후기에 정출되었기 때문 으로 해석된다. 앞에서 제시한 주원소와 미량원소들

중 일부는 사장석의 분별결정화작용에 따라 뚜렷한 함량변화를 보이기 때문에 이들의 비를 이용하여 분 별결정화의 영향을 파악할 수 있다. 일반적으로 사장 석이 분별결정화될수록 Ca/Sr, Rb/Sr의 값이 점차적

Table 1. Chemical composition of major elements and trace elements of the Dongcheondong granite

Sample S21-1 S21-2 S21-3 S21-4 S21-5 S21-6 S21-7 S21-8 S21-9 S21-10 S21-11 SiO₂ 78.82 77.61 77.97 76.74 76.85 77.86 76.9 77.03 77.92 75.92 77.73

TiO₂ 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.07 0.06 0.05 0.07 0.07 0.09

Al₂O₃ 11.90 11.70 11.74 11.90 11.89 11.82 12.04 12.67 11.88 12.13 11.77

Fe₂O₃ 0.59 1.40 1.10 1.12 0.93 1.18 0.80 1.08 0.88 1.05 0.95

MnO 0.01 0.03 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02 0.02 0.01 0.02 0.01

CaO 0.02 0.04 0.27 0.26 0.03 0.03 0.04 0.03 0.07 0.03 0.07

MgO 0.02 0.03 0.02 0.03 0.03 0.04 0.03 0.03 0.03 0.05 0.03

K₂O 4.31 4.34 4.33 4.27 4.42 4.32 4.39 4.59 4.30 4.42 4.41

Na₂O 4.17 4.14 4.30 4.41 4.02 4.11 4.18 4.26 3.83 4.25 4.06

P₂O₅ <0.01 <0.01 0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01

LOI 0.77 0.75 0.74 0.65 0.84 0.91 0.59 0.80 0.92 0.74 0.58

Total 100.70 100.10 100.60 99.47 99.06 100.30 99.06 100.60 99.90 98.69 99.71

Sc <1 1 2 <1 <1 <1 <1 1 2 <1 <1

Ba 20 10 11 11 12 13 15 9 33 18 98

Rb 185 245 240 232 209 199 197 218 205 196 187

Sr 5 2 6 6 2 5 6 3 12 7 22

Ga 26 27 27 27 27 27 26 30 25 26 23

Nb 17 49 32 27 30 34 27 52 43 41 30

Hf 7.4 11.9 12.3 8.2 10.2 8.6 8.11 19.4 10.41 8.9 8.71

Zr 170 321 307 242 258 226 207 502 223 228 254

Y 21 18 98 88 49 45 46 29 40 28. 38

Th 14.6 26.4 18.8 16.7 23.5 19.5 20.8 30.0 22.5 27.2 19.5

U 2.4 8.6 7 7.1 7.41 5.81 5.1 11.11 7.11 7.7 5

Ta 2.4 4.9 3 3.3 3.8 3.2 3.2 6.3 6.3 4.9 3.4

La 24.9 30.4 55.9 53.2 44.3 42.8 36.3 11.9 9.3 23.6 15.8

Ce 51.1 83.7 90.5 88.0 84.7 76.1 79.9 28.7 17.2 55.8 36.5

Pr 5.39 7.12 14.8 14.11 10.31 9.28 8.68 3.07 1.84 6.97 3.5

Nd 17.53 23.71 52.22 50.9 35.2 31.51 29.51 10.12 5.7 24.81 11.8

Sm 3.4 5 14.4 13.4 7.7 6.6 6.9 2.7 1.5 5.8 2.8

Eu 0.06 0.07 0.21 0.2 0.12 0.08 0.1 0.05 0.06 0.14 0.14

Gd 3 4.2 13.8 12.9 6.8 6 6.8 2.5 1.7 5 3.1

Tb 0.6 0.8 2.7 2.6 1.3 1.2 1.3 0.6 0.5 0.9 0.7

Dy 3.9 5.1 16.6 15.3 8.6 7.6 8.6 5.1 4.6 5.7 5.4

Ho 0.9 1.01 3.3 3.02 1.91 1.7 1.81 1.32 1.2 1.1 1.4

Er 3 3.8 10.1 9 6.1 5.4 5.8 5.2 4.8 3.6 4.8

Tm 0.53 0.73 1.53 1.44 1.08 0.95 0.94 1.05 0.95 0.61 0.84

Yb 4.1 5.9 11 9.6 7.9 7.1 7.1 8.9 7.6 4.5 6.4

Lu 0.66 1.06 1.7 1.52 1.30 1.16 1.09 1.6 1.27 0.75 1.06

으로 증가하는데, 연구지역 암체의 평균값(Ca/

Sr=106.04, Rb/Sr=49.23)은 I-형 암체의 평균값(Ca/

Sr=72.89, Rb/Sr=16.4)에 비해 높은 값을 보여 연구 지역 암체가 사장석 분별결정화작용을 우세하게 받았 음을 알 수 있으며 이는 모드분석 결과 A-형 화강암 이 사장석이 결핍되어 있는 것과 잘 일치한다.

희토류원소의 경우 연구지역 A-형 화강암의 총 함 량(평균 178.12 ppm)이 I-형 화강암의 총 함량(평균 153.24 ppm)보다 비교적 높음을 알 수 있으며, 이는 연구지역 A-형 암체가 I-형 화강암보다 분화가 많이 진행되었음을 지시한다. 석질운석 값으로 표준화한 희 토류원소 패턴에서는 동천동 A-형 화강암이 경상분 지 I-형 화강암에 비해서 경희토류원소의 범위가 다 양하며 중희토류원소가 비교적 부화되어 있다. 특히 연구지역 암체가 강한 Eu 부의 이상을 보이는데, 이 는 A-형 화강암이 진화과정 동안 사장석 결정분화작 용의 영향을 우세하게 받았음을 지시한다(Fig. 7).

앞에서 도출한 연구지역 암체의 지화학적 특성을 종합해보면, 동천동 A-형 화강암은 경상분지 I-형 화 강암에 비해 높은 SiO₂, Zr, Ga, Rb, REE 함량과

Fig. 4. (a): (Na

O+K

O)/Al

O

vs SiO

(mole%) and (b): (CaO+MgO)/FeOT vs SiO

(wt%) diagrams proposed by Takahashi (1985) for the Dongcheondong granite. (c): Ce vs 10000*Ga/Al and (d): Nb vs 10000*Ga/Al diagrams proposed by Whalen et al (1987). The studied granite is plotted in A-type granite area having high (Na

O+K

O)/

Al

O

, high 10000*Ga/Al, and low (MgO+CaO)/FeOT ratio.

Fig. 3. Molar ANK[Al

O

/(Na

O+K

O)] (mole%) versus

ACNK[Al

O

/(CaO+Na

O+K

O)] (mole%) diagram (after

White and Chappell, 1977). Dongcheondong granite is

plotted in the field of peralkaline [Al

O

<(Na

O+K

O)].

낮은 MgO, Al₂O₃, CaO, Sr, Ba, Eu 함량을 보이는 것으로 알려져 있으며, 이러한 지화학적 특징은 Collins et al.(1982)와 Whalen et al.(1987)가 보고한 일반적인 A-형 화강암의 지화학적 특징과 일치한다.

이러한 A-형 화강암은 I-형 화강암이 압축력이 작 용하는 조산 환경에서 생성되는 것과는 달리 신장력 이 작용하는 비조산성 또는 후조산성 환경에서 형성 되는 것으로 알려져 있다. 또한 Rb, Y, Nb 원소를 이용한 조구조판별도에서 연구지역 A-형 화강암은 조 산운동과 무관한 WPG(판내부화강암) 영역에 도시되

는 반면에, 경상분지 I-형 화강암의 경우는 압축응력 장이 작용하는 대륙주변부 연변의 산물인 VAG(화산 호화강암) 영역에 도시됨을 확인할 수 있었다(Fig. 8), 따라서 동천동 A-형 화강암은 경상분지에 주로 분포 하는 I-형 화강암과는 형성환경이 다른 것으로 보여 지며 선후관계를 살펴보았을 때 백악기 말 I-형 화강 암이 정치한 후 신생대 초에 속하는 고제3기에 A-형 화강암(동천동, 기계, 남산)이 정치한 것으로 판단된 다. 이는 이들 화강암류가 정치한 백악기 말-신생대 초 경상분지의 지구조적 환경이 압축환경에서 신생대 고제3기에 신장환경으로 급격히 변했음을 시사하므로 A-형 화강암의 성인은 당시 지구조적 환경을 추정할 수 있는 중요한 단서로 판단된다. A-형 화강암의 대 표적인 성인 모델은 1) 알칼리 현무암질 마그마의 결 정분화작용(Loiselle and Wones, 1979; Turner et al., 1992; Anderson et al., 2003; Muskin et al., 2003); 2) 비교적 하부지각의 백립암상 잔류물질의 부 분용융(Collins et al., 1982; Whalen et al., 1987);

Fig. 6. Harker variation diagrams for trace elements of the Dongcheondong granite plotted with I-type granites in Gyeongsang Basin. The Dongcheondong granite has higher Rb, Ga, Zr, and Sc content and lower Sr and Ba content than I-type granite. Symbols are the same as those in Fig. 5.

Fig. 5. Harker variation diagrams for major oxides of

the Dongcheondong granite plotted with the I-type

granites in Gyeongsang Basin. The Dongcheondong

granite has higher SiO

, K

O, and Na

O content and

lower TiO

, Al

O

, CaO, and MgO content than I-type

granite. (Solid circle=Doncheondong granite; dashed

line area=I-type granite in Gyeongsang Basin)

3) 지각 내의 토날라이트질(Tonalite) 내지 화강섬록암 의 I-형 화강암의 부분용융(Anderson et al., 1983;

Creaser et al., 1991; King et al., 1997) 등이 알려 져 있다. 1)의 가설을 만족시키기 위해서는 분화가 진 행됨에 따라 경희토류원소가 부화되고 중희토류원소 가 감소하는 특성을 보여야 하지만(Loiselle and Wones, 1979; Turner et al., 1992; Anderson et al., 2003; Muskin et al., 2003), 동일 기원으로 추 정되는 경상분지 I-형 화강암과 A-형 화강암의 희토 류원소의 경향을 파악해 보았을 때, 경상분지 I-형 화 강암보다 분화가 많이 진행된 연구지역 A-형 화강암 의 희토류원소의 패턴은 Eu의 부의 이상을 제외하고 는 편평한 양상을 보인다(Fig. 7). 따라서 이 가설은 동천동 A-형 화강암의 성인에 적절하지 않다. 2)의 가설이 제시된 이후 Creaser et al., (1991)은 백립암 상 잔류물질이 너무 불용성이기 때문에 이들의 부분 용융은 일어나기 어려운 것으로 보고하며 가설에 대 한 의문을 제기하였으며, 추가적으로 Douse (1997)의 실험암석학적인 연구를 통해 백립암상 잔류물질은 연 구지역을 포함한 일반적인 A-형 화강암의 지화학적 특징인 높은 SiO₂ 함량과 높은 (Na₂O+K₂O)/Al₂O₃ 비를 보이는 화강암질 마그마를 만들 수 없다는 것이 밝혀진 바 있다(Figs. 3 & 5). 따라서 이 가설은 연

구지역 A-형 화강암의 성인을 설명하기에 적절하지 않다. 3)의 가설은 연구지역 화강암과 인근에 분포하 는 I-형 화강암이 동일기원일 경우에 적용할 수 있을 것으로 보이며, 이는 두 화강암류를 포함하는 불국사 화강암류가 동일한 마그마로부터 유래하였다는 기존 논문 결과(Tsusue et al., 1974; Jin, 1980; Hong, 1987; Jo, 1993; Lee and Hwang, 1999)로 설명이 가능할 것으로 판단된다. Douse (1997)에 따르면 950℃의 온도와 4 kbar의 압력 조건 하에서 I-형 토 날라이트 내지 화강섬록암의 용융으로 만들어진 A- 형 화강암질 멜트(melt)의 (Na₂O+K₂O)/Al₂O₃, Al₂O₃/ (CaO+Na₂O+K₂O), MgO/TiO₂ 비의 범위는 각각 0.85-0.97, 0.94-0.98, 1.79-2.53으로 나타나며, 이는 연 구지역 화강암체(0.89-0.97, 0.92-0.98, 1.3-3.2)와 유사 함을 확인할 수 있다. 또한 Skjerlie and Johnstone (1992)의 연구에 따르면, I-형 토날라이트 내지 화강 섬록암의 30% 이하의 부분용융은 A-형 화강암의 성 분을 만들 수 있으며, 이들의 연구에서 도출한 A-형 화강암은 I-형 토날라이트 내지 화강섬록암에 비해 높 은 FeO*/MgO 비와 낮은 CaO, Al2O₃ 함량을 보이 는 것으로 알려져 있다. FeO*/MgO 비의 경우 연구 지역(18.9-49.49)이 경상분지 I-형 화강암(2.5-27.67)보 다 높은 값을 가지며 CaO, Al₂O₃ 함량의 경우 연구

Fig. 7. Chondrite-normalized REE patterns of the Dongcheondong granite and I-type granite in Gyeongsang Basin.

Dongcheondong granite have relatively enriched HREE contents and stronger Eu negative anomaly than I-type

granite. Also, LREE pattern for the Dongcheondong granite spreads widely.

지역이 경상분지 I-형 화강암류보다 낮은 함량을 보 인다. 따라서 연구지역 A-형 화강암은 실험상으로 I- 형 화강암류의 부분용융에 의해 만들어진 A-형 화강 암과 유사한 주원소 특성을 보이는 것으로 판단된다 (Fig. 5). 동천동 A-형 화강암의 형성시기로 추정되는 고제 3기는 경상분지 아래로 섭입하는 태평양판의 후 퇴(slab roll-back)로 인해 연약권의 용승이 발생하여 맨틀로부터 열원의 지속적인 공급이 이루어진 시기로 알려져 있다(Koh et al., 1996). 이러한 열원의 공급 은 기존에 존재하던 I-형 화강암류의 부분용융을 일 으킬 수 있으며, 이는 동천동 A-형 화강암과 동일한 암체로 추정되는 남산 A-형 화강암에 대한 암석학적 연구에서도 언급된 바 있다(Koh et al., 1996). 3)의 모델은 시간상으로 I-형 토날라이트 내지 화강섬록암 이 정치 후 부분용융이 일어나 A-형 화강암이 만들 어졌으므로 연구지역과 인접한 지역에 연구지역 암체 보다 더 오래된 I-형 토날라이트 내지 화강섬록암이 존재한다면 이 모델을 동천동 A-형 화강암의 성인에 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 현재까지 제시된 A-형 화강암의 성인 모델을 고려해보았을 때 동천동 A-형 화강암은 3)의 모델로 형성되었을 가능성이 높 은 것으로 보인다.

요약 및 결론

경주 동천동 화강암의 지화학적 특성과, 이를 통해 유추한 연구지역 A-형 화강암의 형성기작에 대한 기 초적인 내용은 다음과 같다.

동천동 화강암은 Q-A-P 다이아그램에 도시해 본 결과 알칼리장석화강암으로 분류되었으며, 석영과 알 칼리장석이 교호하는 미문상조직이 발달하고 이들의 간극을 충진하는 각섬석과 흑운모를 포함하고 있다.

경주 동천동 일대에 분포하는 알칼리장석화강암은 (Na₂O+K₂O)/Al₂O₃비와 Ga/Al비가 높고 (MgO+CaO)/

FeOT가 낮은 전형적인 A-형 화강암 영역에 도시되며 경상분지 I-형 화강암에 비해 SiO₂, Na₂O, K₂O, Rb, Ga, Zr이 부화되어 있는 반면 TiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Sr, Ba, Sc 등의 원소는 결여되어 있어 그 차 이가 분명하다. 또한 동천동 화강암의 희토류원소의 함량이 I-형 화강암류에 비해 상대적으로 높은 것은 분화가 상당히 진행되었음을 시사한다. 연구지역 화 강암의 이러한 지화학적 특성은 이들의 진화과정 동 안 사장석과 고철질광물의 결정분화작용이 있었음을 시사하고 있다. 동천동 화강암의 지화학적 특성을 통 해 이들의 기원에 대해 추론해 본 결과 이들은 지각 내의 토날라이트질(Tonalite) 내지 화강섬록암의 I-형 화강암의 부분용융으로 만들어졌을 가능성이 높은 것 으로 판단되나 구체적인 결론을 위해서는 차후 동위 원소를 이용한 심층있는 토의가 이루어져야 할 것으 로 판단된다.

사 사

논문을 읽고 유익한 조언을 해주신 한국지질자원연 구원의 이승구 박사님과 익명의 심사위원께 감사드립 니다.

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Fig. 8. Y+Nb versus Rb tectonic discrimination

diagrams suggested by Pearce et al(1984) for the

Dongcheondong A-type granite. The Dongcheondong

granite is plotted in WPG field whereas the I-type

granite is plotted in VAG field. [VAG: volcanic arc

granite, syn-COLG: syn-collision granite, WPG: within

plate granite, ORG: ocean ridge granite]

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Received June 27, 2017

Review started July 21, 2017

Accepted August 10, 2017