결정편암

3. 정의

19세기 중반 이전에는 점판암, 셰일 및 편암이라는 용어가 광업에 종사하는 사람들에 의해 명확하게 구분되지 않았다.^[2] 지질학자들은 편암을 잘 발달된 편리를 보이는 중간 입자 변성암으로 정의한다. 편리는 변성 작용 (''엽리'')에 의해 생성된 암석의 얇은 층으로, 암석을 5mm에서 10mm 미만의 얇은 조각이나 판으로 쉽게 쪼갤 수 있게 한다.^[3][4] 편암의 광물 입자는 일반적으로 크기가 0.25mm에서 2mm이며 10배 돋보기로 쉽게 볼 수 있다.^[5] 일반적으로 편암에 있는 광물 입자의 절반 이상이 선호하는 방향성을 보인다. 편암은 조직에 따라 변성암을 세 가지로 구분하는 것 중 하나이며, 나머지 두 구분은 편리가 잘 발달되지 않고 층이 두꺼운 편마암과 편리가 눈에 띄지 않는 과립암이다.^[3]

편암은 구성에 관계없이 그 조직으로 정의되며,^[6][3] 대부분이 중급 변성 작용의 결과이지만, 광물 구성이 크게 다를 수 있다. 그러나 편리는 일반적으로 암석에 운모 또는 녹니석과 같은 판상 광물이 풍부하게 포함되어 있을 때만 발달한다. 이러한 광물의 입자는 편암에서 선호하는 방향으로 강하게 배향되어 있으며, 종종 매우 얇은 평행 층을 형성하기도 한다. 암석이 정렬된 입자를 따라 쉽게 쪼개지는 것이 편리의 원인이다.^[3] 정의하는 특징은 아니지만, 편암은 매우 자주 석반 (특이한 크기의 개별 결정)을 포함하며, 여기에는 석류석, 십자석, 남정석, 규선석, 또는 홍주석과 같은 특징적인 광물이 포함된다.

편암은 매우 큰 종류의 변성암이기 때문에 지질학자들은 변성 작용 이전의 암석의 원래 유형(원암)이 알려지지 않고 광물 함량이 아직 결정되지 않은 경우에만 암석을 공식적으로 편암으로 묘사한다. 그렇지 않으면 ''편암질''이라는 수식어가 ''편암질 준펠라이트'' (암석에 적당량의 운모가 포함된 것으로 알려진 경우) 또는 ''편암질 변성사암'' (원암이 사암이었던 것으로 알려진 경우)과 같이 더 정확한 유형 이름에 적용된다. 원암이 퇴적암이라는 것만 알려져 있다면, 편암은 준편암으로 묘사되고, 원암이 화성암이었다면 편암은 정편암으로 묘사된다. 광물 수식어는 편암의 명명에 중요하다. 예를 들어, 석영-장석-흑운모 편암은 흑운모 운모, 장석, 및 석영이 뚜렷한 감소 순서로 포함된, 원암이 불확실한 편암이다.

''선상 편암''은 다른 모든 부분에서는 잘 발달된 편리를 가지고 있지만, 강한 선형 구조를 보이는 암석이다.

4. 분류

편암은 여러 기준에 따라 분류된다. 주요 분류 기준으로는 암석의 조직, 특히 편리의 발달 정도, 변성 작용을 받기 전의 원래 암석인 원암(原巖), 그리고 암석을 구성하는 변성 광물의 종류가 있다.

원암의 종류에 따라서는, 퇴적암이 변성된 경우 준편암(Paraschist^영어)으로, 화성암이 변성된 경우 정편암(Orthoschist^영어)으로 구분한다.^[2]

또한, 특징적인 변성 광물의 종류에 따라 이름을 붙이기도 한다. 예를 들어 녹니석, 녹렴석 등이 풍부하여 녹색을 띠는 경우 녹색편암, 남섬석이 많아 청색을 띠는 경우 청색편암(남섬석편암) 등으로 불린다. 더 나아가 원암의 구체적인 종류를 명시하여 니질편암(진흙 기원), 사질편암(모래 기원) 등으로 세분화하기도 하는데, 이는 변성 환경을 연구하는 데 중요한 단서가 된다. 지질학자들은 원암이나 광물 조성이 명확하지 않을 때는 단순히 '편암'으로 부르거나, 일부 정보가 있을 경우 '편암질'이라는 수식어를 사용하기도 한다.^[2]

4. 1. 광물 조성에 따른 분류

• '''홍렴석편암'''(piemontite schist|^영어): 망간을 많이 포함하는 녹렴석족 광물인 홍렴석을 포함하며, 복숭아색을 띠는 결정편암이다. '''석영편암'''(quartz schist|^영어)의 일종으로 분류되기도 한다.
• '''남섬석편암'''(glaucophane schist|^영어): 저온 고압 환경에서 안정적인 남섬석을 많이 포함하며 청색을 띤다. 이 색깔 때문에 '''청색편암'''(blueschist|^영어)이라고도 불린다.
• '''녹색편암'''(green schist|^영어): 녹니석, 녹렴석, 녹섬석(악티노섬석) 등을 포함하여 녹색을 띤다. 주로 변성상 중 하나인 녹색편암상 부근에서 변성된 염기성 화성암을 원암으로 하는 결정편암을 가리키는 용어로 사용된다. '''녹니석편암'''(chlorite schist|^영어)이나 '''녹렴석편암'''(epidote schist|^영어)이라고도 한다.

4. 2. 원암에 따른 분류

• '''홍렴석편암''' (piemontite schist^eng): 망간(Mn)을 많이 포함하는 녹렴석족 광물인 홍렴석을 포함하며 복숭아색을 띤다. '''석영편암'''(quartz schist^eng)의 일종으로 보기도 한다.
• '''남섬석편암''' (glaucophane schist^eng): 저온 고압 환경에서 안정적인 남섬석을 많이 포함하며 청색을 띤다. 이 때문에 '''청색편암'''(blueschist^eng)이라고도 불린다.
• '''녹색편암''' (green schist^eng): 녹니석, 녹렴석, 녹섬석(액티노라이트) 등을 포함하여 녹색을 띤다. 특히, 변성상 중 하나인 녹색편암상 환경에서 변성된 염기성 화성암을 원암으로 하는 결정편암을 가리킬 때 자주 사용된다. 포함된 주요 광물에 따라 '''녹니석편암'''(chlorite schist^eng)이나 '''녹렴석편암'''(epidote schist^eng)으로 세분화하기도 한다.

• '''니질편암''' (泥質片巖, pelitic schist^eng): 진흙이나 셰일과 같은 세립질 퇴적암이 변성된 편암.
• '''사질편암''' (砂質片巖, psammitic schist^eng): 사암과 같이 모래 입자가 많은 퇴적암이 변성된 편암.
• '''역암편암''' (礫巖片巖, conglomerate schist^eng): 역암이 변성된 편암.
• '''염기성편암''' (鹽基性片巖, basic schist^eng): 현무암이나 휘록암과 같은 염기성 화성암이 변성된 편암.

4. 3. 기타 분류

• 홍렴석편암 (piemontite schist^eng): 망간(Mn)을 많이 함유한 녹렴석족 광물인 홍렴석을 포함하며, 복숭아색을 띤다. 이는 석영편암 (quartz schist^eng)의 한 종류로 볼 수 있다.
• 남섬석편암 (glaucophane schist^eng): 상대적으로 낮은 온도와 높은 압력 조건에서 안정적인 남섬석을 많이 포함하며 푸른색을 띤다. 이 때문에 청색편암 (blueschist^eng)이라고도 불린다.
• 녹색편암 (green schist^eng): 녹니석, 녹렴석, 녹섬석(악티노섬석) 등을 포함하여 녹색을 띠는 편암이다. 특히, 변성상 중 하나인 녹색편암상에 해당하는 조건에서 변성된 염기성 화성암(현무암 등)을 원암으로 하는 결정편암을 가리키는 용어로 자주 사용된다. 녹니석편암 (chlorite schist^eng)이나 녹렴석편암 (epidote schist^eng)으로 세분화되기도 한다.

5. 형성과정

결정편암은 암석이 특정 방향으로 더 강한 압력을 받을 때 높은 온도에서 형성된다. 이러한 압력 조건은 '비정수압 응력'이라고 하며, 산맥이 형성되는 광역변성작용 지역(조산대)에서 주로 나타난다. 결정편암의 특징적인 줄무늬 구조, 즉 편리(schistosity)는 가장 강한 압축 방향에 수직으로 발달하는데, 이는 판 모양이나 길쭉한 모양의 광물들이 회전하거나 평행한 층으로 재배열되기 때문이다. 석영이나 방해석 같은 다른 광물들도 특정 방향으로 배열될 수 있다.^[7] 미시적 수준에서 편리 구조는 암석 내 큰 결정(반정) 안에 포획된 광물의 배열인 '내부 편리'와 주변 암석 입자들의 배열인 '외부 편리'로 나눌 수 있다.

결정편암이 형성되려면 원래 암석에 판상 광물을 만들 수 있는 성분이 풍부해야 한다. 예를 들어, 이암에 포함된 점토 광물은 변성 작용을 거치면서 운모로 변해 운모 편암을 만든다.^[8] 변성 작용 초기에는 이암이 매우 미세한 입자의 슬레이트로 변하고, 변성 정도가 심해지면 미세한 입자의 엽리암이 된다. 더 높은 온도와 압력에서 재결정화가 진행되면 중간 크기 입자의 운모 편암이 만들어진다. 변성 작용이 더욱 진행되면 운모 편암은 탈수 반응을 겪게 되고, 이 과정에서 판상 광물이 장석과 같은 입자상 광물로 변하면서 편리 구조가 약해지고 암석은 편마암으로 변하게 된다.

결정편암에서 발견되는 다른 판상 광물로는 녹니석, 활석, 흑연 등이 있다. 녹니석 편암은 주로 초고철질암(ultramafic rock)과 같은 화성암이 변성되어 형성되며,^[9][10] 활석 편암 역시 마찬가지다.^[11] 또한, 활석 편암은 열수 변질 작용을 받은 활석 함유 탄산염암이 변성되어 만들어지기도 한다.^[12] 흑연 편암은 흔하지는 않지만, 유기 탄소가 풍부한 퇴적암층이 변성될 때 형성될 수 있다.^[13] 이러한 유기 탄소는 조류(algae)에서 유래했을 수 있다.^[14] 예를 들어, 북부 안데스 산맥에서는 흑연 편암이 녹색편암상의 변성 작용을 받은 것으로 알려져 있다.^[15]

규장암(felsic rock)질 화산암, 예를 들어 응회암이 변성되면 석영-백운모 편암이 만들어질 수 있다.^[16]

결정편암은 비교적 낮은 온도의 광역변성대에서 주로 나타난다. 만약 변성 작용의 온도가 더 높아져 광물 입자가 커지고 암석의 줄무늬 구조가 더욱 뚜렷해지면, 이는 편마암으로 분류된다. 따라서 결정편암은 산바가와 변성대와 같이 저온 고압형 변성대에서 널리 발견되며, 료케 변성대와 같은 고온 저압형 변성대에서는 상대적으로 변성 정도가 낮은 지역에서 나타난다.

일본에서는 산바가와 변성대가 가장 대표적인 결정편암 분포 지역으로, 중앙구조선 남쪽의 간토 산지에서 규슈 동부까지 넓게 분포한다. 간토 산지의 지치부 분지에 있는 나가토로 계곡의 바위 지대나 시코쿠 중앙부의 오보케, 고보케 등은 결정편암이 만든 독특한 경관으로 유명하다. 결정편암은 판 모양으로 쪼개지기 쉬워 석재로 널리 사용되지는 않지만, 산바가와 변성대 주변의 와카야마 성이나 도쿠시마 성의 석축에는 근처에서 채취한 녹니석 편암이 사용되었다. 또한 다카쓰키시의 투계산 고분처럼 고분의 석실 재료로 사용된 예도 있다. 교토의 다이센인 서원 정원과 같은 고산수식 정원에서는 청석(녹니석 편암)이 선호되어 사용되기도 했다.^[20]

6. 산출지

결정편암은 비교적 저온의 광역변성대에서 주로 나타난다. 변성 작용의 온도가 더 높아져 광물 입자가 커지면, 암석의 줄무늬 구조가 뚜렷해져 편마암으로 분류된다. 따라서 광역 변성대 중에서는 산바가와 변성대와 같은 저온 고압형 변성대에서 널리 발견되며, 료케 변성대와 같은 고온 저압형 변성대에서는 변성 정도가 낮은 부분에서 나타난다.

일본에서는 산바가와 변성대가 가장 대표적인 결정편암 산출지이다. 이 변성대는 중앙구조선의 남쪽에 위치하며, 간토 산지에서 규슈 동부까지 넓게 분포한다. 간토 산지의 지치부 분지에 있는 나가토로 계곡의 바위 지대나 시코쿠 중앙부의 오보케, 고보케 등은 결정편암이 만들어낸 독특한 경관으로 잘 알려져 있다.

결정편암은 판 모양으로 쪼개지기 쉬운 성질 때문에 중세에 유행했던 판비(板碑) 제작 등을 제외하고는 석재로 널리 사용되지는 않았다. 그러나 산바가와 변성대 주변의 와카야마 성과 도쿠시마 성의 석축에는 근처에서 채취한 녹니석 편암이 사용되었다. 또한 다카츠키시의 투계산 고분처럼 고분의 석실 재료로 사용된 예도 있으며, 교토의 다이센인 서원 정원과 같은 곳에서는 청석(靑石)이라는 이름으로 정원석으로 선호되어 사용되었다.^[20]

6. 1. 대한민국 산출지

7. 공학적 고려 사항

토목공학에서 편리면은 종종 불연속면을 형성하며, 이는 예를 들어 터널, 기초, 또는 사면 건설에서 암반의 역학적 거동(강도, 변형 등)에 큰 영향을 미칠 수 있다.^[17] 교란되지 않은 지형에서도 위험이 존재할 수 있다. 1959년 8월 17일, 규모 7.2 지진이 미국 몬태나주 헵겐 호수 근처의 편암으로 구성된 산비탈을 불안정하게 만들었다. 이로 인해 대규모 산사태가 발생하여 이 지역에서 캠핑을 하던 26명이 사망했다.^[18]

참조

_[1] 사전 schist http://www.lexico.co[...] Oxford University Press
_[2] 서적 A Glossary of Mining and Metallurgical Terms American Institute of Mining Engineers
_[3] 서적 Metamorphic Rocks: A Classification and Glossary of Terms: Recommendations of the International Union of Geological Sciences Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks https://stuff.mit.ed[...] Cambridge University Press 2021-02-28
_[4] 간행물 BGS Rock Classification Scheme, Volume 2: Classification of metamorphic rocks http://nora.nerc.ac.[...] 2021-02-27
_[5] 서적 Petrology : igneous, sedimentary, and metamorphic. W.H. Freeman 1996
_[6] 서적 Glossary of geology. American Geological Institute 1997
_[7] 서적 An introduction to metamorphic petrology Longman Scientific & Technical 1989
_[8] 서적 Sedimentology of shale : study guide and reference source Springer-Verlag 1980
_[9] 간행물 Origin and tectonic evolution of the Maclaren and Wrangellia terranes, eastern Alaska Range, Alaska 1985-10-01
_[10] 간행물 Timing and origin of zircon-bearing chlorite schists in the Ronda peridotites (Betic Cordilleras, Southern Spain) 2007-11
_[11] 간행물 Talc schist deposits from central Cameroon: Mineralogical and physico-chemical characterization 2021-06
_[12] 간행물 Geochemistry and genesis of Austrian talc deposits 1989-09
_[13] 간행물 Graphite-schist blocks in the Franciscan Mélange, San Simeon, California: Evidence of high- P metamorphism 2016-04
_[14] 서적 Geology and Field Trip Guide, Western Flank of the Raleigh Metamorphic Belt, North Carolina. Carolina Geological Society Field Trip Guidebook https://carolinageol[...] North Carolina Geological Survey 2021-07-22
_[15] 간행물 Is the Central Cordillera of Colombia a potential source of graphite?: Implications for the energy transition in Colombia http://www.andeangeo[...]
_[16] 간행물 Proterozoic rocks of the Pilar Cliffs, Picuris Mountains, New Mexico https://nmgs.nmt.edu[...] 2020-04-15
_[17] 간행물 Engineering properties of quartz mica schist 2011-08
_[18] 간행물 The Hebgen Lake, Montana, earthquake of August 17, 1959 1964
_[19] 서적 学術用語集 地学編 https://jglobal.jst.[...] 文部省
_[20] 서적 風月、庭園、香りとはなにか 伝統を読みなおす3