엽리
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1. 개요
엽리는 암석 내 광물들의 선호 배향에 의해 형성되는 평면적 구조로, 주로 광역 변성 작용 과정에서 나타난다. 엽리는 암석의 종류, 변성 작용의 강도, 응력의 방향과 크기에 따라 다양한 형태로 나타나며, 성분별 층상 분화, 입자 크기 차이, 불연속면 발달, 변형된 입자 배열 등이 있다. 엽리가 형성되는 과정은 변성 정도에 따라 스타일롤라이트 형성, 점판암, 천매암, 편암, 편마암, 미그마타이트 형성 등으로 구분된다. 엽리는 주 응력 방향에 수직으로 형성되며, 습곡, 전단, 단층 등 지질 구조 해석에 활용될 수 있다. 또한 엽리는 암석의 비등방성을 유발하여 토목 공학에서 터널, 기초, 사면 건설 시 암반의 역학적 거동에 영향을 미친다.
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| 엽리 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
 | |
| 유형 | 변성암 구조 |
| 설명 | |
| 정의 | 압력 하에서 판상 광물의 평행한 배열 |
| 형성 | 차등 응력 암석 변형 |
| 특징 | 평행한 광물 배열 암석의 분할 가능성 |
| 중요성 | 변성 환경 및 암석 변형의 지표 |
| 관련 용어 | |
| 관련 구조 | 벽개 편마 구조 선 구조 |
| 추가 정보 | |
| 관련 암석 | 점토암 혈암 편암 편마암 |
| 관련 과정 | 변성 작용 차별 응력 결정 변형 |
2. 엽리의 종류 및 형성 메커니즘
엽리는 다양한 형태로 나타나며, 이는 주로 암석이 겪은 변성 작용의 종류와 강도, 작용한 응력의 방향과 크기에 따라 결정된다. 엽리는 크게 성분별 층상 분화, 층별 입자 크기 차이, 평행한 벽개 등 불연속면의 반복적인 발달, 변형된 입자의 배열 방향 등으로 구분된다.
엽리는 암석 내의 광물들의 선호 배향에 의해 형성된다. 이는 어떤 물리적 힘과 광물의 성장에 미치는 영향의 결과이다. 엽리의 평면적 구조는 일반적으로 최대 주 응력 방향에 직각으로 형성된다. 그러나 전단대에서는 암석 내의 평면적 구조가 회전, 질량 이동 및 단축으로 인해 주 응력 방향과 반드시 수직이 아닐 수 있다.
엽리는 암석 내 광물의 물리적 회전을 통해 운모와 점토 광물의 재배열에 의해 형성될 수 있다. 종종 이러한 엽리는 속성 작용 변성 작용 및 저등급 매몰 변성 작용과 관련이 있다. 엽리는 원래의 퇴적 층리와 평행할 수 있지만, 더 자주 층리에 대해 어느 정도 각도로 정렬된다.
판상 광물, 전형적으로 운모 그룹의 성장,은 일반적으로 변형 동안의 전진 변성 반응의 결과이다. 후퇴 변성 작용은 변성 벨트의 융기가 상당한 압축 응력을 동반하지 않기 때문에 엽리를 형성하지 않는다. 화강암의 오라에서의 열 변성 작용 또한 새로운 광물의 성장이 기존의 엽리를 덮어쓸 수 있지만, 엽리 내에서 운모의 성장을 유발할 가능성은 낮다.
변성암, 화성암 및 관입암에서 판상 광물의 정렬은 엽리를 형성할 수 있다. 전형적인 변성암의 예로는 커다란 타원형 광물이 기질 내에서 성장 또는 회전에 의해 정렬을 형성하는 반상 변정 편암이 있다.
화성암은 큰 마그마 방에서의 대류, 특히 초고철질 관입에서 누적암 결정의 정렬에 의해 엽리가 될 수 있으며, 일반적으로 사다리꼴 사슬 형태의 사슬석이다. 화강암은 벽암에 의한 점성 마그마에 대한 마찰 저항으로 인해 엽리를 형성할 수 있다. 용암은 유동 엽리 또는 압축된 유택상 조직을 보존할 수 있으며, 일반적으로 고점성 장석질 응집암, 응결 응회암 및 화산쇄설암 서지 퇴적물에서 나타난다.
잔물결 벽개와 사엽리는 특정 유형의 엽리이다.
2. 1. 성분별 층상 분화
편마암에서 흔히 관찰되는 엽리 형태로, 광물 조성의 차이에 따라 층이 평행하게 배열된 구조이다. 석영, 장석 등과 같은 우백질 광물과 흑운모, 각섬석 등과 같은 유색 광물이 교대로 나타나는 층상 구조가 특징적이다. 변성암 덩어리 내의 화학적 및 조성적 밴딩에 의해 발생하며, 일반적으로 구별되는 광물 조합을 형성하는 원암 화학을 나타낸다. 그러나 조성적 밴딩은 밴드로의 화학적 및 광물학적 분화를 유발하는 핵 생성 과정의 결과일 수도 있다. 이는 최대 응력에 수직인 운모 성장과 동일한 원리를 따른다. 변성 분화는 원암 조성 밴딩에 대해 각도로 나타날 수 있다.2. 2. 입자 크기 차이
층별로 구성 광물의 입자 크기가 달라져 나타나는 엽리이다.2. 3. 불연속면의 발달
평행한 벽개 등 불연속면의 반복적인 발달은 점판암과 천매암에서 흔히 나타난다.2. 4. 변형된 입자의 배열
변형 작용을 받은 암석에서 광물 입자들이 특정 방향으로 배열되어 나타나는 엽리이다. 엽리는 일반적으로 암석 내의 광물들의 선호 배향에 의해 형성된다. 이는 어떤 물리적 힘과 광물의 성장에 미치는 영향의 결과이다. 엽리의 평면적 구조는 일반적으로 최대 주 응력 방향에 직각으로 형성된다. 그러나 전단대에서는 암석 내의 평면적 구조가 회전, 질량 이동 및 단축으로 인해 주 응력 방향과 반드시 수직이 아닐 수 있다.2. 5. 엽리의 발생 과정
엽리는 주로 광역 변성 작용 과정에서 형성되며, 변성 정도에 따라 다음과 같은 단계를 거친다.- '''스타일롤라이트(stylolite)''' 형성: 퇴적층이 수축하는 지구조적 응력을 받으면 압력용해에 의해 스타일롤라이트가 발생한다. 이 과정에서 방해석이나 석영의 용해가 일어나 점토광물의 농집과 재배열이 유도된다.
- '''연필벽개(pencil cleavage)''' 형성: 층리(S0)와 이차벽개(S1)가 두드러지면 이 면들을 따라 길다란 막대 모양의 연필벽개가 나타난다. 이는 응력장 변화로 2개의 구조적 벽개가 나타나야 생성된다.
- '''점판벽개(slaty cleavage)''' 형성: 지속적인 수축으로 점토 입자들이 주응력(σ1)에 수직 방향으로 재배열되어 점판암이 형성되고 점판벽개가 나타난다.
- '''천매벽개(phyllitic cleavage)''' 형성: 변성 정도가 높아져 녹색편암상 변성상에 이르면 점토광물이 소비되고 새로운 판상 규산염광물(운모)이 생성된다. 이 운모 광물들은 응력변형타원체의 Z축과 σ1에 거의 수직으로 성장하여 천매암의 천매벽개를 형성한다.
- '''편리(schistosity)''' 형성: 변성 정도가 더 진행되면 편암이 형성되고, 석류석, 남정석 등의 변성광물들이 생기고 이들을 운모류들이 덮으면서 엽리면은 울퉁불퉁해진다. 이러한 편암의 엽리를 편리라고 하며, 입자 크기가 1mm 이상으로 굵어져 눈으로 구분할 수 있다.
- '''편마엽리(gneissosity)''' 형성: 더 높은 변성 단계에서는 편마암이 형성된다. 퇴적 기원의 편마암은 규선석이나 흑운모를 포함한 박층들이 석류석, 근청석, 정장석 등에 붙어 엽리가 형성된다. 화성암 기원의 편마암은 석영이나 정장석으로 된 타형변정질 조직이 흑운모, 각섬석 박층과 함께 불연속적인 면구조를 이룬다. 편마엽리는 편암보다 굵은 5mm 이상의 입자로 구성되며, 퇴적 기원 편마암에서 우백질-우흑질 구성 입자별 층상 분리가 두드러진다. 두께는 수 mm에서 수 m까지 다양하다.
- '''미그마타이트''' 형성: 부분 용융이 일어나면 우백질과 우흑질이 층상으로 분리되는 미그마타이트가 형성된다. 이는 열수 작용으로 분산되었던 광물들이 다시 결정화되며 발생한다. 편마엽리처럼 불규칙하지만, 수 m에 이르는 반복적인 형태를 나타내기도 한다.
- '''파랑벽개(crenulation cleavage)''' 형성: 추가적인 응력 변형으로 엽리나 벽개가 이전의 것에 중복되어 형성될 수 있다. 이전의 엽리들이 작은 습곡 형태로 나타나며, 미소습곡 배열에 따라 대상파랑벽개와 불연속파랑벽개로 나뉜다. 점진적으로 발달하면 원래 엽리는 사라지고 천매벽개로 나타날 수 있다.
3. 엽리의 해석
엽리는 암석이 변형 작용을 겪으면서 광물이 재배열되어 나타나는 평행한 면 구조이다. 엽리는 암석이 겪은 변형 작용의 정보를 담고 있어 지질 구조 해석에 중요한 단서를 제공한다.
1차 구조적 엽리는 퇴적층이 조산대 전면부와 같이 수축하는 지구조적 응력을 받을 때 나타난다. 처음에는 압력용해에 의한 '''스타일롤라이트'''가 발생하며, 방해석이나 석영이 용해되고 점토광물이 농집, 재배열된다. 이 과정에서 이차 벽개가 층리(S0)와 함께 발달하면 '''연필벽개'''가 나타난다.
구조적인 수축이 계속되면 점토 입자들이 주응력(σ1)에 수직으로 재배열되어 점판암의 '''점판벽개'''가 형성된다. 변성 정도가 높아져 녹색편암상에 이르면 새로운 판상 규산염 광물이 생성되고, 천매암의 '''천매벽개'''가 형성된다.
편암에서는 석류석, 남정석 등 변성 광물이 성장하고 운모류가 이를 덮으면서 엽리면이 울퉁불퉁해지는데, 이를 '''편리'''라고 한다. 편리는 점판벽개나 천매벽개와 달리 입자 굵기가 1mm 이상으로 굵다.
더 높은 변성 단계에서는 편마암이 형성된다. 퇴적 기원 편마암에서는 규선석, 흑운모를 포함한 박층이 석류석, 근청석, 정장석에 붙어 층상 구조를 이룬다. 화성 기원 편마암에서는 석영, 정장석으로 된 타형변정질 조직이 흑운모, 각섬석 박층과 함께 불연속적인 면 구조를 이룬다. 편마암의 면 구조인 '''편마엽리'''는 5mm 이상의 굵은 입자로 구성되며, 퇴적 기원 편마암에서 우백질-우흑질 층상 분리가 두드러진다.
부분 용융이 일어나면 미그마타이트가 형성되는데, 우백질과 우흑질이 층상으로 분리되는 모습이 나타난다. 이는 열수 작용으로 분산된 광물들이 다시 결정화되면서 발생한다.
추가적인 응력 변형으로 엽리가 중첩되면 '''파랑벽개'''가 형성된다. 파랑벽개는 미소습곡들이 톱날처럼 배열된 형태로, '''대상파랑벽개'''와 '''불연속파랑벽개'''로 나뉜다. 불연속파랑벽개에서는 석영-장석 도메인과 판상 규산염광물-운모류 도메인 사이에 불연속면이 뚜렷하며, 압력 용해로 인해 운모가 판상으로 배열된다. 파랑벽개가 발달하면 원래 엽리는 사라지고 천매벽개로 나타날 수 있다.
3. 1. 주응력 방향 기록
엽리는 일반적으로 주 응력 방향에 수직으로 형성되므로, 엽리의 방향은 암석이 받은 압축력의 방향을 나타낸다. 이는 단축 방향을 기록하며, 습곡의 축과 관련이 있다. 습곡은 일반적으로 축 지역 내에 ''축면'' 엽리를 형성한다.습곡의 축면과 습곡의 표면 사이의 교차점을 측정하면 습곡 경사를 알 수 있다. 만약 엽리가 관찰된 습곡 경사와 일치하지 않는다면, 이는 다른 변형 사건과 관련되었을 가능성이 높다.
전단 영역과 충상 단층 면 내의 엽리는 충상 또는 전단에서의 이동 방향 또는 운동 감각에 대한 정보를 제공할 수 있다. 일반적으로 예각 교차 각도는 이동 방향을 보여준다. 엽리는 전단 내부로 구부러지거나 곡선을 이루는 경향이 있는데, 이는 관찰 가능한 규모에서 동일한 정보를 제공한다.
지역적인 의미에서 엽리는 화강암과 같은 강성하고 비압축성인 물체를 중심으로 구부러지는 경향이 있다. 따라서 국지적인 영향으로 인해 항상 엄격한 의미에서 '평면적'이지 않으며, 지역 응력장에 수직이라는 규칙을 위반할 수 있다. 이는 반상 변정 주위에서 발생할 수 있는 현상의 거시적인 버전이다. 종종 노두, 손 표본 및 현미경적 규모에서 엽리를 자세히 관찰하는 것은 지도 또는 지역적 규모에서의 관찰을 보완한다.
3. 2. 습곡 축면과의 관계
엽리는 일반적으로 주 응력 방향에 수직으로 형성되므로 단축 방향을 기록한다. 이는 습곡의 축과 관련이 있으며, 습곡은 일반적으로 축 지역 내에 ''축면 엽리''를 형성한다.습곡의 축면과 습곡의 표면 사이의 교차점을 측정하면 습곡 경사를 알 수 있다. 만약 엽리가 관찰된 습곡 경사와 일치하지 않는다면, 이는 다른 변형 사건과 관련되었을 가능성이 높다.
3. 3. 전단 운동 감각 지시
전단대나 충상 단층면 내의 엽리는 전단 운동의 방향을 지시할 수 있다. 일반적으로 엽리와 전단면의 교차각이 예각을 이루면 전단 운동 방향을 알 수 있다. 엽리는 전단 내부로 구부러지거나 곡선을 이루는 경향이 있는데, 이는 관찰 가능한 규모라면 동일한 정보를 제공한다.4. 엽리의 지질공학적 중요성
엽리는 암석의 강도와 변형 특성에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 엽리를 가진 암석은 터널 등의 구조물 축조 시 여러 문제를 일으킬 수 있다.
4. 1. 암석의 비등방성
엽리를 가진 암석은 비등방성 암석으로, 암석의 응집력을 이겨내고 단열이나 파열을 일으키기 위해서는 엽리면을 따라서 일으키는 것이 엽리면을 가로지르는 것보다 더 쉽다. 이러한 특성 때문에 암체 내에 다수의 불연속면이 존재할 수 있어, 터널 등의 구조물 건설 시 중요하게 고려해야 한다.토목 공학에서 엽리면은 응력의 비등방성을 유발할 수 있으며, 이는 토목 기술자에게 매우 중요한 고려 사항이다. 엽리는 불연속면을 형성하여 터널, 기초, 사면 건설 시 암반의 역학적 거동(강도, 변형 등)에 큰 영향을 줄 수 있다.
4. 2. 불연속면의 영향
엽리가 있는 암석은 비등방성 암석으로, 암석의 응집력을 이겨내고 단열이나 파열을 일으키기 위해서는 엽리면을 가로지르는 것보다 엽리면을 따라 일으키는 것이 더 쉽다. 이러한 특성 때문에 여러 불연속면이 암체 내에 존재할 수 있어, 터널 등의 구조물 건설에 중요하게 작용한다.토목 공학에서 엽리면은 응력의 비등방성을 유발할 수 있으며, 이는 토목 기술자에게 매우 중요한 고려 사항이다. 엽리는 불연속면을 형성하여 터널, 기초, 사면 건설 시 암반의 역학적 거동(강도, 변형 등)에 큰 영향을 줄 수 있다.
5. 한반도의 엽리
한반도는 지질학적으로 복잡한 역사를 가지고 있어 다양한 변성암이 분포하며, 각 지역마다 특징적인 엽리가 발달한다.
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