일라이트-스멕타이트 혼합층광물의 단범위적층효과에 대한 고찰 (About Short-stacking Effect of Illite-smectite Mixed Layers)

서지정보

· 발행기관 : 대한자원환경지질학회
· 수록지 정보 : 자원환경지질 / 45권 / 2호 / 71 ~ 78페이지
· 저자명 : 강일모

초록

일라이트-스멕타이트 혼합층광물(I-S)은 속성작용과 열수변질작용에 의해 생성되는 자생광물로 온도와 칼륨이온 농도가 증가할수록 일라이트가 증가하는 I-S 상으로 전이하기 때문에 에너지 및 광물자원탐사분야에서 지온계와 연대측정계로 널리 활용되고 있다. 일반적으로 I-S 층상구조를 이루고 있는 규산염층의 개수가 한정적이기 때문에 (보통 5 ~15개) 팽창도라 부르는 스멕타이트 함량(%S)이 이론치보다 낮게 나타나는 특징이 있다(이를 단범위적층효과라 함). 본 연구에서는 기본입자(I-S 결정자를 물리적으로 분리하였을 때 관찰되는 최소 단위체)가 면대면(face-to-face)으로 쌓여 I-S 층상구조를 이룬다는 기본입자모델을 적용하여 적층정도에 따른 팽창도 차이로부터 단범위적층효과를 정량화하고자 하였다(Δ%S = %S_Max − %S_XRD; %S_Max = 기본입자가 무한적층을 하였을 때 팽창도, %S_XRD = 기본입자가 제한적층을 하였을 때 팽창도로 통상 X-선 회절분석을 이용하여 측정함). 본 연구를 위하여 금성산화산암복합체(경북 의성)에서 산출되는 11개 I-S 시료로부터 1 μm 이하 입도를 분리하여 %S_XRD와 평균부합성산란두께(average coherentscattering thickness)를 측정하였으며 이 두 값을 활용하여 평균기본입자두께(Nf)와 %S_Max를 유도하였다. 연구결과,팽창도가 20 %S_XRD 지점에서 단범위적층효과가 최대로 발생하는 것을 관찰할 수 있었으며 이는 대략적으로 평균 3개의 규산염층으로 구성된 기본입자(Nf ≈ 3)가 쌓여 I-S 층상구조를 이루고 있는 경우에 해당하였다. 강일모 등(2002) 의 %S_XRD와 Nf 다어그램을 이용하여 각 질서도(Reichweite)에 대한 %S_XRD 범위를 유추해본 결과, 단범위적층효과로인하여 %S_XRD값의 범위가 적층확률(junction probability)을 통하여 유도한 이론치보다 더 낮은 쪽으로 이동하는 현상을 관찰할 수 있었다. 또한, I-S 층상구조를 구성하는 기본입자의 두께가 I-S 질서도를 결정하는 주요 인자임을 재확인할 수 있었다.

영어초록

Illite-smectite mixed layers (I-S) occurring authigenically in diagenetic and hydrothermal environments reacts toward more illite-rich phases as temperature and potassium ion concentration increase. For that reason, I-S is often used as geothermometry and/or geochronometry at the field of hydrocarbons or ore minerals exploration. Generally, I-S shows X-ray powder diffraction (XRD) patterns of ultra-thin lamellar structures, which consist of restricted numbers of sillicate layers (normally, 5 ~ 15 layers) stacked in parallel to a-b planes. This ultra-thinness is known to decrease I-S expandability (%S) rather than theoretically expected one (short-stacking effect). We attempt here to quantify the short stacking effect of I-S using the difference of two types of expandability: one type is a maximum expandability (%S_Max) of infinite stacks of fundamental particles (physically inseparable smallest units), and the other type is an expandability of finite particle stacks normally measured using X-ray powder diffraction (XRD)(%S_XRD). Eleven I-S samples from the Geumseongsan volcanic complex, Uiseong, Gyeongbuk, have been analyzed for measuring %S_XRD and average coherent scattering thickness (CST) after size separation under 1 μm. Average fundamental particle thickness (Nf) and %S_Max have been determined from %S_XRD and CST using inter-parameter relationships of I-S layer structures. The discrepancy between %S_Max and %S_XRD (Δ%S) suggests that the maximum short-stacking effect happens approximately at 20 %S_XRD, of which point represents I-S layer structures consisting of ca. average 3-layered fundamental particles (Nf ≈ 3). As a result of inferring the %S_XRD range of each Reichweite using the %S_XRD vs. Nf diagram of Kang et al. (2002), we can confirms that the fundamental particle thickness is a determinant factor for I-S Reichweite, and also that the short-stacking effect shifts the %S_XRD range of each Reichweite toward smaller %S_XRD values than those that can be theoretically prospected using junction probability.

참고자료

· 없음