설성 퇴적암의 분류

설성 퇴적암의 분류

비교적 안정도가 높은 칼륨 장석은 변질을 많이 받지 않으므로 신선함이 관찰된다. 그러나 경우에 따라서는 이와는 반대로 정장석이 사장석보다 변질을 더 많이 받은 상태로 나타난다는 것이 보고되었다. 그러면 어떠한 작용에 의해 이와 같은 현상이 일어날 수 있을까? 이러한 양상은 정장석은 및 번에 걸친 풍화작용을 받은 산물인 반면, 사장석은 결정질 암석으로부터 처음으로 유래된 경우에 나타날 수 있다. 그러나 Todd(1968)는 이를 캘리포니아 북부의 에오세 사암의 연구를 통해 다. 음과 같이 해석하였다. 이 사암에서는 정장석이 안 데신(Na-Ca 사장석) 보다 풍화작용을 훨씬 많이 받았고 두 장석의 공급이 시기상으로 서로 다르다는 증거가 관찰되지 않는다. 퇴적 당시의 환경은
이러한 속성작용을 알바이트화 작용(albitization)이라고 한다. 장석의 알바이트화 작용은 장석의 기원 심성암 대 화산암)에 따라 차이가 나지만 대체로 지하 매몰 온도가 100~160°C의 구간에서 진행된다. 화산암에서 유래된 사장석은 빠르게 식는 과정에서 결정 내에 구조적 불규칙성 (structurnaldisorder)이 있기 때문에 동일한 조성을 가지는 심성암의 사장석보다 엔트로피가 높아 상대적으로 낮은 온도 구간에서 알바이트화 작용이 일어난다(Boles and Ramseyer. 1988), 정장석도 역시 속성 작용 동안 알바이트화 작용을 받아 알바이트로 교대되므로, 속성 작용을 거친 사암의 장석을 조사해서 기원지 암석이나 고기후 및 풍화 정도를 알아내려 한다면 장석의 알바이트화 작용을 검토하여야 한다. 또한 원래 퇴적물에는 장석이 함유되어 있었으나 속성 작용 동안에 장석이 용해되어 사라지면서 최종 암석에는 장석이 없는 석영질 사암으로 나타나기도 한다(McBnde. 1987).

암 편(rock fragments)은 암 편을 이루는 암상의 종류에 따라 퇴적물의 기원지 암석에 대한 확실한 증거를 제공하므로 퇴적물에서 암 편의 존재는 기원지 해석에 아주 중요하다. 따라서 단순히 암 편이라고 구별하는 것보다는 어떤 종류의 암석 파편인지를 구별하면 기원지에 대해 더욱 많은 정보를 알아낼 수 있다.

최고 고도 약 66 m로 아열대성 기후였으며 일 년 내내 지속적으로 비가 내리고 강우량이 많았음 이고 식물학적인 기록에 의해 밝혀졌다. 이런 조건 하에서 지하수면이 상대적으로 높아져 장석의 속성 작용이 일어난다. 이때 정장석으로부터 용발된 칼륨 이온은 식물에 의해 이용된 반면에, 사장석으로부터 나온 나트륨 이온은 이용되지 않아 지하수에 나트륨 농도가 매우 높아져 사장석의 변질이 더 이상 일어나지 않게 된다. 즉, Todd는 지하수면이 지표면 가까이에 존재하는 경우에는 지하수면이 높을 때와 낮을 때에 따라 지하수의 화학 조성이 달라지며 장석의 종류에 따라 풍화 정도가 달라진다는 가설을 세웠다. 지하수면 윗부분의 통기대(通氣p, vadose zone)에서는 장석의 안정도 순서에 따라 풍화작용이 진행되지만, 지하수면 아래에서는 지하수의 Na/K 비율이 높았기 대문에 정장석이 사장석보다 더 빨리 파괴된다는 것이다. 물론 Todd의 이러한 가설은 토양과 실험실에서 조사를 하여 검증을 거쳐야 한다.

식물이 지구상에 출현하기 이전인 캠브리아기와 오르도비스기의 사암에 사장석은 나타나지 않는 반면 신선한 칼륨 장석이 존재하는 것도 이와 비슷한 기작으로 해석된다. 식물은 토양에서 칼름을 이용하므로 식물이 출현한 이후에는 토양수에 가름 성분이 부족해져 칼륨 장석을 변질시키나 식물 출현 이전에는 이러한 식물의 작용이 없으므로 칼륨 장석이 변질 작용을 받지 않아 신선하게 보존될 수 있었다는 주장이 제기되었다(Basu, 1981). 이에 반하여 사장석의 변질에는 식물의 영향이 미치지 않기 때문에 식물의 출현 이전이나 이후에 변화가 없으므로 퇴적물에 사장석과 정장석 의상 대적인 양이 결정된다고 Basu는 주 그림 625 부분적으로 알이 작용을 받은 사장, 마이 장하였다. 4 Stevens 2240 North Coles Lever 21). 장석을 함유하는 퇴적물이 암석으로 고화되어 가는 도중에도 장석은 공극수에 의하여 변질 작용을 받는다. 일반적으로 장석은 점토광물로 바뀌는데 사장석의 경우에는 칼슘 성분이 빠져나가는 대신 칼슘 이온의 자리에나드름이 채워져 나트륨이 많은 장석으로 변하게 된다. 이러한 작용의 최종 산물은 알바이트(그림 6.25)로서물 내에 존재하는 암 편의 함량은 매우 다양하다. 이들 암 편의 함량에 영향을 미치는 요인으로는 입자의 크기, 퇴적물의 성숙도와 암석의 시대 등이 있으며, 이 중 입자의 크기가 가장 중요하게 작용한다. 예를 들면 역암의 경우에는 거의 대부분이 암 편으로 구성되어 있는가 하면 세일에는 암 편이 거의 들어있지 않다. 평균적으로 사암에는 암 편이 쇄설성 입자의 10~15% 정도 함유되어 있으나, 거의 암 편으로만 구성된 사암이 나타나는 경우도 있다. 기원지 암석이 조립질인 경우에는 구성 결정들이 크기 때문에 이들로부터 퇴적물로 공급된 모래 크기의 입자는 단결정으로만 구성되어 있기가 쉽다. 즉, 화강암이나 편마암 또는 조립질 사암으로부터 유래된 암 편은 모래 크기로 존재하기가 어렵다. 반면에 현무암, 슬레이트, 천매암. 처어트 등과 같은 세립질 암석으로부터 유래한 암 편은 모래 크기의 입자로 주로 존재한다. 이와 같이 퇴적물 구성 입자의 크기에 따라 암 편의 존재 유무와 함량의 차이가 다르기 때문에 기원지의 지질을 알아낼 때 입자의 크기에 대한 고려 없이 암 편을 그냥 정량적으로 해석하는 것은 별로 의미가 없으며 때로 잘못된 해석을 할 수 있다. 암 편의 종류에 대하여 좀 더 살펴보기로 하자. (1) 변성암의 암 편(metamorphic rock fragments) 사암 내에 많이 함유되어 있는 변성암의 암 편은 슬레이트, 천매암(그림 6.26A), 편암(그림 6.26B), 변성규 암과 편마암의 암 편이다. 대부분의 암 편이 변성 암면으로 구성되어 있을 때에는 phyllarenie라고 하며, 야외에서 많이 사용되는 암석은 그레이와케(6.2.3 사암의 분류 참조)라고 한다. 이들 암석의 암 편들은 대부분이 세립 질의 석영, 운모와 점토광물로 구성되어 있다.

변성암 편이 주로 석영으로만 이루어졌을 경우는 매우 견고하지만 운모가 주 구성광물인 암면은 매우 연약하여 운반 시 마모가 쉽게 일어난다. 세립질 변성암으로 구성된 암 편은 대세로 길게 신장 76 제3부 설성 퇴적암의 분, 조성 속성 작용 및 퇴적 환경그림 6.24 누대 구(zoning)를 보이는 사장석 사장석의 중앙 부분은 대체로 가장자리보다는 말을 많이 함유하므로 변질 작용을 먼저 받는다. 백악기 장목리층(경남 거제.. 장석은 화학적 풍화에 비교적 약하므로 퇴적물 내에 장석이 많이 존재하면 기원지에서 화학적 풍화가 약하거나 풍화된 후 곧바로 퇴적된 장소로 공급돼 어제 06장 역암과 사임 177 세계에서 가장 긴 강들에서 조사된 현생 퇴적물의 장석 함유량은 0%에서 53%까지 다양하며, 명균은 10.7%이다(Potter, 1978), 여기서 사장석과 정장석은 거의 비슷한 비율로 존재한다. 심해저에 쌓인 퇴적물 중 장석의 함유량은 판구조의 위치에 따라 다양하게 나타난다(Maynard et al. 1982). 전(화산)호 분지(forearc basin)에서는 평균 16%로 나타나며, 섭입대에서는 53%로 높게 나타난다. 전체 장석 중 사장석의 비율은 판의 발산 경계부(passive margin/raling edge)에서 0.31 정도로 낮게 나타나나 전호 분지에서는 0.9로 높은 비율을 보인다. 이렇게 퇴적물에 장석의 유무는 기원지 암석에 의해서도 결정되지만 더 중요한 요소는 퇴적물의 침식작용과 기후 조건이다. 즉, 사암에서 장석은 고기의 기후를 해석하는 데 좋은 지시자 역할을 한다. 건조한 기후인 경우에는 주로 물리적 풍화작용이 일어나며, 물리적 풍화작용에 의해서 장석은 쉽게 제거되지 않는다. 반면에 습 은한 기후에서는 화학적 풍화작용이 심하게 일어나 장석이 선별적으로 제거된다. 그러나 습윤한 기후인 경우라도 기원지에서 침식작용이 빨리 일어나게 되면 퇴적물은 화학적 풍화작용을 받는 시간이 짧아져 생성된 후 곧바로 운반되어 퇴적되기 때문에 되적물에는 장석이 함유되어 있다.

풍화 조건에서 장석은 수화작용을 받아 비교적 쉽게 변질되며, 장석의 변질 작용으로는 다음의 네 가지가 있다. 였다는 것을 유추할 수 있다. 장석 종의 안정도를 살펴보면 풍화 조건에서 미사 장석이 가장 안정함을 알 수 있다(그림 2.6), 정장석은 미사 장석 다음으로 안정한 종류이며, 사장석에서는 나트륨 사장석이 칼슘 사장석보다 좀 더 안정하다. 화강암은 평균적으로 석영 30%, 사장 30%, 칼륨 장석 35% 그리고 운모 등 기성분이 5%로 구성되어 있다. 이러한 화강암이 풍화를 받아 퇴적물로 공급되어 형성되는 퇴적물에는 석영과 정장석이 많이 나타나게 된다. 퇴적물 내에 존재하는 장석의 대부분은 화강암이나 편마암과 같은 결정질 암석에서 바로 유래된 것이다. 장석은 벽개와 쌍정면을 가지고 있어 석영보다. 역학적 내구성(methanical durakality)이 낮아 결정질 암석에서 공급된 장석은 비교적 오랫동안 운반되거나 마모 작용을 받으면 모래 퇴적물 내 장석의 함량이 줄어들 것으로 예상할 수 있다. 그러나 이러한 예상은 실제 하천 퇴적물에서 조사한 연구 결과로 뒷받침되지 않는다. Nesbirt 등(1996)은 호주의 남동부에 위치한 온난아 습윤대에 발달한 > 100 km 길이의 Genoa 강의 상류에서부터 각 하구까지 퇴적물에서 장석과 석영의 비율이 거의 변화가 없는 것으로 보아 퇴적물들이 하천을 통하여 운반되는 동안 화학적 풍화작용이나 분급 작용 또는 마모 작용에 의하여 장석이 석영에 비해 자별적으로 제거가 일어나지 않는다는 것을 밝혀냈다. 이러한 결과는 이보다 훨씬 길이가 긴 미피 강(1000 km), 텍사스의 남사 스카치 안강(South Saskachian River. > 1500 km) 등 여러 하에서 행해진 다른 연구의 결과들과도 일치를 하는 것이며, 퇴적물 내의 장석/석영의 비율은 바로 1 원지에서의 풍화작용의 정도에 의하여 결정된다고 할 수 있고, 이러한 결과를 근거로 하여 모래수 퇴적물의 장석과 석영의 비율을 이용하여 기원지에서의 풍화작용의 정도를 간접적으로 유추해 볼 수 있다. 6.2.2 광물의 성숙도 참조). 만약 사암 내에 장석이 나타나지 않거나 거의 없을 경우에는 기원지에서 심한 풍화작용이 일어나 장석이 선별적으로 점토광물로 변질되어 없어졌기 때문으로 여길 수 있다. 또는 기원지 암석의 풍화작용과는 상관없이 기원지의 암석에 장석이 거의 존재하지 않았을 때도 사람에는 장석이 나타나지 않는다. 기원지 암석이 편암, 천매암, 슬레이트나 그 밖의 고기의 세립질 퇴적암으로 구성된 경우에는 원래부터 장석의 공급 자체가 없게 된다. 기원지 암석

(1) 기포화작용(vacuolzallon) : 장석 내에 있는 벽개면, 틈 또는 쌍정면 등을 따라 지하수가 침투하여 결정 내에 많은 유체 포유물(Huid inclusion)이 포함되면 장석은 우윳빛을 띠거나 흰색을 띠게 되며 이러한 작용을 기포화 작용이라 한다. (2) 견운모화 작용(sericflization) : 장석 내에 노르스름한 색의 복굴절(birefringence)을 일으키는 5~10 1m 길이의 견운모(scricite)가 생성되는 작용을 말한다. 그러나 풍화작용에 의해 생성된 견운모는 기원지 암석에서 초생 변질 작용 (deuteric alteration)이나 열수 용액에 의해 생성된 견운모와 구별하기가 어려운 점이 있다. (3) 스멕타이트화 작용(smectilization) : 장석이 풍화작용을 받아 점토광물인 슴베 타이트가 만들어지면 이를 스멕타이트화 작용이라 한다. 이러한 작용은 특히 사장석에서 많이 일어난다. 이 작용을 받은 장석은 투명도가 없어지며, 편광 현미경 하에서 열은 밤색을 띠는 점토로 지저분하게 나타난다. (4) 카올리 나이트화 작용(kaolinitization) : 습윤한 기후에서 장석이 심한 풍화작용을 받으면 장석 내에 존재하는 양이온인 칼륨, 나트륨과 칼슘 이온이 용해되어 빠져나감으로써 알루미늄과 이산화규소가 결합한 카올리 나이트로 변해 가는 것을 카올리 나이트화 작용이라 한다. 칼륨 장석 중에서 미사 장석은 장석질 사암에 많이 나타나고 이들은 대륙 지각의 기원지에서 유래된다. 미사 장석은 특징적인 쌍정(그림 6,23A)을 보이기 때문에 구별하기가 용이하다. 일반적으로 현미경을 이용해 장석을 관찰할 때 박편을 착색시키지 않으면 쌍정을 이루지 않는 칼륨 장석의 양은 사장석에 비해 적게 측정되기도 한다. 장석질 사암에서 변질을 가장 많이 받은 장석은 앞에서 설명한 것처럼 칼슘이 많은 사장석이고, 이 이런 암석으로 구성되었을 것으로 예상될 경우에는 퇴적물 내에 이들 암석의 암 편이 존재하는가로 확인해 볼 수 있다. 지표의 공화 조건에서나 지하의 속성 작용 과정에서 장석의 안정도를 고려할 때 퇴적물 내에 고기의 퇴적암으로부터 유래된 장석이 존재하는 경우는 가능은 하지만 그 양은 원래 되적암에 비하여 상당히 낮을 것으로 여겨진다.