자연발생석면은 사문석군 석면의 모암인 초염기성암 외에도 탄산염암 및 편암, 염기성암을 모암으로 산출될 수 있다. 하지만 사문석군 석면의 모암인 초염기성암에 비해 탄산염암에서 발생하는 각섬석군 석면의 광물학적 특성에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서, 이 연구에서는 탄산염암 및 편암을 모암으로 하는 자연발생석면에 대한 광물학적 특성을 연구하고 그 기원에 대해서 고찰하고자 하였다. 연구지역은 충남 서산시 대산읍 대로리 일대로 주된 연구대상은 서산층군 내 석회암 및 편암이며 시대미상의 암맥에 의해 관입되거나 습곡과 단층에 의해 교란되었다. 시료채취는 탄산염암과 편암의 접촉부에서 침상의 결정들이 관찰되는 노두를 선정하여 진행하였다. 광물조성 및 동정을 위해 PLM, XRD, EPMA 및 EDS 분석을 실시하였으며 각섬석의 형태 관찰을 위해 SEM 분석을 실시하였다. 또한 BSEM 이미지 분석을 통해 미세조직을 관찰하였다. XRD와 PLM을 통해 광물동정 한 결과 탄산염암에서는 양기석-투각섬석이 산출되었으며 석면형 결정의 정벽은 치밀하게 얽힌 침상이거나 비석면형의 결정이 벽개면을 따라 석면형으로 발달해가는 것을 확인하였다. EPMA 분석결과 탄산염암에서 산출되는 석면은 양기석-투각섬석으로 총 Fe 함량은 3~17%였다. Fe 함량이 10% 이상인 경우 양기석으로 정의되므로 이는 고용체 관계인 두 종 모두가 산출됨을 의미하며 이는 XRD 분석결과와도 일치했다. BSEM 이미지 분석을 통해 양기석-투각섬석 형성과정에서의 잔류조직을 관찰한 결과 백운석-투각섬석-투휘석으로 이어지는 일련의 전진변성단계의 잔류조직과 투휘석-투각섬석-활석으로 이어지는 후퇴변성단계의 잔류조직이 관찰되었다. 이들 연구 결과를 종합해 볼 때, 탄산염암에서 발생하는 석면은 열수변질작용으로 형성되는 것으로 사료되며 또한 비석면형의 결정이 풍화와 침식을 받는 경우 잠재적으로 석면형으로 발달 가능성이 있으므로 관리가 필요할 것으로 사료된다.
자연발생석면은 사문석군 석면의 모암인 초염기성암 외에도 탄산염암 및 편암, 염기성암을 모암으로 산출될 수 있다. 하지만 사문석군 석면의 모암인 초염기성암에 비해 탄산염암에서 발생하는 각섬석군 석면의 광물학적 특성에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서, 이 연구에서는 탄산염암 및 편암을 모암으로 하는 자연발생석면에 대한 광물학적 특성을 연구하고 그 기원에 대해서 고찰하고자 하였다. 연구지역은 충남 서산시 대산읍 대로리 일대로 주된 연구대상은 서산층군 내 석회암 및 편암이며 시대미상의 암맥에 의해 관입되거나 습곡과 단층에 의해 교란되었다. 시료채취는 탄산염암과 편암의 접촉부에서 침상의 결정들이 관찰되는 노두를 선정하여 진행하였다. 광물조성 및 동정을 위해 PLM, XRD, EPMA 및 EDS 분석을 실시하였으며 각섬석의 형태 관찰을 위해 SEM 분석을 실시하였다. 또한 BSEM 이미지 분석을 통해 미세조직을 관찰하였다. XRD와 PLM을 통해 광물동정 한 결과 탄산염암에서는 양기석-투각섬석이 산출되었으며 석면형 결정의 정벽은 치밀하게 얽힌 침상이거나 비석면형의 결정이 벽개면을 따라 석면형으로 발달해가는 것을 확인하였다. EPMA 분석결과 탄산염암에서 산출되는 석면은 양기석-투각섬석으로 총 Fe 함량은 3~17%였다. Fe 함량이 10% 이상인 경우 양기석으로 정의되므로 이는 고용체 관계인 두 종 모두가 산출됨을 의미하며 이는 XRD 분석결과와도 일치했다. BSEM 이미지 분석을 통해 양기석-투각섬석 형성과정에서의 잔류조직을 관찰한 결과 백운석-투각섬석-투휘석으로 이어지는 일련의 전진변성단계의 잔류조직과 투휘석-투각섬석-활석으로 이어지는 후퇴변성단계의 잔류조직이 관찰되었다. 이들 연구 결과를 종합해 볼 때, 탄산염암에서 발생하는 석면은 열수변질작용으로 형성되는 것으로 사료되며 또한 비석면형의 결정이 풍화와 침식을 받는 경우 잠재적으로 석면형으로 발달 가능성이 있으므로 관리가 필요할 것으로 사료된다.
Naturally occurring asbestos (NOA) occurs in rocks and soils as a result of natural weathering and human activities. The asbestos have been associated with ultramafic and mafic rocks, and carbonate rock. The previous studies on NOA were mainly limited to ultramafic and mafic rock-hosted asbestos in ...
Naturally occurring asbestos (NOA) occurs in rocks and soils as a result of natural weathering and human activities. The asbestos have been associated with ultramafic and mafic rocks, and carbonate rock. The previous studies on NOA were mainly limited to ultramafic and mafic rock-hosted asbestos in Korea. But, studies on carbonatehosted asbestos are relatively rare. Therefore, the purposes of this study were to investigate mineralogical characteristics of carbonate-hosted and metapelite-hosted NOA and to examine genesis of NOA occurred in the both rocks. The study area was Daerori, Seosan, Chungnam Province, Korea. The major rock formation consisted of limestone and schist which have been known to contain asbestos. Sampling was performed at outcrop which contained carbonate rock showing acicular asbestos crystals as well as pegmatitic intrusion that contacted with carbonate rock. PLM, XRD, EPMA, and EDS analyses were used to characterize mineral assemblages, mineralogical characteristics, and crystal habits of amphiboles and other minerals. BSEM images were also used to examine the genesis of asbestos minerals. The amphibole group was observed in all of the carbonate rocks, and actinolite and tremolite were identified in all rocks. These mineral habits were mainly micro-acicular crystals or secondary asbestiform minerals on the surface of non-asbestiform minerals appearing split end of columnar crystals produced by weathering. BSEM images showed residual textures of samples. The residual textures of carbonate rocks showed dolomite-tremolite-diopside mineral assemblages that formed during prograde metasomatism stage. Some carbonate rock also showed diopside-tremolite-talc mineral assemblages which were formed during retrograde metasomatism stage, as the residual textures. In result the presence of asbestos actinolite-tremolite in the carbonate rocks were confirmed in the areas where actinolite-tremolite asbestos was influenced by low temperature hydrothermal solution during metasomatism stage. These asbestos minerals showed the acicular asbestiform minerals, but even non-asbestiform minerals, a bundle or columnar shape, could transform to asbestiform minerals as potential NOA by weathering because the end of columnar shape of non-asbestiform minerals appeared as multiple acicular shaped fibers.
Naturally occurring asbestos (NOA) occurs in rocks and soils as a result of natural weathering and human activities. The asbestos have been associated with ultramafic and mafic rocks, and carbonate rock. The previous studies on NOA were mainly limited to ultramafic and mafic rock-hosted asbestos in Korea. But, studies on carbonatehosted asbestos are relatively rare. Therefore, the purposes of this study were to investigate mineralogical characteristics of carbonate-hosted and metapelite-hosted NOA and to examine genesis of NOA occurred in the both rocks. The study area was Daerori, Seosan, Chungnam Province, Korea. The major rock formation consisted of limestone and schist which have been known to contain asbestos. Sampling was performed at outcrop which contained carbonate rock showing acicular asbestos crystals as well as pegmatitic intrusion that contacted with carbonate rock. PLM, XRD, EPMA, and EDS analyses were used to characterize mineral assemblages, mineralogical characteristics, and crystal habits of amphiboles and other minerals. BSEM images were also used to examine the genesis of asbestos minerals. The amphibole group was observed in all of the carbonate rocks, and actinolite and tremolite were identified in all rocks. These mineral habits were mainly micro-acicular crystals or secondary asbestiform minerals on the surface of non-asbestiform minerals appearing split end of columnar crystals produced by weathering. BSEM images showed residual textures of samples. The residual textures of carbonate rocks showed dolomite-tremolite-diopside mineral assemblages that formed during prograde metasomatism stage. Some carbonate rock also showed diopside-tremolite-talc mineral assemblages which were formed during retrograde metasomatism stage, as the residual textures. In result the presence of asbestos actinolite-tremolite in the carbonate rocks were confirmed in the areas where actinolite-tremolite asbestos was influenced by low temperature hydrothermal solution during metasomatism stage. These asbestos minerals showed the acicular asbestiform minerals, but even non-asbestiform minerals, a bundle or columnar shape, could transform to asbestiform minerals as potential NOA by weathering because the end of columnar shape of non-asbestiform minerals appeared as multiple acicular shaped fibers.
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문제 정의
, 1989; ATSDR, 2001) 이와 관련된 연구의 필요성이 인식된다. 따라서 이 연구에서는 탄산염암 및 편암을 모암으로 하여 산출되는 각섬석군 자연발생석면의 광물학적 특성과 산출특성 연구를 통해 성인에 대해 고찰했다.
제안 방법
BSEM 이미지 관찰로 미세 조직과 광물 간 접촉관계를 확인하였으며 이러한 잔류조직을 근거로 전진변성 및 후퇴변성 단계에서의 반응식을 유도하였다. 기존 연구결과를 살펴보면 백운암과 규질 열수에 의한 변성 및 변질작용(metasomatism)은 백운석-투각섬석투휘석으로 이어진 일련의 전진변성 작용 및 보다 저온열수와의 반응으로 인한 투휘석-투각섬석-활석으로 이어진 후퇴변성 작용을 야기한다고 알려져 있다(Ferry, 1994; Ferry 1996).
10B). EDS 분석에서는 투각섬석의 화학성분을 보여 비석면형의 투각섬석을 확인하였다(Fig. 10C). R4는 편광현미경 상에서 벽개면이 발달된 조립의 각섬석 결정을 보였으며(Fig.
PLM 분석을 위해 암석시료는 육면체로 절단한 후 600~2000 mesh의 연마제를 사용하여 연마한 후 박편 제작 하였으며 XRD 분석에는 200 mesh (75 µm) 표준체를 통과시킨 분말을 이용하였다.
, 2006). 따라서 XRD 상에서는 이두 광물을 구분하지 않고 전자현미분석(electron-probe micro-analyzer, EPMA, EPMA-1600 and Genesis XM2 EDX, Shimadzu, Japan), 주사전자현미경분석 (scanning electron microscopy, SEM, S-4700, Hitachi, Japan) 및 에너지 분산형 X-선 분광기(energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS) 분석을 실시하여 각섬석계 석면광물의 화학조성과 형태를 확인하였다. 하지만 EPMA 와 EDS 분석으로는 Fe2+와 Fe3+의 구분이 불가능하여 구분하지 않았다.
하지만 EPMA 와 EDS 분석으로는 Fe2+와 Fe3+의 구분이 불가능하여 구분하지 않았다. 또한 자연발생석면의 형성과정 고찰을 위해 후방산란전자현미경 분석(backscattered electron microscopy, BSEM)을 실시하였다.
충남 서산시 대로리 일대에 노출된 서산층군 내 탄산염암을 모암으로 산출되는 자연발생석면의 광물학적 특성에 대해 고찰한 결과, 탄산염암 및 탄산염암의 변질암으로 구성된 노두 전체에서 각섬석이 관찰되었다. 양기석-투각섬석이 실제 석면형으로 산출되는지 확인하고자 편광현미경 관찰과 SEM-EDS 분석을 실시했으며 분석결과 R2, R4에서는 석면형 각섬석이 확인되었다. SEM 이미지 분석을 통해 자연발생석면의 형태를 관찰하면 자형의 양기석-투각섬석이 석면형을 이루는 것이 가장 일반적이지만 R4에서는 주상의 비석면형 투각섬석에서 벽개면을 따라 세립의 석면형 결정이 발달하는 것을 관찰 할 수 있었다.
대로리 일대에서 산출되는 섬유상 광물은 표면에 괴상의 형태로 산출되거나 cross fiber 내지 oblique fiber의 형태로 맥을 채운 것이 관찰되었다. 연구는 육안으로 침상의 결정이 잘 관찰되고 석회암 및 편암을 구성하는 암상이 모두 존재하며 이들의 접촉관계가 명확한 노두를 선택하여 진행하였다. 노두는 산성암맥-탄산염암-편암의 접촉관계를 보이며 접촉부에서는 변질의 정도에 따라 다양한 암상이 산출되었고 산성암맥과 인접한 탄산염암에서 섬유상 광물이 다량 분포하고 있었다.
연구지역에서 채취된 탄산염암에서는 각섬석군의 광물이 검출되었으나 암석의 풍화와 변질정도가 심하여 편광 현미경 분석에서 광물의 기본적인 특징을 관찰하기 어려웠고 XRD 분석에서는 양기석과 투각섬석을 구분하는데 어려움이 있어 각섬석에 대한 정확한 동정이 어려웠다. 이 때문에 EPMA 분석을 통해 탄산염암에서 관찰되는 각섬석의 광물 화학을 연구하고 이들을 종류별로 세분하였다. EPMA 분석 자료를 이용하여 구조식을 계산한 결과 다음과 같은 구조식을 보였으며(Table 1) 이는 Leake (1978)가 제시한 투각섬석-양기석의 이상화학식 Ca2Mg5Si8O22(OH)2 − Ca2Mg5.
9C). 즉 비석면형의 투각섬석을 확인했다. R2는 육안으로도 석면형의 침상결정들이 관찰된 암석으로 편광현미경 상에서 각섬석은 일부 백운석을 직접적으로 교대하거나 휘석의 가상(pseudomorph)을 이루며 비석면형의 결정 형태를 보이기도 하지만 침상의 각섬석 결정들이 치밀한 집합체를 이루고(Fig.
채취한 시료의 광물동정을 위해 편광현미경분석 (polarizing microscope, PLM, DM 750P, Leica, Germany)과 X-선 회절분석(X-ray diffraction, XRD, X'Pert PRO Multi Purpose X-Ray Diffractometer, PANalytical, Netherlands)을 실시하였다.
대상 데이터
EPMA와 BSEM에 사용된 시료는 위에서 제작한 박편 시료에 6 µm와 1 µm의 연마판을 사용하여 추가적인 연마과정을 거쳐 준비하였으며 주사전자현미경과 에너지 분산형 X-선 분광기 분석시료는 암석에서 육안으로 침상결정이 관찰되는 부분을 해머로 긁어내어 준비하였다.
노두는 산성암맥-탄산염암-편암의 접촉관계를 보이며 접촉부에서는 변질의 정도에 따라 다양한 암상이 산출되었고 산성암맥과 인접한 탄산염암에서 섬유상 광물이 다량 분포하고 있었다. 그 중 육안으로 섬유상 광물이 확인된 탄산염암체를 대상으로 총 4개의 시료를 채취하였으며 시료명은 편암과 인접한 곳에서부터 R1, R2, R3, R4로 명명하였다(Fig. 2).
시료채취는 탄산염암과 편암의 접촉부 및 침상의 결정이 관찰되는 노두를 선정하여 이루어졌다. 대로리 일대에서 산출되는 섬유상 광물은 표면에 괴상의 형태로 산출되거나 cross fiber 내지 oblique fiber의 형태로 맥을 채운 것이 관찰되었다.
연구지역은 충청남도 서산시 대산읍 대로리 일대로 선캠브리아기의 서산층군이 해안을 따라 노출되어 있다(Fig. 1). 주된 연구의 대상인 서산층군 내 석회암 및 편암층은 결정질 석회암과 각섬석 편암 및 운모 편암 그리고 박층의 규암으로 이루어진다(Kim and Hwang, 1982).
성능/효과
EPMA 분석을 실시한 결과 R1과 R2에서는 투각섬석 단종 성분의 각섬석이 검출되었으며 R3와 R4에서는 양기석과 투각섬석이 모두 산출되었다. 특히 이들 각섬석에서는 모두 불소가 검출되었는데 스카른 조건의 변질대에서 산출되는 조암광물의 수산화물(OH)은 할로겐원소에 의해 자주 교대되며 이 할로겐 원소는 마그마 기원의 열수에 의해 제공된다고 알려져 있다(London, 1987; Bergantz, 1991; Webster and Duffield, 1991; Nash, 1993).
또한 활석은 주로 각섬석의 변질로 형성된 것이 주를 이루었으며 모두 타형을 이루는 2차 광물로 존재했다. R1과 R2를 연구지역의 주변 노두에서 순수한 탄산염암 (dolomitic marble)을 채취하여 XRD 분석결과 피크를 비교한 결과, 순수한 탄산염암에서는 백운석의 피크강도가 매우 크게 나타났으며 암석의 조직관찰결과와도 일치하였다. 특히 R1에는 백운석의 피크와 함께 양기석-투각섬석, 휘석과 함께 석영도 관찰되었다.
R3와 유사한 광물조성을 보였으나 휘석 함량이 매우 낮고 각섬석이 주를 이루며 각섬석은 주상에서 침상을 이루는 다양한 정벽을 보였다. R3와 R4는 탄산염암과 산성암맥의 접촉부를 따라 심하게 변질된 암석이며 XRD 분석결과 두 암석모두 양기석-투각섬석의 피크가 휘석에 비해 높은 피크강도를 보였다(Fig. 8). 이러한 결과는 각섬석 결정도 차이 때문으로 사료된다.
6). R3와 유사한 광물조성을 보였으나 휘석 함량이 매우 낮고 각섬석이 주를 이루며 각섬석은 주상에서 침상을 이루는 다양한 정벽을 보였다. R3와 R4는 탄산염암과 산성암맥의 접촉부를 따라 심하게 변질된 암석이며 XRD 분석결과 두 암석모두 양기석-투각섬석의 피크가 휘석에 비해 높은 피크강도를 보였다(Fig.
9A). SEM 분석을 통해 관찰된 결정은 비석면형의 짧고 뭉툭한 형태를 이루고 있으며(Fig. 9B) EDS 분석결과 투각섬석의 화학조성을 보였다(Fig. 9C). 즉 비석면형의 투각섬석을 확인했다.
양기석-투각섬석이 실제 석면형으로 산출되는지 확인하고자 편광현미경 관찰과 SEM-EDS 분석을 실시했으며 분석결과 R2, R4에서는 석면형 각섬석이 확인되었다. SEM 이미지 분석을 통해 자연발생석면의 형태를 관찰하면 자형의 양기석-투각섬석이 석면형을 이루는 것이 가장 일반적이지만 R4에서는 주상의 비석면형 투각섬석에서 벽개면을 따라 세립의 석면형 결정이 발달하는 것을 관찰 할 수 있었다. BSEM 이미지로 양기석-투각섬석 형성 당시의 잔류조직을 확인한 결과, 양기석-투각섬석은 전진변성단계와 후퇴변성단계에서 형성될 수 있음을 보여준다.
시료 내의 양기석-투각섬석에 대한 불소 함량 측정결과 R1, R2, R3, R4 모든 시료에서 불소가 검출되었다. 검출된 불소의 함량은 R1은 0.1 %(wt.) 미만이나 그 외의 경우 0.4~0.7 %(wt.) 까지 비교적 높은 함량으로 나타났다. 일반적으로 불소나 염소와 같은 할로겐 원소들은 마그마 분화과정의 산물로 정출되어 수산화물을 치환한다(London, 1987; Bergantz, 1991; Webster and Duffield; 1991; Nash, 1993).
일반적으로 양기석-투각섬석과 같이 OH를 포함하는 조암광물의 경우 OH가 불소(F)나 염소(Cl)에 의해 치환되기도 한다(Lira and Ripley, 1992; Bucher and Frey, 1994; Icenbower and London, 1997). 시료 내의 양기석-투각섬석에 대한 불소 함량 측정결과 R1, R2, R3, R4 모든 시료에서 불소가 검출되었다. 검출된 불소의 함량은 R1은 0.
즉 각섬석에서 불소가 검출된 R1, R3 및 R4는 마그마 기원의 열수와의 반응으로 양기석-투각섬석을 형성한 것으로 볼 수 있다. 이 연구결과 탄산염암과 편암을 모암으로 산출되는 자연발생석면은 열수에 의한 변성작용과 밀접하게 관련되어 있음을 지시하며 비석면형의 결정도 풍화와 변질과정을 통해 석면형이 될 수 있음을 지시하는 결과라 사료된다.
충남 서산시 대로리 일대에 노출된 서산층군 내 탄산염암을 모암으로 산출되는 자연발생석면의 광물학적 특성에 대해 고찰한 결과, 탄산염암 및 탄산염암의 변질암으로 구성된 노두 전체에서 각섬석이 관찰되었다. 양기석-투각섬석이 실제 석면형으로 산출되는지 확인하고자 편광현미경 관찰과 SEM-EDS 분석을 실시했으며 분석결과 R2, R4에서는 석면형 각섬석이 확인되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자연발생석면의 모암으로 산출되는 것은?
자연발생석면은 사문석군 석면의 모암인 초염기성암 외에도 탄산염암 및 편암, 염기성암을 모암으로 산출될 수 있다. 하지만 사문석군 석면의 모암인 초염기성암에 비해 탄산염암에서 발생하는 각섬석군 석면의 광물학적 특성에 대한 연구는 미비한 실정이다.
자연발생석면의 시료채취는 어떻게 진행하였는가?
연구지역은 충남 서산시 대산읍 대로리 일대로 주된 연구대상은 서산층군 내 석회암 및 편암이며 시대미상의 암맥에 의해 관입되거나 습곡과 단층에 의해 교란되었다. 시료채취는 탄산염암과 편암의 접촉부에서 침상의 결정들이 관찰되는 노두를 선정하여 진행하였다. 광물조성 및 동정을 위해 PLM, XRD, EPMA 및 EDS 분석을 실시하였으며 각섬석의 형태 관찰을 위해 SEM 분석을 실시하였다.
자연발생석면 연구의 한계는 무엇인가?
자연발생석면은 사문석군 석면의 모암인 초염기성암 외에도 탄산염암 및 편암, 염기성암을 모암으로 산출될 수 있다. 하지만 사문석군 석면의 모암인 초염기성암에 비해 탄산염암에서 발생하는 각섬석군 석면의 광물학적 특성에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서, 이 연구에서는 탄산염암 및 편암을 모암으로 하는 자연발생석면에 대한 광물학적 특성을 연구하고 그 기원에 대해서 고찰하고자 하였다.
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