Proceedings of the Annual Joint Conference, Mineralogical Society of Korea and Petrological Society of Korea May 31, 2007, Andong, Korea
한국광물학회․한국암석학회 2007년 공동학술발표회 눈문집
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광물변화에 의한 국내 퇴적분지의 고지온 고찰
손병국 (Byeong Kook Son)
*한국지질자원연구원 석유해저자원연구부 ([email protected])
1. 서론
퇴적물이 매몰되면서 온도가 상승하게 되고 퇴적물을 구성하는 물질들은 온도증가에 따라 용해되고 침전된다. 광물들은 각각의 안정온도에서 침전하게 되며 광물의 산출상태는 퇴적 층의 온도에 대한 지시자의 역할을 하게 된다. 저온의 퇴적층에서도 가장 민감하게 반응하 는 것이 점토광물로써 퇴적층을 구성하는 이질암은 점토광물로 구성되어 있으며, 점토광물 의 변화는 모든 퇴적층에서 관찰할 수 있는 온도의 지시자이다. 특히 스멕타이트 광물은 매 몰온도의 증가에 따라 일라이트-스멕타이트 혼합층 광물의 단계를 거쳐 일라이트로 변화하 게 되며, 일라이트는 결정화 정도가 더욱 크게 된다. 또한, 규질 프랑크톤이 대규모로 퇴적 된 규질퇴적층에서는 온도증가에 따라 오팔-A에서 오팔-CT로 변화되어 가는 것이 잘 알려 져 있다. 그 밖에 저온에서 형성되는 탄산염암의 산출로써도 퇴적층의 온도를 추정할 수 있 다.
한반도의 남동부 지역에 위치하는 경상도 지역에는 백악기 경상누층군의 퇴적층이 넓게 분포하고 있으며, 포항지역을 중심으로 하여 제3기의 해성기원 퇴적층이 분포되어 있다. 이 퇴적층들은 사암층과 이질암층이 반복되어 나타나며, 이질암층의 점토광물과 규질광물은 이 지층들의 매몰온도를 지시하여 줄 수 있다. 따라서 이 연구는 포항지역의 해성 퇴적층과 경 상누층군의 퇴적층을 대상으로 하여 점토광물 및 규질광물의 변화, 그리고 퇴적층에 침전되 어 있는 탄산염광물의 산출상태를 추적하여 이들 퇴적층의 온도를 유추하고자 한다.
2. 연구방법
포항지역의 제3기 해성지층인 연일층군은 과거 탄화수소자원이 기대되었던 곳으로 많은 시추가 이루어졌으며, 연일층군의 최하부까지 완전한 시추가 이루어진 바 있다. 이들 시추공 에서 회수된 코아시료에서 분석시료를 채취하여 점토광물연구와 탄산염 광물의 연구를 실시 하였으며, 규질 이질암 시료는 야외에서 채취하여 규질광물의 변화에 대한 연구를 실시하였 다. 탄산염광물에 대해서는 연마박편을 제작하여 전자현미분석을 실시하였으며 탄산염 광물 의 특성을 밝혔다. 경상분지의 시료는 의성과 군위지역의 야외노두에서 하위층부터 상위층 에 이르는 모든 지층들을 가로지르면서 야외의 노두에서 시료를 채취하였으며, 일라이트 결 정도를 측정하여 온도를 추정하였다.
점토광물 분석을 위하여 고속원심분리기를 사용하여 ＜2μm 와 ＜0.2μm 입도의 점토광물
을 분리하였으며, 정방향 시료를 제작하여 X-선 회절분석을 실시하였다. NEWMOD 소프트
웨어를 사용하여 X선 회절분석기에 의하여 만들어진 X선 회절도와 일치되는 X선 회절도를
계산하여 혼합층 광물의 성분층 비를 결정하였다. 경상분지 이질암에 대한 점토광물의 X-
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선 회절도에서 일라이트 결정도를 측정하였으며, Kubler지수와 Weaver지수를 측정하였다.
광물의 변화로 추정된 온도는 록에발 열분석에 의한 유기물의 T
max결과와 비교하였다.
T
max측정을 위하여 암편시료를 분쇄하여 록에발 (Rock-Eval) 분석기에서 600℃까지 가열하 여 유기물의 열분석을 실시하였다.
3. 결과
포항지역 제3기 분지인 연일층군의 스멕타이트 광물은 에틸렌글리콜 처리된 시료의 X-선 회절도에서 주 피크가 17Å에서 나타난다. 그러나 완전한 스멕타이트 성분층 만으로 구성되 어 있는 스멕타이트는 아니며, 소량의 일라이트 성분층을 함유한 불규칙배열의 일라이트-스 멕타이트 혼합층 광물이다. 따라서 스멕타이트 성분층이 감소하고 일라이트 성분층이 증가 함에 따라 17Å 피크의 크기는 작아지며 이 피크의 저각도 쪽 바탕선의 강도는 증가하는 경향이 나타난다. 성분층 비를 분석한 결과 일라이트-스멕타이트 혼합층광물은 최대 38%까 지 일라이트 성분층을 가진 불규칙 배열의 일라이트-스멕타이트 혼합층 광물로 구성되어 있다 (Fig. 1).
Figure 1. X-ray powder diffraction patterns of smectite-illite in the mudstones
from the Tertiary Pohang basin.
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포항분지의 북동쪽에 위치하는 용한동 해안가 노두에는 오팔-CT로 구성된 이질암이 분 포하면 이 이질암석의 X-선 회절분석 결과 4.08Å에서 주 피크가 나타나며, 이 X-선 회절 로부터 추정되는 온도는 약 50-60℃이다. 주사전자현미경 분석 결과 이 오팔-CT는 규조각 의 형태를 보여주고 있어 규조각에서 변화하였음을 보여주고 있다 (Fig. 2).
Figure 2. SEM photographs of diatomaceous (A) and opal-CT (B) mudstones from the Tertiary Pohang basin..
포항지역의 퇴적층에서 산출되는 돌로마이트를 화학분석한 결과 돌로마이트의 칼슘성분이 이상치보다 높게 나타나는 데, 이와 같은 돌로마이트의 생성 온도는 60-110℃인 것으로 알 려져 있다.
한편, 경상누층군 대부분의 일라이트 결정도 값은 다이아제네시스 지역과 앤키존 지역의 경계부에 위치한다 (Fig. 3). 일반적으로 다이아제네시스지역과 앵키존지역의 경계는 약 20 0℃로 알려져 있다. 한편, 앵키존에 깊이 들어가 위치하는 값들을 보여 주는 시료들은 대부 분 시료를 채취한 주변에 관입체가 발달되어 있는 곳에서 채취된 시료에서 나타나고 있다.
4. 결론
포항지역의 제3기 해성퇴적층에서 산출되는 일라이트-스멕타이트 혼합층광물은 불규칙 배열의 일라이트-스멕타이트 광물이 총 심도구간에서 나타나며, 심도에 따른 일라이트 성분 층의 증가와 스멕타이트 성분층의 감소는 뚜렷하게 나타나지 않고 있다. 최대 38%까지 일 라이트 성분층을 가진 불규칙 배열의 일라이트-스멕타이트 혼합층 광물이 나타나는 데, 이 는 약 50-70℃정도의 매몰온도를 지시한다. 또한 오팔-CT 이암층에서 관찰되는 온도도 약 50-60℃로 추정된다. 이와 같이 매몰온도가 낮게 나타나는 이유는 제3기 퇴적층의 두께가 700 m를 넘지 않으며 매몰 후에 융기되어 더 이상 온도가 상승하지 못한 것으로 생각된다.
경상누층군의 이질암석 중에서 관입체의 영향이 적은 지역에서 채취한 시료들의 일라이트
결정도 분석 결과, 약 200℃의 매몰온도를 지시하는 것으로 해석된다.
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Figure 3. Crystallinity index values of the samples from the Gyeongsang basin
참고문헌
