Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.16
no.4
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pp.479-490
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2018
The granite melting concept, which was suggested by Gibb's group for the closing of a deep borehole, was experimentally checked for KURT granite. The granite melting experiments were performed in two pressure conditions of atmospheric melting with certain inorganic additives and high pressure melting formed by water vaporization. The results of atmospheric tests showed that KURT granite started to melt at a lower temperature of $1,000^{\circ}C$ with NaOH addition and that needle shaped crystals were formed around partially melted crystals. In high pressure tests, vapor pressure was increased by adding water with maximum pressure of about 400 bars. KURT granite was partially melted at $1,000^{\circ}C$ when vapor pressure was low. However, it was not melted at vapor pressures higher than 200 bars. Therefore, it was determined that high pressure with a small amount of water vapor more effectively decreased the melting point of granite. Meanwhile, high temperature and high pressure vapor caused severe corrosion of the reactor wall.
The Jurassic Daejeon and Nonsan granitoids are "S-type" syntectonic calc-alkaline two-mica monzogranite and granodiorite, respectively. With evidences of high CaO, $Al_2O_3$, LIL/HFS elements, total REE, (Ce/Yb)N and initial ($^{87}Sr/^{88}Sr$) ratio, and no significant Eu anomaly, the primary magmas for the Daejeon and Nonsan granitic rocks are derived from partial melting of the Precambrian granulite (e.g. grey gneisses). But those Jurassic granitoids crystallised from different chemical characteristics of parental magmas which is mainly due to varying degree of partial melting of the granulite (crustal anatexis). The absence of significant anomalous Eu($Eu/Eu^*=O.82{\sim}1.00$) in the Daejeon and Nonsan granitoids could indicate that feldspars, mainly plagioclase, did not separate from the magmas. The parental hydrous magmas could not rise appreciably above their source region before crystallisation. The Jurassic granitoids may be resulted by closing-collision situation and belong to the Hercynotype (Pitcher 1979) such as compressive ductile regime of an intracontinental orogen.
Various Mesozoic igneous rocks such as biotite granite, leucogranites, granodiorite, hornblende gabbros, quartz gabbros and tonalite are identified in the Dangjin area, the western Gyeonggi Massif, Korea. The major Mesozoic igneous activities in the Dangjin area are recognized as periods of ca. 227 Ma, ca. 190 Ma, ca. 185 Ma and ca. 175 Ma. Gabbroic rocks consist mainly of hornblende gabbros and quartz gabbros which are characterized by dominant hornblende and occur as small stocks. The gabbroic rocks have intrusion ages between 185 and 175 Ma. Triassic biotite granite ($225{\pm}2.3Ma$) is considered to be a post-collisional granite similar in geochemistry to the southern Haemi granite ($233{\pm}2Ma$, Choi et al., 2009). Although the main magma source of biotite granite appears to be a granitic continental crust, the biotite granite could have a small amount of mafic rocks as a magma source, or a small amount of mantle-derived melts (i.e., mafic melts) could have contributed to the formation of primitive granite magma in composition. Jurassic granitoids and gabbroic rocks in the Dangjin area are considered to be continental arc igneous rocks associated with the subduction of the Paleo-Pacific plate. It is presumed that the leucogranites are formed by crustal anatexis of granitic materials and the gabbroic rocks are formed by partial melting of enriched mantle.
The Eocene Gyeongju granitoids in SE Korea are alkali feldspar granite (AGR), biotite granite (BTGR), and hornblende biotite granodiorite (HBGD) along Yangsan fault and Ulsan fault. According to their geochemical characteristics, these granitoids are classified as A-type (AGR) and I-type (BTGR and HBGD) granitoids, and regarded that were derived from same parental magma in upper mantle. The hornblende and biotite of AGR as an interstitial phase indicate that influx of F-rich fluid during the crystallization of AGR magma. AGR is enriched LILE (except Sr and Ba) and LREE that indicate the influences for subduction released fluids. The highest HFSE contents and zircon saturation temperature of AGR among the Eocene Gyeongju granitoids may indicate that it was affected by partial melting rather than magma fractionation. These characteristics may represent that the high F contents of AGR was affected by F-rich fluid derived from the subducted slab and partial melting. It corresponds with the results of the REE modeling and the dehydrated fluid component (Ba/Th) modeling showing that AGR (A-type) was formed by the partial melting of BTGR (I-type) with the continual influx of F-rich fluid derived from the subducted slab.
We study metamorphism of metasedimetary rocks and origin and evolution of leucogranite form Samcheok area, northeastern Yeongnam massif, South Korea. Metamorphic rocks in this area are composed of metasedimentary migmatite, biotite granitic gneiss and leucogranite. Metasedimentary rocks, which refer to major element feature of siliclastic sediment, are divided into two metamorphic zones based on mineral assemblages, garnet and sillimanite zones. According to petrogenetic grid of mineral assemblages, metamorhpic P-T conditions are $740{\sim}800^{\circ}C$ at $4.8{\sim}5.8\;kbar$ in the garnet zone and $640-760^{\circ}C$ at 2.5-4.5kbar in sillimanite zone. The leucogranite (Imwon leucogranite) is peraluminous granite which has high alumina index (A/CNK=1.31-1.93) and positive discriminant factor value (DF > 0). Thus, leucogranite is S-type granite generated from metasedimentary rocks. Major and trace element diagram ($R_1-R_2$ diagram and Rb vs. Y+Nb etc.) show collisional environment such as syn-collisional or volcanic arc granite. Because Rb/sr ratio (1.8-22.9) of leucogranites is higher than Sr/Ba ratio (0.21-0.79), leucogranite would be derived from muscovite dehydrate melting in metasedimentary rocks. Leucogranites have lower concentration of LREE and Eu and similar that of HREE relative to metasedimentary rocks. To examine difference of REEs between leucogranites and metasedimentary rocks, we perform modeling using volume percentage of a leucogranite and a metasedimenatry rock from study area and REE data of minerals from rhyolite (Nash and Crecraft, 1985) and melanosome of migmatite (Bea et al., 1994). Resultants of modeling indicate that LREE and HREE are controlled by monazites and garnet, respectively, although zircon is estimated HREE dominant in some leucogranite without garnet. Because there are many inclusions of accessary phases such as monazite and zircon in biotites from metasedimentary rocks. leucogranitic magma was mainly derived from muscovite-breakdown in metasedimenary rocks. Leucogranites can be subdivided into two types in compliance with Eu anomaly of chondrite nomalized REE pattern; the one of negative Eu anomaly is type I and the other is type II. Leucogranites have lower Eu concetnrations than that of metasedimenary rocks and similar that of both type. REE modeling suggest that this difference of Eu value is due to that of components of feldspars in both leucogranite and metasedimentary rock. The tendency of major ($K_2O$ and $Na_2O$) and face elements (Eu, Rb, Sr and Ba) of leucogranites also indicate that source magma of these two types was developed by anatexis experienced strong fractionation of alkali-feldspar. Conclusionally, leucogranites in this area are products of melts which was generated by muscovite-breakdown of metasedimenary rock in environment of continetal collision during high temperature/pressure metamorphism and then was fractionated and crystallized after extraction from source rock.
The geochemical characteristics including minerals, major and trace elements chemistries of the Proterozoic, Jurassic and Cretaceous granites in Korea are systematically summarized and intended to decipher the origin and crystallization process in connection with the tectonic evolution. The granites in Korea are classified into three different ages of the granites with their own distinctive geochemical patterns: 1) Proterozoic granitoids; 2) Jurassic granites(cratonic and mobile belt); 3) Cretaceous-Tertiary granites. The Proterozoic granite gneisses (I-type and ilmenite-series) formed by metamorphism of the geochemically evolved granite protolith. The Proterozoic granites (S-type and ilmenite-series) produced by remobilization of sialic crust. The Jurassic granites (S-type and ilmenite-series) were mainly formed by partial melting of crustal materials, possibly metasedimentary rocks. The Cretaceous granites (I-type and magnetite-series) formed by fractional crystallization of parental magmas from the igneous protolith in the lower crust or upper mantle. The low temperature ($315{\sim}430^{\circ}C$) and small temperature variations (${\pm}20{\sim}30^{\circ}C$) in the cessation of exsolution of perthites for the Proterozoic and Jurassic granites might have been caused by slow cooling of the granites under regional metamorphic regime. The high ($520^{\circ}C$) and large temperature variations (${\pm}110^{\circ}C$) of perthites for the Cretaceous granites postulate that the rapid cooling of the granitic magma. In terms of the oxygen fugacity during the feldspar crystallization in the granite magmas, the Jurassic mobile belt granites were crystallized in the lowest oxygen fugacity condition among the Korean granites, whereas the Cretaceous granites in the Gyeongsang basin at the high oxygen fugacity condition. The Jurassic mobile belt granites are located at the Ogcheon Fold Belt, resulting by closing-collision situation such as compressional tectonic setting, and emplaced into a Kata-Mesozonal ductile crust. The Jurassic cratonic granites might be more evolved either during intrusion through thick crust or owing to lower degree of partial melting in comparison with the mobile belt granites. The Cretaceous granites are possibly comparable with a continental margin of Andinotype. Subduction of the Kula-Pacific ridge provided sufficient heat and water to trigger remelting at various subcrustal and lower crustal igneous protoliths.
The tectonic environment and source characteristics of the Daebo granitic batholith in the central Ogcheon Belt were investigated based upon major and trace element geochemistry. The batholith is comprised of three granite types; a biotite granite (DBBG), K-feldspar megacryst-bearing biotite granite (DBKG), and a more mafic granodiorite (DBGD). The variations of Na and K in the granites can not be explained by simple fractional crystallization from the same primary magma. The irregular behavior of these alkali elements indicates a variety of source materials or incomplete mixing of different source materials. The large ion lithophile (LIL) element enrichment and low Ta/Hf ratios of the granites are typical characteristics of normal, calc-alkaline continental arc granitoids. Based upon REE patterns of the granites, it seems to be unreasonable to regard the felsic DBBG as a late stage differentiate formed by residual melts after the fractionation of major constituent minerals of the more mafic DBGD. Inconsistent variations in ${\varepsilon}_{Nd}(t)$ and LIL element concentrations of the granites preclude a mixing model between primitive melt and LIL element-enriched upper crustal materials. The irregular geochemical variation of the granites is taken to be largely inherited from an already heterogeneous source region.
Orbicular granite gneisses occur as a xenolith within two-mica leucogranites, together with early Paleoproterozoic metasedimentary xenoliths, in Wangjeong-ri, Muju area. The whole-rock chemistries and SHRIMP zircon Pb/U ages of the leucogranites indicate that they are S-type granitoids formed in the continental tectonic setting at $1875{\pm}75$ Ma. The SHRIMP age of monazites from the orbicular granite gneiss gives $1867{\pm}4$ Ma as a metamorphic age which is similar to the intrusion age of the two-mica leucogranite within the error range. The similar ages between zircons and monazites represent that the orbicular granite gneisses formed by metamorphism during the intrusion of the two-mica leucogranite; the metasedimetary xenoliths which sank within the parent magma of leucogranites were metamorphosed into orbicular granite gneisses by thermal metamorphism ($650-740^{\circ}C$, 4-6.5 kbar) due to the heat supplied from surrounding magma. During the thermal metamorphism, the core of orbicular granite gneiss mainly consisting of cordierite formed, and in some orbicular granitic gneisses, the leucocratic melt formed by melting of quartz and plagioclase in the core, squeezed out from core and crystallized around the core forming outer rim. The hydrothermal fluid at the late stage of magma differentiation penetrated into the orbicular granite gneisses resulting pinitization of cordierite into chlorite and sericite. As Muju orbicula granite gneiss was formed from sedimentary rocks, it is more appropriate to be called Muju orbicula granitic gneiss.
The Cretaceous Myeongseongsan Granite in the northwestern Gyeonggi Massif consists of a major pale pink-colored biotite monzogranite and a minor white-colored biotite alkaligranite. Low Sr and high Ba concentrations, negative Eu-anomalies in REE plot, negative Sr anomalies in spider diagram, a negative correlation between Sr and Rb, and positive correlations between Sr and Ba and $Eu/Eu^*$ indicate that a fractional crystallization of both plagioclase and K-feldspar played a significant role during magma evolution. The Myeongseongsan Granite is plotted in I-& S-type granites on I, S, A-type granite classification scheme. While the biotite monzogranite is plotted in unfractionated I-& S-type granite, the biotite alkaligranite is plotted in fractionated I-& S-type granite, which indicates that the biotite alkaligranite is a more differentiated product. In order to elucidate the nature of the protoliths of the peraluminous Myeongseongsan magma, we plotted in $Al_2O_3/TiO_2$ vs. $CaO/Na_2O$ and Rb/Sr vs. Rb/Ba diagrams, and they suggest that the Myeongseongsan Granite was derived from clay-poor metagreywackes and meta-psammites or their igneous counterparts. Whole-rock zircon saturation temperature indicates that the Myeongseongsan magma was melted at $740-799^{\circ}C$.
The Dongcheondong granite is alkali feldspar granite in Dongcheondong, Gyeongju. The granite is coarse grained and consists of alkali feldspar, quartz, amphibole, and biotite. Alkali feldspar is perthitic orthoclase and quartz often shows undulatory extinction. Plagioclase often shows albite twins, and biotite and amphibole emplace as interstitial minerals. The Dongcheondong granite is plotted in A-type area having high ($Na_2O+K_2O)/Al_2O_3$ and low (MgO+CaO)/FeOT ratio. The Dongcheondong A-type granite has higher $SiO_2$, $Na_2O$, $K_2O$, Zr, Y, and REE contents (except for Eu) and lower $TiO_2$, $Al_2O_3$, CaO, MgO, Sr, Ba, and Eu contents than I-type granites in Gyeongsang Basin. These results show that the geochemical characteristics of the Dongcheondong A-type granite are distinguished from I-type granite in Gyeongsang Basin. A-type granite in the Dongcheondong is thought to has been generated by partial melting of I-type tonalite or granodiorite.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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