Geochemical Characteristics of Precambrian, Jurassic and Cretaceous Granites in Korea

한국(韓國)에 분포(分布)하는 선(先)캠브리아기(紀), 쥬라기(紀) 및 백악기화강암(白堊紀花崗岩)의 지화학적(地化學的) 특징(特徵)

The geochemical characteristics including minerals, major and trace elements chemistries of the Proterozoic, Jurassic and Cretaceous granites in Korea are systematically summarized and intended to decipher the origin and crystallization process in connection with the tectonic evolution. The granites in Korea are classified into three different ages of the granites with their own distinctive geochemical patterns: 1) Proterozoic granitoids; 2) Jurassic granites(cratonic and mobile belt); 3) Cretaceous-Tertiary granites. The Proterozoic granite gneisses (I-type and ilmenite-series) formed by metamorphism of the geochemically evolved granite protolith. The Proterozoic granites (S-type and ilmenite-series) produced by remobilization of sialic crust. The Jurassic granites (S-type and ilmenite-series) were mainly formed by partial melting of crustal materials, possibly metasedimentary rocks. The Cretaceous granites (I-type and magnetite-series) formed by fractional crystallization of parental magmas from the igneous protolith in the lower crust or upper mantle. The low temperature ($315{\sim}430^{\circ}C$) and small temperature variations (${\pm}20{\sim}30^{\circ}C$) in the cessation of exsolution of perthites for the Proterozoic and Jurassic granites might have been caused by slow cooling of the granites under regional metamorphic regime. The high ($520^{\circ}C$) and large temperature variations (${\pm}110^{\circ}C$) of perthites for the Cretaceous granites postulate that the rapid cooling of the granitic magma. In terms of the oxygen fugacity during the feldspar crystallization in the granite magmas, the Jurassic mobile belt granites were crystallized in the lowest oxygen fugacity condition among the Korean granites, whereas the Cretaceous granites in the Gyeongsang basin at the high oxygen fugacity condition. The Jurassic mobile belt granites are located at the Ogcheon Fold Belt, resulting by closing-collision situation such as compressional tectonic setting, and emplaced into a Kata-Mesozonal ductile crust. The Jurassic cratonic granites might be more evolved either during intrusion through thick crust or owing to lower degree of partial melting in comparison with the mobile belt granites. The Cretaceous granites are possibly comparable with a continental margin of Andinotype. Subduction of the Kula-Pacific ridge provided sufficient heat and water to trigger remelting at various subcrustal and lower crustal igneous protoliths.

한국(韓國)에 분포(分布)하는 지질시대(地質時代)와 공간(空間)을 달리하는 대표적(代表的)인 15개(個)의 화강암체(花崗岩體)를 대상(對象)으로 광물(鑛物) 및 주(主) 미량(微量) 원소(元素) 지화학적(地化學的) 특징(特徵)을 밝히고 암석성인(岩石成因)과 지체구조진화(地體構造進化)와 연관시켜 연구(硏究)하였다. 그 암석지화학적(岩石地化學的) 특징(特徵)을 바탕으로 선(先)캄브리아기(紀) 화강암(花崗岩), 쥬라기(紀) 화강암(花崗岩)(cratonic과 mobile belt)와 백악기(白堊紀)~제삼기(第三紀) 화강암(花崗岩)으로 구분(區分)된다. 선(先)캄브리아기(紀) 화강편마암(花崗片麻岩)(I-형(型) 및 티탄철석계열(鐵石系列))은 지화학적(地化學的)으로 진화(進化)된 화강암류(花崗岩類)가 변성작용(變成作用)을 받아서 형성(形成)되었으며, 선(先)캄브리아기(紀) 화강암(花崗岩)(S-형(型) 및 티탄철석계열(鐵石系列))은 퇴적기원(堆積起源)의 변성암류(變成岩類)가 부분용융(部分熔融)되어 생성(生成)된 것으로 사료(思料)된다. 쥬라기(紀) 화강암(花崗岩)(S-형(型) 및 티탄 철석계열(鐵石系列))은 주(主)로 하부지각(下部地殼)의 변성퇴적암(變成堆積岩)이 부분용융(部分熔融)되어 형성(形成)되었다. 또한, 백악기화강암(白堊紀花崗岩)(I-형(型) 및 자철석계열(磁鐵石系列))은 하부지각(下部地殼) 또는 상부(上部)맨틀의 화성원암류(火成源岩類)로부터 생성(生成)된 마그마의 분별(分別) 결정작용(結晶作用)으로 결정화(結晶化)되었음이 밝혀졌다. 퍼다이트질(質) 알카리장석(長石)의 용리(溶離)(exsolution)에 의(依)한 지질온도계(地質溫度計)는 선(先)캄브리아기(紀) 및 쥬라기(紀) 화강암(花崗岩)은 각(各) 암체내(岩體內) 그 온도변화폭(溫度變化幅)이 작으며(${\pm}20{\sim}30^{\circ}C$), 약(約) 3~5kbar의 가상압력하(假想壓力下)에서 $315{\sim}430^{\circ}C$의 낮은 온도조건(溫度條件)에서 화학적(化學的) 평형(平衡)을 이룬것으로 나타났다. 이는 화강암관입시(花崗岩貫入時) 주위모암(母岩)들은 광역변성작용(廣域變成作用)과 같은 열류량(熱流量)이 높은 영역하(下)에 있었으며, 그 후(後) 모암(母岩)은 화강암(花崗岩)과 함께 천천히 냉각(冷却)되었기 때문인 것으로 생각된다. 그러나, 백악기(白堊紀) 화강암(花崗岩)들은 각(各) 암체(岩體)마다 1~3kbar 압력하(壓力下)에서 $520^{\circ}C$의 온도(溫度)에서 평형(平衡)을 이루었으며 그 변화폭(變化幅)(${\pm}110^{\circ}C$)이 크다는 것으로 밝혀졌는데, 이는 친(親)마그마가 지표(地表)가까운 천처(淺處)까지 관입(貫入)하여 급속(急速)히 결정화(結晶化)되었음을 시사(示唆)한다. 장석(長石)이 정출(晶出)될때의 산소분압(酸素分壓)은 옥천변성대(沃川變成帶)에 분포(分布)하는 쥬라기(紀) 화강암(花崗岩)이 가장 낮고, 경상분지(慶尙盆地)의 백악기(白堊紀) 화강암(花崗岩)에서 높은 것으로 밝혀졌다. 쥬라기(紀) 화강암(花崗岩)(Hercyno-형(型))은 큐라-퍼시픽(Kula-Pacific)판(板)이 빠른속도(速度)로 북서(北西)쪽으로 밀려와서 대륙간분지(大陸間盆地)(Intracontinental basin)인 옥천분지(沃川盆地)가 closing-collision으로 지각하부(地殼下部)의 부분용융(部分熔融)에 의(依)하여 형성(形成)된 마그마(Wet magma)로 부터 형성(形成)된 후(後) 주위 모암(母岩)과 함께 융기(隆起)되었다. 백악기(白堊紀) 화강암(花崗岩)(Andino-형(型))은 큐라-퍼시픽 해영(海嶺)의 Subduction에 의(依)하여 생성(生成)된 마그마(Dry magma)가 구조적(構造的) 약선대(弱線帶)를 따라 빠른 속도(速度)로 지각천처(地殼淺處)까지 관입(貫入)되었다.