Process of crystallization and geochemistry in Macheon mafic layered intrusion

Abstract

마천 층상 관입암체는 층상구조의 발달 상태와 누적 조직에 의해 중앙부의 층상계열과 동쪽의 엽상계열로 크게 구분되며, 서쪽 주변부에는 마그마혼합대가 잘 발달되어 있다. 층상계열은 다양한 화성기원 층상구조가 잘 발달된 반려암질 암들로 구성되어 있으며, 주구성 광물과 암종에 따라 중앙부의 감람석 반려암대와 그 주변부를 이루는 각섬석 반려암대로 세분된다, 엽상계열은 간극상으로 산출되는 소량의 석영과 미사장석을 포함하고 있다. 마천 층상 관입암의 누적 조직으로는 주로 정누적, 부가누적, 간극누적 조직이 나타나고 누적조직들은 대개 층상 계열에서 발생한다. 층상 계열은 감람석과 사장석 누적으로 구성되어 있으며 이들은 전형적인 누적 형성 기작인 결정 침전과 원위치 결정화로 형성되었다. 광물 조성들은 층상계열과 엽상계열이 다르게 나타난다. 대부분의 감람석 조성은 Fo88-Fo75이다. 감람석은 층상계열의 감람석 반려암에 제한되어 나타난다. 마천 층상관입암체의 사장석 조성의 범위는 An97-35이다. 층상계열의 것이 엽상계열보다 더 높다. 단사휘석은 주로 diopside이다. 대부분의 층상 관입암들은 감람석 반려암, 노라이트, 트록토라이트, 우백질-트록토라이트, 사장암, 초고철질 암에 도시되었다. TAS 다이아그램에서, 층상계열은 비 알칼리에, 엽상계열은 알칼리에 도시되었으며 두 계열의 마그마 조성은 다른 것으로 생각되어진다. AFM 다이아그램에서는, 층상계열은 tholeiitic에 도시된다. 하커 다이아 그램에서, 층상계열은 MgO, Fe2O3, MnO가 크게 감소하고 K2O+Na2O, P2O5는 점점 증가한다. 그리고 엽상계열은 층상계열보다 MgO, Fe2O3, MnO가 작게 감소하고 K2O+Na2O, P2O5는 크게 증가됨을 보인다. 미량원소의 결과를 보면 층상계열은 Nb와 Hf이 음의 이상을 보이며, 모든 시료는 Rb, Ba 및 Th과 같은 불혼화 원소에서 양의 이상을 보인다. 엽상계열은 Nb, Ta, Zr 및 약간의 Sr이 음의 이상의 특징을 보이고 있다. 감람석 반려암과 각섬석 반려암이 유사한 분화경향을 가지고 흑운모 휘석 반려암과 각섬석 섬록암이 유사한 분화 패턴을 가진다. 희토류 패턴 또한 층상계열과 엽상계열로 나눌 수 있는데, 층상계열은 Eu 이상을 보이고 감람석 반려암과 각섬석 반려암은 유사한 분화 패턴을 가진다. 엽상계열은 LREE 부화를 나타내며, 흑운모 휘석 반려암과 각섬석 섬록암은 매우 유사한 패턴을 나타낸다. 또한 그들의 조성은 층상계열보다 더 분화 되었다. 이와 같이 층상계열과 엽상 계열의 마그마 분화는 다르다고 생각되어진다.

The Macheon Layered Intrusion(MLI) is divided into Layered Series and Laminated Series according to the development stall of layering structure and cumulus texture(Song et. al., 2007). Layered Series is subdivided into Central Zone consisting of olivine gabbros and Peripheral Zone consisting of hornblende gabbros based on type of cumulus texture and the main mafic phase. Laminated Series is also subdivided into quartz-bearing biotite-pyroxene gabbros and hornblende diorites which have variable amount of interstitial quartz and microcline. The Macheon Layered Intrusion displays typical cumulus textures such as orthocumulus, adcumulus and intercumulus textures that usually occur within the Layered Series which consists of olivine and plagioclase cumulates. They are formed by crystal settling and in situ crystallization which are classical cumulus formation mechanism. Mineral compositions are different between Layered Series and Laminated Series. Olivine is limited within the Layered Series in general, and has composition within the range of Fo88-Fo75. Layered Series(An97-81) shows much higher variation in plagioclase compositions than Laminated Series(An57-32). Clinopyroxene is mainly diopsidic. Most of the layered intrusive rocks are plotted in the fields of olivine gabbronorite, troctolite, leuco-troctolite, anorthosite and ultramafic rock fields. In TAS diagram, the Layered Series is plotted in toward to sub-alkaline field, and Laminated Series is plotted in toward to alkaline field, thus presumably different magma composition between Layered Series and Laminated Series. In AFM diagram, Layered Series displays tholeiitic composition. In the Harker diagrams, MgO, Fe2O3 and MnO largely decreases but K2O+Na2O and P2O5 progressively increases with differentiation in the Layered Series. Laminated Series displays lesser decrease in MgO, Fe2O3 and MnO, more increase in K2O+Na2O and P2O5 than Layered Series. As the result of trace and rare earth elements, Layered Series show characteristic negative anomalies in Nb and Hf. and all of the samples show positive anomalies in incompatible elements such as Rb, Ba and Th. Laminated Series shows characteristic negative anomalies in Nb, Ta, Zr and sometimes Sr. The olivine gabbro and hornblende gabbro have similar trends, whereas hornblende diorite and pyroxene gabbro are showing similar differentiation patterns, therefore I can assume different magma differentiation between Layered Series and Laminated Series. The Chondrite-normalized REE patterns of the Macheon Layered Intrusion are different between Layered Series and Laminated Series. Olivine gabbro and hornblende gabbro of Layered Series show (+) or (-) Eu anomalies and have show similar differentiation trends. Hornblende diorite and pyroxene gabbro of Laminated Series also display very similar pattern and exhibit LREE enrichment. Also, The trend of laminated is more differentiated than that of Layered Series. I can suggest different trends of magma differentiation between Layered Series and Laminated Series.