Sandstone Petrography and Whole Rock Geochemistry of the Ashio Terrane, a Jurassic Accretionary Complex in Japan

Abstract

Turbiditic sediments found in accretionary complexes (ACs), originally deposited in a trench environment, document the processes and environmental conditions governing sediment production and deposition along a subducting continental margin, including tectonic setting and paleogeographic configuration. The Ashio terrane, a Jurassic AC located in central Japan, is considered equivalent to the extensively studied Mino terrane in the Inner Zone of Southwest Japan. While provenance studies of the Mino terrane are well established, research on the Ashio terrane, particularly studies based on sediment composition, have been extremely limited. Therefore, this study investigates the petrography, geochemistry, and garnet chemistry of the Ashio terrane sediments to interpret their provenance and tectonic history. The Ashio terrane sandstones are quartz-rich and plot within the recycled orogenic field in the Qt-F-L diagram. Their modal composition, combined with the presence of chert clasts, suggests that the sediments were derived from uplifted pre-Jurassic ACs and adjacent crystalline basement rocks. The geochemical data indicate a felsic source rock, and both the A-CN-K diagram and CIA values reflect weak chemical weathering under non-steady-state weathering conditions, implying rapid erosion from an actively uplifting source area. The detrital garnets in the Ashio terrane are characterized by pyrope-rich almandine compositions, which are typical of granulite-facies metamorphic rocks, exhibiting strong compositional similarities with garnets from the Gyeonggi Massif of the Korean Peninsula. In contrast, the Mino terrane sandstones are classified as arkose and contain detrital garnets with differing compositions, likely derived from the Yeongnam Massif of southeastern Korea. These differences suggest that the Ashio terrane and Mino terrane were deposited in different paleogeographic and tectonic settings, derived from distinct source rocks. This study provides new insights into the provenance and depositional environment of the Ashio terrane and contributes to the reconstruction of Jurassic paleogeography along the East Asian continental margin.|부가복합체(accretionary complex)는 해구 환경에서 처트와 같은 원양성 퇴적물과 저탁류 기원의 쇄설성 퇴적물로 구성되기 때문에 당시 기원지로 추정되는 인접한 지역의 중요한 정보를 기록한다. Ashio terrane은 일본 혼슈 중부에 분포하는 쥐라기 부가복합체로, 일본 남서부에 광범위하게 분포하는 Mino terrane과 대비되는 것으로 여겨진다. 대부분의 쥐라기 부가복합체 연구는 Mino terrane에 집중되어 있으며, Ashio terrane의 기원지 연구, 특히 퇴적암 조성을 이용한 연구는 전무한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 Ashio terrane의 사암 박편을 관찰하고 사암과 셰일의 전암 지화학 분석 및 쇄설성 석류석의 화학 조성 분석을 통해 퇴적물의 기원지 및 조구조 환경을 규명하고자 한다. Ashio terrane은 석영이 우세한 사암으로 구성되어 있으며 Qt-F-L 삼각도표에 도시한 결과, 재순환 조산대(recycled orogenic)에서 기원한 것으로 해석된다. 이러한 Ashio terrane의 사암 조성과 처트의 산출은 Ashio terrane 퇴적물이 인근에 융기한 쥐라기 이전에 형성된 부가복합체와 결정질 기반암으로부터 공급되었음을 시사한다. 전암 지화학 분석 결과, Ashio terrane 퇴적물은 규장질의 기원암으로부터 기원하였음을 지시한다. A–CN–K 삼각도표 및 CIA 풍화 지수는 약한 화학적 풍화와 불안정한 풍화 상태를 나타내며, 이는 기원지의 지형 기복으로 인해 다양한 풍화 강도를 기록하는 퇴적물이 운반되던 환경임을 반영한다. Ashio terrane의 쇄설성 석류석은 파이로프 함량이 풍부한 알만딘으로 구성되며, 이는 인근의 백립암상 변성암, 특히 한반도의 경기육괴 기반암으로부터 기원하였을 것이다. 반면, Mino terrane 사암은 장석이 풍부한 조성으로 구성되며, 석류석 또한 Ashio terrane과는 다소 다른 조성을 보인다. 이러한 두 부가복합체 사이의 퇴적암 특징 및 쇄설성 석류석의 조성 차이는 쥐라기 당시 서로 다른 조구조 환경에 놓여 있었으며, 결과적으로 기원암의 조성 및 분포가 달랐음을 시사한다. 본 연구의 결과는 Ashio terrane의 기원지 및 퇴적 환경에 대한 새로운 정보를 제공하며, 나아가 중생대 동아시아 연변부 섭입대 환경에 대한 보다 명확한 고지리학적 정보와 구체적인 해석에 기여한다.