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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.38 No.7 pp.598-602
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2017.38.7.598

Distribution of Clay Minerals in Yellow Soils with Respect to Parent Rocks: An Example from the Bukcheon-myeon, Hadong-gun, Korea

Jae hwan Kim1, Cheol Soo Moon2, Sung Chul Park3, Sung Woo Moon4, Yong-Joo Jwa1*
1Department of Geology and Research Institute of Natural Sciences, Gyeongsang National University, Jinju 52828, Korea
2Dooyang Architecture Office, Jinju 52664, Korea
3Research Division of Restoration Technology, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon 34122, Korea
4Architectural Heritage Division, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon 34122, Korea
Corresponding author: jwayj@gnu.ac.kr+82-55-772-1475+82-55-772-1479
20171129 20171221 20171226

Abstract


모암의 종류에 따른 황토 내 점토광물의 분포: 경남 하동군 북천면의 예

김 재환1, 문 철수2, 박 성철3, 문 성우4, 좌 용주1*
1경상대학교 지질과학과 및 기초과학연구소, 52828, 경상남도 진주시 진주대로 501
2두양 건축사 사무소, 52664, 경상남도 진주시 진주대로 1208번길 4
3국립문화재연구소 건축문화재연구실, 34122, 대전광역시 유성구 문지로 132
4국립문화재연구소 복원기술연구실, 34122, 대전광역시 유성구 문지로 132

초록


    서 론

    황토의 사전적 의미는 누르고 거므스름한 흙(yellow soil) 내지 주로 실트 크기 입자로 이루어진 풍성기원 의 퇴적물로 정의되며, 예로부터 천연안료, 적조방제, 건축재료 등으로 다양하게 사용되어 왔다(Hwang et al., 2000; Kim et al., 2014). 이러한 황토는 암석의 풍화 산물로서 우리나라 전역에서 쉽게 관찰되며, 일 반적인 토양단면은 유기물을 포함하는 표토층과 상부 에 적갈색, 하부에 담황색 및 황갈색을 띠는 부분과 풍화암 및 경질 모암의 순으로 나타난다. 황토의 구 성 광물은 석영, 장석, 점토광물, 산화철 등 다양한 광물들의 조합으로 이루어져 있으며, 모암의 종류 및 산출지역에 따라 광물 종류와 함량에서 차이를 보인 다(Hwang et al., 2000; Kim et al., 2014). 황토는 카올린나이트(Kaolinite), 할로이사이트(Halloysite), 일 라이트(Illite), 스멕타이트(Smectite), 몬모릴로나이트 (Montmorillonite) 등 다양한 점토광물을 포함하며, 이러한 점토광물들은 다른 광물에 비해 활성도가 높 으며, 가소성, 이온교환성, 흡착성, 촉매성, 현탁성 등 주변 환경에 대한 반응성이 높기 때문에 국내외적으 로 유무기 오염물질 제거용 흡착제로써 많은 연구가 진행되어 왔다(Park et al., 2002; Abllino et al, 2003; Bradl et al., 2004; Lee et al., 2017). 점토광물 은 자연에서 쉽게 얻을 수 있고, 환경 친화적이며 다 양한 물리-화학적 특성을 지니고 있어 도자기, 벽돌 의 재료로 폭넓게 사용되어 왔으며, 최근에는 점토 화합물에 화학적 개질을 도입하여 촉매제, 흡수제, 화장용품 등 산업적 활용을 포함하여 점토광물의 기 능이 확대 되고 있다. 상기 언급된 점토광물들은 식 품 포장 및 환경개선 등 다양한 산업 현장에서 잠재 력을 지니고 있기 때문에 최적의 성능을 달성하기 위해서는 점토광물의 구조가 규명되어야 하며, 기능 성 부분의 결합이 필수적이라 할 수 있다(Kim and Oh, 2016). 본 연구에서는 미래의 주요 산업 분야에 활용 가치가 높은 고품질의 점토광물 확보를 위한 연구 사례로서 경남 하동군 북천면 일대에 대한 광 역지역에 대한 지질조사를 실시하였으며, 모암 및 풍 화산물에 대한 암석학적 연구를 통해 모암의 종류에 따른 황토 내 점토광물의 분포를 살펴보았다.

    모암의 산출 상태

    본 연구지역은 경남 하동군 북천면 직전리 일대로 영남육괴의 남동부와 경상분지의 남서부에 위치하고 있다. 이 연구지역의 지질은 지리산편마암복합체를 기반으로 이를 관입하는 선캠브리아기의 회장암과 쥐 라기의 섬록암, 이를 부정합으로 피복하는 백악기의 원지층, 그리고 상기의 암층을 관입하는 백악기의 화 강섬록암과 석영반암 등으로 구성된다(Fig. 1).

    연구 지역 내에 분포하는 모암에 대한 암석 기재 학적 특징을 살펴보면 먼저 화강섬록암은 회백색이며, 중립질의 입자크기로 구성광물은 석영, 알칼리장석, 사장석, 흑운모 등이 관찰된다. 석영은 대부분 타형 으로, 직소광과 파동소광을 보이며, 알칼리장석은 퍼 사이트와 포이킬리틱 조직으로 나타난다. 사장석은 누대조직, 알바이트-칼스바드 쌍정으로 나타나며, 흑 운모의 경우 변질되어 녹니석화 되어 있다(Fig. 2a). 석영 반암의 구성광물은 석영, 장석 소량의 백운모 등이 관찰되며, 석영과 장석을 반정으로 하는 반상조 직이 나타난다. 사장석은 알바이트 쌍정으로 나타나 며, 일부 풍화에 의해 변질되어 있다. 백운모는 1 mm 내외의 크기로 나타난다(Fig. 2b). 원지층은 세립질의 미사암으로 구성 광물은 석영과 장석, 흑운모, 불투 명 광물 등이 관찰되며, 석영의 경우 대부분 타형이 며 직소광을 보이며, 그 경계가 불분명하다. 흑운모 는 자형으로 벽개가 뚜렷하게 나타나나, 풍화에 의해 변질되어 있다(Fig. 2c).

    황토에 대한 광물학적 특성

    경남 하동군 북천면 일대(Fig. 1)에서 모암으로부터 풍화된 황토를 채취하였으며, 각 지점에서 채취한 황 토에 대한 점토 광물의 분포를 알아보고자 하였다. 이를 위해 황토 시료에 대해 원심분리를 실시한 후, X-선 회절 분석을 실시하였다. X-선 회절 분석은 X’Pert MPD (Panalytical)를 이용하였으며, 실험은 40 kV/30 mA의 조건에서 Cu Target를 사용하였으며, 3~70° 구간에서 0.02° 간격으로 1초 주사하였다. 수습 한 황토는 Fig. 3에 제시하였다. 채취한 황토의 경우 수분을 포함하고 있어 자연 상태에서 24시간 이상 건조하여 분석에 사용하였다. 건조 전후에 황토의 색 상에서 차이를 보인다(Fig. 3).

    채취한 황토에 대한 XRD 분석 결과, J-1지점(화강 섬록암)의 구성광물은 석영, 사장석, 일라이트, 카올 린나이트, J-4지점(화강섬록암)은 석영, 사장석, 알칼 리장석, 일라이트가 동정되었다. J-9, J-10, J-11지점 은 도폭상 원지층 내에 위치하고 있으나, 실제 조사 결과, 화강섬록암과 석영반암이 모암으로 관찰되고, 모암에 따른 토양의 구성광물을 살펴보면 J9-gdi-DS1 (화강섬록암)은 석영, 일라이트, 녹니석, J9-qp-DS2 (석 영반암)은 석영, 일라이트, 깁사이트, J10-qp-S1 (석영 반암)은 석영, 알칼리장석, 깁사이트, J11지점은 석영, 알칼리장석, 일라이트, 카올린나이트, 할로이사이트, 깁사이트 등 다양한 점토광물의 조합이 관찰되는데, 이는 화강섬록암, 원지층, 석영반암의 풍화산물이 혼 재하는 것으로 판단된다. J-13지점(원지층)은 석영, 카올린나이트가 동정된다. 황토의 모암, 풍화 정도 및 주변 모암과의 관계에 따라 각 구성광물의 조합 에서 서로 차이를 보인다(Fig. 4).

    토의 및 결론

    점토광물은 저온 환경하에서 준안정적인 광물상으 로 존재하며, 여러 종류의 고용체로 구성된다. 이러 한 점토광물의 물리화학적 특성을 이용하면 지질학적 환경 해석에 유용하게 이용할 수 있다. 최근 들어 이 러한 점토광물은 촉매제, 흡수제, 미용 등 산업적 활 용을 포함하여 기능이 확대 되고 있다(Choo, 2001). 본 연구 사례에서 경남 하동군 북천면 일대에 분포 하는 모암은 화강섬록암, 석영반암, 원지층이며, 이러 한 암석의 풍화 산물인 황토는 색 및 점토광물의 분 포에서 다소 차이를 보이고 있다. 가장 흔하게 분포 하는 점토광물은 일라이트와 카올린나이트이며, 이 중 일라이트는 모든 종류의 기반암에서 기원하며, 카 올린나이트는 주로 미사암과 화강섬록암과 연관이 있 다. 드물게 깁사이트가 석영반암과 화강섬록암 기반 암에서 형성되기도 하며, 단 1곳의 화강섬록암 기반 암 지역의 시료에서 할로이사이트가 관찰 되었다. 상 기한 점토광물의 분포는 기존의 연구 결과와 마찬가 지로 연구지역 기반암에 포함되어 있는 장석류와 운 모류 광물이 화학적 풍화작용을 받아 다양한 점토광 물을 형성된 것으로 판단된다(Hwang et al., 2000; Kim et al., 2014).

    각 점토광물의 생성과 관련된 모암의 구성광물에서 사장석은 K장석에 비해 상대적으로 풍화에 약하기 때문에 카올린나이트와 할로이사이트로 풍화되는 경 향이 있다. 또한 마그마 냉각 후기의 초생변질작용에 의해 부분적인 견운모화 작용을 받게 될 것이며, 이 러한 사장석 내 견운모 입자는 변질과정을 거쳐 일 라이트에 포함될 수 있다. 운모 역시 풍화에 의해 극 미립의 삼팔면체 일라이트로 풍화될 수 있다(Lee and Jeong, 2008). 원지층에서 관찰되는 일라이트 및 카올린나이트 역시 사장석 및 운모의 풍화에 의해 생성된 것으로 생각할 수 있다. 그러나 화강섬록암에 비해 사장석의 함량이 작기 때문에 카올린나이트의 생성도 상대적으로 미약할 것이라 판단된다. 더구나 원지층 내 사장석들은 속성과정에서 알바이트로 교대 되기 때문에 Ca가 포함된 사장석보다 풍화에 더 강 할 것이라 판단된다((Lee and Jeong, 2008). 본 연구 에서 모암의 종류, 풍화 정도, 주변 모암과의 관계에 따라 다양한 색상의 황토를 확인할 수 있으며, 각 점 토광물의 분포를 확인하였다. 이러한 모암과 점토광 물의 분포의 상관관계를 통해 미래 산업에 적용 가 능한 점토광물을 확보하는데 기초 자료로 활용할 수 있을 것이라 판단된다.

    사 사

    이 논문의 심사자들께 감사드린다. 그리고 자료처 리를 도와준 경상대학교 지질과학과의 진미은, 박상 구 대학원생들에게도 감사드린다.

    Figure

    JKESS-38-598_F1.gif

    Geological map with sample location.

    JKESS-38-598_F2.gif

    Petrological features of parent rocks distributed around the study area. (a) photographs of the outcrop, slab, Thin section of Grano-diorite, (b) photographs of the outcrop, slab, Thin section of Quartz porphyry, (c) photographs of the outcrop, slab, Thin section of Wonji-Formation.

    JKESS-38-598_F3.gif

    Soils of different colors distributed around the study area.

    JKESS-38-598_F4.gif

    XRD Results of soils distributed around the study area (Qz: Quartz, A-f: Alkali-feldspar, Pl: Plagioclase, Il: Illite, Ka: Kaolinite, Gb: Gibbsite, Cc: Clino-Chlore).

    Table

    Reference

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