Abstract
Abundant spinel lherzolite xenoliths showing distinctively different textural types such as protogranular, porphyroclastic, and mylonitic texture are trapped in the basaltic rocks from southeastern part of Jeju Island. These xenoliths show the textural spectrum from coarse-grained protogranular through porphyroclastic with bimodal grain size to fine-grained and foliated mylonitic texture. They tend to decrease in grain sizes and show more linear grain boundaries and more frequent triple junctions from protogranular through porphyroclastic to mylonitic. Spinel has different occurrence mode according the textural type. Spinel is always associated with orthopyroxene in protogranular texture, whereas it is scattered and independent of orthopyroxene in mylonitic texture. Additionally, porphyroblast from porphyroclastic and mylonitic textures has internal deformation features such as kink band, undulatory extinction and curved lamella, whereas neoblast is strain-free. These textural features indicate increasing degree of static/dynamic recrystallization from protogranular through porphyroclastic to mylonitic texture. The mg#[$=100{\times}Mg/(Mg+Fe_t)$] of olivine, orthopyroxene and clinopyroxene is relatively constant (ol: 88-91; opx: 89-92; cpx: 89-92) regardless of textural differences. The mg# of constituent minerals, NiO content (0.3~0.4 wt%) and MnO content (0.1~0.2 wt%) of olivine are similar to those of mantle xenoliths worldwide, also indicating that studied spinel lherzolite xenoliths were mantle residues having experienced 20~25% partial melting. The geochemical and textural characteristics have close relations showing that LREE and incompatible trace elements content of orthopyroxene and clinopyroxene increases from protogranular through porphyroclastic to mylonitic. These observations suggest that the studied mantle xenoliths experienced metasomatism by LREE enriched melt or fluid after partial melting, indicating a close relation between deformation and metasomatism. The metasomatism was possibly confined to narrow shear zones from where porphyroclastic and mylonitic textured xenoliths originated. These shear zones might favorably drive the percolation of LREE-enriched melts/fluids responsible for the metasomatism in the lithospheric mantle below the Jeju Island.
제주도 현무암에 포획된 첨정석 레졸라이트 포획암은 비교적 뚜렷하게 구별되는 세 종류의 조직으로 산출된다. 즉, 조립질의 프로토그라뉼라 조직, 쌍봉의 입자분포를 보이는 포피로클라스틱 조직, 그리고 세립질의 입자들이 신장되어 엽리를 보이는 마일로니틱 조직의 포획암으로 구별된다. 이들 조직은 프로토그라뉼라에서 포피로클라스틱, 마일로니틱 조직으로 가면서 입자크기는 점점 감소하고, 입자의 경계는 더욱 직선화되며, 삼중점이 더 빈번하게 산출되는 경향을 보인다. 특히 포피로클라스틱 및 마일로니틱 조직의 포획암은 킹크밴드를 가지는 거정의 반상쇄정(2-3 mm) 사이에 변형의 흔적이 없는 세립질의 입자($200-300\;{\mu}m$)로 구성되어 있으며, 반상쇄정 내 용리엽리가 구부러져 있는 조직적 특징을 보인다. 또한 프로토그라뉼라 조직에서 첨정석은 사방휘석과 항상 같이 접촉되어 산출되지만 마일로니틱 조직에서는 사방휘석과 관계없이 단독으로 뿌려져 산출되는 특성을 보인다. 이러한 조직적 특성은 포획암이 특정한 편압 하에서 동력재결정작용과 열에 의한 정적재결정작용을 경험하였음을 반영하고 있다. 첨정석 레졸라이트 포획암을 구성하고 있는 감람석, 사방휘석, 단사휘석의 mg#[$=100{\times}Mg/(Mg+Fe_t)$]는 입자의 크기나 조직적 차이와는 상관없이 거의 일정하다(Ol: 88-91, Opx: 89-92, Cpx: 90-92). mg#의 값, 감람석의 NiO (0.3~0.4 wt%)와 MnO (0.1~0.2 wt%)의 조성은 세계 다른 곳의 맨틀 레졸라이트 포획암내 감람석의 값과 유사하며, 20~25%의 부분용융을 경험한 잔류맨틀임을 나타내고 있다. 미량원소 및 희토류원소 조성은 주성분원소 조성에 비해 프로토그라뉼라, 포피로클라스틱, 마일로니틱 조직 사이에 좀 더 뚜렷한 차이를 보여주면서 미량원소 조성과 조직적 특성사이에 밀접한 관련성이 있음을 나타내고 있다. 첨정석 레졸라이트 포획암의 단사휘석과 사방휘석의 미량원소 및 희토류원소함량은 프로토그라뉼라에서 마일로니틱 조직으로 갈수록 증가하고 있으며, 특히 LREE와 불호정성이 큰 미량 원소일수록 현저하게 증가하는 경향을 나타낸다. 이는 첨정석 레졸라이트 포획암이 부분용융을 경험한 이후 LREE가 부화된 멜트 또는 유체에 의한 교대작용을 받았으며, 변형사건과 교대작용사이에 밀접한 관련성이 있음을 의미한다. 노두에서 관찰되는 조직의 상대적 산출비율이 이들 포획암이 기원된 상부맨틀에서의 상대적 산출비율이라고 가정한다면, 포피로클라스틱 및 마일로니틱 조직을 발달시킨 변형사건은 비교적 좁은 전단대 지역에 한정되었을 것으로 제시된다. 이러한 전단대는 제주도 아래 암석권질 상부맨틀에서 LREE가 부화된 멜트 또는 유체가 침투하기에 용이한 환경을 형성하였을 것이다. 마일로니틱 조직에서 더욱 현저하게 나타나는 미량원소부화특성은 입자의 크기가 작아지고 변형의 강도가 높을수록 멜트 또는 유체의 침투가 더욱 용이했기 때문일 것으로 해석된다.
