[논문]지리산 불일폭포 일원의 화강암질편마암에 발달한 슈도타킬라이트: 산상과 특성

강희철; 김창민; 한래희; 류충렬; 손문; 이상원

doi:10.7854/jpsk.2019.28.3.157

지리산 불일폭포 일원의 화강암질편마암에 발달한 슈도타킬라이트: 산상과 특성
Pseudotachylyte Developed in Granitic Gneiss around the Bulil Waterfall in the Jirisan, SE Korea: Its Occurrence and Characteristics 원문보기

암석학회지 = The journal of the petrological society of korea, v.28 no.3, 2019년, pp.157 - 169

강희철 (부산대학교 지질환경과학과) , 김창민 (경상대학교 지질과학과 및 기초과학연구소) , 한래희 (경상대학교 지질과학과 및 기초과학연구소) , 류충렬 (한국지질자원연구원 국토지질연구본부) , 손문 (부산대학교 지질환경과학과) , 이상원 (부산대학교 지구과학교육과)

초록
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경상남도 하동군 화개면 지리산 불일폭포에 분포하는 선캄브리아시대 고원생대의 화강암질편마암 노두에서 관찰되는 중생대 백악기 이후에 형성된 것으로 추정되는 슈도타킬라이트를 대상으로 야외 산상과 구조지질학적 특성, 암석기재, 전자현미경 관찰, 지화학적 분석 등을 수행하였다. 연구지역 노두에서 동일한 전단영역에 발달한 취성변형작용의 산물인 단층암은 슈도타킬라이트와 엽리상 파쇄암으로 분류된다. 이들 중에서 단층작용에 수반된 암회색 슈도타킬라이트들의 산출형태는 수 mm~수 cm 단위의 두께로 단층면을 따라 발달한 '단층세맥형'과 단층세맥형의 슈도타킬라이트로부터 그 용융물이 주변암에 주입되어 형성된 '주입세맥형'으로 구분된다. 이들 슈도타킬라이트의 암석 슬랩과 박편에서는 유리질 내지 탈유리화된 기질부에 석영, 알칼리장석, 사장석, 흑운모 등 잔류광물들의 쇄설성 조직, 만입경계가 발달한 반정, 반응연, 산화물의 물방울 모양구조, 행인상구조, 빠른 냉각으로 형성된 유리, 유동구조 등이 관찰된다. 또한, 슈도타킬라이트의 주성분 및 광물의 조성은 일반적인 염기성 암맥과 달리 모암인 화강암질편마암의 조성과 거의 동일하게 나타난다. 이상의 관찰과 분석은 아주 천처에서 고속 미끌림의 지진성 단층운동으로 발생한 마찰열로부터 모암의 마모와 선별적인 용융의 결과로 생성된 슈도타킬라이트임을 지시한다. 본 연구에서 완전히 규명하지 못한 슈도타킬라이트의 명확한 생성연대, 생성 온도와 깊이, 운동학적 특성과 관련한 단층의 변위와 길이, 단층 미끌림 속도 등에 관해서는 후속연구로부터 밝힐 예정이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Pseudotachylytes, produced by frictional heating during seismic slip, provide information that is critical to understanding the physics of earthquakes. We report the results of occurrence, structural characteristics, scanning electron microscopic observation and geochemical analysis of pseudotachylytes, which is presumed to have formed after the Late Cretaceous in outcrops of the Paleoproterozoic granitic gneiss on the Bulil waterfall of the Jirisan area, Yeongnam massif, Korea. Fault rocks, which are the products of brittle deformation under the same shear stress regime in the study area, are classified as pseudotachylyte and foliated cataclasite. The occurrences of pseudotachylyte identified on the basis of thickness and morphology are fault vein-type and injection vein-type pseudotachylyte. A number of fault vein-type pseudotachylytes occur as thin (as thick as 2 cm) layers generated on the fault plane, and are cutting general foliation and sheared foliation developed in granitic gneiss. Smaller injection vein-type pseudotachylytes are found along the fault vein-type pseudotachylytes, and appear in a variety of shapes based on field occurrence and vein geometry. At a first glance fault vein-type seudotachylyte looks like a mafic vein, but it has a chemical composition almost identical to the wall rock of granitic gneiss. Also, it has many subrounded clasts which consist predominantly of quartz, feldspar, biotite and secondary minerals including clay minerals, calcite and glassy materials. Embayed clasts, phenocryst with reaction rim, oxide droplets, amygdules, and flow structures are also observed. All of these evidences indicate the pseudotachylyte formed due to frictional melting of the wall rock minerals during fault slip related to strong seismic faulting events in the shallow depth of low temperature-low pressure. Further studies will be conducted to determine the age and mechanical aspect of the pseudotachylyte formation.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. (a) Tectonic province map of the southern part of the Korean Peninsula (modified from Kang and Lee, 2016) and (b) Geological map of the study area (modified from Ryoo et al., 2019).
그림 Fig. 2. Field occurrence of the pseudotachylyte in the outcrop.
그림 Fig. 3. Mesoscopic structure of the pseudotachylyte.
그림 Fig. 4. Photomicrographs of the pseudotachylyte.
그림 Fig. 5. Microstructural evidence for the pseudotachylyte of frictional melting origin.
그림 Fig. 6. SEM-BSE images showing the evidence of melting.
표 Table 1. Chemical compositions of granitic gneiss (host rock) and pseudotachylyte sampled for this study
그림 Fig. 7. XRD results for the granitic gneiss (host rock) and pseudotachylytes sampled for this study. The pseudotachylytes have very similar mineral composition to the felsic wall rocks (i.e., undeformed granitic gneiss).
그림 Fig. 8. (a) Outcrop photograph of R-shear showing the dextral motion. (b) Photomicrograph showing δ- and σ- shaped clasts with tails in the fault vein-type pseudotachylyte and the foliated cataclasite. These indicate the dextral sense of shear, respectively.

AI 본문요약
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문제 정의

야외 노두에서 관찰되는 이들 세맥은 염기성 암맥에서 기원되거나 녹니석 또는 전기석과 같은 광물들이 충전된 파쇄암으로도 오인될 수도 있다. 그러나 본 연구에서는 상기한 암회색의 세맥들이 마그마의 관입에 의한 것이 아니라, 단층대에서 고속 미끌림으로 발생한 마모 및 마찰열 때문에 단층대 내의 암석들이 용융되어 유동성 있는 단층암인 슈도타킬라이트로 발달한 것으로 인지하고, 이에 대한 여러 근거자료를 제시하고자 한다.
, 2011). 이 연구에서는 선캄브리아시대의 편마암을 자르고 있는 슈도타킬라이트 노두를 보고하며, 주변 지역의 선형분석 결과와 함께 이 지점에서 관찰되는 슈도타킬라이트의 산상, 기하학적 및 운동학적 특성, 암석기재, 전자현미경 관찰, 지화학적 특징 등의 정보를 제공하고자 한다. 향후, 슈도타킬라이트에 대한 연대측정과 함께 물리적 및 화학적 특성분석, 고속전단실험 등의 상세한 추가 조사를 통해 슈도타킬라이트의 역학적 특성(지진 발생시 단층대 내부에서의 온도, 전단강도, 미끌림 속도, 단층의 변위량 등) 및 지구조적 의미를 해석할 예정이다.

제안 방법

7. XRD results for the granitic gneiss (host rock) and pseudotachylytes sampled for this study. The pseudotachylytes have very similar mineral composition to the felsic wall rocks (i.
2019 R1A2C1008082). 아울러 원고에 대한 세심한 검토를 바탕으로 이 논문의 개선을 위해 유용한 도움말을 주신 두 분의 심사자께도 감사를 드린다.

성능/효과

1) 연구지역 노두에서 동일한 전단영역에 발달한 취성변형작용의 산물인 단층암은 슈도타킬라이트와 엽리상 파쇄암으로 분류된다. 슈도타킬라이트들의 산출 형태는 수 mm~수 cm 단위의 두께로 단층면을 따라 발달한 ‘단층세맥형’과 단층세맥형의 슈도타킬라이트로부터 그 용융물이 주변 모암에 주입되어 형성된 ‘주입세맥형’으로 구분된다.
일견해서 마그마 기원의 염기성 세맥과 구별되지 않는 연구지역의 슈도타킬라이트의 증거들을 제시하면 다음과 같다. 1) 화강암질편마암 내에는 세계적으로 보고되는 전형적인 단층세맥형 및 이에 수반된 주입세맥형의 슈도타킬라이트와 동일한 산상의 슈도타킬라이트가 상당수 발달한다. 이들은 마그마 기원의 염기성 세맥들에서 관찰되는 일반적인 형태와는 차이를 보인다(Fig.
2) 단층세맥형의 경계부에 수반되어 단층의 주방향을 따라 평행 내지 아평행하게 발달하는 엽리상 파쇄암은 비록 얇은 두께지만 양 측면 모두에 걸쳐 연장성 있게 발달한다. 엽리들은 암회색 및 담색 광물대의 교호와 광물 및 암편들의 신장구조로 구분된다.
2).2) 슈도타킬라이트의 현미경 관찰에서 나타나는 녹지 않은 잔류광물의 조합은 석영, K-장석, 사장석, 흑운모 및 백운모로 흑운모를 제외한 염기성 광물은 함유하지 않으며, 특히 마그마 기원의 관입체에서 관찰되는 입상조직이 아닌 퇴적암이나 단층파쇄암에서 관찰되는 전형적인 쇄설성 조직을 보인다(Figs. 4a, 4b). 즉 기질에는 화강암질편마암의 각진 파편이나 마모된 파편이 함유되어 있으며 분급은 불량한 편이다.
3) 슈도타킬라이트의 생성은 후기 백악기 이후로 추정되며, 단층세맥형의 슈도타킬라이트와 엽리상 파쇄암에서 관찰되는 단층의 운동학적 특성은 우수향 주향이동성의 운동감각을 지시한다.
4) 야외에서 일견 염기성 세맥처럼 인지되는 슈도타킬라이트는 모암인 화강암질편마암의 화학조성과 거의 일치한다. 또한, 박편 관찰에서 기질부를 이루는 타형의 K-장석 및 미세결정, 잔류광물들의 쇄설성 조직, 만입경계 및 주입구조가 관찰되는 석영입자 및암편, 반응연, 산화물의 물방울모양구조, 행인상구조, 그리고 유동구조 등의 발달은 연구지역의 슈도타킬라이트가 저온-저압의 천부에 위치한 단층활면에서 고속 미끌림에 의한 마찰열로부터 모암의 마모와 선별적인 용융의 결과로 생성된 것임을 지시한다.
6d).⁴⁾ 특히 슈도타킬라이트 주성분의 조성이 일반적인 염기성 세맥과 달리 모암인 화강암질편마암과 거의 동일하다(Table 1). 또한, X-선 회절분석에 의하면 슈도타킬라이트는 모암인 화강암질편마암의 구성광물과 함께 점토광물(주로 녹니석과 카올린), 방해석 등의 이차광물로 구성되어 있다(Fig.
4) 야외에서 일견 염기성 세맥처럼 인지되는 슈도타킬라이트는 모암인 화강암질편마암의 화학조성과 거의 일치한다. 또한, 박편 관찰에서 기질부를 이루는 타형의 K-장석 및 미세결정, 잔류광물들의 쇄설성 조직, 만입경계 및 주입구조가 관찰되는 석영입자 및암편, 반응연, 산화물의 물방울모양구조, 행인상구조, 그리고 유동구조 등의 발달은 연구지역의 슈도타킬라이트가 저온-저압의 천부에 위치한 단층활면에서 고속 미끌림에 의한 마찰열로부터 모암의 마모와 선별적인 용융의 결과로 생성된 것임을 지시한다.
이상의 관찰과 분석은 연구지역의 슈도타킬라이트가 마그마 기원의 염기성 세맥이기보다는 단층활면에서 고속으로 미끄러지며 발생한 마찰열로부터 모암의 광물들이 선별적으로 용융되어 형성된 것임을 지시한다.

후속연구

, 2012) 슈도타킬라이트 형성 시 모암의 온도를 추정한 후, 이와 함께 지온구배를 이용하여 슈도타킬라이트 형성 깊이를 유추하는 연구를 시도해야 한다. 이로부터 슈도타킬라이트의 형성연대와 깊이가 얻어지면 그 결과는 연구지역에 발달한 슈도타킬라이트의 지구조적 의미를 해석하는 데 있어서 그리고 슈도타킬라이트 형성을 역학적으로 이해하는데 있어서 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 나아가 지각에서 대규모 지진이 발생할 때 단층대 내부에서의 온도상승, 전단강도, 미끌림 속도, 단층의 변위량, 지진규모 등과 같은 중요한 역학적 특성을 밝히기 위해서는 슈도타킬라이트에 대한 물질의 물리적 화학적 특성분석,고속전단시험 등의 통합적 수행이 필요하다.
이상과 같이 연구지역의 슈도타킬라이트 생성 시기와 환경에 대하여 논의하였으나 더욱 정확한 자료획득과 해석을 위해서는 다양한 폐쇄온도를 갖는 연대측정법으로부터 모암의 온도-시간 경로를 얻고, 이를 슈도타킬라이트의 연대와 비교함으로써(e.g., Kirkpatrick et al., 2012) 슈도타킬라이트 형성 시 모암의 온도를 추정한 후, 이와 함께 지온구배를 이용하여 슈도타킬라이트 형성 깊이를 유추하는 연구를 시도해야 한다. 이로부터 슈도타킬라이트의 형성연대와 깊이가 얻어지면 그 결과는 연구지역에 발달한 슈도타킬라이트의 지구조적 의미를 해석하는 데 있어서 그리고 슈도타킬라이트 형성을 역학적으로 이해하는데 있어서 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
이 연구에서는 선캄브리아시대의 편마암을 자르고 있는 슈도타킬라이트 노두를 보고하며, 주변 지역의 선형분석 결과와 함께 이 지점에서 관찰되는 슈도타킬라이트의 산상, 기하학적 및 운동학적 특성, 암석기재, 전자현미경 관찰, 지화학적 특징 등의 정보를 제공하고자 한다. 향후, 슈도타킬라이트에 대한 연대측정과 함께 물리적 및 화학적 특성분석, 고속전단실험 등의 상세한 추가 조사를 통해 슈도타킬라이트의 역학적 특성(지진 발생시 단층대 내부에서의 온도, 전단강도, 미끌림 속도, 단층의 변위량 등) 및 지구조적 의미를 해석할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영남육괴의 지리산지구는 선캄브리아시대 편마암복합체가 분포하며 최소 몇 회 이상의 연성변형과 함께 남-북 또는 북북동 방향의 연성전단대가 발달하는 것으로 알려져 있는가?	영남육괴의 지리산지구는 선캄브리아시대 편마암복합체가 분포하며 최소 3회 이상의 연성변형과 함께 남-북 또는 북북동 방향의 연성전단대가 발달하는 것으로 알려져 있다(e.g.
	지구조적 환경에서 단층의 미끌림시 암석의 마찰용융으로 만들어진 단층암인 슈도타킬라이트는 무엇의 직접적인 증거이며 무엇으로 알려져 있는가?	지구조적 환경에서 단층의 미끌림(slip) 시 암석의 마찰용융으로 만들어진 단층암인 슈도타킬라이트(pseudotachylyte)(Kirkpatrick and Rowe, 2013)는단층의 고속 미끌림의 직접적인 증거이며 과거 지진 발생의 지질학적 지시자로 알려져 있다(Passchier, 1982; Magloughlin, 1992; Lin, 1994a, 1994b, 2008; McNulty, 1995; Cowan, 1999; Lin et al., 2003, 2005).

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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