Oxygen and Hydrogen Isotope Studies of Fluid-Rock Interaction of the Radons-Sancheong Anorthositic Rocks

The anorthositic rocks of the study area are divided into the northern Sancheong and southern Hadong anorthositic rocks depending on the different distribution patterns and lithologies. In order to evaluate the characteristics of the hydrothermal systems developed in the study area, oxygen and hydrogen isotopic compositions of the anorthositic rocks were measured. Oxygen isotopic values of the plagioclase exhibit an interesting spatial distribution. Plagioclase collected from the Sancheong anorthositic rocks in the northern part tends to have a relatively restricted range of $\delta$$^{18/0}$ values between 7.3 and 8.8$\textperthousand$, which are heavier than 'normal' $\delta$$^{18/O}$ value (6-6.5$\textperthousand$) typical for plagioclase of the fresh mantle-derived anorthosite, whereas plagioclase from the southern part is characterized by a wide range of $\delta$$^{18/O}$ values between -4.4 and 8.2$\textperthousand$ and much lighter values than 'normal' value for plagioclase of the fresh mantle-derived anorthosite. Plagioclase from the middle part has $\delta$$^{18/O}$ values heavier than the plagioclase from the southern part, but lighter than that from the northern part. The spatial distribution of $\delta$$^{18/O}$ values suggests that the decoupled hydrothermal flow systems might have been developed in the study area. Meteoric water dominated in the hydrothermal flow systems developed in the southern area, whereas magmatic fluid dominated in the northern area. The relationship between water content and hydrogen isotopic composition of anorthosites shows a positive correlation. The positive correlation indicates that fluids exsolved from magma during magmatic differentiation caused deuteric alteration of anorthositic rocks involving replacement of pyroxenes to amphiboles. After the deuteric alteration, hydrothermal system developed by meteoric water dominated the southern area, and erased record of the hydrothermal system developed by magmatic fluid at earlier stage. However, the development of meteoric hydrothermal system has been limited in the southern area only, and could not affect the Sancheong anorthositic rocks in the northern area. The abundant occurrences of secondary alteration minerals such as sericite, calcite, and chlorite in the southern Hadong anorthosite relative to the northern Sancheong anorthositc seem to be related to the overlapping of two distinct hydrothermal systems in the southern area.

하동-산청 회장암질암의 유체-암석 상호반응에 대한 산소와 수소 동위원소 연구

연구 지역에 분포하는 회장암체는 분포상태와 임상에 의해 북쪽의 산청회장암체와 남쪽의 하동회장암체로 구분된다. 이들 회장암체 내에 발달했던 열수시스템의 특성에 대해 알아보기 위해 산소와 수소 안정 동위원소 조성을 측정해 보았다 연구 지역에 있는 회장암체의 $\delta$$^{18}$ $O_{plagioclase}$ 값은 공간적인 분포에 따라 서로 다른 값을 가지는 특징을 보여준다. 즉 북쪽에 분포하는 산천회장암체 사장석의 $\delta$$^{18}$ O 값은 맨틀기원의 신선한 회장암의 전형적인 값(6-6.5$\textperthousand$)보다 더 무거운 값인 7.3-8.8$\textperthousand$ 사이의 값으로서, 비교적 좁은 범위의 값을 갖는 특징을 보여준다. 이와는 달리 남쪽에 분포하는 하동회장암체 사장석은 -4.4-8.2$\textperthousand$ 사이의 넓은 범위의 $\delta$$^{18}$ O 값을 가지며, 맨틀기원의 신선한 회장암의 전형적인 값보다 낮은 $\delta$$^{18}$ O 값을 가진다. 연구 지역의 중간 지역에 분포하는 회장암을 구성하는 사장석은 북쪽 지역의 사장석과 남쪽 지역의 사장석이 갖는 $\delta$$^{18}$ O 값의 중간 값을 갖는다. $\delta$$^{18}$ O 값의 이러한 공간적인 분포는 지역에 따i가 서로 다른 열수시스템이 발달되었음을 지시한다. 즉, 연구 지역의 남쪽 지역에서는 천수에 의해 발달된 열수시스템이 우세하게 발달한 반면에, 북쪽 지역에서는 마그마 기원의 유체에 의해 발달된 열수시스템이 우세하였다. 회장암의 수소 안정 동위원소 조성과 이들 전암 내에 들어있는 물의 함량과의 관계는 정의 관계를 보여주며, 이러한 결과는 회장암질암을 형성한 마그마의 분화작용이 일어나는 동안에 용리작용(exolution)에 의해서 마그마로부터 분리된 유체가 자생변질작용을 일으킴으로써 초생 보통휘석을 각섬석으로 변화시켰음을 지시해준다. 이러한 자생변질작용이 일어난 이후에, 천수기원의 유체에 의해 형성된 열수시스템이 연구 지역의 남쪽에 발달함으로써 마그마에서 유래한 유체에 의한 열수시스템의 흔적이 지워져버렸다. 그러나 북쪽에 있는 산청회장암체는 이 열수시스템에 의한 영향을 거의 받지 않고 마그마 기원의 유체에 의해 형성되었던 열수시스템의 흔적을 잘 기록하고 있다. 연구 지역의 북쪽에 분포하는 산청암체 보다 남쪽에 분포하는 하동암체에서 견운모, 방해석, 녹니석과 같은 이차 변질광물들이 더 많이 관찰되는 것은 이 지역에서 중첩되어 발달되었던 열수시스템과 관련이 있는 것으로 생각된다.