Petrography, Cr-spinel Chemistry, and Whole Rock Geochemistry of the Cretaceous Icheonri Formation in Korea

Abstract

이천리층은 경상분지 동남부에 국지적으로 분포하는 백악기 육성 퇴적층으로, 경상누층군과의 층서 대비가 명확히 정립되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 이천리층 사암의 암석학적 특징과 쇄설성 크롬첨정석의 화학 조성, 사암 및 이암의 전암 지화학 분석을 통해 기원암의 조성과 조구조 환경을 재구성하고, 이를 바탕으로 경상누층군과의 층서 대비를 시도하였다. 연구 결과, 이천리층의 하부와 상부는 암석학적 및 지화학적 특성에서 뚜렷한 차이를 보였다. 하부는 주로 중성질 화산호 심부 및 변성퇴적암으로부터 유래한 퇴적물이 우세하며, 특히 최하부에서는 microlithic 및 lathwork 조직의 중성질 화산암편이 특징적으로 산출된다. 이는 퇴적 초기 화산암이 노출되어 있었으나, 이후 삭박되어 화산암편이 관찰되지 않는 것으로 해석된다. 또한 크롬첨정석의 산출과 고철질 미량원소(Sc, Cr, Ni)의 부화는 초고철질 암체로부터 퇴적물을 공급받았음을 시사한다. 반면, 상부는 화강편마암 및 규장질 기반암 등 결정질 암석이 우세한 환경으로 해석된다. 중성질 화산암편의 산출로 화산활동의 흔적은 보이지만, 지화학적 특성은 규장질 성분이 지배적으로 나타나므로 중성질 화산활동의 영향은 제한적이었을 가능성이 크다. 또한, 하부 퇴적층에서 확인되는 초고철질 암체의 영향이 상부에서는 나타나지 않는데, 이는 해당 암체가 소규모로 분포하다가 완전히 침식되었거나, 당시 해양판의 섭입과 관련된 단층 활동 등 활발한 구조운동으로 인해 기원지의 수계(drainage system)가 변화하였을 가능성이 있다. 퇴적 당시 이천리층은 직접적인 화산 분출(volcanism)보다는 화성 작용(arc magmatism)의 영향을 주로 받은 것으로 판단된다. 이천리층의 퇴적 시기는 하양층군 후기와 유천층군 초기에 해당하며, 암석학적·지화학적 특징은 하양층군과 유사하므로 이천리층은 하양층군 후기에 대비될 가능성이 높은 것으로 나타난다. 다만, 백악기 당시 화산활동은 분지 내에서 시공간적인 분포를 달리하며 산발적으로 발생하였으므로, 본 연구는 경상누층군의 층서 대비에 있어 화산활동의 시공간적 이질성을 고려한 해석이 필요함을 강조한다.|The Icheonri Formation is a nonmarine Cretaceous sedimentary unit exposed in the southeastern Gyeongsang Basin, with an unresolved stratigraphic correlation to the Gyeongsang Supergroup. This study investigates the provenance and tectonic setting of the Icheonri Formation based on an integrated analysis of sandstone petrography, detrital chromian spinel compositions, and whole-rock geochemistry. This study also aims to constrain the stratigraphic relationship between the Icheonri Formation and the Gyeongsang Supergroup. Petrographic and geochemical data reveal distinct differences between the lower and upper parts of the Icheonri Formation. The lower part is interpreted to have received sediments mainly from a dissected intermediate volcanic arc and surrounding metasedimentary sources. The presence of volcanic fragments with microlithic and lathwork textures at the basal section suggests that arc-related volcanic rocks were exposed during the early stage of deposition. The disappearance of volcanic fragments in the overlying intervals suggests erosion of the volcanic arc. The presence of detrital chromian spinels, together with enrichment in transition metal elements such as Sc, Cr, and Ni, indicates derivation from mafic to ultramafic source rocks. In contrast, the upper part is interpreted to have been sourced predominantly from felsic crystalline basement rocks, such as granitic gneiss and granitoids. The presence of andesitic volcanic fragments suggests limited volcanic input, whereas the overall geochemical composition is felsic, indicating reduced influence from andesitic arc magmatism. The absence of ultramafic geochemical signatures may result from the complete erosion of localized ultramafic bodies or a reorganization of the drainage system, possibly caused by tectonic activity related to oceanic plate subduction. Overall, the sedimentary succession of the Icheonri Formation was more strongly influenced by arc-related magmatism than by contemporaneous volcanic eruptions. The depositional age of the Icheonri Formation overlaps those of the upper Hayang Group and lower Yucheon Group, and its petrographic and geochemical characteristics suggest a closer affinity with the upper Hayang Group. However, volcanic activity during the Cretaceous was spatially and temporally heterogeneous within east Asian continent. Therefore, this study highlights the importance of accounting for the spatiotemporal heterogeneity of volcanic activity when correlating the stratigraphy with the Gyeongsang Supergroup.