Geochemistry of Precambrian Mafic Dikes in Northern Michigan, U.S.A.: Implications for the Paleo-Tectonic Environment

북부 미시간 지역에 분포하는 선캠브리아기의 염기성 암맥에 대한 지화학적인 연구

Petrological and chemical studies of Precambrian dikes in the southern Lake Superior region were conducted with the objects of evaluating magma source and constraining models for the paleo-tectonic environment. Forty-six samples were analyzed for major, trace, and rare earth elements. Chemical data of the studied dikes are typical of continental tholeiites and showing iron-enrichment fractionation trend. With wallrock contamination carefully evaluated, a series of tectonic discriminating methods utilizing immobile trace elements indicate that the source magma was a high-Ti tholeiitic basalt similar to present-day T-type MORB. Effect of chemical contamination from wallrock assimilation accmulates with increasing differentiation. Evolved rocks show LREE enriched patterns and have enhanced levels of LIL elements (e.g., Rb, K, Ba, Th), but low levels of high field strength elements (e.g., Nb, P, Ti) with respect to their neighboring elements. It is suggested from this study that this enrichment possibly due to a combination of a feature inherited from the subcontinental lithosphere and crustal contamination. Geochemical signatures of these rocks are distinctively different from those of arc-related volcanics. Comparisons with chemistries of modern magmas show a pattern of overlap between Within-plate and ocean-floor characteristics, and chemical signatures of these rocks favor a model of intrusion into a crustal environment undergoing lithospheric attenuation.

본 논문은 슈피리어호 남부에 분포하는 선캠브리아기의 염기성 암맥들에 대하여 마그마의 기원과 그들이 생성될 당시의 지구조적인 환경을 알기 위하여 암석 및 지화학적인 연구가 행하여 졌다. 46개의 시료에 대한 주성분, 미량원소 및 희토류 원소들에 대한 화학분석이 이루어졌다. 이들의 화학성분은 전형적인 콘티넨탈 쏠레아이트 (contiental tholeiite)의 성격을 띄우며, 다소 철성분이 부화된 분화경향을 나타낸다. 부동원소 (immobile element)들을 이용한 tectonic discrimination diagram 에 의하면 모 마그마는 현재의 T-type MORB와 유사한 Ti의 함량이 많은 쏠레아이틱(tholeiitic)현무암으로 사료된다. 분화가 진행될수록 암석의 화학적 성질은 지각과의 동화작용(crustral asimilation)에 의해 많은 영향을 받는 것으로 나타난다. 분화가 많이 진행된 암석들은 Rb, K, Ba, Th 과 같은 LIL원소의 증가를 보인 반면에 Nb, P, Ti과 같은 HFS 원소들은 그들과 물리, 화학적 성질이 비슷한 이웃한 원소들보다 현저한 감소를 나타내었다. 이러한 특징은 마그마의 기원에서 유래된 것 뿐만 아니라 지각과의 동화작용이 병행함으로 기인되었다고 사료된다. 이 암석들의 지화학적 특성을 살펴보면 지각의 섭입과 관련되어(subduction related)생성된 암석의 화학성분과는 현저한 차이를 나타내며, 판(板)내에서 생성된 현무암(Within plate basalt)과 해양지각에서 형성된 현무암 (MORB)에서 보이는 특성을 나타낸다. 이러한 지화학적인 특성을 살펴볼 때 이 암석들은 rifting과 같은 extensional tectonic 환경에서 생성된 것으로 사료된다.