페그마타이트

3. 일반적인 특성

페그마타이트는 서로 맞물린 결정으로 구성된 예외적으로 거친 입자를 가진 화성암이다.^[3] 개별 결정의 크기는 일반적으로 1cm를 넘으며 때로는 1m를 초과하기도 한다.^[4] 대부분의 페그마타이트는 화강암과 유사한 조성을 가지므로 가장 흔한 광물은 석영, 장석, 운모이다.^[4][5] 네펠린 시에나이트^[5] 또는 가브로와 유사한 조성을 포함한 다른 페그마타이트 조성도 알려져 있다.^[4] 따라서 "페그마타이트"라는 용어는 순전히 조직에 대한 설명이다.^[6][7] 지질학자들은 일반적으로 이 용어 앞에 조성을 설명하는 단어를 붙이는데, 예를 들어 "화강암 페그마타이트"는 화강암 조성을 가진 페그마타이트이고 "네펠린 시에나이트 페그마타이트"는 네펠린 시에나이트 조성을 가진 페그마타이트이다.^[6] 그러나 영국 지질 조사소(BGS)는 이러한 사용을 권장하지 않으며, 장석이 지배적이고 석영과 흑운모가 적은 전형적인 화강암 조성을 가진 페그마타이트에는 "흑운모-석영-장석 페그마타이트"와 같은 용어를 선호한다. BGS 용어에 따르면, "페그마타이트 암석"(예: "페그마타이트 가브로")은 본질적으로 동일한 조성을 가진 더 거친 입자의 암석 덩어리가 있는 거친 입자의 암석이다.^[7]

페그마타이트의 개별 결정은 엄청난 크기를 가질 수 있다. 지금까지 발견된 가장 큰 결정은 수천 톤의 질량을 가진 카렐리아의 페그마타이트에 있는 장석 결정일 가능성이 높다. 수천 파운드 단위로 질량이 측정된 석영 결정^[5]과 길이가 10m가 넘고 두께가 4m인 운모가 발견되었다.^[8] 사우스다코타의 블랙힐스에서는 길이가 약 12.19m가 넘는 스포듀민 결정이 발견되었고, 메인주 오올버니에서는 길이가 약 8.23m이고 직경이 약 1.83m인 녹주석 결정이 발견되었다.^[5] 지금까지 발견된 가장 큰 녹주석 결정은 마다가스카르의 말라키알리나에서 발견되었으며, 무게가 약 380톤이고, 길이가 18m이며, 단면이 3.5m이다.^[9]

페그마타이트 덩어리는 일반적으로 전형적인 관입암 덩어리에 비해 크기가 작다. 페그마타이트 덩어리의 크기는 1에서 수백 미터 정도이다. 전형적인 화성암에 비해 다소 불균질하며, 다양한 광물 집합체를 가진 구역을 나타낼 수 있다. 결정 크기와 광물 집합체는 일반적으로 암석 벽과 평행하거나 페그마타이트 렌즈의 경우 동심원적으로 정렬된다.^[10]

4. 분류

현대적인 페그마타이트 분류 체계는 1959년 버딩턴(Buddington)이 발표한 화강암 심성대 분류와 긴즈버그(Ginsburg) & 로디오노프(Rodionov) (1960) 및 긴즈버그(Ginsburg) 외 (1979)의 분류에 크게 영향을 받았다.^[11] 이 분류에서는 페그마타이트를 관입 심도와 변성 작용 및 화강암 플루톤과의 관계에 따라 분류했다. 체르니(Cerny) (1991)의 해당 분류 체계 개정안이 널리 사용되고 있으며, 체르니(Cerny) (1991)의 페그마타이트 분류는 관입 심도, 변성 등급 및 미량 원소 함량을 결합하여 페그마타이트 용융물의 기원과 분화 정도에 대한 중요한 통찰력을 제공했다.^[11]

화강암 페그마타이트는 체르니(Cerny) (1991)에 따라 광물학적-지화학적 특성과 관입 심도에 따라 세 가지 계층(클래스 - 패밀리 - 타입 - 서브타입)으로 분류된다. 클래스는 심성, 백운모, 희소 원소 및 공동상으로 나뉜다. 희소 원소 클래스는 조성에 따라 LCT 및 NYF 패밀리로 세분된다. LCT는 리튬(Lithium), 세슘(Cesium), 탄탈럼(Tantalum)이 풍부하고, NYF는 나이오븀(Niobium), 이트륨(Yttrium), 플루오린(Fluorine)이 풍부하다. 대부분의 저자는 페그마타이트를 LCT- 및 NYF- 타입과 서브타입에 따라 분류한다. 분류의 또 다른 중요한 기여는 LCT 페그마타이트가 주로 조산 플루톤과 연관되어 있고, NYF 페그마타이트가 주로 무조산 플루톤과 연관되어 있음을 보여주는 분류의 암석 생성적 구성 요소이다.^[12]

최근에는 광물학에 덜 의존하고 지질학적 환경을 더 잘 반영하는 새로운 페그마타이트 분류를 만들려는 시도가 몇 차례 있었다. 이 문제에 관해 가장 주목할 만한 노력 중 하나는 페그마타이트가 결정화되는 마그마의 근원에 주로 초점을 맞춘 와이즈(Wise) (2022)의 페그마타이트 분류이다.^[13]

5. 암석학

페그마타이트는 새로운 결정 핵 생성 속도가 결정 성장 속도보다 훨씬 느린 조건에서 형성된다. 일반적인 화성암에서 거친 조직은 지하 깊은 곳에서 서서히 냉각된 결과이지만,^[14] 페그마타이트가 느리게 냉각되는지 빠르게 냉각되는지는 불분명하다.^[14]

페그마타이트는 마그마 덩어리의 마지막 결정화 부분으로, 휘발성 물질(astrogeology)|휘발성 물질]]과 미량 원소가 풍부한 잔류 마그마는 상 분리를 겪어 용융상과 규산염, 알칼리 금속 및 기타 원소로 포화된 함수 유체상으로 분리된다.^[8] 이러한 상 분리는 마그마의 3분의 2 이상이 결정화되기 전에 포화될 정도로 물이 풍부한 습윤 마그마로부터 형성되어야 한다.^[8] 휘발성 물질(주로 물, 붕산염, 불화물, 염화물, 인산염)은 함수상에 농축되어 점도를 크게 낮추며,^[5] 낮은 점도는 유체를 통해 빠른 확산을 촉진하여 큰 결정의 성장을 허용한다.^[5]

이 함수 유체가 주변의 모암에 주입되면 광물이 바깥쪽에서 안쪽으로 결정화되어 구역 페그마타이트를 형성하고,^[5] 동심원 구역에서 다른 광물이 우세하게 나타난다.^[5] 전형적인 퇴적 시퀀스는 미사장석과 석영으로 시작하여 소량의 흑전기석과 석류석을 동반하고, 이어서 백운모, 레피도라이트, 보석 전기석, 녹주석, 스포듀민, 앰블리고나이트, 토파즈, 인회석, 형석이 퇴적되며, 이는 이전 구역의 일부 광물을 부분적으로 대체할 수 있다.^[5]

일부 페그마타이트는 더 복잡한 구역을 갖는다. 미국 뉴멕시코 북부 피쿠리스 산맥의 하딩 페그마타이트에서는 다음과 같은 다섯 개의 뚜렷한 구역이 인식된다.^[17]

큰 결정은 페그마타이트의 가장자리에 핵을 형성하여 안쪽으로 성장하면서 더 커지며, 여기에는 매우 큰 원뿔형 알칼리 장석 결정이 포함된다. 아플라이트가 흔히 존재하며, 페그마타이트를 가로지르거나 조립 물질 주변에 구역 또는 불규칙한 패치를 형성하기도 한다.^[14] 제노리스는 페그마타이트의 몸체에서 발견될 수 있지만, 원래의 광물 성분은 석영과 알칼리 장석으로 대체되어 주변 페그마타이트와 구별하기 어렵다. 페그마타이트는 또한 주변 모암의 일부를 흔히 대체한다.^[14]

페그마타이트는 용융상보다는 유체 지배 상으로부터 결정화될 가능성이 높기 때문에 열수 광상과 화성암 관입 사이의 경계에 걸쳐 있다.^[18] 페그마타이트는 반상 조직이 없고 냉각된 가장자리를 보이지 않으며, 가장 큰 결정은 종종 페그마타이트 몸체의 가장자리에서 발견된다.^[14]

6. 광물학

대부분의 페그마타이트는 단순한 조성을 가지며, 장석, 운모, 석영과 같이 화강암에서 흔히 발견되는 광물로만 구성되는 경우가 많다.^[3] 장석과 석영은 종종 그래픽 조직을 보인다.^[5] 드물게 페그마타이트는 리튬, 세슘, 베릴륨, 주석, 니오브, 지르코늄, 우라늄, 토륨, 붕소, 인, 플루오린 등 비양립 원소가 극도로 풍부하다. 이러한 복잡한 페그마타이트는 녹주석, 스포듀민,^[8] 리피돌라이트, 엄블리고나이트, 토파즈, 아파타이트, 형석, 전기석, 삼엽철석, 콜럼바이트, 모나자이트, 몰리브데나이트와 같은 이러한 원소들의 특이한 광물을 포함한다. 이 중 일부는 중요한 광석 광물이 될 수 있다.^[5] 에메랄드와 같은 일부 보석은 거의 페그마타이트에서만 발견된다.^[8]

네펠린 시에나 페그마타이트는 일반적으로 지르코늄, 티타늄, 희토류 원소 광물을 포함한다.^[5] 반려암 페그마타이트는 일반적으로 예외적으로 거친 연동 휘석과 사광석으로 구성된다.^[4] 페그마타이트에 포함된 광물을 '''페그마타이트 광물'''(pegmatitic mineral)이라고 한다.

주요 조암 광물인 석영, 장석, 운모 외에도, 형석, 토파즈, 녹주석, 전기석, 가넷 등이 페그마타이트의 특징적인 광물이다. 또한, 결정 분화 작용에서 마지막까지 남은 성분 및 원소가 농집되어 있기 때문에, 방사성 원소나 희토류를 포함하는 인회우라늄석, 모나즈석, 콜럼바이트, 리튬 전기석 등의 희귀한 희소 원소 광물을 산출한다.

방사성 원소의 영향으로, 본래 무색 투명한 석영(수정)은 착색에 의해 연수정이나 흑수정, 홍석영이 되며, 장석은 육색~복숭아색을 띠는 경우도 드물지 않다.

7. 지화학

8. 경제적 중요성

9. 산출지

페그마타이트는 주요 크레이턴과 녹색편암 변성대 내에서 전 세계적으로 발견된다. 그러나 페그마타이트 산지는 경제적인 광물화가 발견될 때만 잘 기록된다.^[30]

페그마타이트는 불규칙한 암맥, 암상, 또는 맥으로 발견되며, 관입암체의 가장자리에서 가장 흔하게 나타난다.^[3] 대부분은 대규모 관입과 공간적으로나 유전적으로 밀접한 관련이 있다. 그들은 관입 자체 내에서 맥이나 암맥의 형태를 취할 수 있지만, 더 일반적으로는 주변의 모암으로 확장된다.^[5] 특히 관입 위쪽에서 나타난다.

일부 페그마타이트는 변성암에 둘러싸여 있으며 더 큰 관입과의 명백한 연결이 없다. 저등급 변성암 내의 페그마타이트는 석영과 탄산염 광물이 지배적인 경향이 있다. 더 높은 등급의 변성암 내의 페그마타이트는 알칼리 장석이 지배적이다.

개브로질 페그마타이트는 전형적으로 개브로나 다이아베이스의 몸체 내에서 렌즈 형태로 나타난다.^[4] 네펠린 시에나이트 페그마타이트는 알칼리 마그마 계열의 화성암 복합체에서 흔히 발견된다.

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10. 한국 내 주요 페그마타이트

한국 내에는 페그마타이트 암체가 각지의 화강암체 내 및 그 주변에 분포하고 있다. 일본의 주요 페그마타이트는 다음과 같다.

• 후쿠시마현 이시카와정 및 수정산 일대: 일본 3대 페그마타이트 중 하나이다. 규석 광상이며, 2차 세계대전 중 방사성 원소 채굴이 시험적으로 이루어졌다.
• 후쿠시마현 고리야마시 가시마 대신궁: 신체가 암체 그 자체이며, 국가 천연기념물 "가시마 신사의 페그마타이트 암맥"으로 1966년에 지정되었다.
• 니가타현 가네마루 광산: 규석 광산으로 채굴 중인 광상이다.
• 기후현 나에기 지방 및 나가노현 기소다치: 일본 3대 페그마타이트 중 하나이다. 주석 및 희토류 원소 광물의 사광 광상이다.
• 시가현 타가미산: 일본 3대 페그마타이트 중 하나이다. 메이지 시대에 토파즈를 대량으로 구미에 수출했다.
• 후쿠오카현 나가토이: 국가 천연기념물 "나가토이의 함홍운모 페그마타이트 암맥"으로 1934년에 지정된 리튬 페그마타이트이다.

11. 페그마타이트 광물

대부분의 페그마타이트는 단순한 조성을 가지며, 화강암에서 흔히 발견되는 장석, 운모, 석영과 같은 광물로만 구성되는 경우가 많다.^[3] 장석과 석영은 종종 그래픽 조직을 보인다.^[5] 드물게 페그마타이트는 리튬, 세슘, 베릴륨, 주석, 니오브, 지르코늄, 우라늄, 토륨, 붕소, 인, 플루오린 등의 비양립 원소가 극도로 풍부하다. 이러한 복잡한 페그마타이트는 녹주석, 스포듀민,^[8] 리피돌라이트, 엄블리고나이트, 토파즈, 아파타이트, 형석, 전기석, 삼엽철석, 콜럼바이트, 모나자이트, 몰리브데나이트와 같은 특이한 광물을 포함한다. 이 중 일부는 중요한 광석 광물이 될 수 있다.^[5] 에메랄드와 같은 일부 보석은 거의 페그마타이트에서만 발견된다.^[8]

네펠린 시에나 페그마타이트는 일반적으로 지르코늄, 티타늄, 희토류 원소 광물을 포함한다.^[5] 반려암 페그마타이트는 일반적으로 예외적으로 거친 연동 휘석과 사광석으로 구성된다.^[4] 페그마타이트에 포함된 광물을 '''페그마타이트 광물'''이라고 한다.

페그마타이트 광물 종류로는 주요 조암 광물인 석영, 장석, 운모 외에도, 형석, 토파즈, 녹주석, 전기석, 가넷 등이 있다. 또한, 결정 분화 작용에서 마지막까지 남은 성분 및 원소가 농집되어 있기 때문에, 방사성 원소나 희토류를 포함하는 인회우라늄석, 모나즈석, 콜럼바이트, 리튬 전기석 등의 희귀한 희소 원소 광물을 산출한다.

방사성 원소의 영향으로, 본래 무색 투명한 수정(석영)은 착색에 의해 연수정이나 흑수정, 홍석영이 되며, 장석은 육색~복숭아색을 띠는 경우도 드물지 않다.

12. 페그마타이트 광상

페그마타이트 광상에서 채취 대상이 될 수 있는 것으로는 석영, 장석, 운모류, 희토류 원소 광물, 광물 결정 자체(보석) 등이 있다.

일본 국내에서는 주로 도자기 재료인 장석과 유리 재료인 석영을 목적으로 채굴되었다. 이는 에도 시대부터 전후까지 활발하게 개발되었지만, 현재는 수입품에 밀려 채굴하고 있는 광상은 적다. 희토류 원소 광물을 목적으로 한 광상은 전시 중부터 전후까지 활발하게 탐광되었지만, 그 후 현재에 이르는 정세 하에서는 규모 및 질적인 문제로 유망한 광상은 발견되지 않았다(국내에서 채굴되고 있는 우라늄 광상에는 돗토리현 닌교토게 광산이 있지만, 이것은 화강암체 근처의 퇴적암 중에 산출되는 이차적인 광상이다).

참조

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_[33] 서적 지질학용어집 - 화영・영화 共立출판