황사 구성 광물의 지질학적 근원을 추적하기 위해, 발원지인 몽골 남부 고비사막 기반암의 광물학적 특성을 분석하였다. 황사 발원지 기반암은 고생대 화산암 및 화산쇄설성 퇴적암, 고생대 화강암류, 중생대 퇴적암으로 구성되어 있다. 고생대 화산암 및 퇴적암은 매우 치밀하게 고화 및 변형되어 산지를 형성하며, 중생대 백악기 퇴적암은 고생대 화산암 및 퇴적암으로 이루어진 산맥 사이의 분지를 충전한다. 고생대층 암석은 녹니석과 사장석 함량이 높고, 녹색편암상의 변성작용을 받았다. 중생대 퇴적암층은 녹니석이 드물고, 스멕타이트, 일라이트-스멕타이트 혼합층, 카올리나이트 등의 점토광물이 풍부하다. 고생대 화강암류에는 각섬석과 흑운모가 특징적으로 함유되어 있다. 발원지 기반암의 광물학적 특성과 비교하면, 황사는 고생대층과 중생대층 기원 쇄설물의 혼합물이나, 중생대 퇴적암에 더 가깝다. 점토 함량이 높고, 덜 고화된 중생대 퇴적암류는 잘 부스러져 침식되기 쉬운 실트질 표토가 되어 황사 광물 구성에 기여한다.

자연계에서 산출되는 망가니즈단괴 내 광물종 및 원소의 공간적 분포를 규명하는 것은 단괴의 형성 과정 중 변화하는 생성 환경 및 지화학적 조건에 대한 이해를 가능하게 한다. 최근의 라만 분광분석을 이용한 연구에서 구형으로 성장한 단괴의 성장에 따른 산화망가니즈 광물종의 변화에 대해 연구한 바 있으나, 상대적으로 천해에서 획득되는 비구형 단괴 내 광물종의 분포는 자세히 연구되지 않았다. 이에 본 연구에서는, 동시베리아해 천해(수심 약 73 m)에서 산출되는 판상의 비구형 망가니즈단괴 내 서로 다른 성장 방향에서 획득된 라만 분광분석 결과를 바탕으로 단괴 내 광물종 및 해당 광물의 구조적 특성에 대하여 면밀히 연구하였다. 또한 에너지분산형 X-선 분광분석(energy dispersive spectroscopy, EDS)을 통하여 단괴 내부 구조 및 부수광물의 존재에 대하여도 관찰을 수행하였다. 그 결과, 본 연구에서 사용한 비구형 단괴의 내부는 중심으로 부터 외곽 방향으로 크게 핵, 철 기질부, Mn-Fe 층으로 구분되었다. Mn-Fe 층 내 서로 다른 성장 방향에서 획득된 라만 분광분석 결과는 모든 방향에 대하여, 단괴 중심부로부터 외곽부로 신호 획득위치가 옮겨감에 따라 산화망가니즈 광물의 경우 터널형 광물의 비율이 감소하는 경향성을 관찰할 수 있었다. 이 때, 단괴 내 성장 방향에 따라 구성 광물의 상대적 비율 및 구조적 특성이 크게 다르다는 것이 확인되었다. 총 3가지의 실험 방향 중, 한 방향에서 획득된 라만 분광분석 결과는, 철 수산화물의 비율이 낮고, 버네사이트나 토도로카이트와 같은 산화망가니즈 광물들의 결정도가 상당히 높다는 것을 보여주었다. 반면, 나머지 두 방향에서 획득된 신호를 분석한 결과, 산화망가니즈 광물들의 결정도가 매우 낮으며 비정질 내지는 결정도가 낮은 철 수산화물들의 비율이 높다는 것이 확인되었다. 이러한 결과는 비구형 단괴가 속성 과정으로 형성되는 동안 단일 단괴 내에서도 지화학적 조건에 차이가 있었다는 것을 지시한다. 더하여, 부수광물로서 암염이 일부 층에서 관찰되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 단괴 내 존재하던 해수의 증발로 인해 암염 결정이 형성되었음을 지시한다. 이처럼 본 연구에서는 라만 분광분석을 통해 비구형 단괴 내 광물종의 분포 및 구조적 특성에 대해 제시하였고 향후 본 연구 방법은 다양한 단괴 연구에 적용되어 지구물질의 지질학적 형성 과정에 대한 보다 세밀한 이해를 가능하게 할 것으로 기대된다.

자연산 해포석(Sepiolite, Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄·12H₂O)에 대해 물과 실리콘 오일을 압력매개체로 사용하여 압력 증가에 따른 구조적인 변화의 특성을 싱크로트론 X-선 회절 실험으로 연구하였다. 해포석은 실리콘 오일을 압력매개체로 사용한 환경에서는 약 3.6 GPa까지 압력의 증가에 따라 b-축이 비등방적으로 증가하는 음의 선형압축률(-0.0012 GPa^-1)을 보이다가 7.7 GPa 에서는 감소하는 변화를 보였다. 물을 압력매개체로 사용한 실험에서는 b-축의 압력에 따른 증가의 정도가 약 두 배로 커지며(-0.0025 GPa^-1) 강화된 음의 선형 압축률과 비등방적 압축 특성을 보이다가, 약 3.2 GPa, 280 ℃에서 스멕타이트 계열 광물인 스티븐자이트(Stevensite, Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂·4H₂O)로 상변화가 일어남이 XRD와 SEM을 통해 확인하였다. 해포석과 스티븐자이트의 체적탄성률(K₀)과 선형압축률(β)를 구조적, 화학적으로 유사한 다른 광물의 값들과 비교하여 그 의미를 고찰하였다.

점토질 암석의 광물함량을 효과적이고 실용적으로 분석하는 방법을 X-선 분말회절분석 실험을 통하여 연구하였다. 점토질 암석의 X-선 분말회절 정량분석을 위해서는 측면마운팅(side mounting) 방법에 의한 무작위 배향(random orientation)의 전암(whole-rock) 분말시료의 준비가 필요하다. 또한, 암석을 구성하고 있는 점토광물의 감정을 위하여 2 ㎛ 이하 점토입도의 배향성 마운트(oriented mount)시편의 준비와 에틸렌글리콜 처리, 열처리 등의 실험과정이 요구된다. 정량분석을 위하여 RIR(reference intensity ratio)방법과 리트벨트(Rietveld) 회절도 계산 방법을 사용하였다. RIR값을 사용하여 전암 X-선 회절도로부터 총 점토 함량과 비점토광물(non-clay minerals)들의 함량을 얻을 수가 있었다. 또한, 점토입도의 배향성 X-선 회절도로부터는 각각 점토광물의 상대함량을 계산하여 이를 총 점토광물에 할당할 수가 있었다. 전암 X-선 회절의 리트벨트 방법에서는 10°(2θ) 미만의 X-선 회절 영역은 제외한 후에 리트벨트 회절도를 계산하였을 때 효과적인 정량분석 값을 얻을 수 있었다. 분석결과는 RIR방법과 리트벨트 방법이 서로 근사한 정량분석 값을 보여주었다. 따라서, 연구결과는 실험실에서의 일상적인 점토질암의 광물정량분석을 성공적으로 수행하는 것이 가능함을 지시한다. 그러나, 점토광물은 화학적 및 구조적 특정이 다른 수많은 변종이 존재하기 때문에 점토질암의 정량분석은 아직도 도전해야 하는 과제이다.

Tl⁺ 이온으로 교환된 제올라이트 A (|Tl₁₂|[Si₁₂Al₁₂O₄₈]-LTA, Tl₁₂-A) 단결정을 진공 탈수시킨 후, 623 K에서 72시간 동안 ZrI₄ (g, 6.0 × 10³ Pa) 와 반응시켜, Zr,I,Tl-A (|Zr_0.25I_1.5Tl₁₂|[Si₁₂Al₁₂O₄₈]-LTA)를 제조하였다. 제조된 단결정의 구조는 294 K에서 단결정 X-선 회절 기술을 이용하여 Pm3m (a = 12.337(2) Å) 입방 공간군에 속함을 확인 하였고, F_o> 4σ(F_o)를 사용하여 최종 오차 인자를 R₁/wR₂= 0.055/0.189로 정밀화 하였다. 이 구조에서 Tl⁺ 이온은 6-ring 맞은편의 3-fold 축상의 서로 다른 3개의 결정학적 위치에서 단위세포당 7.5개가 발견되었고, 모든 8-ring 근처(단위세포당 3개)에서 3개의 결정학적 위치로 채워졌다. 그리고 단위세포당 1.5개의 Tl⁺ 이온은 ZrI₄(g)와 반응 후 sodalite cavity 안에서 3-fold 축상을 벗어난 자리에서 골격산소 O2 및 O3와 결합하면서 발견되었다. Zr⁴⁺ 이온은 6개의 I^- 이온과 함께 8면체의 ZrI₆^2- 형태로 large cavity 정중앙에 존재하였고, 이들은 8-ring 및 6-ring 근처에 존재하고 있던 Tl+ 양이온과 3차원적으로 연결하면서 ZrI₆Tl₁₁⁹⁺ cationic cluster을 형성하였다. 이러한 cationic cluster은 Zr,I,Tl-A의 large cavity 중에서 약 25%에만 존재하였다.

전자현미분석기를 이용한 규산염 유리의 정량화학조성 분석 시 알칼리 원소, 특히 Na이 전자빔에 의해 분석 영역 밖으로 이동(migration)하면서 X선 측정 세기가 시간에 따라 감소하는 현상은 오래 전부터 알려져 왔다. EPMA로 규산염 유리의 Na 함량을 정확하게 측정하기 위해서는 전자빔에 의한 Na 이동을 최소화하는 분석방법을 적용하거나 Na 이동에 따른 X선 측정 세기의 감소 효과를 보정해 주어야 한다. 본 연구에서는 X선 세기의 시계열 변화 곡선을 이용해 Na 이동에 의한 X선 감소를 보정할 수 있는 Probe for EPMA 소프트웨어의 Time Dependent Intensity(TDI) 보정 기능을 이용해 규산염 유리 표준시료 8종의 Na을 분석하였다. 일반적인 지질시료 분석 조건인 15 kV 가속전압, 20 nA 전류 세기 하에서 TDI 보정의 정확도를 검증하였다. 연구 결과 20 ㎛ 크기의 큰 전자빔을 사용했을 때는 Na 감소가 거의 일어나지 않아 보정 없이도 Na의 함량을 정확하게 측정할 수 있었다. 빔의 크기가 10 ㎛ 이하일 때는 Na 감소가 일어나 최대 -55%에 달하는 큰 오차가 발생하는데 TDI 보정을 적용해 이 오차를 ±10% 이내로 줄일 수 있다. Na X선 시계열 변화의 초기 측정값에 가중치를 주고 변화 추세를 선형적으로 가정하는 방법을 사용하면 상대오차를 ±6% 이내로 더 줄여 정확한 Na₂O 함량을 얻을 수 있었다. 따라서 알칼리 원소가 많이 포함된 유리질 시료에서 분석 영역이 충분히 크지 못해 작은 전자빔을 사용해야만 한다면 적절한 TDI 보정을 반드시 해주어야 정확한 조성을 얻을 수 있다.

장군 연-아연 광상은 남한의 4대(연화 광상, 신예미 광상, 울진 광상) 연-아연 광상중의 하나이었다. 이 광상 지질은 선캠브리아기의 원남층, 율리층군, 캠브리안기내지 오도비스기의 장산규암층, 두음리층, 장군 석회암층, 석탄기내지 이엽기의 동수곡층, 재산층, 쥐라기의 동화지층 및 이들을 관입한 중생대의 춘양화강암류로 구성된다. 이 연-아연 광상은 고생대 캠브리안기내지 오도비스기의 장군석회암층에 배태되는 열수교대형 광상에 해당된다. 이 광상의 연-아연 광화작용과 관련된 모암변질작용은 주로 능망간석화작용과 돌로마이트화 작용이 관찰되나 황철석화작용, 견운모화작용 및 녹니석화작용 등도 관찰된다. 모암변질작용은 연-아연 광체 에서 모암으로 감에 따라 연-아연 광체 -> 능망간석대 -> 돌로마이트대 -> 돌로마이트질 석회암대 -> 석회암 및 돌로마이트 대리암 변화된다. 백색운모는 모암변질대(능망간석화작용과 돌로마이트화작용)에서 Ca-돌로마이트, Ferroan ankerite, sideroplesite, 금홍석, 인회석, 유비철석, 황철석, 섬아연석, 방연석, 석영, 녹니석 및 방해석 등과 함께 중립내지 세립질 입단으로 산출된다. 이 백색운모의 화학조성은(K_0.77-0.62Na_0.03-0.00Ca_0.03-0.00Ba_0.00Sr_0.01)_0.82-0.64(Al_1.72-1.48Mg_0.48-0.20Fe_0.04-0.01Mn_0.03-0.00Ti_0.01-0.00Cr_{0.00As0.01-0.00}Co_0.03-0.00Zn_0.03-0.00Pb_0.05-0.00Ni_0.01-0.00)_2.07-1.92 (Si_3.43-3.33Al_0.67-0.57)_4.00O₁₀(OH_1.94-1.80F_0.20-0.06)_2.00로써 이론적인 이중팔면체형 운모류 값보다 Si가 높고 K, Na, Ca는 낮다. 또한 장군 연-아연 광상, 연화1 연-아연 광상 및 백전 금-은 광상의 모암변질대와 구문소일대 석회암에서 산출되는 백색운모는 백운모와 팬자이트에 해당되나 둔전 금-은 광상의 모암변질대에서 산출되는 백색운모는 백운모에 해당된다. 더불어 이들 광상의 모암변질대 및 구문소일대 석회암에서 산출되는 백색운모의 화학조성 변화는 주로 팬자이틱 또는 Tschermark 치환 메카니즘(장군 연-아연 광상), 주로 팬자이틱 또는 Tschermark 치환과 일부 illitic 치환 메카니즘(연화1 연-아연 광상, 둔전 금-은 광상, 백전 금-은 광상) 및 주로 팬자이틱 또는 Tschermark 치환과 일부 illitic 치환 및 Na⁺ <-> K⁺ 치환 메카니즘(구문소일대)에 의해 일어났음을 알 수 있다.

2017년 11월 15일 Mw 5.4의 포항지진은 흥해지역 지하 약 4 km의 진원 깊이에서 발생하여 포항시에 막대한 피해를 끼쳤다. 포항분지의 중부에 해당하는 흥해지역은 백악기 경상누층군과 백악기 말~고신생기 초불국사 화성암류를 기반암으로 하여 포항분지 충전물인 신신생기 연일층군이 분포한다. 이 논문에서는 포항분지에서 지각변형물(습곡, 단층, 절리)과 포항지진 동시성 지표변형물(모래화산, 지표균열, 팝업구조)에 대한 구조지질학적 연구를 수행하여 포항분지의 변형작용사와 포항지진 동시성 지표변형의 특성을 고찰해 보았다. 연구지역의 지각변형물은 제4기 단층운동 이전까지 적어도 5회의 변형단계를 거쳐 형성되었다: (북)북동 주향에 고각 경사하는 정이동(곡강단층) 단층 형성단계, 연일층군에 광역적으로 인지되는 동-서 방향의 고각 절리와 이에 (준)평행한 단층 형성단계, 동-서 주향에 중각 내지 저각 경사하는 공액상 정이동 단층(흥해단층과 형산단층)과 이에 수반된 동-서 계열의 습곡 형성단계, (역이동성) 좌수향 주향이동의 (북)북서 방향 단층조와 우수향 주향이동의 동-서(북동) 방향 단층조가 고각으로 경사하는 공액상 주향이동 단층 형성단계, 북북동과 북북서 주향에 중각 경사하는 공액상 역이동 단층과 이에 수반된 남-북 계열의 습곡 형성단계. 포항지진 동시성 지표변형물에서 모래화산은 종종 지표균열과 (준)평행한 선상배열을 보인다. 남-북 내지 (북)북동 방향의 팝업구조와 지표균열, 동-서 내지 서북서 방향의 지표균열 등은 포항지진 발생 응력원의 최대수평응력에 의한 지진원 단층의 역이동성 운동과 이에 수반된 상반지괴의 좌굴습곡작용에 의해 형성되었다. 이러한 구조적 활동은 지진원 단층의 상반지괴에 해당하는 포항시 흥해읍 중심으로 광범위하게 발생하여 이곳에 막대한 재산 피해를 끼쳤다.

지질과학 분야에서 암석의 생성 시기, 지각과 맨틀 진화연구의 기초자료로 활용되는 Sr 동위원소비는 열이온화 질량분석기(thermal ionization mass spectrometry, TIMS) 혹은 다검출기 유도결합 플라즈마 질량분석기(multi-collector plasma ionization mass spectrometry, MC-ICP-MS)와 같은 질량분석기를 이용하여 측정할 수 있다. 이 기술보고에서는, Sr 동위원소비 측정시, 원소의 불완전한 화학적 분리가 Sr 동위원소비의 참값 (true value)에 어떤 영향을 미치는지를 비교하였다. 실험에는 상업용 레진, NBS987(NIST SRM987) Sr 동위 원소 표준물질 그리고 일본지질조사소의 암석표준시료 JG1a, JB3, JA1를 이용하였다. 비교실험 결과, NBS987 Sr 동위원소 표준시료, 일본지질조사소의 암석표준시료 JG1a, JB3, JA1 모두 불완전한 분리에 의해 Rb이 남아있는 경우 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr의 측정값이 변하는 것이 명확하게 관찰된다. 이는 질량분석기 특히 MC-ICP-MS로 동위 원소비를 측정하고자 하는 경우, 동종동위원소의 간섭에 대한 보정에도 불구하고 측정값은 참값에서 벗어나므로 완전한 분리가 중요한 인자임을 지시해준다. 그러므로 MC-ICP-MS를 이용한 Sr 동위원소비 측정결과를 보고할 때는, 동종동위원소에 의한 영향을 판단할 수 있도록 Sr의 동위원소 전체의 측정강도와 더불어 ⁸⁵Rb의 측정강도도 함께 보고돼야 할 것이다.