단파장적외선 분광 분석에 의한 암주 내 석영의 함수특성
단파장적외선 분광분석법(short-wave infrared spectroscopy)은 광물 내에 포함되어 있는 작용기의 종류, 결합상태 및 작용기와 결합하고 있는 원소의 종류 등 광물의 분자구조 특성에 따라 흡수되는 파장의 영역, 형태 및 이들의 조합에 의한 복합적 변화양상을 정량화하여 광물을 구분하는 분석방법이다(Tompson et al., 1999). 따라서, 작용기를 포함하고 있는 함수규산염광물, 탄산염광물, 황산염광물 등의 광물을 구분해 내는데 유용한 방법으로 알려져 있으며, 최근 광상 탐사시 초기 광역탐사 단계에서 광상 주변의 변질대 유형을 분류하는데 용이하게 사용되고 있다(Tompson et al., 1999; 김창성 등, 2002; Yang et al., 2005).
Mo 또는 W 광화작용을 수반하는 천부 산성 관입암체의 큐폴라(cupola)는 주로 반화강암질층(aplite layer)과 석영질층(comb-layered quartz)이 수 mm ~ 수 cm의 두께로 서로 교호하는 UST(Unidirectional Solidification Texture)의 형태를 보여준다(그림 1). 이와 같이 암주 내에서 산출하는 석영들은 상당량의 수분(water)을 포함하고 있는데, 이는 포함된 다수의 유체포유물, 미립의 백운모 입자 또는 결정 내에 포함된 OH-기에 의한 것으로 알려져 있다(Lowenstern and Sinclair, 1996). 암주형 큐폴라 내부에 배태되는 석영은 마그마의 분화 말기단계에서 유리된 H2O가 증가된 과포화상태와 함께 고립된 환경을 통하여 석영의 결정구조내에 부분적으로 O-H결합 또는 H2O결합이 가능한 것으로 보고되고 있다(Lowenstern and Sinclair, 1996). 이들은 일반적인 맥상의 석영과는 상이한 적외선 특성을 보이는 것으로 보고되고 있으며(Lowenstern and Sinclair, 1996), 단파장적외선 영역에서의 스펙트럼 특성을 알아보기 위해 실험을 하였다. 최근 발견된 금성광산의 큐폴라에 해당하는 시추시료를 주 대상으로 하여 분석하였으며, 분석기기는 고려대학교 지구환경과학과 광물학연구실의 PIMA-SP(Integrated Spectronics Ltd.)를 사용하였다. 정량적인 결과를 얻기 위하여 석영, 정장석, 백운모, 흑운모, 견운모, 고령토 등을 참조광물로 사용하였다. 그림 1. 금성광산 암주의 큐폴라. 유백색의 반화강암질층과 투명한 석영질층이 교호하고 있으며, 대상 시료를 반화강암질층과 석영질층으로 구분하여 측정하였으며, 각 시료에 대한 실험결과는 표 1과 같다. 석영질층에서는 대부분 석영으로 구성된 특성을 보이는 반면, 반화강암 층에서는 백운모, 고령토와 소량의 스멕타이트가 인지된다. 단파장적외선 분광분석법의 특성상 이들 점토광물의 함량은 실제함량이 상대적으로 높게 측정된 것으로 사료된다. 큐폴라 내부의 석영질층과 표준시료에 대하여 단파장 적외선 분광분석에 의한 스펙트럼을 비교하였다. 표 1. 금성광산 반화강암의 암주 시료에 대한 단파장적외선 분광분석 결과 그림 2에서 상위 7개는 큐폴라내 석영질층에 대한 스펙트럼, 13-3시료는 암주 내의 반화강암 시료에 대한 스펙트럼이며, 맨 아래의 표준석영에 대한 스펙트럼과 비교하였다. 석영질층에서 석영의 스펙트럼은 표준석영의 스펙트럼에서는 매우 미약한 1400nm와 2200nm 부근의 O-H기에 의한 흡수피크가 인지되고 있으며, 1900nm 부근의 흡착수에 의한 흡수피크는 상대적으로 증폭된 양상을 보이고 있다. 이는 석영 결정 내에 함유된 H2O의 존재 가능성을 시사하고 있으며, 석영 내에 포함되어 있는 유체포유물에 가능성도 배제할 수 없다. 13-3시료는 반화강암층에 대한 스펙트럼으로 석영질층의 스펙트럼에 비하여 흡수피크의 크기가 상대적으로 증가되었음을 알 수 있으며, 반암질층을 구성하는 견운모와 점토광물에 의한 흡수피크로 해석된다. 그림 2. 금성광산 암주에서 산출하는 석영질 층에 대한 단파장적외선 분광분석 결과.
참고문헌 - 김창성, 최선규, 최상훈, 이인우 (2002) 가사도 화산성 천열수 금은광상의 열수변질대 분포 및 성인: 탐사에의 적용. 한국광물학회지, 15권, p. 205-220. |