Geochemistry and origin of a new-type of Zr-Nb-Y-REE deposit in extremely evolved alkali granite, Chungju area, South Korea

Abstract

충주지역에는 알카리 마그마의 진화과정 중 중력침전에 의해 집적되어 형성된 철광화작용이 발달하고 있으며, 이는 결정분화작용에 의해 유체가 풍부한 알카리 마그마가 형성되었음을 시사한다. 고품위의 Zr-Nb-Y-REE 광화작용(331.1±1.5 Ma)이 수평에 가까운 층상 화강암질암 내에 발달하고 있으며, 화강암질암은 알카리 화강암, 알카리 애플라이트, 및 알카리 페그마타이트로 구분된다. 이 암석들은 주로 미사장석, 석영, 자철석, 흑운모 및 미정질의 저어콘으로 구성된다. 광화작용은 밴드상의 저어콘-자철석이 반복되어 나타나며, 다양한 희토류광물이 수반된다. 층상 알카리 화강암에 발달하는 뚜렷한 상향세립화 조직은 매우 낮은 점도를 가지는 마그마 내에서의 집적작용에 의해 형성되었음을 나타낸다. 병합된 갈렴석 내에서 다양한 유형의 유체포유물과 저어콘이 쉽게 관찰되며, 열수에 의해 변질된 암석 내에서는 형석이 농집되어 나타난다. 이러한 현상들은 알카리 마그마의 진화과정에서 형성된 열수 유체 내에 플루오린(F), 클로린(Cl), 고장력원소(HFSE) 및 희토류원소(REE)가 농집 되었음을 시사한다. 판내부화강암, 비조산형화강암 및 과포타슘(과칼륨) 영역에 도시되는 알칼리 암석들은 매우 유사한 희토류 패턴을 나타내며, 저어콘이 산재되어 있는 것이 큰 특징이다. 극도로 분화된 알카리 암석들은 매우 높은 희토류 함량을 가지며, 알카리 애플라이트는 층상 알카리 화강암에 비해 희토류 함량 및 유로퓸(Eu) 이상이 높게 나타난다. 광석 내의 저어콘은 넓은 범위의 양(+)의 세륨(Ce) 이상과 일정한 유로퓸 이상을 나타내며, 이러한 현상은 산소분압이 급격하게 변화하는 환경에서 결정화 되었음을 지시한다. 저어콘의 토륨(Th)/우라늄(U) 비율은 매우 일정하게 나타나며, 이는 단일 마그마 과정에서 결정화 되었음을 나타낸다. 갈렴석맥 내의 저어콘에 대한 U-Pb 연대측정(LA-MC-ICP-MS) 결과 초기-중기 트라이아스기(247±9.8 Ma)로 나타났다. 갈렴석맥은 계명산층 및 알카리 화강암을 절단하고 있고 다양한 형태와 크기의 알카리 화강암 파편이 관찰되며, 희토류와 미량원소 패턴이 알칼리 화강암 및 광석과 다르게 나타난다. 따라서 갈렴석맥은 알카리 화강암 및 Zr-Nb-Y-REE 광석과는 시기와 기원이 다르며, 변성기원에 의해 형성된 것으로 판단된다. 이러한 모든 연구 결과들을 종합하여, 유체가 풍부한 알카리 마그마 내에서 미정질의 저어콘과 자철석의 침전을 설명할 수 있는 부유, 병합, 및 중력 침전 모델을 제시한다. 이 연구 결과는 극도로 분화된 알카리 화강암류 및 이와 관련된 Zr-Nb-Y-REE 광화작용에 대한 첫 보고로서, 암석 및 광석에서 나타나는 특징들은 알카리 마그마의 진화과정을 이해하는데 매우 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.