Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2004.09a
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pp.115-118
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2004
The purpose of this research is to investigate the noble gas isotope and the hydrochemical characteristics of hot springs in the Chungcheong area in Korea. This study was carried. out by the financial support of Korea-Japan joint research program of KOSEF, Noble gases are very useful tracers to investigate volatile elements circulation, because of their unique isotopic compositions in various reservoirs of the Earth. Isotopic ratios of noble gases has been carried out for If hot-spring samples from Daejon and its near areas in Korea last January 2004. Helium isotope ratio gave the evidence that helium gas of different origins(air-crust mixing origin, crust-origin and mantle-origin) is supplied into hot-spring waters in Korea. We found the distinct relationship between temperature of hot springs and helium gas origin.
Park, Seong-Hee;Kwon, Sung-Tack;Hee Sagong;Cheong, Chang-Sik
Proceedings of the Mineralogical Society of Korea Conference
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2001.06a
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pp.75-75
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2001
We report Sr, Nd and Pb isotope data of clinopyroxene separates from ultramafic xenoliths and their host basaltic rocks in Jeju Island, Baekryeong Island, Boeun and Ganseong, Korea. The isotopic data of the xenoliths and host basalts are distinctly different from those of Korean basement rocks. Except for two xenoliths from Ganseong, all samples in this study have isotopic ratios within the combined range of MORB-OIB data. All basaltic rocks have Nd-Sr-Pb isotope compositions different from those of xenoliths, indicating that the host basaltic magma did not derive from the lithospheric mantle where the xenoliths originated. The range of isotopic composition of xenoliths is much greater than that observed in host basalts, which reflects small-scale heterogeneity of the lithospheric mantle. The greater isotopic heterogeneity of the lithospheric mantle probably reflects its long-term stability. The spinel peridotite xenolith data of Jeju Island, Baekryeong Island and Boeun display mixing hyperbolas between DMM and EM II end members. Since Jeju basalts have EM II-like isotopic signature, the mixing relationship shown by the isotopic data of the Jeju xenoliths can be interpreted as the result of infiltration of metasomatic fluid or melt derived from basaltic magma into DMM-like lithospheric mantle. In contrast to other xenolith sites, the Ganseong xenoliths are dominantly clinopyroxene megacryst and pyroxenite. Clinopyroxene megacrysts have different isotopic ratios from their host basalt, reflecting its exotic origin. Two Ganseong xenoliths (wherlite and clinopyroxenite) have much enriched Sr and Nd isotopic ratios and Nd model ages of 2.5-2.9 Ga, and plot in an array away from the MORB-OIB field. The mantle xenoliths from Korean Peninsula have similar $\^$87/Sr/$\^$86/Sr,$\^$143/Nd/$\^$144/Nd and $\^$207/Pb/$\^$204/Pb ratios to, but higher $\^$208/Pb/$\^$204/Pb ratios than, those from eastern China, indicating that Korean xenoliths are derived from the lithospheric mantle with higher Th/U ratio compared with Chinese ones. The isotopic data of xenolith-bearing basalts of Baekryeong Island and Ganseong, along with Ulreung and Dok Islands, show a mixing trend betlveen DMM and EM I in Sr-Nd-Pb isotopic correlation diagrams, which is also observed in tile northeastern Chinese basalts. However, the Jeju volcanic rocks show an EM II signature that is observed in southeastern Chinese basalts. The isotopic variations in volcanic rocks from the northern and southern portions of the East Asia reflect a large-scale isotopic heterogeneity in their source mantle.
Petrographical and petrochemical analyses for late Miocene basalts in Goseong-gun area. Gangwon province, were carried out to interpret the characteristics and the origin of magma. The basaltic rocks occurred as plug-dome in the summit of several small mountain and developed columnar jointing with pyroxene-megacryst bearing porphyritic texture. And the basalt contains xenoliths of biotite granite (basement rocks), gabbro (lower crustal origin) and Iherzolite(upper mantle origin). The basalts belong to the alkaline basalt field in TAS diagram and partly belong to picrobasalt and trachybasalt field. On the tectonomagmatic discrimination diagram f3r basalt in the Goseong-gun area. they fall into the fields for the within plate and oceanic island basalt. The characteristics of trace elements and REEs shows that primary magma for the basalt magma would have been derived from partial melting of garnet-peridotite mantle. This late Miocene basalt volcanism is related to the hot spot within the palte.
Proceedings of the Mineralogical Society of Korea Conference
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2001.06a
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pp.95-95
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2001
The Yeongdong basin is one of the pull-apart basins in the southwestern part of the Korean Peninsula that has developed during Cretaceous sinistal fault movement. The bimodal igneous activities (basalts and rhyolites) in the basin appear to be closely associated with the basin development. Here, we discuss the origin of the igneous rocks using chemical and radiogenic isotope data. Basaltic (48.4-52.7 wt% SiO$_2$) and rhyolitic (70.3-70.8 wt% SiO$_2$) rocks are slightly alkalic in a total alkali-silica diagram. The rhyolitic rocks with have unusually high K$_2$O contents (5.2-6.0 wt%). The basaltic rocks show an overall pattern of within-plate basalt in a MORB-normalized spider diagram, but have distinct negative anomaly of Nb, which indicates a significant amount of crustal component in the magma. The basaltic rocks plot within the calc-alkaline basalt field in the Hf/3-Th-Ta and Y/l5-La/10-Nb/8 discrimination diagrams. The eNd(T) values of the basaltic rocks (-13.6 to 14.3) are slightly higher than those of the rhyolitic rocks (-14.1 to 15.2), and the initial Sr isotopic ratios of the former (0.7085-0.7093) are much lower than those of the latter (0.7140-0.7149). However, the initial Nd and Sr isotope ratios of the igneous rocks in the Yeongdong basin are similar to those of the nearby Cretaceous igneous rocks in the Okcheon belt. The Pb isotope ratios plot within the field of Mesozoic granitoids outside of the Gyeongsang basin in Pb-Pb correlation diagrams. Since a basaltic magma requires the mantle source, the enriched isotopic signatures and negative Nb anomaly of the basaltic rocks suggest two possibilities for their origin: enriched mantle lithospheric source, or depleted mantle source with significant amount of crustal contamination. However, we prefer the first possibility since it would be difficult for a basaltic magma to maintain its bulk composition when it is significantly contaminated with granitic crustal material. The slightly more enriched isotopic signatures of rhyolitic rocks also suggest two possibilities: differentiate of the basaltlc magma with some crustal contamination, or direct partial melting of the lower crust. Much larger exposed volume of the rhyolitic rocks, compared with the basaltic rocks, indicates the latter possibility more favorable.
We present data from the Mesozoic Keumkang, Palbong, and Baekhwa granites in Garorim Bay, in the southwestern part of the Gyeonggi massif, South Korea. Using major and trace element concentrations, Sr-Nd-Pb isotopic compositions, and sensitive high-resolution ion microprobe (SHRIMP) zircon U-Pb ages, we aim to constrain the petrogenesis of the granites and explain their origin within a broader regional geological context. SHRIMP U-Pb zircon ages of $232.8{\pm}3.2$, $175.9{\pm}1.2$, and $176.8{\pm}9.8$ Ma were obtained from the Keumkang, Palbong and Baekhwa granites, respectively. The Late Triassic Keumkang granites belong to the shoshonite series and show an overall enrichment in large ion lithophile elements (LILE), a depletion in high field strength elements (HFSE) relative to primitive mantle, compared with neighboring elements in the primitive mantle-normalized incompatible trace element diagram with notable high Ba and Sr contents, and negligible Eu anomalies. The Keumkang granites are typified by highly radiogenic Sr and unradiogenic Nd and Pb isotopic compositions: $(^{87}Sr/^{86}Sr)_i=0.70931-0.70959$, $(^{143}Nd/^{144}Nd)_i=0.511472-0.511484$ [$({\varepsilon}_{Nd})_i=-17.0$ to -16.7], and $(^{206}Pb/^{204}Pb)=17.26-17.27$. The Middle Jurassic Palbong and Baekhwa granites belong to the medium- to high-K calc-alkaline series, and show LILE enrichment and HFSE depletion similar to the Keumkang granites, but exhibit significant negative anomalies in Ba, Sr, and Eu. Furthermore, they have elevated Y and Yb contents at any given $SiO_2$ content compared with other Jurassic granitoids from the Gyeonggi massif. The Palbong and Baekhwa granites have slightly less radiogenic Sr and more radiogenic Nd and Pb isotopic compositions [$(^{87}Sr/^{86}Sr)_i=0.70396-0.70908$, $(^{143}Nd/^{144}Nd)_i=0.511622-0.511660$, $({\varepsilon}_{Nd})_i=-15.4$ to -14.7, $(^{206}Pb/^{204}Pb)=17.56-17.76$] relative to the Keumkang granites. The Keumkang granites are considered to have formed in a post-collisional environment following the Permo-Triassic Songrim orogeny that records continent-continent collision between the North and South China blocks, and may have formed by fractional crystallization of metasomatized lithospheric mantle-derived mafic melts. The Palbong and Baekhwa granites may have been produced from a gabbroic assemblage at pressures of less than ~15 kbar, associated with subduction of the paleo-Pacific (Izanagi) plate at the Eurasian continental margin. Elevated ${\varepsilon}_{Nd}(t)$ values in the granitoids from the southwestern part of the Gyeonggi massif relative to those of the central and northern parts, together with the comparatively shallow depth of origin, imply the presence of an exotic block in the Korean lithosphere.
Several ultramafic bodies and ultramafic origin talc deposits are distributed in Chungnam province near the contact zone with Ogchun fold belt They occur as discontinued belt form with northeast trending, and most of them are more or less sepentinized. Major, trace, and rare earth elements analyses were made of the ultramafics from the study area to constrain their origin and genetic relationships. Compared to the primitive mantle estimates of privious workers, the correlations defined by the studied rock samples indicate similar Ni but very lower $Al_{2}O_{3}$, CaO and $TiO_{2}$ contents. It is inferred that source material of the studied rocks might be residual mantle which had undergone a large degree of partial melting event. The REE patterns show relatively flat to enriched in LREE (chondrite normalized La/Yb and Sm/Yb ratios are 1.1-5.2 and 1.2-1.6). Several alternative explaination are possible for LREE enrichment patterns in the studied ultramafic rocks such as 1) enrichment due to late stage alteration, 2) enriched pre-melting composition, and 3) mixing of two components. Based on the result, the LREE enrichment characteristic of the studied rocks might be result from the mixture of two geochemically distinct components; one is depleted residual mantle and the other component which determine the abundances of incompatible elements and responsible for the LREE enrichment.
Phlogopite and kaersutite, showing distinctively different textural characteristics compared to the common phenocrysts, are observed in alkali basalt from Jeju Island. They occur as large crystals (2-10 mm) in host basalts, whereas fine-grained phlogopite and kaersutite occur in ultramafic mantle xenoliths and mafic gabbroic xenoliths, respectively, as an interstitial and microvein phases, or in corona textures (<1 mm). This textural characteristics of fine-grained grains clearly indicates secondary in origin. Phlogopite contains high $TiO_2$(4.1-6.9 wt%) and F(2.8-4.6 wt%) and relatively high mg#[=100Mg/(Mg+$Fe^t$) in mols, where $Fe^t$ is total iron](88-80), whereas kaersutite has high $TiO_2$(5.6-6.11 wt%) and much lower mg#s(68-64). Our textural observations and the geochemical character of these hydrous minerals suggest that they were unrelated to each other and mica formation happened early in the upper mantle before the mantle xenoliths had been trapped. In contrast, kaersutite formation has happened later, probably during the late stage of crystallization as intracrustal processes. The presence of phlogopite and kaersutitic amphibole is a direct evidence for K-, Ti-, F- and $H_2O$-bearing fluid/melt percolation in the lithosphere beneath Jeju Island, indicating that they are product of interaction between host rock/peridotite/fluid-melt. Thus, the upper mantle/lower crust beneath Jeju Island are metasomatized to various extents, characterized by a change in major metasomatic hydrous minerals from phlogopite to amphibole with decreasing depth.
Three types of clinopyroxenes in alkali basaltic rocks from Jeju Island can be identified on the basis of geochemical and textural data. Type Ⅰ is Cr-rich diopside in spinel peridotites from the upper mantle. Type Ⅱ is augite in fine-grained pyroxenites which are possibly either magmatic vein or metamorphic segregations owing to anatexis of the upper mantle. The augite of Type Ⅱ contains high Ca and Mg and relatively low Ti. Type Ⅲ is thought to be either cumulates or cognate phenocrysts and can be subdivided into Ⅲa, Ⅲb, and Ⅲc based on their occurrence mode. Clinopyroxenes of Type Ⅰ have the highest Mg# and Si and the lowest Ti, whereas those of Type Ⅲhave lower Mg#와 Si and higher Ti. These geochemical characteristics indicate that (Ti+Al/sup Ⅵ/)/Si and Al/sup Ⅵ//Al/sup Ⅵ/ increase from Type Ⅰ to Type Ⅲ. It is possibly interpreted that Type Ⅰ is of the highest pressure origin and Type Ⅲ of the lowest. Fractionation of high-pressure clinopyroxenes would result in evolved undersaturated alkali-enriched liquids, probably producing the alkali-enriched host basaltic rocks in Jeju Island.
The rare earth elements (REE) and Nd, Sr and noble gas isotopic compositions eHer'He, 4$^{\circ}$Arp6Ar) for the Quaternary alkali basaltic rocks and mantle xenoliths in the basaltic rocks from the Baegryongdo were investigated to decipher the origin of alkali basaltic magma and xenolith beneath the Sino-Korean craton. Analytical results are summarized as follows; (1) The alkali volcanic rocks with voluminous xenoliths which are represented by the Mg-olivine and clinopyroxene dominant spinel-lherzolite in the Baegryongdo consist mainly of the basalt-mugearite and basaltic andesite. (2) The REE pattern of alkali basaltic rocks characterized by high HREE is similar to that of oceanic island basalt (OlB). Relatively concordant REE patterns of the basaltic rocks suggest that the alkali basaltic magma be formed by the identical source materials. (3) The Nd-Sr isotopic data of the alkali basaltic rocks suggest that the alkali basaltic magma be originated from the depleted mantle source with a little contamination of the continental crustal materials. (4) The $^3$He/ $^4$He ratios in olivines of xenoliths ranging from 5.0${\pm}$1.lRa to 6.7${\pm}$1.3Ra are lower than that of MORB (ca. 8.0Ra). It suggest that the xenolith be derived from the subcontinental lithospheric mantle. However, the high $^3$Her'He value of 16.8${\pm}$3.IRa at 1800$^{\circ}$C fraction (sample no OL-7) might be resulted from the post-eruptive cosmogenic $^3$He. The 4OAr/ 36 Ar ratios in olivines of mantle xenoliths are comparable to that of atmospheric argon, and are much lower than that of the MORB type mantle. These facts can lead to conclusion that the olivine of the xenolith in the Baegryongdo is affected by the post-eruptive atmospheric contamination during the slow degassing process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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