암맥

3. 암맥의 형성 과정

암맥은 마그마가 지각의 약한 틈을 따라 상승하면서 형성된다. 마그마는 최소 주응력에 수직인 방향으로 틈을 벌리고 관입한다.

얕은 깊이에서 마그마는 기존의 열린 균열로 상승한다. 예를 들어 하와이 제도의 젊고 얕은 암맥에서는 마그마가 암맥 벽에 거의 침투하지 않고, 벽 물질이 용융된 마그마로 떨어져 나가는 현상도 거의 없다. 이는 지각 깊은 곳의 마그마 방으로 채워지는 마그마 위로 암반층이 팽창하면서 균열이 열렸기 때문으로 보인다.^[3]

그러나 열린 균열은 표면 근처에만 존재할 수 있다. 지각 깊은 곳에서 마그마는 암반을 뚫고 지나가야 하며, 이때 항상 최소 주응력에 수직인 평면을 따라 경로를 연다. 얕은 깊이에서 암반이 깨지기 쉬울 때, 마그마는 수압 파쇄를 통해 주변 암석을 점진적으로 파괴하며 관입한다. 이때 마그마는 주변 암반에 비해 약간의 압력만으로도 파괴 팁에 엄청난 응력을 집중시켜 암반을 쐐기 모양으로 갈라놓는다. 더 깊은 곳에서 암반이 뜨겁고 깨지기 쉬울 때는 마그마가 암맥 측면에 35도 각도로 기울어진 취성 전단면을 따라 암반을 밀어낸다. 가장 깊은 곳에서는 전단면이 연성 단층이 되어 암맥 측면에서 45도 각도로 기울어진다. 암반이 완전히 가소성인 깊이에서는 암맥 대신 다이어피어(상승하는 마그마 플러그)가 형성된다.^[3]

미국 메인주의 120미터 두께의 메드포드 암맥이나 그린란드의 500미터 두께의 가르다르 암맥과 같이 일부 큰 암맥은 팽창을 보이지 않는다. 이들은 마그마가 암반을 갈라놓는 대신, 전진하는 팁에서 암반을 파괴하고 붕괴시키는 스토핑에 의해 형성되었을 수 있다. 다른 암맥들은 좁은 균열을 따라 이동하는 유체가 균열에 가장 가까운 암반의 화학적 조성을 변화시키는 변질에 의해 형성되었을 수 있다.^[3]

암맥의 폭과 최대 확장 사이에는 대략적인 관계가 있는데, 이는 다음과 같은 공식으로 표현된다.^[3]

:$\backslash frac\{2w\}\{2b\}=\backslash frac\{2.25P\_\{ex\}\}\{\backslash rho\_\{host\}V\_P^2\}$

여기서 $w$는 암맥의 두께, $b$는 측면 확장, $P\_\{ex\}$는 모암에 상대적인 마그마의 과잉 압력, $\backslash rho\_\{host\}$는 모암의 밀도, $V\_P$는 모암의 P파 속도(암석에서의 소리 속도)이다. 이 공식은 암맥이 표면 아래 더 깊은 곳에서 더 길고 좁아질 것이라고 예측한다. 두께와 길이의 비율은 표면 근처에서 약 0.01 ~ 0.001이지만 깊이에서는 0.001 ~ 0.0001 범위이다. 두께가 10미터인 표면 암맥은 약 3km까지 확장될 것이고, 깊이에 있는 유사한 두께의 암맥은 약 30km까지 확장될 것이다. 침투하는 마그마가 얕은 깊이에서 더 짧은 균열을 형성하는 이러한 경향은 사다리꼴 암맥의 설명으로 제시되었다.^[3] 그러나 사다리꼴 암맥은 마그마가 지각의 깊은 곳에서 얕은 곳으로 상승함에 따라 최소 주응력의 방향이 변하는 결과로 설명되기도 한다.^[7]

균열을 통해 용융된 마그마가 빠르게 흐르면 마그마가 벽 암반을 녹이거나 벽 암반 조각을 찢어내어 벽을 침식시키기도 한다. 반대로 흐름이 덜 빠른 곳에서는 마그마가 벽 옆에서 굳어지면서 균열을 좁힐 수 있다. 이러한 현상은 흐름이 몇몇 지점에 집중되도록 한다. 하와이에서는 분출이 종종 수 킬로미터 길이의 균열 전체를 따라 용암이 분출하는 불의 장막으로 시작되지만, 시간이 지남에 따라 반 킬로미터 미만의 짧은 세그먼트에 집중된다.^[3]

3. 1. 응력장과의 관계

3. 2. 암맥군

4. 한국의 암맥

한국에는 여러 암석을 관입한 암맥이 많이 발달하며, 특히 청송 송강리 습곡구조와 정동심곡바다부채길에서 자세히 관찰할 수 있다.

4. 1. 강릉 정동심곡 바다부채길

4. 2. 청송 송강리 습곡구조

4. 3. 기타 지역

5. 특수한 형태의 암맥

특수한 형태의 암맥으로는 판상 암맥, 링 암맥, 원추형 암맥, 쇄설성 암맥 등이 있다.

판상 암맥 복합체는 해양 지각의 암석에서 발견되며, 마그마가 해저로 분출되는 통로를 보존한다. 링 암맥과 원추형 암맥은 칼데라 화산 활동과 관련되어 얕은 마그마 챔버 주변에 형성된다. 쇄설성 암맥은 퇴적암이 다른 암석층을 가로지르는 수직 형태를 띠는 것을 말한다.

5. 1. 판상 암맥 복합체

5. 2. 링 암맥과 원추형 암맥

5. 3. 쇄설성 암맥

• 얕은 깊이에서 아직 굳어지지 않은 퇴적물이 알갱이가 굵은 층과 투과성이 없는 점토층으로 번갈아 쌓일 때, 알갱이가 굵은 층 내부의 유체 압력이 압밀 응력의 과중으로 인해 임계값에 도달할 수 있다. 유체 압력에 의해 퇴적물은 상부 층을 뚫고 올라가 암맥을 형성한다.^[1]
• 토양이 영구 동토층 조건 하에 있을 때 공극수는 완전히 얼어붙는다. 그러한 암석에 균열이 생기면 위에서 떨어진 퇴적물로 채워질 수 있다. 그 결과는 수평층을 가로지르는 수직 형태의 퇴적물, 즉 암맥이 된다.^[1]

참조

_[1] 서적 Essentials of Geology
_[2] 서적 Volcanoes in the sea : the geology of Hawaii University of Hawaii Press 1983
_[3] 서적 Petrology : igneous, sedimentary, and metamorphic. W.H. Freeman 1996
_[4] 서적 Principles of igneous and metamorphic petrology Cambridge University Press 2009
_[5] 서적 Volcanic and Igneous Plumbing Systems: Understanding Magma Transport, Storage, and Evolution in the Earth's Crust Elsevier 2018-01-01
_[6] 학술지 Dykes and structures of the NE rift of Tenerife, Canary Islands: a record of stabilisation and destabilisation of ocean island rift zones https://doi.org/10.1[...] 2012-07-01
_[7] 학술지 Dikes, sills, and stress-regime evolution during emplacement of the Jagged Rocks Complex, Hopi Buttes Volcanic Field, Navajo Nation, USA 2015-03
_[8] 학술지 Removing varying directional trends in aeromagnetic data
_[9] 서적 The Alnö Carbonatite Complex, central Sweden https://www.worldcat[...] 2018-07-03
_[10] 서적 Glossary of geology. American Geological Institute 1997
_[11] 저널 Early and Middle Miocene Dike Swarms and Regional Tectonic Stress Field in the Janggi Peninsula (1) 장기반도의 마이오세 전기-중기의 암맥군과 광역지구조응력장(1) https://www.dbpia.co[...] 1991-06