< 변 성 암 >
1. 변성작용과 변성암
① 변성작용 : 화성, 퇴적작용으로 생성된 암석이 새로운 환경에 순응하여 새롭게 생성된 암석.
cf) 변질작용 : 암석이 풍화작용으로 변화는 작용.
② 변성암 : 기존의 암석이 변성작용으로 인하여 성분 및 광물 조합의 변화를 겪어 새롭게 생겨난 암석.
③ 변성작용의 범위 : 변성작용의 하한선은 속성작용이며 상한선은 부분용융으로 이 두 작용사이를 변성작용이라 함.
2. 변성암의 구조
① 쪼개짐(cleavage) : 세립질인 암석에 틈이 발달되어 쪼개지는 성질.
② 엽리(foliation) : 암석이 재결정작용을 받음으로서 운모와 같은 판상광물이 평행으로 배열되어 생겨나는 구조.
③ 편리(schistosity) : 편암에서 나타나는 평행한 엽리를 말함.
④ 편마구조(gneissosity) : 편마암에서 나타나는 조립질의 입자를 가진 변성암의 평행한 엽리구조.
⑤ 선구조(lineation) : 변성암에 바늘 모양의 광물이나 주상의 광물이 한 방향으로 평행하게 배열되어 있는 구조로서 엽리의 발달이 없는 암석에서도 나타날 수 있음.
3. 변성암의 종류
① 파쇄암(cataclastic rocks)
ⓐ 압쇄암(mylonite) : 0.01~0.1mm의 작은 가루로 부서진 상태로 굳어진 변성암으로 압렬대에서 강한 기계적인 압쇄작용(mylonitization)에 의해서 생성되며 육안으로는 미세한 압쇄 현상을 볼수는 없고, 현미경으로 감별가능함.
ⓑ 슈도타킬라이트(psedotachylite) : 압쇄암보다 더 심하게 압쇄작용을 받아 0.001mmwjd도로 작게 부서진 압쇄암으로 현무암질유리와 같은 화산유리와 비슷한 외관을 보여줌.
ⓒ 천매압쇄암(phyllonite) : 압쇄된 입자의 크기가 평균 1mm인 파쇄암으로서 재결정정도가 잘 진행된 암석.
ⓓ 안구상편마암(augen gneiss) : 호상구조를 잘 보여주는 완전히 재결정된 편마암으로 눈모양의 단면을 나타내는 반상변정질 조직을 보여줌.
② 동력변성암
ⓐ 동력변성작용 : 압력과 열이 같이 작용한 변성작용. 광역변성작용이라고도 함.
ⓑ 편마암 : 입도가 큰 두 종류 이상의 광물들이 불완전하고 불규칙한 호층을 이루며 편마구조를 보여주는 동력변성암으로 장석이 가장 많이 함유되어 있음.
ⓒ 편암 : 가장 분포가 넓은 변성암으로 육안으로 결정이 구별되나 편마암보다는 작은 결정들로 되어 있으며 엽상구조는 편마암보다 더 뚜렷하고 얇은 것이 특징임.
ⓓ 천매암 : 변성정도가 편암보다 낮고 슬레이트보다는 높은 변성암으로 구성광물의 입자는 육안으로 식별이 곤란할 정도로 작으며 주구성광물은 미립의 석영과 견운모로 구성됨.
ⓔ 슬레이트 : 입도가 작으며 변성정도가 가장 낮은 변성암으로 쪼개짐이 잘 발달되어 얇은 판으로 잘 쪼개짐.
| ★ 셰일의 변성정도에 따른 변성암 셰일 → 슬레이트 → 천매암 → 편암 → 편마암 |
③ 접촉변성암
ⓐ 접촉변성작용 : 열의 작용으로 일어나는 열변성작용으로 주로 관입암의 접촉부에서 일어나며 원암이 화성암인 경우보다 퇴적암인 경우에 활발하게 일어남.
ⓑ 혼펠스 : 주로 셰일의 접촉변성작용으로 만들어진 변성암으로 흑색의 세립질로 치밀 견고한 암석. 완전히 재결정된 입상조직을 가진 접촉변성암을 총칭함.
ⓒ 점토질암석의 혼펠스 : 혼펠스 중 셰일의 열변성으로 만들어진 혼펠스를 지칭. 주요 광물은 흑운모, 홍주석, 근청석으로 구성. 화성암체에서 멀어지면 혼펠스는 점문운모편암으로 변하고, 더 멀어지면 점문편암으로, 더욱 먼 곳에서는 슬레이트, 셰일이 그대로 존재.
ⓓ 석회질암석의 혼펠스 : 석회암이 열변성작용을 받아 생긴 암석으로 석회암에서 점토분이 있으면 석류석이 생기게 되고 점토분이 더 많으면 담색의 석회질 혼펠스가 생성.
ⓔ 변후안산암(propylite) : 안산암이 열수의 작용으로 화학성분의 공급에 의해 생성.
ⓕ 영운암(greisen) : 화강암이 열수의 작용을 받아 석영과 백운모만으로 구성된 암석.
④ 기타변성암
ⓐ 규암(quartzite) : 석영을 주성분으로 하는 사암이 큰 압력이 작용하는 변성작용으로 생성된 암석.
ⓑ 대리암(marble) : 석회암이나 고회암이 압력과 열의 작용으로 방해석의 결정들의 집합체인 결정질 석회암으로 변성된 암석.
ⓒ 무연탄과 토상흑연 : 석탄이 압력과 열의 작용으로 무연탄이 생성되며, 더 진행되면 토상흑연으로 변성됨.
ⓓ 녹니석편암 : 고철질암석이 광역변성작용을 받아 편암으로 변성된 암석.
ⓔ 사문암 : dunite나 감람암과 같은 초고철질암석이 열수의 작용을 받아 생성된 변성암.
ⓕ 미그마타이트 : 퇴적암이나 다른 여러 종류의 암석이 변성작용으로 인해 녹아서 생긴 마그마를 미그마라고 하고 이러한 미그마가 고결된 암석을 미그마타이트라 함.
4. 변성작용
① 교대작용(metasomatism) : 암석의 재결정작용이 완전히 일어나는 경우에 광물 속에 들어 있던 액체나 기체가 분리되어 나오면서 광물의 화학성분이 조금씩 녹여서 주위에 있는 암석에 그 성분을 공급하여 화학성분의 교대를 일으키게 하는 작용.
② 화강암화작용 : 지하 깊은 곳의 지압력이 크고 온도가 높으면 암석에서 분리된 액체는 암석 중의 알칼리 성분과 SiO2를 많이 용해하게 되는데, 이 용액은 주위로 또는 위로 이동하다가 조산운동으로 깊이 침강한 퇴적암에 침투하여 들어가서 재결정작용을 일으키게 하는 작용. 이렇게 형성된 암석은 화강암 또는 화성편마암과 비슷한 광물조합과 조직 및 구조를 가지게 됨.
③ 초변성작용 : 제자리에 마그마가 생성되는 일이나 이것이 굳어져서 새로운 암석이 되는 작용.
5. 변성상
: 암석에 가해지는 온도와 압력의 범위에 따라 생성된 변성암의 광물 조합이 달라지는데, 이런 광물 조합을 변성암의 변성상이라고 함.
① 변성상도(Escola) → 9개의 변성상(정창희, 지질학개론, P. 261에 의함)
필수 숙지 사항.
ⓐ 혼펠스상(Honfels facies)
ⓑ 새니디나이트상(Sanidinite facies)
ⓒ 포도석–펨펠리나이트–변성잡사암상(Prehnite-pumpellyite-metagraywacke)
ⓓ 녹색편암상(Greenschist facies)
ⓔ 녹염석–각섬석상(Epidote-amphibolite facies)
ⓕ 각섬석상(Amphibolite facies)
ⓖ 그래뉼라이트상(Granulite facies)
ⓗ 청색편암상(Blueschist facies)
ⓘ 에클로자이트상(Eclogite facies)
※ 학자별로 변성상의 분류기준이 다르거나 P, T 위치가 달리 설정되어 있으므로 다른 것도 참고하기 바람.
② 변성상의 설정 조건
ⓐ 광물군이 함께 산출되고 동시에 생성되어야 하며, 다른 지역에도 자주 산출되어야 함.
ⓑ 현재 암석의 조성에만 지배되어야 함.
ⓒ 비평형의 증거가 없어야 함.
③ 각 변성상별 광물 조합
| 상 | 원암의 종류 | ||
| 고철질 화성암 | 이질암 | 석회질암 | |
| 혼펠스상 (저압–중온변성상) |
투휘석, 가소휘석, 사장석 | 흑운모, 정장석, 석영, 근청석, 홍주석 | 방해석, 규회석, 그로쑬라라이트 |
| 녹색편암상 (저온변성상) |
녹니석, 암기석, 녹염석, 알바이트 | 녹니석, 백운모, 알바이트, 석영 | 방해석, 백운석, 투각섬석, 금운모, 녹염석, 석영 |
| 녹염석–각섬석상 (중온–중압변성상) |
각섬석, 녹염석, 알바이트, 알만딘, 석류석, 석영 | 알만딘, 석류석, 녹니석, 백운모, 흑운모, 석영 | 방해석, 고회석, 녹염석, 사장석, 석영, Mg 감람석 |
| 각섬석상 (접촉변성상) |
각섬석, 안덴신, 석류석, 석영 | 석류석, 흑운모, 백운모, 규선석, 석영 | 방해석, 고회석, 투휘석, 사장석, 석영, Mg 감람석, 규회석 |
| 그래뉼라이트상 (고온–고압변성상) |
투휘석, 자소휘석, 석류석, 중성사장석 | 석류석, 정장석, 중성사장석, 석영, 남정석, 규선석 | 방해석, 사장석, 투휘석, 규회석, Mg감람석, 석영 |
| 청색편마암상 (남정석편암상) (저온–고압변성상) |
남정석, 로손석, 펨펠리석, 쟈데이트, 녹니석 | 남정석, 로손석, 녹니석, 백운모, 석영 | 투각섬석, 애러거나이트, 백운모, 남정석 |
| 에클로자이트상 (고온–고압변성상) |
쟈데이트, 파이로프석류석, 남정석 | – | – |
④ 압력에 의한 변성상
ⓐ 저압변성상계, 중압변성상계, 고압변성상계
ⓑ 저온 고압형의 변성상은 섭입대에 가까운 곳에 생기고, 고온 저압형의 변성상은 섭입대에서 먼 육지 쪽의 습곡지대에서 생김.
⑤ 우리나라의 변성상 분포
ⓐ 평북–개마, 경기, 소백산육괴와 마천령계의 변성암은 저압변성상계열에 속함.
ⓑ 지리산 지역은 고온상인 그래뉼라이트상이 분포
ⓒ 연천층군, 상원층군, 옥천층군은 중압변성상계열에 속하며 비교적 저온변성상임.
ⓓ 저온변성상을 지시하는 광물은 규선석, 홍주석, 십자석이며 남정석은 나타나지 않음.
6. 변성누대
: 변성도에 따라 변성지역을 구분하는 것.
① G. Barrow에 의한 변성누대 분류
☞ 화강암 관입체로부터의 열에 의해 형성된 변성누대 분포를 6개로 분류
| 변성누대 | 온도 |
| 녹니석대 흑운모대 석류석대 십자석대 남정석대 규선석대 |
저온 ↑ ↓ 고온 |
② 등변성도선(Tilley)
ⓐ 변성도가 동일한 지점을 선으로 이은 것.
ⓑ 각 누대(zone)의 경계 기준은 지표광물이 처음 출현하는 지점들을 연결.
* 지표광물 : 변성도를 잘 나타내는 광물.
7. 변성작용의 지배요인
☞ 온도, 압력, 화학성분
① 압력
• 지압력 : 지하의 물질이 받는 압력에는 모든 방향으로 균일하게 가해주는 압력.
• 편압 : 어떤 한 방향에 대해서 더 강하게 작용하는 압력.
• 암석이 큰 지압력 밑에서 편압을 가해 주면 깨지지 않고 가소성을 가지고 유동을 일으킴.
• 석류석은 고압하에서 만들어지는 광물.
② 온도
ⓐ 온도가 높아질수록 화학반응은 촉진.
ⓑ 온도가 10도 상승하면 유동성은 거의 2배 증가.
③ 화학성분
: 마그마로부터 발산되어 주위의 암석으로 공급되는 액체 및 가스는 암석으 lghkgkr성분을 변화시키는데 가장 좋은 물질.
8. 변성암의 특징광물
① 녹니석 : 저온변성암에 널리 나타남.
② 스틸프노멜렌 : 저온의 변성암에서 많이 나타나며 흑운모와 비슷함.
③ 석류석족 : 밀도가 크며, 반상 변정으로 변성암에 많이 포함됨. 석류석의 일종인 적색의 파이로프는 고압에서 안전.
④ 남정석, 홍주석, 규선석 : 온도와 압력의 지시자로서 중요한 역할.
⑤ 십자석 : 광역변성암 지역에서 나타나며 주로 남정석과 동반됨.
⑥ 근청석 : 비교적 저압의 광역변성작용을 받아 이질암에서 많이 산출.
⑦ 남정석 : 저온, 고압 변성작용의 좋은 지시자.
⑧ 자데이트 : 석영과 같이 산출되며, 저온,고압변성작용의 좋은 지시자.
⑨ 녹염석족, 홍염석족 : 저온변성상에서 많이 산출.
⑩ 로손석 : 광역변성상에서만 산출.
⑪ 팜펠라이트 : 남정석편암상의 광역변성암에서 많이 산출.
⑫ 포도석 : 저온변성암에서 많이 산출.
⑬ 불석족 : 최저온 광역변성상에서만 산출.
9. 변성상률
• F + P = C + 2
F : 자유도(degree of freedom)
P : 상(phase)
C : 성분(component)
• 평형상태에서 C는 가능한 적은 phase를 형성하도록 결합하며 자연상태에서 F=2이면 P=C가 됨.
★ 변성도, 화학조성, 조직에 따른 변성암의 분류
| 원 암 | 변성정도 | |||
| 저변성도 | 중변성도 | 고변성도 | ||
| 엽리조직 | 셰일(사암) 현무암 |
슬레이트(slate) 녹색편암(greenschist) |
천매암(phyllite) 각섬암(amphibolite) |
편암→편마암 에클로자이트(eclogite) |
| 입상조직 | 셰일, 사암 석회암 초염기성암 석영사암 |
←——– 혼펠스(hornfels) ———→ ←——— 대리암(marble) ———→ 사문암 ←——— 각섬암, 휘석암 —-→ ←———– 규암 —————→ |
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★ 변성암의 분류
| 원래의 암석 | 접촉변성암 | 광역변성암 |
| * 셰일, 사암 ———–혼펠스—————슬레이트→천매암→편암→편마암 * 석회암 ————결정질 석회암(대리암)—–결정질 석회암(대리암) * 석영질 사암———규암——————규암 및 규질편암 * 석회질 셰일, 응회암, 현무암– 녹염석 혼펠스——각섬암 및 각섬석편암 * 화강암———————————-화강편마암 |
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