Fluid Inclusions Trapped in Xenoliths from the Lower Crust/upper Mantle Beneath Jeju Island (I): A Preliminary Study

This paper describes the textural relations of mantle xenoliths and fluid inclusions in mantle-derived rocks found in alkaline basalts from Jeju Island which contain abundant ultramafic, felsic, and cumulate xenoliths. Most of the ultramafic xenoliths are spinel-lherzolites, composed of olivine, orthopyroxene, clinopyroxene and spinel. The felsic xenoliths considered as partially molten buchites consist of quartz and plagioclase with black veinlets, which are the product of ultrahigh-temperature metamorphism of lower crustal materials. The cumulate xenoliths, clinopyroxene-rich or clinopyroxene megacrysts, are also present. Textural examination of these xenoliths reveals that the xenoliths are typically coarse grained with metamorphic characteristics, testifying to a complex history of evolution of the lower crust/upper mantle source region. The ultramafic xenoliths contain protogranular, porphyroclastic and equigranular textures with annealing features, indicating the presence of shear regime in upper mantle of the Island. The preferential associations of spinel and olivine with large orthopyroxenes suggest a previous high temperature equilibrium in the high-Al field and the original rock-type was a Al-rich orthopyroxene-bearing peridotite without garnet. Three types of fluid inclusions trapped in mantle-derived xenoliths include CO$_2$-rich fluid (Type I), multiphase silicate melt (glass ${\pm}$ devitrified crystals ${\pm}$ one or more daughter crystals ＋ one or more vapor bubbles) (Type II), and sulfide (melt) inclusions (Type III). C$_2$-rich inclusions are the most abundant volatile species in mantle xenoliths, supporting the presence of a separate CO$_2$-rich phase. These CO$_2$-rich inclusions are spatially associated with silicate and sulfide melts, suggesting immiscibility between them. Most multiphase silicate melt inclusions contain considerable amount of silicic glass. reflecting the formation of silicic melts in the lower crust/upper mantle. Combining fluid and melt inclusion data with conventional petrological and geochemical information will help to constrain the fluid regime, fluid-melt-mineral interaction processes in the mantle of the Korean Peninsula and pressure-temperature history of the host xenoliths in future studies.

제주도의 하부지각/상부맨틀 기원의 포획암에 포획된 유체포유물: 예비연구

본 연구는 제주도에 분포하는 현무암에 포획된 맨틀포획암과 맨틀포획암에 포획된 유체포유물에 대한 암석 및 조직에 대한 기재와 하부지각물질이 초고온의 변성작용을 받아 형성된 부카이트라는 산성질포획암에 관한 예비연구이다. 제주도에 분포하는 알칼리현무암에는 초염기성포획암, 산성질포획암, 큐뮬레이트포획암이 풍부하게 포획되어 있다. 초염기성포획암은 첨정석(스피넬)-레졸라이트가 대부분이며, 첨정석-레졸라이트는 감람석, 사방휘석, 단사휘석과 첨정석로 이루어져 있다. 부카이트는 석영, 사장석과 검은 세맥으로 이루어져 있으며, 큐뮬레이트포획암은 단사휘석 혹은 단사휘석과 사장석으로 이루어진 거정의 결정들로 구성되어 있다. 이들 포획암들의 구성입자들은 조립질이며, 하부지각/상부맨틀에서의 복잡한 진화사를 보여주는 변성암의 특징을 나타낸다. 초염기성포획암에는 프로토그라뉼라, 반상쇄성, 등립질의 조직이 관찰되며, 이러한 조직의 존재는 제주도의 상부맨틀에 전단체계가 형성되어 있음을 나타낸다. 프로토그라뉼라 조직에서는 거정의 사방휘석 결정들 중간에 첨정석, 세립의 감람석이 시공간적인 연관성을 지니고 항상 같이 산출되어지는데 이는 첨정석과 감람석이 사방휘석에서 용리되어진 것으로 여겨진다. 이러한 첨정석과 감람석이 사방휘석에서 용리되어진 조직은 프로토그라뉼라조직이 형성되기 이전에 고온에서 알루미나 함량을 많이 지닌 암석이 평형상태를 유지했음을 의미하며, 원래의 암석은 알루미나가 풍부한 사방휘석을 지닌 페리도타이트인 것을 암시한다. 이러한 하부지각/상부맨틀에서 유래하는 포획암에는 세 종류의 유체포유물이 포획되어 있다. I형은 이산화탄소를 풍부하게 가지고 있는 포유물이고, II형은 다상의 규산염용융포유물로서 유리$\pm$탈유리화된 결정들$\pm$딸결정들 ＋수축기포로 구성되어 있다. III형은 황화용융포유물이다. 제주도의 맨틀포획암에는 I형이 가장 풍부하게 포획되어 있으며, 이산화탄소가 맨틀에 존재하는 가장 풍부한 휘발성성분이며, 맨틀과 같은 고온고압에서 하나의 독립된 상으로 존재한다는 것을 반영하고 있다. 또한 맨틀과 같은 환경에서 규산염멜트(melt), 황화멜트, 이산화탄소가스 사이에 서로 불용융(immscibility) 상태도 형성되고 있음을 나타내고 있다. 대부분의 다상의 규산염용융포유물 (II형)은 상당한 양의 규산질 유리를 지니고 있으며, 이는 하부지각/상부맨틀에서 SiO$_2$ 함량이 높은 규산질마그마가 형성되고 있음을 지시한다. 암석학적, 지화학적 정보와 함께 맨틀 혹은 하부지각 암석에 포획된 유체포유물과 용융포유물 데이터는 한반도의 맨틀에 대한 유체체계, 유체-마그마-광물 사이의 강호작용, 모암인 포획암에 대한 압력-온도 진화사를 파악하는데 크게 이용될 것이다.