초록
보포트-맥켄지 분지의 리인디어 D-27 시추공 시료에 대한 원소 지화학 및 산소동위원소 연구가 수행되었다. $K_2O$, Rb, 희토류원소의 함량 증가, Mg, Ti, Sc, Zn, Zr 등의 팔면체 원소의 감소, Be, V 등의 사면체 원소의 증가는 깊이에 따라 일라이트층의 구성비가 증가하는 일라이트/스멕타이트의 속성경향과 대비된다. 스멕타이트층과 일라이트층의 구조식은 각각 $[Al_{1.57}Fe_{.19}Mg_{.31}Ti_{.07}][Si_{3.84}A_{1.16}]O_{10}(OH)_2$와 $[Al_{1.84}Mg_{.16}][Si_{3.33}Al_{.67}]O_{10}(OH)_2$로 추정된다. 일라이트/스멕타이트의 속성과 연관하여 희토류원소의 유동이 관찰되었다. 희토류원소, 특히 La와 Ce의 깊이에 따른 함량 증가는 높은 전하가를 갖는 사면체 원소 ($V^{5+}$)의 유입과 관련이 있다. $V^{5+}$에 의한 잉여 전하는 부분적으로 낫은 전하가를 갖는 $Be^{2+}$에 의하여 상쇄되며, 또한 $Be^{2+}$에 의하여 발생되는 지엽적인 전하 불균형은 층간 이온으로는 높은 전하가 (+3)를 갖는 희토류 원소에 의하여 해소된다. 일라이트/스멕타이트의 ${\delta}^{18}O$가 (SMOW)는 2.91~15.72‰의 범위를 보이며, 걸프연안 등의 일라이트/스멕타이트와는 달리 깊이에 따라 증가한다. 일라이트/스멕타이트의 ${\delta}^{18}O$가의 증가는 공극수의 ${\delta}^{18}O$ 증가도가 깊이에 따라 증가하는 온도로 인한 동위원소 분별작용정수 (${\Delta}_{I/S-water}$)의 감소도보다 크기 때문이다. 일라이트/스멕타이트와 평형인 공극수의 ${\delta}^{18}O$가의 계산결과는 공극수의 근원이 지표수임을 지시한다. 중간 깊이에서 낮은 ${\delta}^{18}O$가를 보이는 450m 두께의 구간은 공극수가 층상화되어 있음을 의미한다. 그러나 이 깊이 구간이 낮은 일라이트층 구성비와 낮은 $K_2O$ 함량을 보이는 구간과 일치하지 않는 것으로 볼때 동위원소 교환 반응과 광물학적, 지화학적 반응은 서로 독립적으로 일어나는 것으로 해석된다.
The elemental geochemistry and oxygen isotopes of illite/smectite (I/S) have been studied in relationship to the mineralogical trend in the Reindeer D-27 well, Beaufort-Mackenzie Basin. The increase in concentrations of $K_2O$, Rb and rare earth elements (REE), the decrease in concentrations of tetrahedral elements such as Mg, Ti, Sc, Zn and Zr, and the increase in concentrations of tetrahedral elements such as Be and V can be related to I/S compositions that vary systematically with depth. Layer formulae of S- and I-layers are estimated as $[Al_{1.57}Fe_{.19}Mg_{.31}Ti_{.07}][Si_{3.84}Al_{.16}]O_{10}(OH)_2$ and $[Al_{1.84}Mg_{.16}][Si_{3.33}Al_{.67}]O_{10}(OH)_2$, respectively. The mobilization of REE appears to occur during illitization. The increase in concentrations of REE, especially La and Ce, with depth is probably linked to incorporation of ions with high valency (e.g. $V^{5+}$) in tetrahedral sites. The excess valency due to V is partly counter-balanced by ions with low valency (e.g. $Be^{2+}$) and, in turn, the local valency deficiency caused by $Be^{2+}$ could be compensated by high-charge interlayer cations such as REE (＋3). ${\delta}^{18}O$ values of I/S range from 2.91 to 15.72‰ (SMOW), and increase with depth, contrasting to trends observed in the Gulf Coast and elsewhere. The increase in ${\delta}^{18}O$ of I/S results from the rapid increase in ${\delta}^{18}O$ of pore water that overcomes the decrease in temperature-dependent fractionation values with increasing burial depth (${\delta}^{18}O_{pore\;water}>-d{\Delta}/_{I/S-water};\;d{\delta}^{18}O_{I/S}>0$). Calculated ${\delta}^{18}O$ values of pore water in equilibrium with I/S suggest that the original water was probably meteoric water. The stratification of pore water is postulated from the presence of an isotopically light interval, about 450m thick. The depth range of the isotopically light zone overlaps, but does not coincide with the interval of lowered I-content and $K_2O$ concentrations, suggesting that oxygens may have been exchanged independently of mineralogical and geochemical reactions.