Three dimensional crustal structure and source features of earthquake hypocenters on the Korean peninsula were investigated using P and S-wave travel time tomography. The main goal of this research was to find Vp/Vs anomalies at earthquake hypocenters as well as those of crustal structure of basins and deep tectonic settings. This allowed fer the extrapolation of more detailed seismotectonic force from the Korean peninsula. The earthquake hypocenters were found to have high Vp/Vs ratio discrepancies (VRD) at the vertical sections. High V/p/Vs ratios were also found in the sedimentary basins and beneath the Chugaryong Rift Zone (CRZ), which was due to mantle plume that subsequently solidified with many fractures and faults which were saturated with connate water. The hypocenters of most earthquakes were found in the upper crust for Youngwol (YE), Kyongju (KE), Hongsung (HE), Kaesong (KSE), Daekwan (DKE), and Daehung (DHE) earthquakes, but near the subcrust or the Moho Discontinuity for Mt. Songni (SE), Sariwon (SRE) and Mt. Jiri (JE) earthquakes. Especially, we found hot springs of the Daekwan, Daehung and Unsan regions coincide with high VRD. Also, this cannot rule out the possibility that there are some partial meltings in the subcrust of this region. High VRD might indicate that many faults and fractures with connate water were dehydrated when earthquakes took place, reducing shear modulus in the hypocenter areas. This is can be explained by due to the fact that a point source which is represented by the moment tensor that may involve changes in volume, shear fracture, and rigidity. High Vp/Vs ratio discrepancies (VRD) were also found beneath Mt. Backdu beneath 40 km, indicating that magma chamber existed beneath Mt. Backdu is reducing shear modulus of S-wave velocity.
The Myeonbongsan caldera, 10.2X8.0 km, developed within older sequences of sedimentary formations and intermediate composition volcanis in the southern Cheongsong area. Volcanic rocks in the caldera block include lower intermediate volcanics, middle tuffaceous sequences and upper silicic ones. The silicic volcanics, which is named Myeonbongsan Tuff, are composed of crystal-rich ash-flow tuff(300 m) , bedded tuff(30 m) and pumice-rich ash-flow tuff(700 m) in ascending order. Several intrusions dominate the early sequences within the caldera. The caldera collapsed in a trapdoor type when silicic ash-flow tuffs erupted fro major vent area in the caldera. Normal faulting along a ring fault system except the southwestern part dropped the tuffs down to the northrase with a maximum displacement of about 820 m. The Myeonbongsan Tuff is just about 1,030 m thick inside the northeastern caldera, with its base not exposed, and southwestward thinning down. Rhyolitic plug and ring dikes are emplaced along the central vent and the caldera margins, and the ring dikes are cut by plutonic stocks in the southeastern and northwestern parts. The caldera volcanism eviscerated the magma chamber by a series of explosive eruptions during which silicic magma was erupted to form the Myeonbongsan Tuff. Following the last ash-flow eruption, collapse of the chamber roof resulted in the formation of the Myeonbongsan caldera, a subcircular trapdoor-type depression subsiding about 820 m deep. After the collapse, stony to flow-banded rhyolites were emplaced as circular plugs and ring dikes along the central vent and the caldera margins respectively. Finally after the intrusions, another plutons were emplaced as stocks outside the caldera.
Clear and homogeneous glass inclusions are well preserved at the rim of the quartz phenocrysts of tuff from Sunshin epithermal Au deposit, Haenam, although the host rocks experienced extensive silicification and argillic alteration. Glass inclusion vary in size from $5\;{\mu}m$ to larger than $200\;{\mu}m$ consisting of glass(60~80 vol%) + vapor bubble(15~30 vol%) $\pm$ daughter crystals(<10 vol%). Most of glass inclusions are cubic to rectangular in shape, indicating that the host quartz grew in the stability field of $\beta$-quartz. All the glass inclusions appear to be primary. Glass inclusions are composed of highly evolved high-K calc-alkaline rhyolites, which can represent the final liquidus phase of the magma system. The $Au_2O_3$ concentration (<0.30 wt%) is trivial in the glass, indicating there was no enrichment in the final residual melt. Textural characteristics suggest that magma was water-saturated shortly before or during the eruption. $H_2O$ content of the glass (ca. 2-4 wt%) suggests a water saturation pressure($P_{H2O}$) of about 300-900 bars. This pressure implies a minimum depth of 0.8-2.5 km for the magma chamber.
The Andong pluton in the Andong Batholith is composed of comagmatic plutonic rocks, in which the lithofacies comprise hornblende biotite tonalite in the central paft biotite granodiorite in the marginal paft and porphyritic biotite granite at the topside (noJthea~tern paft) of the pluton. The pluton is petrographically and petrochemically zoned, having more mafic center than margin and topside. Distribution pallern of the lithofacies represents a reverse zoning in the pluton. Modal and chemical data in the pluton show progressive and gradual compositional variations from the centrer via the margin to the topside. Quartz and K-teldspar increase toward the topside of the pluton, whereas hornblende, biotite and color index increase toward the center. The bulk composition in the pluton is also reversely zoned, with high $Si0_2$ and $K_{2}O$ in the topside facies, and high MnO, CaO, $Ti0_2$, $Fe_{2}O_{3}$t, MgO and $P_{2}O_{5}$ in the central facies. The reverse zoning is also evident in higher Cr. V, Ni, Sc and Sr of the more mafic tonalite in the interior. The reversely zoned pluton results from remobilization (resurgence) of the lower more mafic compositional zone into the upper more felsic zones of the pluton modified by thennogravitational diffusion and fractional crystallization. In the initial stages of evolution, the pluton was a petrochemical system that fonned chemical compositional zonation with mafic tonalitic magma in the lower. granodioritic one in the middle and granitic one in the upper paft of the magma chamber. Periodic influxes of more mafic magma from the ba~e resulted in mingling of liquids and redistribution of minerals, and may have triggered the remobilil.ation of the lower compositional zone into the upper more felsic zones.
New results about the crustal structure down to a depth of 60 km beneath North Korea were obtained using the seismic tomography method. About 1013 P- and S-wave travel times from local earthquakes recorded by the Korean stations and the vicinity were used in the research. All earthquakes were relocated on the basis of an algorithm proposed in this study. Parameterization of the velocity structure is realized with a set of nodes distributed in the study volume according to the ray density. 120 nodes located at four depth levels were used to obtain the resulting P- and S-wave velocity structures. As a result, it is found that P- and S-wave velocity anomalies of the Rangnim Massif at depth of 8 km are high and low, respectively, whereas those of the Pyongnam Basin are low up to 24 km. It indicates that the Rangnim Massif contains Archean-early Lower Proterozoic Massif foldings with many faults and fractures which may be saturated with underground water and/or hot springs. On the other hand, the Pyongyang-Sariwon in the Pyongnam Basin is an intraplatform depression which was filled with sediments for the motion of the Upper Proterozoic, Silurian and Upper Paleozoic, and Lower Mesozoic origin. In particular, the high P- and S-wave velocity anomalies are observed at depth of 8, 16, and 24 km beneath Mt. Backdu, indicating that they may be the shallow conduits of the solidified magma bodies, while the low P-and S-wave velocity anomalies at depth of 38 km must be related with the magma chamber of low velocity bodies with partial melting. We also found the Moho discontinuities beneath the Origin Basin including Sari won to be about 55 km deep, whereas those of Mt. Backdu is found to be about 38 km. The high ratio of P-wave velocity/S-wave velocity at Moho suggests that there must be a partial melting body near the boundary of the crust and mantle. Consequently we may well consider Mt. Backdu as a dormant volcano which is holding the intermediate magma chamber near the Moho discontinuity. This study also brought interesting and important findings that there exist some materials with very high P- and S-wave velocity annomoalies at depth of about 40 km near Mt. Myohyang area at the edge of the Rangnim Massif shield.
This article deal with petrotectonic setting and petrogenesis from petrography and chemical analyses of the Cretaceous volcanic and intrusive rocks in the Cheolwon basin. The volcanic rocks are composed of basalts in Gungpyeong Formation, Geumhaksan Andesite, and rhyolitic rocks (Dongmakgol Tuff, Rhyolite and Jijangbong Tuff), and intrusive rocks, Bojangsan Andesite, granite porphyry and dikes. According to petrochemistry, these rocks represent medium-K to high-K basalt, andesite and rhyolite series that belong to calc-alkaline series, and generally show linear compositional variations of major and trace elements with increase in $SiO_2$ contents, on many Harker diagrams. The incompatible and rare earth elements are characterized by high enrichments than MORB, and gradually high LREE/HREE fractionation and sharp Eu negative anomaly with late strata, on spider diagram and REE pattern. Some trace elements exhibit a continental arc of various volcanic arcs or orogenic suites among destructive plate margins on tectonic discriminant diagrams. These petrochemical data suggest that the basalts may have originated from basaltic calc-alkaline magma of continental arc that produced from a partial melt of upper mantle by supplying some aqueous fluids from a oceanic crust slab under the subduction environment. The andesites and rhyolites may have been evolved from the basaltic magma with fractional crystallization with contamination of some crustal materials. Each volcanic rock may have been respectively erupted from the chamber that differentiated magmas rose sequentially into shallower levels equivalenced at their densities.
Park, Byeong-Jun;Jang, Yun-Deuk;Kwon, Suk-Bom;Kim, Jeong-Jin
Economic and Environmental Geology
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v.40
no.5
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pp.675-689
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2007
Kilauea volcano's summit area was formed by continuous ind/or sporadic eruption activities for several hundreds years. In this study, we mainly focused on the trace elements characteristics through systematic sample rocks erupted from 1790 to September of 1982. Under the microscope it can be observed some main minerals such as olivine, clinopyroxene. and plagioclase with minor opaque minerals including Cr-spinel and ilmenite. Zr, V, Y, Ti elements show incompatible activities with MgO while Ni, Cr, Co elements show highly compatible properties. Elements like as Ba, Rb, Th, Sr, Nd are highly incompatible to show positive trends with $K_2O$. In the REE diagram LREE is more enriched than HREE suggesting typical Oceanic Island Basalt(OIB) type. It can be suggested that Sr have an effect on the fractionation of plagioclase from the kink in the $K_2O$ variation diagram. Y/Ho ratio diagram shows there was no fluids effect in the historical Kilauea volcano but Zr/Hf ratio diagram shows a significant difference between Kilauea lavas and PuuOo lavas. There are distinctive changes of trace element contents showing in particular abrupt changes of temporal variations between 1924 and 1954. Moreover, PuuOo lavas which had been erupted since 1983 follow these decreasing trends of trace element variation. Therefore, it is strongly suggested that these abrupt changes of trace elements trends result from the huge collapse geological event which formed Halemaumau crater in 1924 causing contamination effects of crustal contents into magma chamber and from the changes of parental magma composition injected into Kilauea volcano's summit magma reservoir.
Cheonji Lake, the caldera of Baekdu Mountain, located on the border of the Korean Peninsula and China, alternates between melting and freezing seasonally. There is a magma chamber beneath Cheonji, and variations in the magma chamber cause volcanic antecedents such as changes in the temperature and water pressure of hot spring water. Consequently, there is an abnormal region in Cheonji where ice melts quicker than in other areas, freezes late even during the freezing period, and has a high-temperature water surface. The abnormal area is a discharge region for hot spring water, and its ice gradient may be used to monitor volcanic activity. However, due to geographical, political and spatial issues, periodic observation of abnormal regions of Cheonji is limited. In this study, the degree of ice change in the optimal region was quantified using a Landsat -5/-7/-8 optical satellite image and a Modified U-Net regression model. From January 22, 1985 to December 8, 2020, the Visible and Near Infrared (VNIR) band of 83 Landsat images including anomalous regions was utilized. Using the relative spectral reflectance of water and ice in the VNIR band, unique data were generated for quantitative ice variability monitoring. To preserve as much information as possible from the visible and near-infrared bands, ice gradient was noticed by applying it to U-Net with two encoders, achieving good prediction accuracy with a Root Mean Square Error (RMSE) of 140 and a correlation value of 0.9968. Since the ice change value can be seen with high precision from Landsat images using Modified U-Net in the future may be utilized as one of the methods to monitor Baekdu Mountain's volcanic activity, and a more specific volcano monitoring system can be built.
Olivine from the Layered Series (LS), Upper Border Series (UBS), and Marginal Border Series (MBS) of the Skaergaard intrusion was analyzed to examine compositional variation. In general, olivine from all three series shows similar trends in major elements with differentiation: FeO* (total iron as FeO*), Ti $O_2$, and MnO in the olivine, progressively increase, MgO and $SiO_2$progressively decrease, and Na$_2$O, K$_2$O, A1$_2$$O_3$, CaO, and P$_2$O$\_$5/ remain unchanged at low abundances. No abrupt changes in the trends of major components in Skaergaard olivine are observed. The systematic compositional variations in Skaergaard olivine during differentiation preclude the possibility of any injection of new magma into the chamber during differentiation. Abrupt change in MnO, however, is observed in Skaergaard olivine during differentiation. MnO in Skaergaard olivine steadily increases with differentiation from LZ to UZc and then decreases in UZc of the LS and its equivalents of the MBS and UBS. The decrease of MnO in Skaergaard olivine during the final stage of differentiation is attributable to the abrupt and extensive appearance of ferrobustamite as a liquidus phase.
There are beautiful scenery with columnar jointing at 15 valley of southern slope of the Wangtian'e volcano in Mt. Baekdu volcanic field. The compositions of phenocryst minerals which have porphyritic textures in mafic volcanic rocks of this area were carried out. The Wangtian'e volcano consists of Changbai basalt~trachybasalt (lower part) and Wangtian'e basaltic trachyandesite~trachyte~alkali rhyolite (upper part). This study is focused on the mafic rocks of the Changbai trachybsalt and the Wangtian'e basaltic trachyandesite. Main phenocrysts are feldspar, pyroxene and olivine. The major element compositions of the phenocrysts were analyzed using EPMA. Plagioclase phenocrysts of the Wangtian'e basaltic trachyandesite are located at the border of andesine and oligoclase ($An_{24.1{\sim}36.0}$) in the An-Ab-Or diagram, and those of the Changbai trachybasalt are labradorite ($An_{54.2{\sim}65.2}$). Pyroxene phenocrysts are augite. Olivine phenocrysts of the Changbai trachybsalt are crysolite ($Mg_{0.79-0.77}Fe_{0.21-0.23}$) and microphenocrysts in the groundmass are hyalosiderite ($Mg_{0.58-0.56}Fe_{0.42-0.44}$). Calculated crystallization temperature of olivine phenocrysts is $1196{\sim}1123^{\circ}C$, clinopyroxene is $1122{\sim}1112^{\circ}C$, phenocrysts and laths of plagioclases are $1118{\sim}1107^{\circ}C$ and $1091{\sim}1089^{\circ}C$, respectively. The temperatures suggests that the olivine phenocrysts, clinopyroxene, plagioclase phenocrysts, and plagioclase laths were crystallized in the magma chamber in sequence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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