화성암에 대해서

1. 화성암의 정의 화성암은 지구 내부에서 생성된 높은 온도의 silica 용융체인 magma가 consolidated 되어 만들어진 암석이라 정의할 수 있다. 마그마는 고온의 melting 된 상태에서의 녹은 Silica와 가스로 이루어져 있으며 하부지각에서 stoping, diking, diapirism의 방식으로 생성되며 맨틀에서 대류(convection)에 의해 생성이 된다. melting 상태에서의 마그마는 주변 물질보다 밀도가 작으므로 상승하고, 밀도가 같아지는 지점에서 crystalization이 일어나 광물이 만들어져 암석으로 변화하게 된다. 이 때, 도중에 밀도가 주변보다 또 작은 지역이 있다면 recrystalization이 일어나 상승하게 되고, 이를 반복해서 만들어진 암석이 화성암 입니다. 2. 화성암의 조직 화성암의 조직은 다음과 같이 몇 개의 조건에 따라 분류한다. ①. 결정도 (Crystalinity)와 유리의 함량 (glass) ⓐ. 완정질 (Holocrystalline) : 암석이 결정으로만 되어 있는 경우 ⓑ. 반정질 (Hypocrystalline) : 암석 내 결정과 유리가 혼합되어 있는 경우 ⓒ. 완유리질 (Holohyalline) : 암석이 유리로만 되어 있는 경우 ②. 결정의 방향성 (Crystal direction) ⓐ. 등경상 (Equant) : 결정축의 길이가 모두 같아 방향성이 없는 경우 → 괴상 (Massive)으로 산출. 주로 등축정계에 속하는 광물들로 이루 어진 암석의 경우 이러한 조직을 갖음. ⓑ. 판상 (Tabular) : 운모류 같은 판상 광물에 속하는 광물들로 이루어진 암석의 경우. 주로 엽리상 (foliated)로 산출됨. ⓒ. 주상 (Prismatic) : 육방정계에 속하는 광물로 이루어진 암석의 경우. 조선상 (lineated)로 산출 ③. 결정의 모양 (Crystal shape) ⓐ. 자형 (Euhedral) : 결정면이 매우 잘 발달한 경우. idiomorphic rock에서 발달함. 암석에서 결정이 자란 순서를 알려주는 아주 중요한 특징. ⓑ. 타형 (Anhedral) : 결정면이 아예 없는 경우. Xenomorphic rock에서 발달함. ⓒ. 반자형 (Subhedral) : 결정면이 자형결정보다 상대적으로 적게 발달하는 경우. Hypidiomorphic rock에서 발달함. ④. 입도 (Grain size) ⓐ. 현정질 (Phaneritic) : 눈에 입자 혹은 결정이 잘 보일 정도로 아주 크게 자란 조직. - 세립질 (Fine-grained) : 입자의 크기가 1mm 미만 - 중립질 (Medium-grained) : 입자의 크기가 1 ~ 5mm - 조립질 (Coarse-grained) : 입자의 크기가 5mm ~ 1cm - 극조립질 (Pegmatitic) : 입자의 크기가 1cm ~ 3cm ⓑ. 비현정질 (Aphanitic) : 눈에 입자 혹은 결정이 안보이는 경우의 조직. - 미정질 (Microcrystalline) : 입자의 크기가 0.0001mm ~ 0.1mm - 은미정질 (Cryptocrystalline) : 입자의 크기가 0.0001mm 미만 ⑤. 입자의 상호 관계 (The correlation between grains) ⓐ. Embayed = Resorbed : 유리안에 감람석이 애벌레같이 파먹은 상태로 자란 조직. komatiite, pegmatite에서 나타난다. ⓑ. 뼈모양 조직 (Skeletal) : edge에 빠르게 자란 감람석 반정이 rim에 있는 액체를 감 싸는 경우. ⓒ. 제비꼬리 모양 조직 (Swallow-talied) : 조면암 안의 사장석이 제비꼬리모양으로 자 란 경우. ⓓ. 누대구조 (Zoning) : 결정이 자라는동안 결정상이 분리되어 나타나는 띠모양 구조. ex) 사장석의 캘스바드 쌍정에서의 누대구조 - Compositionally zoned : 2개의 누대구조가 서로 화학적 조성의 차이를 보여 편광현미경 내에서 서로 다르게 보이는 경우 - 정누대구조 (Normal zoning) : 마그마의 냉각속도가 매우 빠른 경우, Core에는 Ca + An 성분 ↑, Inner에는 Na + Ab 성분 ↑ - 역누대구조 (Reverse zoning) : 마그마 분화작용에 의해 결정이 침전되어 생성 되는 경우, Core에는 Na + Ab 성분 ↑, Inner에는 Ca + An 성분 ↑ ⓔ. 간극상 (Interstitial) : 일찍 자란 자형의 휘석이 나중에 자란 타형의 사장석 위에 놓 여 서로 수평쌍정을 이루고 있는 경우. ⓕ. 간진상 (intersertal) : 무방향성의 lath상 사장석 사이의 공간을 glassy 하거나 부분 적으로 mafic minerals 들로 이루어진 반상 조직 ⓖ. 간립상 (Intergranular) : 반심성암에서 lath상의 장석 사이의 angular한 공간을 고 철질 광물 집합체 (mafic aggregates)가 채우는 경우. Interstital glass가 존재하지 않는다. ex) 현무암 ⓗ. 등립상 (Equigranular) : 주된 광물의 크기가 상대적으로 비등할 경우 ⓘ. 반상 (Porphyritic) : 반정 (phenocryst)가 석기 (matrix)에 의해 둘러싸인 조직. 심부에서 마그마 1차 냉각에 의해 반정이 정출된 후, 더 빨리 냉각되어 석기가 생성된다. ⓙ. 취반상 (Glomeroporphyritic) : 동일 광물이 서로 모여 반상조직을 이룬 경우. ex) 조면암 ⓚ. 충적상 (Cumulophyritic) : 100% 동일 광물이 아닌 경우의 광물조합이 반상을 이 룬 경우 ⓛ. 문상 (Graphic) : 암석 내 다양한 모양의 석영이 알칼리 장석에 평행하게 배열된 경 우 석영과 알칼리장석이 동시 정출하여 생겼다고 생각할 수 있다. - Myrmekitic : 사장석 중 올리고클레이스 내의 dendritic(=vermicular)한 석영이 있는 경우. 교대작용 (replacement), 후기 마그마 작용 (late magma) 등에 의해 생성 - 미문상 (Micrographic) : 문상 조직 중에서 glassy 하거나 fine-grained 한 경우. ⓜ. 문상반상 (Granophyric) : 반정이 fine-grained graphic matrix로 둘러싸인 경우 규장반상 (Felsophyric) : 반정이 microcrystalline matrix로 둘러싸인 경우 파리반상 (Vitrophyric) : 반정이 glassy matrix로 둘러싸인 경우 ⓝ. Mantled : 반정인 감람석이 석기인 단사휘석에 의해 둘러싸인 경우. Ring 모양의 고리가 보인다. ⓞ. 체상 (Sieve) : 사장석의 누대구조에서 구멍이 보여 그 구멍이 체 모양을 하고 있는 경우 ⓟ. 조면암상 (Trachytic) : 조면암에서 미반정의 사장석이 마그마가 흘러간 방향에 따 라 서로 평행하게 배열되어 있는 조직. ⓠ. 양모배열상 (felty, pilotaxitic) : 미반정의 사장석들이 방향성이 없고 무질서하게 배 열된 완정질의 화성암 조직. ⓡ. 유리양모상 (hyalopilitic) : 양모배열상의 조직보다 더 급냉각하여 유리질로 된 경우 ⓢ. 구상 (Orbicular) : 광물들이 핵을 중심으로 동심원상으로 배열 되어 있는 경우. 단순히 육안으로는 역암처럼보임. → 색깔 구분 중요 ⓣ. 구과상 (Spherulitic) : 주로 성분이 완정질의 사장석에 가까운 것 혹은 침상, 섬유 상으로 산출되는 알칼리 장석이나 규산염 광물이 방사상으 로 성장한 경우 - 규산염 광물에는 석영, 트리미다이트, 크리스토팔라이트 - 알칼리 장석에는 정장석, 새니딘, Na-장석이 포함. ⓤ. Poikilitic : 반정 내에 석기를 포유물 (Xenoblast)로 다량 함유하는 경우의 화성암 조직. Magma inner crystalization, late magma deformation에 의 해 생성됨. ex)Acidic Plutonic rock에 존재하는 사장석 내 K-장석이 포함된 경우, Mafic rock에 존재하는 각섬석 내 올리고클레이스와 휘석 이 포함된 경우 ⓥ. Ophitic : 현무암이나 반려암에서 lath상의 사장석 (라브라도나이트)가 단사휘석 결 정 내에 놓인 경우. 사장석의 직경 < 휘석의 직경 사장석과 휘석의 직경 (Diameter)을 기준으로 세분화 한다. - Subophitic : 사장석의 직경 > 휘석의 직경 - Hyaloophitic : 휘석이 유리질로 존재하는 경우 ⓦ. Flow banding : 용암이 완전히 굳지 않은 상태로 흐를 때 전단응력을 받아 생성된 띠 모양 ⓧ. Replaced : 한 광물이 다른 광물에 의해 치환된 구조. ex) 휘석이 각섬석으로 치환 된 경우. 치환되지 않은 원래의 광물을 박편으로 보면 Diffuse boundary가 나타난다. ⑥. 화성암에서 인지되는 쌍정의 종류 ⓐ. 칼스바드 쌍정 (Calsbard twin) : 알칼리 장석의 일종인 정장석, 새니딘에 보이는 쌍정. 주로 화강암에서 잘 나타나고, 반으로 쪼 갠 모양을 보인다. - 주변 성분과 완전히 다른 Na의 성분의 Perthite가 나타날 수도 있다. 이는 화성암의 성분계에서 다루는 용리현상 (exsolution)에 의한 결과이다. ⓑ. 알바이트 쌍정 (Albite twin) : 사장석 내의 호상의 띠모양을 하고 있는 쌍정. ⓒ. 타르탄 쌍정 (Tartan twin) : 90˚의 방향이 마치 양탄자 모양처럼 동시에 나타나는 쌍정. 화강암 내의 미사장석을 판별하는 아주 중요한 기준이 된다. ⓓ. 변질 쌍정 (Deformation twin) : 반려암같이 mafic rock에서 무거운광물이 하중 에 의해 가벼운광물을 아래로 눌러서 생기는 쌍정. ⑦. 공동 (Cavity)에 의한 조직 ⓐ. 다공상 (Vesicular) : 화산암에서 공기에 의해 표면에 구멍이뚫려 기공이 많은 경우. - Dense vesicular : 기공의 부피가 0 ~ 5 % - incipiently vesicular : 기공의 부피가 5 ~ 20% - poorly vesicular : 기공의 부피가 20 ~ 40% - moderatly vesicular : 기공의 부피가 40 ~ 60% - highly vesicular : 기공의 부피가 60% 이상 ⓑ. 행인상 (Amygdalodial) : 화산암이 가스에 의해 기공이 생겨 그 틈을 물에 의해 방 해석(Calcite), 불석(Zeolite), 옥수(Chalcedony)가 채운 경우. ⓒ. 부석상 (Pumiceous) : 스폰지, 거품 모양의 수많은 작은 공동을 가진 화산쇄설암의 조직. 주로 입자는 세립질의 입자가 많다. ⓓ. 분석상 (Scoriaceous) : 다공질의 화산쇄설암에서 발달하는 조직. 조립질의 입자가 많다. 주로 성분은 안산암질이 대부분이며, 현무암질도 있 다. ⓔ. Miarolitic : 화강암 내 작은 공동이 분출하여 그 틈을 석영이나 장석이 메꿔 불쑥 튀어나온 조직. ⓕ. 석구상 (Lithophysal) : 규장질 화산암 (응회암) 에서 발견되는 세립질의 알칼리 장 석, 혹은 석영과 기타 광물이 동심원상으로 배열되어 생긴 기포모양의 구조. ⑧. Mafic rock에서 인지되는 기타 특유의 조직 ⓐ. 침적상 (Cumulus) : 마그마에서 입자가 가라앉아 생기는 조직으로 침적암을 형성. ex) 감람석의 침전 →크롬광산 형성 가능성이 높음. ⓑ. 간침적상 (Intercumulus) : 자갈 처럼 극조립질 입자들이 침적상을 띄면서 동시에 간립상 형태를 보이는 조직. ⓒ. 코로나상 (Corona) : 광물 각기 입자상의 반응연 혹은 과성장으로 인해 생긴 조직. - 반응연 (Reaction rim) : 먼저 광물이 정출된 경우 마그마가 반응하여 다른 광 물종과 함께 누대구조를 이룰 때, 외곽에 다른 광물이 둘러싸인 것을 말함. - 과성장 (Overgrowth) : 속성과정에서와 같이 한 결정 주위에서 2차적으로 같은 성분이 결정학적으로 연속성을 가지며 성장한 경우. → 즉, 과성장은 어떤 광물이 다른 광물 표면 위에 방 향성을 가지며 성장한 경우이다. ex) Quartz 위에 Hematite, Galena 위에 chalcopyrite ⓓ. 구조암상 (tectonite) : 고체상태에서 melting에 의해 급격히 변화된 암석일 경우. ⓔ. Spinifex : 시생대의 초염기성암인 Komatiitite에서 나타나는 조직으로, 감람석과 사 방휘석이 빨리 냉각되어 자란 조직이다. 3. 화성암의 조직을 밝히는 중요한 몇 가지 현상 및 이론 ①. 냉각속도 (Degrees of Undercooling) 과 결정의 핵상화 (Crystal Nucleation)의 관계 온도가 증가하게 되면 냉각속도가 느리게 진행되므로 그만큼 결정이 자라는 시간이 빨라진다. 이 때 반대로 핵상화는 느리게 진행되므로 상대적으로 조립질의 결정이 생성된다. 반면에 온도가 좀 더 내려가게 되면 냉각속도가 상대적으로 조금 빠르게 진행되므로, 결정이 자라는 시간은 좀 더 느려지게 된다. 이 떄, 핵상화는 냉각속도에 비례하여 빠르게 진행되므로 세립질의 결정이 생성된다. 온도가 극도로 내려가게 되면 냉각속도는 더 빨라져서 결국 결정이 자랄 수 없게 되므로 유리로만 된 유리질의 암석이 된다. ②. 화산암에서의 샤아드 (Shard)의 생성 마그마가 공기중으로 분출 혹은 폭발하게 되면, 지표에서 부터 상공까지 존재하는 공기로 인해 서서히 냉각되어 지표에서 급냉각된다. 이 때, 화산재 성분은 분출 시 생긴 부석의 미세한 파편들이 많이 포함되어 있는데, 이를 Shard라 정의한다. Shard는 그 성인이 압력과 부피의 관계로 설명이 가능한데, 먼저 큰 입자 (공모양) 의 경우 일정한 대기압 보다 마그마 내부의 압력이 클 경우 큰 폭발에 의해 생성된다. 그러나 Shard의 경우에는 이미 분출한 큰 입자가 지표와 만나 서서히 냉각하는 과정에서 압력이 낮아지고 부피가 커져 그 틈 사이로 수증기가 유입되어 생성이 된다. 반면에 이런 응회암이 고온의 상태에서 지표에서 생성되면, 용암과 같은 비슷한 flow structure을 가지게 된다. 이 때, 얇은 렌즈상의 glassy한 흑요석을 평행하게 나열시키는 일을 하게 되는데, 이를 피아메 (fiamme)라 정의하며, 이러한 구조를 완배열상 석리 (Eutaxitic fabrics)라 한다. ③. Ostwald ripening 현상과 결정의 배열 양상 Marble이나 Quartzite 같이 단일 광물로 되어 있는 변성암에서 주로 나타나는 현상이 바로 Ostwald ripening이다. 입자들은 결정격자 내에 일정하게 배열되어 있는데, 대리암이나 규암의 경우에는 단일 성분으로 되어 있으므로 그 격자의 크기가 모두 일정하다. 이 격자 크기의 boundary가 inner concave 할 경우, 입자들이 결정격자의 중심에 배열되면서 세립질의 입자들을 제거시키고 거의 조립질에 가까워지면서 120˚ 의 각도를 형성하게 된다. 이러한 현상을 Ostwald ripening이라 한다.