[논문]부여산 귀사문석옥에 대한 광물학적 연구

여진영; 김동환; 안희진; 윤상화; 김원사

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여진영 (대전과학고등학교) , 김동환 (대전과학고등학교) , 안희진 (대전과학고등학교) , 윤상화 (대전과학고등학교) , 김원사 (충남대학교 지질환경과학과)

부여군 지선리에 있는 한국녹옥광산에서는 보석학 가치가 매우 우수한 귀사문석옥 광상이 형성되어 있다. 모암인 사문암은 페리도타이트와 같은 초염기성암이 저급변성작용 또는 열수변질작용을 받아 만들어진 것으로, 그 후 시대미상의 석류석맥의 관입함에 따라 양 접촉부에 귀사문석 광체가 형성되어 있다. 귀사문석옥은 안티고라이트 사문석이며, 그 광물조직이 모암인 사문암과는 크게 차이를 나타낸다. 짙은 녹색을 띠게 하는 발 색소는 주로 Fe이며, $755^{\circ}C$에서 탈수작용이 일어나며, $830^{\circ}C$에서 감람석으로 결정구조가 변한다. 이러한 실험적 사실은 모암인 사문암은 초염기성암이 열수변질작용을 받아 변한 것임을 의미한다.

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문제 정의

그동안 품질이 우수한 귀사문석은 뉴질랜드의 South Island와 미국 펜실베니아주의 Delaware에서 소량 생산되다가 고갈된 바가 있으며, 우리나라의 경우에는 수년전 부여군 외산면 지선리에서 귀사문석이 발견되었고, 국제적으로도 매우 우수한 품질인 것으로 평가받게 되었다. 이번 연구에서는 현재 귀사문석을 생산하고 있는 한국녹옥광산의 주변 지질과 귀사문석에 대한 광물학적 특성을 연구하고자 하였다.

제안 방법

귀사문석을 고열로 가열할 때 생기는 구조적 변화를 알아보기 위해 DTA/TGA를 사용하여 12000까지 가열하였다. 그 결과 755°C(흡열반응), 830.
귀사문석의 굴절율을 측정하기 위하여 귀사문석을 얇은 판상체로 자른 후 윤을 내었다. 이를 Duplex II 굴절계를 이용해 굴절율을 측정한 결과 1.
그 외 경도, 비중, 굴절율 등을 측정하였으며, 귀사문석의 포유물의 확인을 위해 반사현미경 및 전자현미경을 사용하였다. 귀사문석의 주구성 및 미량 화학성분의 종류의 그 양을 측정하기 위해 XRF 분석 및 ICP-MS 분석을 하였다. 열반응 측정을 위해 DTA/TGA 분석기를 사용하였으며, 고온에서 일어나는 상변화를 알아보기 위해 가열실험을 실시하였다.
한국녹옥광산에서 산출되는 귀사문석의 생성과정과 광물학적 특성을 연구하기 위해 광산 주변 지질과 귀사문석 및 모암을 확인하였으며, 암석과 귀사문석의 광물조성 및 조직을 관찰하기 위해 편광현미경 관찰과 X선회절분석을 실시하였다. 그 외 경도, 비중, 굴절율 등을 측정하였으며, 귀사문석의 포유물의 확인을 위해 반사현미경 및 전자현미경을 사용하였다. 귀사문석의 주구성 및 미량 화학성분의 종류의 그 양을 측정하기 위해 XRF 분석 및 ICP-MS 분석을 하였다.
부여산 귀사문석은 아투명 또는 반투명한데 비해 모암인 사문암은 불투명하다. 두 물질이 동일한 사문석으로 되어 있음에도 불구하고 투명도와 경도에 있어 현저한 차이를 나타내는 원인을 알아보기 위해 석류석 맥과 접촉하여 발달하고 있는 귀사문석으로 부터 모암인 사문암을 포함하는 박편을 제작하여 편광현미경으로 관찰하였다. 그 결과, 귀사 문석 부분과 사문암은 그 광물조직에 있어서 큰 차이를 나타낸다.
귀사문석의 주구성 및 미량 화학성분의 종류의 그 양을 측정하기 위해 XRF 분석 및 ICP-MS 분석을 하였다. 열반응 측정을 위해 DTA/TGA 분석기를 사용하였으며, 고온에서 일어나는 상변화를 알아보기 위해 가열실험을 실시하였다.
한국녹옥광산에서 산출되는 귀사문석의 생성과정과 광물학적 특성을 연구하기 위해 광산 주변 지질과 귀사문석 및 모암을 확인하였으며, 암석과 귀사문석의 광물조성 및 조직을 관찰하기 위해 편광현미경 관찰과 X선회절분석을 실시하였다. 그 외 경도, 비중, 굴절율 등을 측정하였으며, 귀사문석의 포유물의 확인을 위해 반사현미경 및 전자현미경을 사용하였다.

성능/효과

2. 귀사문석은사문석의 보석 변종으로서 짙은 녹색을 띠고 있으며, 아투명하다. 지방광택을 나타내며, 자철석을 포유물로 함유하고 있다.
3. 귀사문석은 굴절율이 1.56, 경도 5-6, 비중 2.57이다. 이로부터 사문석의 3가지 동질이 상체 중에서 안티고라이트와 잘 일치한다.
4. 귀사문석과 사문석의 투명도와 경도가 차이가 나는 원인은 구성광물의 조직에 의한 것으로 판단된다. 즉, 귀사문석에서는 섬유상 안티고라이트 입자들이 집합체로 존재하며, 입상질 조직을 나타내는 반면, 사문암에서는 주상, 침상 결정들이 존재한다.
6. 귀사문석은 755°C에서 탈수작용을 일으켜 830.1°C에서 감람석으로 완전히 변화하며, 이러한 사실은 DTA/TGA분석 및 X선회절분석으로 확인된다. 이러한 사실은 반대로 감람석이 주구성광물인 페리도타이트가 열수변질 작용을 받아 귀사문석으로 변했음을 입증해 준다.
귀사문석을 편광현미경으로 관찰하면 안티고 라이트의 미세 결정들이 특정한 방향성이 없이 중첩 배열되어 있는 다결정질(polycrystalline) 상태로 되어 있음을 알 수 있다. 결정 구조를 통해 귀사문석의 구성광물을 확인하기 위해 X선분말회절분석을 실시하였으며, 안티고라이트의 자료와 일치함을 알 수 있었다.
귀사문석을 고열로 가열할 때 생기는 구조적 변화를 알아보기 위해 DTA/TGA를 사용하여 12000까지 가열하였다. 그 결과 755°C(흡열반응), 830.1°C(발열반응)에서 뚜렷한 열적 반응이 일어남을 알 수 있다. 755°C에서 생기는 흡열 피크는 안티고라이트가 분해되는 현상이며, 830.
이러한 해석은 TGA 곡선이 610°C 부근에서 중량이 감소하기 시작되는 현상으로 입증되며, 결국 830°C 이상에서 무수 규산염 광물인 감람석으로 변함을 알 수 있다. 이러한 해석은 귀사문석을 850°C에서 약 40시간 가열시킨 결과 녹색에서 베이지색으로 변했으며, 이에 대해 X선회절분석을 실시한 결과 감람석임을 확인할 수 있다.
일반적으로 사문암은 감람석과 휘석으로 구성된 페리도타이트와 같은 초염기성암이 열수변질작용을 받을 때, 혹은 간극수가 존재하는 상태의 초염기성암이 광역변성작용으로 받을 때 생성되는 것으로 알려져 있다. 이번 연구에서 안티고라이트(사문석)를 고온에서 가열한 결과 755.0°C에서 안티고라이트의 결정구조가 파괴되며, 830.1°C에서 감람석으로 완전히 변한다는 사실을 알게 되었다. 이 결과는 안티고라이트[Mg₃Si₂O₅(OH)₄]를 가열하면 수분이 이탈하면서 감람석[(Mg,Fe)₂SiO₄』으로 변한다는 사실을 알려준다.

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