영일 지역에서는 제올라이트 광물들을 상당량(대개 5% 이상) 함유하는 제올라이트질 벤토나이트가 밝은 색조를 띠고 1 m 미만의 두께를 이루며 흔히 산출된다. 이 같은 벤토나이트는 제올라이트 층과 밀접한 층준 접촉관계를 이루며 주로 장기층군의 눌대리응회암층과 함탄층에 부존된다. 이벤토나이트는 곳에 따라 층리와 비조화적 관계를 이루며 산출되기도 한다. 제올라이트질 벤토나이트의 주성분 광물인 몬모릴로나이트는 제올라이트 광물로서 대부분 클리놉틸로라이트와 공생관계를 이룬다. 그렇지만 보다 규질인 벤토나이트의 경우에는 모오데나이트, 상대적으로 $SiO_2$ 함량이 낮은 벤토나이트에서는 휼란다이트를 수반하기도 한다. 모오데나이트가 수반될 경우에는 단백석이 많이 함유되는 것이 특징이다. 주사전자현미경 관찰에 의하면, 제올라이트질 벤토나이트에서는 이들 변질 광물들, 특히 몬모릴로나이트와 제올라이트 광물들이 서로 미세분대되지 않고 대개 혼재되는 양상을 보이는 것이 특징이다. 제올라이트질 벤토나이트는 비교적 규산 성분이 농집된 공극수 조건과 pH의 오르내림이 반복되는 알칼리 환경 하에서 생성된 것으로 여겨진다. 또한 이 벤토나이트는 제올라이트를 함유하지 않는 통상적인 벤토나이트에 비해서 전반적으로 높은 희토류 원소 함유도를 나타낸다. 제올라이트질 벤토나이트의 이 같은 화학적 특징은, 산출상태 및 광물상에서의 특징과 더불어, 이벤토나이트의 성인을 단순히 속성작용의 결과로만 해석하기 어렵고 일부 벤토나이트들에 대해서는 열수변질에 의한 영향을 배제할 수 없음을 시사하는 것으로 여겨진다.
영일 지역에서는 제올라이트 광물들을 상당량(대개 5% 이상) 함유하는 제올라이트질 벤토나이트가 밝은 색조를 띠고 1 m 미만의 두께를 이루며 흔히 산출된다. 이 같은 벤토나이트는 제올라이트 층과 밀접한 층준 접촉관계를 이루며 주로 장기층군의 눌대리응회암층과 함탄층에 부존된다. 이벤토나이트는 곳에 따라 층리와 비조화적 관계를 이루며 산출되기도 한다. 제올라이트질 벤토나이트의 주성분 광물인 몬모릴로나이트는 제올라이트 광물로서 대부분 클리놉틸로라이트와 공생관계를 이룬다. 그렇지만 보다 규질인 벤토나이트의 경우에는 모오데나이트, 상대적으로 $SiO_2$ 함량이 낮은 벤토나이트에서는 휼란다이트를 수반하기도 한다. 모오데나이트가 수반될 경우에는 단백석이 많이 함유되는 것이 특징이다. 주사전자현미경 관찰에 의하면, 제올라이트질 벤토나이트에서는 이들 변질 광물들, 특히 몬모릴로나이트와 제올라이트 광물들이 서로 미세분대되지 않고 대개 혼재되는 양상을 보이는 것이 특징이다. 제올라이트질 벤토나이트는 비교적 규산 성분이 농집된 공극수 조건과 pH의 오르내림이 반복되는 알칼리 환경 하에서 생성된 것으로 여겨진다. 또한 이 벤토나이트는 제올라이트를 함유하지 않는 통상적인 벤토나이트에 비해서 전반적으로 높은 희토류 원소 함유도를 나타낸다. 제올라이트질 벤토나이트의 이 같은 화학적 특징은, 산출상태 및 광물상에서의 특징과 더불어, 이벤토나이트의 성인을 단순히 속성작용의 결과로만 해석하기 어렵고 일부 벤토나이트들에 대해서는 열수변질에 의한 영향을 배제할 수 없음을 시사하는 것으로 여겨진다.
A zeolitic bentonite, which exhibits whitish appearance and contains considerable amounts (nearly 〉 5%) of zeolites, frequently occurs as thin beds less than 1 m in Yeongil area. The bentonites are mostly found in closely association with zeolite beds in the Nuldaeri Tuff and Coal-bearing formations...
A zeolitic bentonite, which exhibits whitish appearance and contains considerable amounts (nearly 〉 5%) of zeolites, frequently occurs as thin beds less than 1 m in Yeongil area. The bentonites are mostly found in closely association with zeolite beds in the Nuldaeri Tuff and Coal-bearing formations of the Janggi Croup. A discordant occurrence of the bentonite against the bedding plane is also locally found. Montmorillonite, the major mineral constituent of the bentonite, is mostly associated with clinoptilolite as a zeolite. However, instead of clinoptilolite, mordenite is sometimes included in the case of more silicic bentonite, and heulandite in the less silicic one. It is characteristic that the mordenite is accompanied by lots of opal-CT in the silicic bentonite. SEM observations characteristically indicate that these authigenic phases, especially the montmorillonite and zeolite, nearly coexist as mixtures not forming a fine-scale zoning. The zeolitic bentonite seems to be formed in the comparatively silicic pore fluid at the alkaline condition accompanying pH fluctuation Compared to the zeolite-free normal bentonite, the zeolitic types exhibit somewhat higher REE abundance. These chemical characteristics, together with modes of occurrences and authigenic mineral associations, may suggest that the zeolitic bentonite is not merely diagenetic products and a possible hydrothermal alteration could not be excluded in the bentonite genesis.
A zeolitic bentonite, which exhibits whitish appearance and contains considerable amounts (nearly 〉 5%) of zeolites, frequently occurs as thin beds less than 1 m in Yeongil area. The bentonites are mostly found in closely association with zeolite beds in the Nuldaeri Tuff and Coal-bearing formations of the Janggi Croup. A discordant occurrence of the bentonite against the bedding plane is also locally found. Montmorillonite, the major mineral constituent of the bentonite, is mostly associated with clinoptilolite as a zeolite. However, instead of clinoptilolite, mordenite is sometimes included in the case of more silicic bentonite, and heulandite in the less silicic one. It is characteristic that the mordenite is accompanied by lots of opal-CT in the silicic bentonite. SEM observations characteristically indicate that these authigenic phases, especially the montmorillonite and zeolite, nearly coexist as mixtures not forming a fine-scale zoning. The zeolitic bentonite seems to be formed in the comparatively silicic pore fluid at the alkaline condition accompanying pH fluctuation Compared to the zeolite-free normal bentonite, the zeolitic types exhibit somewhat higher REE abundance. These chemical characteristics, together with modes of occurrences and authigenic mineral associations, may suggest that the zeolitic bentonite is not merely diagenetic products and a possible hydrothermal alteration could not be excluded in the bentonite genesis.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 이 논문을 통해서 영일 지역에서 산출 되는 제올라이트질 벤토나이트의 광물학적 특징과 그 생성환경을 다루고자 한다. 또한 이를 토대로 궁극적으로는 제올라이트와 벤토나이트의 생성 조건 및 환경의 차이를 해석하고자 한다.
이 논문의 심사 과정에서 유익한 지적과 조언을 해준 한국지질자원연구원의 손병국 박사와 부산대학교의 황진연 교수에게도 감사한다. 또한 이 논문 작성 과정에서 자료정리를 도와준 강원대학교 광물연구실 학생들에게 사의를 표하고자 한다.
따라서 이 논문을 통해서 영일 지역에서 산출 되는 제올라이트질 벤토나이트의 광물학적 특징과 그 생성환경을 다루고자 한다. 또한 이를 토대로 궁극적으로는 제올라이트와 벤토나이트의 생성 조건 및 환경의 차이를 해석하고자 한다.
이 논문은 과학기술부 국제공동연구과제(과제 번호: M6-0105-00-0033)의 지원에 의하여 연구되었다. 이 연구에서는 강원대학교 부설 '산업광물은행'에 관련 분석자료와 함께 수장되어 있는 벤토나이트 표품들이 이용되었음을 밝히고자 한다. 이 연구에 필요한 화학분석(XRF 및 ICPS) 을 대행해준 윤혜온 박사를 비롯한 기초과학지원연구소의 연구원들과 논문의 발간에 재정적 도움을 준 강원대학교 자원개발연구소에도 감사 한다.
가설 설정
Field occurrences of zeolitic bentonites in Yeongil area. A. A distordant occurrence of zeolitic bentonite in the Coal-bearing formation. Zeolite and normal bentonite are interbeded at the upper and lower parts, respectively.
Montmorillonite aggregates forming honey-comb texture intermixed with clinoptilolite crystals. B. An authigenic mineral association of monmorillonite and mordenite fibers. C.
An authigenic mineral association of monmorillonite and mordenite fibers. C. Curved and crenulated montmorillonite flakes intermixed with stubby crystals of heulandite. D.
Thin beds of zeolitic bentonite (M) interbedded with zeolites (CT: clinoptilolite-rich tuff FC: ferrierite ore) in the Nuldaeri Formation. C. Hydrothermal zeolite-rich vein embedding within the Eocene volcanics.
제안 방법
제올라이트질 벤토나이트의 광물조성을 파악 하기 위해서 X-선회절(XRD) 분석을 시행하였다. X-선회절 분석은 CuKa 의 X-선을 사용하여 3~80°의 2#범위에서 0.04%nin의 조건으로 실험하였다. X-선회절 정량분석은 0.
야외에서 채취된 벤토나이트 시료들은 실내에서 3일 이상 자연적으로 건조시켜 보관하였다. 벤토나이트의 광물조성과 미시적 산출상태및 조직을 파악하기 위해서 주사전자현미경 관찰을 하였다. 이 과정에서 벤토나이트를 구성하는 극미립 광물들의 감정은 결정형의 관찰과 파장분산형 분광기(WDS)에 의한 반정량적 화학 분석을 통해서 이루어졌다.
벤토나이트의 주요원소(major elements)와 희유및 희토류 원소(trace and rare earth elements)의 화학조성 을 구하기 위해서 기초과학지 원 연구원에 의뢰하여 X-선형광(XRF) 분석법 및 플라즈마유도방출분광(ICPS) 분석법으로 각각 분석하였다.
벤토나이트의 광물조성과 미시적 산출상태및 조직을 파악하기 위해서 주사전자현미경 관찰을 하였다. 이 과정에서 벤토나이트를 구성하는 극미립 광물들의 감정은 결정형의 관찰과 파장분산형 분광기(WDS)에 의한 반정량적 화학 분석을 통해서 이루어졌다.
제올라이트질 벤토나이트의 광물조성을 파악 하기 위해서 X-선회절(XRD) 분석을 시행하였다. X-선회절 분석은 CuKa 의 X-선을 사용하여 3~80°의 2#범위에서 0.
데이터처리
04%nin의 조건으로 실험하였다. X-선회절 정량분석은 0.047sec 간격으로 단속적 주사방식(step-scanning)으로 실험 하여 구해진 회절자료들을 수차례 검증한 후에, 리트벨트 구조검증법(Rietveld refinement method) (Rietveld, 1969)에 의거한 정량분석 프로그램 (SIEROQUANT'M)을 이용하여 (Taylor, 1991; Taylor and Matulis, 1994) 그 결과를 해석하였다. 이 연구에서 제올라이트질 벤토나이트로는 X-선회절 정량 분석 결과로 5 wt% 이상 함유된 시료들에 대해서만 한정하여 취급되었다.
성능/효과
1) 영일 지역에서 산출되는 제올라이트질 벤토나이트는 밝은 색조를 띠고 1 m 미만의 두께를 이루며, 주로 장기층군의 눌대리응회암층과 함탄층에 부존된다. 공간적으로 대개 제올라이트 층과 밀접한 층준 접촉관계를 이루며 산출되지만, 경우에 따라 층리와 비조화적 관계를 이루며 산출되기도 한다.
2) 제올라이트질 벤토나이트의 주된 점토광물인 몬모릴로나이트는 대부분 클리놉틸로라이트와 공생관계를 이루지만, 경우에 따라 모오데나이트나 휼란다이트를 수반하기도 한다. 모오데 나이트가 수반될 경우에는 화학조성상 상대적으로 규질을 이루고 단백석이 많이 함유되는 것이 특징이다.
3) 제올라이트질 벤토나이트는 비교적 규산 성분이 농집된 공극수 조건 하에서 pH의 오르내림이 반복되는 알칼리 환경 하에서 생성된 것으로 해석된다. 공극수의 높은 규산 농도, 전반적으로 높은 희토류 원소 조성 및 일부 광체들이 보여주는 층리에 비조화적인 산출상태를 감안하면, 이 제올라이트질 벤토나이트의 성인을 단순히 속성작용의 결과로만 해석하기 어려운 상황이다.
X-선회절 분석 결과에 의하면 제올라이트질 벤토나이 트를 구성 하는 스멕 타이 트류(smectite group) 점토광물은 예외없이 몬모릴로나이트 (montmorillonite)로 감정된다. 몬모릴로나이트의 함량은 대개 30-60% 정도로서(Table 1), 통상의 벤토나이트에 비해서 저품위를 이룬다(노진환, 2002, 2003).
047sec 간격으로 단속적 주사방식(step-scanning)으로 실험 하여 구해진 회절자료들을 수차례 검증한 후에, 리트벨트 구조검증법(Rietveld refinement method) (Rietveld, 1969)에 의거한 정량분석 프로그램 (SIEROQUANT'M)을 이용하여 (Taylor, 1991; Taylor and Matulis, 1994) 그 결과를 해석하였다. 이 연구에서 제올라이트질 벤토나이트로는 X-선회절 정량 분석 결과로 5 wt% 이상 함유된 시료들에 대해서만 한정하여 취급되었다.
이같은 pH의 변화는 미세분대 양상을 수반하지 않는 몬모릴로나이트와 제올라이트의 공생관계를 이루며 , 결과적으로 몬모릴로나이트와 제올라이트의 혼재 양상을 야기시킨 것으로 보인다. 즉, 영일 지역의 제올라이트질 벤토나이트는 규산광물들을 침전시킬 수 있을 만큼 높은 규질 공극수의 조건은 아니지만, 비교적 높은 규산 농도 하에서 pH 변화에 주로 의존된 생성 관계를 보이는 것으로 해석된다.
후속연구
이같은 상황에서 제올라이트질 벤토나이트의 형성에는 공극수의 물리화학적 조건이 다소 달랐을 것이라는 추론이 가능하다. 즉, 처음부터 단순한 민물 형태인 호수(lacustrine water)가 퇴적과정에서 유입되어 변질이 된 것이 아니라 그 시기는 정확히 파악할 수 없으나 보다 규질인 용액이 퇴적 후에 유입되어 화산유리질 성분들을 변질시킴으로써 제올라이트를 많이 수반하는 벤토나이트가 형성되었을 개연성이 대두될 수 있을 것이다. 이같이 다소 다른 성향의 용액이 화산유리질 퇴적물에 관여될 개연성을 벤토나이트의 희토류 원소 (REE) 함유 양상에서 미약하나마 인지할 수 있다.
참고문헌 (17)
노진환 (2000) 벤토나이트의 광물학적 특성과 품위 및 품질 평가. 제 1회 산업광물심포지움 논문집: 벤토나이트와 그 응용. 산업광물은행, 16-29.
노진환 (2001) 국내산 제올라이트의 부가가치 향상을 위한 광물특성 평가방안. 광물과산업, 14-1, 1-17.
노진환 (2002) 국내산 벤토나이트의 광물학적 및 암석학적 측징과 그 성인적 의미. 지질학회지, 38, 441-445.
노진환 (2003) 국내산 벤토나이트에 대한 응용광물학적 특성 평가 (II): 광물학적 특징, 체표면적 및 유변학적 특성과 그 연계성. 한국광물학회지, 16, 33-47.
Dibble, W.E. and Tiller, W.A. (1981) Kinetic model of zeolite paragenesis in tuffaceous sediments. Clays and Clay Minerals, 29, 323-330.
Faure, G. (1991) Principles and Application of Inorganic Geochemistry. McMillan Publishing Co., New York-Toronto-Oxford, 626p.
Grim, R.E. and Guven, N. (1978) Bentonites: Geology, Mineralogy, Properties and Uses. Developments in Sedimentology 24, Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York, 256p.
Mariner, R.H. and Surdam, R.C. (1970) Alkalinity and formation of zeolites in saline and alkaline lakes. Science, 170, 977-980.
Noh, J.H. and Boles, J.R. (1989) Diagenetic alteration of perlite in the Guryongpo area, Republic of Korea. Clays and Clay Minerals, 37, 47-58.
Rietveld, H.M. (1969) A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Journal Applied Crystallography, 2, 65-71.
Sheppard, R.L. and Hay, R.L. (2001) formation of zeolites in open hydrologic systems. In: Bish, D.L. and Ming, D.W. (eds.), Natural Zeolites: Occurrence, Properties, Application. Mineralogical Society of America, 261-275.
Tateiwa, I. (1924) Geological atlas of Chosen, Ennich and Choyo Sheets. Geological Map, Korea, 2, 42 p.
Taylor, J.C. (1991) Computer programs for standardless quantitative analysis of minerals using the full powder diffraction profile. Powder Diffraction, 6, 2-9.
Taylor, .J.C. and Matulis, C.E. (1994) A new method for Rietveld clay analysis. Part 1. Use of a universal measured standard profile for Rietveld quantification of montmorillonite. Powder Diffraction, 9, 119-123.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.