|
|
|
 |
 |
| |
| 절리와 단층 (Joints and Faults) |
|
진화에 의해 라임스톤은 단단하게 밀착되어집니다. 진화의 과정은 혼합과 운반 등의 작용과 다양한 원인에 의한
지각의 움직임이라 할 수 있습니다. 좀더 세부적으로 살펴보면 침전물과 주변의 여러 가지 암석이 겹겹이 쌓이면서
발생되는 압력, 존재하는 물의 양과 무기질의 조성 상태, 압력의 방향(스트레스) 등에 의해서 라임스톤은
새로운 생성의 과정과 진화의 과정에 영향을 받아 완성되는 것입니다.
이렇게 형성된 라임스톤 암석층에 변형을 주는 가장 일반적인 원인 현상은 습곡과 단층입니다. 이들은 지반을
이동시키거나 거대한 지층을 위로 아래로 혹은 좌우로 밀어 올리고 당기고 하여 지층을 접히게 하거나 부서뜨립니다.
이런 작용의 결과는 깊이가 얕은 수성암층의 경우 굽어지거나 부서지고, 상대적으로 보다 깊은 지반에서는 제한적인
압력에 의해 변성작용이 발생하게 됩니다.
습곡 작용의 원리는 간단한 테스트를 통해 이해할 수 있습니다. 탁자 위에 넓은 천을 놓고, 한 손으로 천의
한쪽 끝을 눌러 고정시킨 후 다른 한 손으로 천천히 일정한 힘을 가해 밀면 천은 주름진 모양을 형성하면서
접히게 됩니다. 이 때 천이 접혀지는 모양은 가해진 힘과 속도와 밀접한 관계가 있음을 느낄 수 있을 것입니다.
대부분 손이 만나기도 전에 천의 굴곡된 부분은 고정된 손의 등으로 덮쳐질 것입니다. 암석층은 천 보다는
훨씬 단단한 물질이지만 수백만년에 걸쳐 일정한 방향으로 가해지는 압력에 의해 실험용 천과 같이 접혀지는
것입니다. 탁자 위에서 실험한 경우 탁자가 단단하기 때문에 천은 위로 굴곡을 형성하지만 암석의 경우 일단
자체의 강도가 강하기 때문에 하부면에 공간이 있거나 무른 지반이 있는 경우 하부 방향으로도 굴곡을 형성할
수 있습니다. 즉, 라임스톤도 수백만년 동안 일정한 압력이 전달되었을 경우 아무리 거대한 라임스톤 암석층이라도
점차적으로 상부 방향이나 하부 방향으로 굴곡을 형성하는 것입니다. 지층에서 위로 솟은 아치형 부분을 배사층(Anticline)이라고
하고 아래로 굽은 홈통 부분을 향사(Syncline)라고 합니다.
지반의 움직임은 위에서 말한 습곡작용 외에도 압력의 방출이나 기타 스트레스 등에 의해 기존에 형성된 암석층을
부수게 되는데, 이렇게 부서진 암석의 단면 상태를 절리(Joints)나 단층(Faults) 이라고 합니다.
절리 (Joints): 절리는 암석층의 지질학적인 개요를 설명하는 대표적인 개념으로 흔히 디지털
화면상에서 요동치고 있는 지반의 상태로 종종 묘사됩니다. 암석에서의 절리는 갈라짐이 거의 없는 단순한 잠재적
부서짐을 의미하는 것입니다. 라임스톤 암석층에서의 절리는 성곡층 (Bedding Planes)에 대하여
일정한 각을 갖는 여러 개의 수평적인 집합형태로 발생하며 채석 기사들은 보통 `조인트 세트'라고 부르고
있습니다. 2개 이상 교차된 조인트 세트를 조인트 시스템이라고 하며 암석층에서 조인트 세트에 의해서 보여지는
규칙성은 가해진 압력의 방향성에 의한 절리의 상태를 나타냅니다. 채석 기사들은 암석을 채석할 때 일정한
크기로 채석하는데 이 때 채석되는 암석의 크기는 암석의 무기질 조성과 조인트 배열을 고려하여 그 크기가
결정되어 채석되는 것이 보통입니다.
|
| |
| 암석 구조 도해 |
|
앞에서 설명한 바와 같이 이미 형성된 라임스톤 층도 지각의 이동에 의해서 그 구조가 변할 수 있습니다.
이런 암석의 변화는 매우 복잡한 원인과 이유에 의해 이루어지게 되는데, 흔히 암석층이 휘거나 굽어지는 원인은
보통 3 방향으로 뒤틀림이 발생하게 되며, 여기서 발생하는 스트레스에 의해 암석이 굽어지고 부서지게 되는
것입니다.
이렇게 부서진 부분을 따라 움직임이나 이동이 없다면, 그런 부분을 `절리(Joint)'라고 부르고, 암석층이
깊이 방향으로 심하게 부서진 경우에는 부서진 부분을 따라 서로 반대 방향으로 층이 이동하게 되는데 이렇게
부서진 부분을 `단층(Fault)'이라고 합니다. 단층 부분에 근접된 암석은 부서지고 재결합되어 갈력암
대리석(Breccia Marble)의 근원이 되는 'Fault Breccia'를 형성하게 됩니다. 또 이런
현상의 상대적 개념으로 부서짐이 없이 굽어짐만 있는 층을 형성하게 되는데 이를 습곡(Fold)이라고 합니다.
단층에는 여러 가지 형태가 있지만 일반적으로 널리 퍼져 있는 것은 2개의 면을 접하고 있는 두 개의 분리된
덩어리가 서로 조금씩 미끄러지면서 생기거나 혹은 하나의 덩어리가 다른 한 개의 위로 천천히 밀려 오르는
형태로 발생되는 것입니다.
단층에 근접되어 부서진 암석들은 재결합되어 마블브렛시아 (갈력암대리석)의 근원이 됩니다. 이 때 잘게 부서진
모암이 재결합되지 못한 상태의 것을 `가우즈(Gouge)'라고 합니다.
절리와 부서짐의 상태는 암석층의 상부로부터 물이 스며들게 하거나 하부로부터 마그마 등의 뜨거운 용액이 스며들게
하는 조건을 갖게 합니다. 이 때고온의 마그마 용액이 높은 압력으로 분출되면서 조인트를 확장
시키거나 새로운 조인트를 형성해 암맥이나 결을 형성하게 됩니다. 이런 절리의 발생원인은 암석층에 겹겹이
쌓인 층 자체의 무게에 의해서도 발생될 수 있으며 암석층으로부터의 압력 제거에 의해서도 발생될 수 있습니다.
비교적 얕게 형성되는 순수한 라임스톤 층은 적당한 압력에 의해서도 재결정 될 수가 있습니다. 재결정시 1500∼2500℃의
범위의 온도를 갖고 안으로 스며드는 용액을 따라 결정성장이 촉진되거나 변형될 수 있습니다. 이런 재결정의
결과에 의해 낮은 등급의 변성암 마블과 비교되는 상대적으로 보다 견고하고 치밀한 마블이 형성되는 것입니다.
|
| |
| 변 성 암 |
|
변성암은 화성암이나 수성암 혹은 변성암 자체로부터 발생할 수 있습니다. 지반의 이동과 뜨거운 마그마의 증기로
인한 고온의 용액이 기존의 암석 구조에 침투하여 변성암이 형성됩니다. 일반적으로 변성작용은 더 밀착되고
과립상의 구조로 새로운 결정구조를 만들어 내는 것이라고 할 수 있습니다.보통 순수한 마블은 대부분 흰색(때로는
산화철, 탄소, 사문석에 의해 색조가 있는) 라임스톤의 재결정에 의해 형성된 것입니다. 일부의 라임스톤은
부분적으로 스며 나오는 물에 의해서 변하기도 하지만 순수 지질학적인 마블은 열과 온도에 의해서 형성됩니다.
이 때 온도는 3,000∼10,000℃로 변화하며(혹은 그 이상으로) 압력은 수십만 Kgf/㎠ 이상으로
1만년 이상동안 암석들이 이런 환경에 노출되어 유연성이 증가되어 반죽 되고 굽어지는 등의 형태를 갖게 되는
것입니다.
변성작용의 주요한 형태는 `접촉변성(Contact)' 과 '국부적변성(Regional)' 두 가지입니다.
접촉 변성작용(Contact Metamorphism): 접촉 변성작용은 뜨거운 마그마나 혹은
아주 뜨거운 용액 그리고 증기가 기존의 암석층으로 침투될 때 주변의 암석들이 높은 온도와 격렬한 용액의
활동에 노출되어 침투된 부분의 주위로 모여들면서 농축되어 형성되는 것입니다.
국부적 변성작용(Regional Metamorphism): 국부적 변성작용은 높은 온도와 거대한
압력에 의한 스트레스가 연합하여 나타나게 되며, 지표면의 판(덩어리)이 서로 충돌하거나 비켜갈 때 발생합니다.
이런 작용은 암석층이 서로 밀어내고, 잡아당기고, 비틀어 짜고, 잘라 내고, 늘려지는 등의 여러 가지 환경이
복잡하게 연출되어 산맥으로 형성되거나 혹은 강제적 압력에 의해 지반 하부로 들어가기도 합니다. 이런 국부적인
변성암의 특징은 얕은 층으로 형성 되는 것으로 자세한 사항은 다음과 같습니다. 암석을 형성시킬 수 있는
압력, 열, 화학적 환경은 아래와 같이 원래의 암석 광물조성과 조직, 결정구조를 변경시킬 수 있습니다.
1) 열과 압력이 원래 암석의 광물구조를 불안정하게 하면 무기광물의 조성은 변화될 수 있습니다. 암석은
가해진 열과 압력에 견딜 수 있는 새로운 구조를 형성하기 위한 방법으로 변화됩니다. 즉, 새로운 광물의
성장과 화학적 결합을 유지하는 것이라 할 수 있습니다.
2) 암석의 결정구조는 열, 압력, 뜨거운 용액에 영향을 받은 것에 의한 결과 만큼 변화합니다. 대부분
암석의 결정 입자들은 보다 크게 자라고, 원래의 암석이 라임스톤일 경우 미세한 칼싸이트 결정구조는 보다
커지고, 반면에 불순물들은 서로 합체 되어 새로운 광물로 변하거나 제거됩니다.
3) 원래 암석의 조직은 압력과 반대로 작용하는 힘에 의해서 변화하는 것이 보통입니다. 이런 작용은 암석의
입자들이 회전되고 변형되기 때문에 결정입자의 방위성과 결합각이 변하는 것이라 할 수 있습니다. 즉, 순수
변형작용에 의해서 암석이 단단해지고 결정입자의 강도가 커지는 것입니다. 변성암 마블에서 종종 볼 수 있는
광물의 분리와 유동 형태의 모양새에서 보여지듯이 혼합 시키는 힘과 압력이 입자를 변화 시키는 것입니다.
변성암은 매우 복잡, 다양하다고 할 수 있습니다. 지질학자들도 만족스럽게 체계화된 분류를 하지 못하고 있습니다.
그 뿐만 아니라 광물이나 암석이 어떻게 나오게 되었는지에 대해 서로의 의견에 동의하는 것 조차 어려워 하고
있습니다. 여기에서는 변성암을 구조적인 모양(조직)에 의해서 먼저 분류하고 그 다음에 조성에
의해서 분류하였습니다.
|
| |
| 호리에이센(Foliation)
: 박막층 형성 |
|
암석의 광물들이 평행하게 면으로 배열되었을 때 엷은 평행한 면이 평행한 방향으로 쪼개지는 성질에 의해 호리에이션(Foliation)이
발생됩니다. 보통 국부적인 변성작용에 의해 호리에이션이 발생되며 평면으로 쪼개지려는 성질은 변성암의 평면성에
의한 특성이라 할 수 있습니다. 호리에이센은 원래암석(모암)의 층 형성에 의하거나 변성 작용하는 동안 광물
등의 합체에 의해서 발생하는 현상입니다.
슬레이트(Slate): 슬레이트에서 호리에이션은 운모(Mica), 활석(Talc), 녹니석(Chlorite)과
같은 극히 미세한 편암광물의 평행한 방향성에 의해서 발생합니다. 평평한 표면에 수직방향으로 압력이 가해지는
변성 환경 조건에 의해서 이런 광물들이 진화된 것이라 할 수 있습니다. 즉, 편암광물(Platy mineral)의
방향성이 분열(Cleavage)을 쉽게 촉진하는 것으로 이런 특성은 슬레이트의 기본 특성으로 자리잡아 단단하게
밀착되어 있으나 부서지기 쉬운 형태를 유지하게 되는 것입니다.
쉬시트 앤 혼브랜드 (Schists and Hornblends): 변성 환경 조건이 백운모(Muscovite),
활석(Talc), 녹니석(Chlorite)등의 광물을 보다 큰 입자로 성장시킨다면 호리에이션의 일종인 편암성(Schistosity)이
더불어 발생하게 됩니다. 여기서 쉬시트(Schists)라고 하는 말은 비교적 큰 입자로 구성된 편암광물(Platy
minerals)의 수평한 배열에 의해서 호리에이션이 발생하는 변성암의 거친 입자를 뜻하는 말입니다. 이런
쉬시트는 기본적으로 규산염이 많이 함유되어 있으며 석영(quartz), 운모(mica), 각섬석(hornblend)
등,각각의 조성에 따라 마이카쉬시트나 혼브랜드쉬시트로 구별합니다. 일반적으로 크리스탈라인쉬시트(Crystalline
schist)가 편마암(Gneiss)보다 더 고운 호리에이션을 갖습니다.
나이스 (Gneiss): 나이스는 서로 다른 그룹의 광물 층으로부터 형성된 호리에이션을 갖는
변성암입니다. 광물 입자들이 잡아 늘려지고, 가루로 잘게 부서지고, 광물이 상호 구분되어질 정도의 매우
뜨거운 환경조건에 처해 있기 때문에 입자들이 거친 암석이 된 것입니다. 나이스는 화강석과 비슷한 광물조성을
갖고 있지만 호리에이션에 의해 화강석과는 구별됩니다. 기본적으로 밝고 어두운 광물이 서로 평행하게 교대로
나타나는 반 연속적인 층에서부터 석재를 가로지르며 매우 굽어있는 여러 가지 두께로 잘 정렬된 층에 이르기까지
다양한 형태의 호리에이션이 나타납니다.
설펜틴 (사문암-Serpentine, 녹색사문석-Verd Antique): 사문암은 탄산염이
없는 대표적인 마블입니다. 사문암은 광물이면서 동시에 암석입니다. 이 말은 암석이 주로 사문석 광물 (함수마그네슘규산염)로
구성되어 있다는 것을 의미합니다. 하지만 유통할 때에는 마블로 통칭합니다. 이 암석은 귀감람석(chrysolite),
활석(talc), 녹니석(chlorite)과 기타 녹색광물의 혼합물로 이루졌으며 뜨거운 증기에 의하거나
실리카나 마그네슘이 함유된 물의 활동으로 감람석(olivine,황록색광물)이나 휘석(pyroxene)의
화성암 광물이 변성하여 이루어 진 것입니다. 또한, 마그마에 의해 발생된 열이나 변성압력에 의해서도 형성이
가능합니다. 사문암의 확인은 색상에 의해 판단할 수 있는데, 보통은 여러 가지 색조의 녹색이고, 적색이나
갈색, 황색도 있습니다. 이 암석의 특징은 색상과 문양이 뱀의 반점이나 형태와 비슷하게 구성된 꾸불꾸불한
암맥(veining)이 존재 한다는 것입니다.
돌로마이트(Dolomite, 백운석)와 셀펜틴(Serpentine, 사문암)의 혼성 암석을 `오피칼싸이트
(Ophicalcite)'라고 합니다. 이 변종 암석은 여러 가지 모양의 사문암이 반점의 형태로 마그네슘
라임스톤(돌로마이트)의 결정체로 존재하는 것을 말합니다. 일반 상업적인 마블에 녹색이나 백색의 여러 가지
반점이 존재하고 있는 형태입니다. `오피칼싸이트'는 그리스 어원으로 `뱀'이나 `뱀과 같은'을 의미합니다.
`셀펜틴'도 `뱀'의 어원이며 `오피(ophi)'라는 말은 그리스어로 뱀을 의미합니다.
사문암은 지질학자들 사이에서 암석의 화학작용과 형성에 대한 견해가 불일치하다는 아주 흥미로운 사실이 있습니다.
사문암은 강도가 약하고, 견고하지 못해 일반적으로 옥외용으로 사용하지 않습니다. 또, 일반 천연 마블의
세척에 사용하는 알카리성 세척제나 시멘트 등의 알카리성 성분에 의해 변색될 위험이 매우 높습니다.
슬레이트를 제외하고 대부분의 변성암은 바닥이나 벽체용 건축 석재로 사용되며, 훌륭한 광택을 나타내며 호리에이션이
있는 관계로 다른 변성마블과 쉽게 구별됩니다.
|
| |
| 논호리에이센 변성암 (Non-Foliated Metamorphic Rocks) |
|
주로 접촉변성작용(Contact Metamorphism)에 의해 호리에이션이 없는 변성암이 형성됩니다.
가늘고 긴 입자를 제외하고, 보통 이런 암석은 한 개의 광물로 이루어졌기 때문에 구조가 일정하며 호리에이션
암석에서 볼 수 있는 광물조합의 분리나 혹은 전단압력, 뒤틀림 등이 나타나지 않는 특징이 있습니다.
석영질샌드스톤 (Quatrz Sandstone): 이 암석은 석영암(규암)에서 변형된 논호리에이센
변성암입니다. (보통의 석영암은 주로 운모(mica)가 주요 성분이지만 40% 정도 다른 광물로 된 불순물을
함유하고 있어 이에 의해 호리에이션이 발생합니다.) 순수한 석영암은 광택을 낼 수 있으며 장식용 석재로
사용되고 있습니다.
변성역암(Metaconglomerate): 이 암석은 침전에 의한 형성된 역암이 적당한 열과
압력에서 변성된 것으로 개개의 작은 돌들이 최대한으로 늘려지거나 변형되고 혹은 서로 융해 되어 엉겨 있는
것입니다. 작은 돌들은 그들에게 가해진 스트레스를 그대로 받아들여 한정적인 선의 모양을 나타내고 있습니다.
즉, 적당한 열과 압력이 호리에이션을 제대로 유발시키지 못한 것으로 이런 암석은 저급의 변성암으로 구분됩니다.
변성마블 (Metamorphic Marble): 이 암석은 라임스톤이나 돌로스톤으로 진화하는
논호리에이션 변성암의 일종으로 입자들은 일반적으로 크고, 서로 끌어당기고 있어 매우 단단한 결정구조의 암석을
형성합니다. 이미 설명 드린 것처럼 마블에 있어서 유동성이나 극한 변형에 의한 띠 모양의 무늬(부속광물이나
유기불순물의 줄무늬)는 일반적인 것입니다. 국부변성작용에 의한 마블은 특징적인 변형패턴에 의해서 구조적으로
표시가 나는데 예를 들면 촘촘하게 구성된 조직에서 서로 끌어당기는 입자들의 평행한 이격 모양 과 운모(mica)가
존재할 경우 칼싸이트 기반(matrix)안에 운모의 얇은 조각(mica flake)에 의해서 우선적인 방향성을
갖는 것입니다. 변성마블의 결정 입자들은 보통 한 방향으로 길게 배열되는 것을 볼 수 있는데 이런 현상은
원래 암석층의 접힘(folding)과 주름(plication)에 의해서 발생합니다. 또 운모나 운모의 형태와
같은 부속광물이 존재한다면 압력에 의해서 발생된 유동의 흔적인 것입니다.
라임스톤이나 돌로마이트의 접촉변성작용은 일정한 크기의 입자로 모자이크 된 마블을 만들어 내지만 국부적인
변성작용에 의한 마블은 조직이 물러 외부 건축용으로 사용하기에는 부적합 합니다. 순수한 라임스톤이나 돌로스톤의
무기 광물 조성(99% 칼싸이트)은 거의 비슷하고 단지 조직이 약간 다를 뿐입니다. 전형적인 변성마블은
설탕처럼 분명한 결정모양을 형성하고 있습니다. 그러나 조각용으로 사용할 만한 순수한 백색의 마블은 아주
드문 편입니다. 더 일반적인 것은 부속광물의 결석이나 층이 있고, 불순물이 섞인 마블입니다. 이런 마블이
순수한 마블에 비해 더 아름다운 매력을 제공하고 있습니다. 특정 부분에 상대적인 밝은 광택이 있는 변성마블이
불순물이 약간 섞여 있는 광택 있는 라임스톤에 비해 더 투명하게 보이며, 그 아름다움으로 인해 상업적인
마블로 많이 유통되고 있습니다.
지질학자들은 라임스톤의 형성에 영향을 주는 변성작용의 정도를 등급으로 나타내었습니다. 적은 열과 압력은
낮은 등급의 변성작용이고, 반면에 강한 압력과 열은 불순물이 적은 높은 등급의 변성암을 생성합니다. 일반적으로
변성마블은 기후나 오염, 마찰에 잘 견디는 반면에 강도는 강한 석재라 할 수 있습니다. 가끔 적당한 압력과
침투하는 용액에 노출된 퇴적 라임스톤이 간단한 재결정으로 순수한 마블로 형성되기도 합니다. 정확한 변성과정은
아니지만 시간이 지남에 따라 거대한 변성과정에 노출된 라임스톤은 시간이 지남에 따라 단단한 마블이 되는
것입니다.
|
| |
|
| |
|
|
_02.gif){kind=small}
_06.gif){kind=small}
