• 광물과 암석
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• 제35권3호
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• pp.367-376
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• 2022

본 연구는 섭입대 환경에서 다양한 액체들과 제올라이트와의 반응을 이해하기 위한 선행단계로, 섭입대 내 대표 제올라이트 중 하나인 스틸바이트(NaCa₄(Al₉Si₂₇)O₇₂·28(H₂O))의 압축거동을 관찰하였다. 물과 NaHCO₃ 용액을 매개체로 사용하였으며, 상압에서 최대 2.5 GPa까지 가압하였다. 1.0 GPa 이하에서는 두 실험 모두 0.001~0.004 GPa^-1 범위의 낮은 선형압축률과 220(1) GPa의 높은 체적탄성률을 보였다. 이는 물분자 또는 양이온이 스틸바이트의 채널 내부로 유입되면서 구조가 매우 치밀해졌기 때문으로 추측된다. 반면, 1.0 GPa 이상에서는 두 실험의 경향이 다르게 관찰되었다. 물의 실험에서는 c축, NaHCO₃의 실험에서는 b, c축의 선형압축률이 모두 0.006(1) GPa^-1으로 급격하게 증가하였다. 체적탄성률은 물과 NaHCO₃의 실험에서 각각 40(1), 52(7) GPa의 값을 보여, 1.0 GPa 이전과 비교했을 때 압축률이 4배 이상 높아졌다. 이는 1.0 GPa 이상의 압력에서 압력매개체 내 물이 얼기 시작하면서 스틸바이트 내부로 유입이 멈추었고, 단지 채널 내에서 양이온 및 물분자가 이동함에 따라서 생기는 현상으로 판단된다. 특히 NaHCO₃의 실험에서는 소듐 양이온이 치환됨에 따라 구조 내부의 분포가 달라졌을 것으로 추측되며, 이는 (001)과 (020)피크의 상대강도 비율이 물의 실험과 다른 경향으로 나타난 것을 근거로 예상해볼 수 있다.

• 광물과 암석
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• 제34권4호
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• pp.241-253
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• 2021

유라시아 대륙 주변부 북극해의 천해에서도 태평양이나 인도양의 심해저에서와 같이 많은 망가니즈단괴가 발견되고 있지만, 이에 관한 자세한 연구는 많이 수행되고 있지 않다. 아라온호의 북극해 탐사를 통하여 동시베리아해에서 채취한 망가니즈단괴는 Mn/Fe 비가 매우 높아 Mn 자원으로서의 가능성이 매우 크다. 이번 연구에서는 북극 동시베리아해에서 산출되는 망가니즈단괴 중 약 7%를 차지하는 비구형 단괴를 외부형태에 따라 구분하고, 크기와 무게, 내부조직을 관찰하였으며, X선회절분석 그래프의 피크 면적비를 이용한 산화망가니즈광물의 반정량 분석과 지화학분석을 실시하여, 그 결과를 구형 단괴와 비교하였다. 비구형 망가니즈단괴는 외부형태에 따라 5가지로 구분되며, 타원체형, 판상형과 불규칙형이 대부분을 차지하며, 장경과 무게는 비례하는 경향이 있다. 비구형 단괴는 모두 핵을 가지며, 핵 성분은 이질 퇴적물이 주를 이룬다. 산화망 가니즈광물의 평균 함량은 버네사이트, 부서라이트, 토도로카이트 순으로 감소하며, 함량비는 외부형태, 내부조직이나 핵 성분과는 상관관계가 없지만, 단괴의 내부에서 외부로 갈수록 토도로카이트와 부서라이트는 감소하고, 버네사이트가 증가하는 경향이 있다. 북극해의 다른 천해는 물론 태평양이나 인도양의 심해저의 단괴에 비하여 Mn 함량이 많고, Mn/Fe 비가 높다. 비구형 단괴는 구형 단괴에 비하여 크기가 크고 무겁고, Mn 함량이 적고 Mn/Fe 비는 낮지만, 광물조성이나 내부조직에서는 큰 차이가 없다. 동시베리아해에서 채취된 모든 망간단괴는 Mn/Fe 비가 5 이상으로 높으므로 대부분 속성작용에 의하여 형성된 것으로 여겨진다.

• 광물과 암석
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• 제35권3호
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• pp.283-298
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• 2022

본 연구에서는 경상북도 울진 왕피리에 소재한 보암 Li 광산의 조장석-스포듀민 페그마타이트와 그 주변에 형성된 외영운암(exogreisen)의 광물 지화학 조성을 EDS로 분석하고 그 의미를 고찰하였다. 보암 광산은 화성활동 단계와 영운암화 단계의 두 단계를 거쳐 형성되었다. 전자에서는 조립질 내지 중립질의 스포듀민, 조장석, 석영, K-장석으로 구성된 조장석-스포듀민 페그마타이트가 관입하였으며, 후자에서는 페그마타이트의 조장석화 및 영운암화 과정에서 세립의 조장석 및 이와 공생하는 백운모, 녹주석, 인회석, 컬럼바이트족 광물(CGM, columbite group mineral), 마이크롤라이트, 석석 등이 형성되며 화성활동 단계의 광물을 부분적으로 교대하였다. 이 과정에서 주변암인 장군석회암과 맥의 경계면에는 전기석, 석영, 백운모로 구성된 외영운암이 형성되었다. 광물 지구화학 분석 결과에 따르면 화성활동 단계 대비 영운암화 단계에서 녹주석과 백운모에 Cs 함량이 더 높고 CGM의 Ta/(Nb+Ta) 또한 더 높게 나타난다. 이 같은 사실은 영운암화에 관여한 용융체가 페그마타이트를 형성한 용융체에 비하여 더 많은 분화 과정을 거쳤음을 지시한다. 영운암화 단계에서 형성된 인회석의 조성은 Cl이 결핍되고 F가 부화되어 있어 보암 광산이 S형 화강암 기원의 Li-Cs-Ta(LCT) 페그마타이트에 해당하는 특성을 지닌다. 화성활동 단계에 형성된 중립질의 조장석은 평균 0.28 wt.%의 P₂O₅를 갖는데 비해 영운암화 단계에 형성된 세립질의 조장석은 EDS 검출한계 미만의 P₂O₅를 지닌다. 영운암화 단계에 형성되는 인회석과 마이크롤라이트는 화성활동 단계 대비 Ca가 부화되었음을 지시한다. 따라서, 조장석 내 P의 결핍은 용융체에 있던 P가 주변암으로부터 Ca가 공급됨에 따라 인회석의 형태로 소진되어 결핍된 결과로 해석할 수 있다. 외영운암의 전기석은 중심에서 외곽으로 갈수록 Ca를 비롯한 2가 양이온의 함량이 증가하고 그에 따라 Al의 함량이 감소하는 화학적 누대구조를 보인다. 이는 영운암화 단계에서 장군석회암으로부터 용융체에 Ca가 점차 공급되었다는 가설에 부합한다.

• 광물과 암석
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• 제35권3호
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• pp.355-365
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• 2022

광산배수에서 일어나는 철광물의 침전과 상전이는 배수 내 미량 원소의 거동에 매우 중요한 영향을 미친다. 그러나 주로 침전되는 철광물 중 하나인 페리하이드라이트의 침전과 이와 연관된 배수 내 미량원소의 거동은 거의 연구된 적이 없다. 본 연구는 문경 석탄광에서 발생하는 광산배수에서 pH 변화와 시간에 따른 광물침전 특성을 알아보고 이러한 광물의 침전과 연관된 미량원소의 거동 변화를 연구하였다. 침전되는 광물의 경우 pH 4에서는 침철석이 관찰되었고 pH 6 이상에서는 일부 6-line 페리하이드라이트가 혼재하는 2-line 페리하이드라이트가 주로 동정되었다. 또한 pH 6 이상의 시료에서는 pH가 증가할수록 방해석의 침전이 추가적으로 증가하는 것이 관찰되었다. 침철석의 경우 초기에 배수 내에서 페리하이드라이트로 침전된 후 낮은 pH의 영향으로 이 광물이 짧은 시간 내에 침철석으로 상전이 되었을 것으로 생각된다. 배수 내 미량 원소의 농도는 pH와 시간에 큰 영향을 받고 있음을 보여준다. 시간에 따라 배수 내의 Fe는 철광물의 침전에 의하여 급격한 농도의 감소를 보였는데 배수 내 산화음이온으로 존재하는 As의 경우도 pH 값에 상관없이 Fe와 같이 급격한 농도의 감소를 보였다. 이러한 As의 농도 감소는 주로 페리하이드라이트와의 공침에 의한 것으로 여겨지며 낮은 pH의 배수에서는 침철석의 표면 흡착에 의한 것으로 생각된다. 이와는 달리 Cd, Co, Zn, Ni 등의 미량원소의 농도는 광물의 종류에 상관없이 pH에 큰 영향을 받으며 pH 값이 낮을수록 배수 내 높은 농도로 존재하였고 pH가 증가할수록 그 농도는 낮아졌다. 이러한 결과는 양이온으로 존재하는 미량원소의 거동의 경우 광물의 종류보다 pH에 따른 광물 표면의 전하 값에 더 큰 영향을 받고 있음을 지시한다.

• 자원환경지질
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• 제55권5호
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• pp.531-540
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• 2022

산성광산배수 내에서 침전하는 다양한 철광물들은 침전 과정뿐만 아니라 침전 후 다른 광물로 상전이를 거치면서 배수의 미량 원소의 농도 변화 및 이동성에 큰 영향을 미친다. 본 연구는 슈베르트마나이트가 주로 침전되는 것으로 알려진 달성광산의 산성광산배수 침전조에서 채취한 고체 침전물에 대하여 pH 및 시간에 따른 광물 특성 변화와 이와 연관된 배수내의 원소 농도 변화를 알아보았다. 그러나 채취된 시료의 주 구성 광물은 침철석으로 구성되어 있었으며 이는 이미 슈베르트마나이트가 어느 정도 침철석으로 상전이가 되어 있는 상태임을 지시한다. 실험 결과 배수의 pH가 높을수록 피크의 반치폭이 좁아지는 것이 관찰되었다. 이는 비정질에 가까운 슈베르트마나이트의 침철석으로의 전환 또는 침철석의 결정도 증가로 해석할 수 있으며 pH가 높을수록 이러한 변화가 큼을 보여준다. Fe의 농도도 pH에 큰 영향을 받으며 pH가 증가할수록 배수 내의 Fe의 농도는 감소하였다. 시간이 증가할수록 Fe의 농도는 증가하다가 추후 감소하였는데 이는 일부 슈베르트마나이트가 용해된 후 다시 침철석으로 침전하여 생긴 결과로 해석된다. 이런 결과로 황(S)의 경우 초기에 빠르게 증가하다 시간이 지나면서 더 이상 증가하지 않는 양상을 보여준다. S의 농도는 또한 슈베르트마나이트의 안정성과 관련이 있기 때문에 슈베르트마나이트가 안정한 낮은 pH에서는 낮은 농도를 그리고 침철석이 안정한 높은 pH에서는 높은 농도를 보여준다. 배수 내의 미량 원소들도 pH와 밀접한 연관성을 보여주며 일반적으로 pH가 낮을수록 높은 농도를 보이는데 배수 내 양이온으로 존재하는 미량원소의 경우 낮은 pH에서의 높은 용해도와 높은 pH에서의 침전과 표면 전하의 변화 등에 의한 것으로 해석된다. 이와 달리 비소(As)의 경우 배수 내 음이온으로 존재함으로 낮은 pH에서 높은 농도를 보여주지만 모든 pH 범위에서 시간이 지나면서 농도가 증가함을 보이는데 이는 광물 표면의 전하보다 슈베르트마나이트 등으로 As와 공침할 수 있는 Fe의 배수 내 농도와 관련이 있어보이며 시간에 따른 As의 증가도 슈베르트마나이트의 감소와 연관성이 있을 것으로 판단된다.

• 광물과 암석
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• 제36권1호
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• pp.73-94
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• 2023

문경 지질공원 후보지의 지질명소 쌍룡계곡, 용추계곡 그리고 문경새재를 구성하고 있는 화강암류와 규장질 관입암류의 저어콘 U-Pb 연령측정과 전암 지구화학 성분분석을 수행하였다. 이들 화성암류들은 각각 문경시의 서부, 북서부, 중부에 분포하고 있으며, 옥천변성대의 변성암류와 문경층군의 퇴적암류를 관입하고 있다. 고분해능 이차이온질량분석기(SHRIMP)를 사용하여 측정한 쌍룡계곡의 두 개의 규장질 반암과 한 개의 화강암 시료의 저어콘 U-Pb 연대측정 결과는 각각 93.9±3.3 Ma (tσ), 95.1±4.0 Ma (tσ) 그리고 94.4±2.0 Ma (tσ)으로 백악기 관입 연령을 정의한다. 용추계곡의 화강암, 규장질 암맥, 그리고 문경새재 반상 화강암에서 측정한 관입 연령은 각각 90.2±2.0 Ma (tσ), 91.0±3.0 Ma (tσ) 그리고 88.6±1.5 Ma (tσ)의 관입연령을 갖는다. 이 지역의 화강암 연대에 대한 기존 연구결과(Lee et al., 2010; Yi et al., 2014; Aum et al., 2019)와 더불어 계산한 평균표준오차를 계산해보면, 쌍룡계곡(94.5±0.2 Ma)과 용추계곡(89.7±0.4 Ma) 화강암들 사이에 대략 5 Myr 정도의 관입 시기의 차이가 존재함이 나타난다. 이 두 지역 사이의 문경지역의 규장질 화성암류의 지구화학 성분분석 결과는 후조산성 화강암 특성을 나타내며, 이는 초기 백악기 조산운동 및 이자나기의 섭입 말기의 화성활동에 대비된다.

• 광물과 암석
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• 제36권1호
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• pp.55-72
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• 2023

이번 연구는 영덕단층 일원을 대상으로 실시된 상세 지표지질조사에서 수집된 다양한 구조요소들의 기하와 운동학적 자료 그리고 단층암의 대자율이방성 분석 자료를 바탕으로 영덕단층의 내부구조 그리고 기하와 운동학적 특성을 규명하고자 하였다. 영덕단층은 영덕군 강구면 오포리에서 울진군 매화면 길곡리와 기성면 방율리까지 연장되며, 4.6-5.0 km (평균 4.77 km)의 우수향 수평변위로 고원생대부터 중생대에 이르는 다양한 암종을 절단하거나 암상경계를 이룬다. 영덕단층은 4개의 기하학적 분절로 구분되며, 대부분 노두에서 남-북 내지 북북서 주향에 54° 이상 고각으로 동쪽으로 경사지고 있으나 북쪽으로 갈수록 서쪽으로 54°-82° 경사지는 노두가 증가한다. 영덕단층은 모암의 암종에 따라 0.3-15 m 범위의 다양한 폭을 가진 단층핵과 단층대 내부구조의 차이를 보이는데, 이는 모암의 연성도, 구성광물, 입자크기, 이방성과 같은 물성 차이에 기인하는 것으로 해석된다. 이번 연구에서 새롭게 도출한 고응력장 및 대자율이방성 분석 결과와 기존 연구 결과를 종합하면, 영덕단층은 (1) 백악기말~신생대초에 북서-남동 최대수평응력(σ_Hmax)과 북동-남서 최소수평응력(σ_Hmin) 하에서 좌수향 주향이동운동을 겪은 이후, (2) 신생대 고진기에 북동-남서 최대수평응력과 북서-남동 최소수평응력 하에서 우수향 주향이동운동을 겪었음을 지시한다. 이중 고진기에 발생한 우수향 주향이동운동에 의한 변형이 가장 우세하였으며 이후 지각변형은 미미하였던 것으로 해석된다.

• 광물과 암석
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• 제36권2호
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• pp.117-124
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• 2023

국내 포항 소재 R사의 구룡포산 천연 제올라이트의 물리·화학적 특성을 규명하기 위해 X-선 회절 분석, X-선 형광 분석, 열 시차·열 중량 분석, 양이온 교환능 분석 및 세슘(Cs), 스트론튬(Sr) 흡착 실험을 수행하였다. X-선 회절 분석 결과 모데나이트, 휼란다이트, 클라이놉티로라이트 및 일라이트와 같은 광물이 함유되어 있으며, X-선 형광 분석 결과 SiO₂, Al₂O₃, CaO, K₂O, MgO, Fe₂O₃ 및 Na₂O 원소가 함유되어 있었다. 양이온 교환능은 148.6 meq/100 g이었으며 열시차 및 열중량 분석 결과 600 ℃까지 열적으로 안정성이 우수한 것을 확인하였다. 시간에 따른 흡착 평형 실험 결과 세슘(Cs)의 경우 30분이내 스트론튬(Sr)의 경우 8시간이내에 평형에 도달하였으며 세슘(Cs) 및 스트론튬(Sr)의 흡착률은 각각 80% 및 18%를 보이고 있었다. 단일 성분 등온 흡착 실험 결과 Langmuir model에 부합하였으며 세슘(Cs) 최대 흡착량은 131.5 mg/g으로 높게 나타났으며 반면 스트론튬(Sr) 최대 흡착량은 29.5 mg/g로 낮은 흡착량을 나타내었다. 본 연구에 사용된 천연 제올라이트의 경우 클라이놉티로라이트, 휼란다이트 및 모데나이트와 같은 8-ring을 포함하는 광물의 함량이 높아 세슘(Cs)에 대한 높은 선택성을 보여주고 있다.

• 광물과 암석
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• 제36권2호
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• pp.147-166
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• 2023

한국지질자원연구원은 기관차원의 연구활동에 따른 온실가스 감축 기여를 활성화하고자, 온실가스 배출량 산정 가이드라인을 개발하고 이를 적용하고자 하였다. 이에 시범적으로 2022년도에 현재 수행중인 기본사업 34건의 R&D 활동 그 자체에 의한 온실가스 배출량 규모를 파악하였다. 개별과제의 연구계획 내용과 예산내역을 분석하여 여러 온실가스 배출범위와 경계를 정하였으며, 직접배출원, 간접배출원, 기타 직·간접 배출원 등 22건을 도출하여 해당 연구활동에 의한 배출량을 시범 산정하였다. 그 결과, 한국지질자원연구원 2022년도 기본사업 R&D 활동에 의한 온실가스 배출량은 전체 2,041.506 tCO2eq으로 산정되었고, 그 중 직접 배출량은 793.235 tCO2eq (38.86%), 간접 배출량은 305.647 tCO2eq (14.97%), 기타 직·간접 배출량은 942.624 tCO2eq (46.18%) 이었다. 2022년도 한국지질자원연구원의 기본사업 투입예산(총액 966.61억원)에서 1억원당 온실가스 배출량은 2.11 tCO2eq으로 산정되었고, 참여연구원 1인당(참여율 100% 감안) 온실가스 배출량은 4.800 tCO2eq으로 추정되었다. 이러한 연구과제의 온실가스 배출량 산정연구는 1회성 보다는 지속적으로 매년 정기적으로 수행하고, 최소 5년 이상 정도의 축적이 이뤄져야만 연구분야 특성과 연구방법의 상이에 따른 배출량 증감 및 특이사항의 정형화가 가능할 것이며, 향후 배출량 관리방향 설정과 ESG경영의 환경부문 기여도 평가에도 활용이 가능할 것으로 사료된다.

• 광물과 암석
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• 제36권2호
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• pp.135-145
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• 2023

골재(aggregate)는 콘크리트(concrete) 또는 아스팔트(asphalt)와 같은 안정화된 재료를 생산하는데 사용되며 주택, 산업, 도로, 에너지 및 건강에 대한 사회적 요구를 충족시키는데 기본이 된다. 2021년 세계 골재 생산량은 423억 5천만톤으로 전년도 419억 7천만톤과 비교하여 0.91% 증가하였고 중국, 인도, 유럽연합(EU) 및 미국(USA)만 20억만톤 이상 골재를 생산하여 점유율은 71.75%로 나타났다. 우리나라는 골재 생산이 지속적으로 증가하여 3억 9천만톤, 점유율 0.85%로 멕시코 및 일본을 추월하여 7위를 차지하였다. 전세계적으로 산업용 모래 및 자갈은 3억 5천만톤이 생산되었고, 상위 국가 순위는 중국, 미국, 네델란드, 이탈리아, 인도, 튀르키예 및 프랑스로 나타났다. 7개 국가만 천만톤 이상 생산하여 전체 점유율이 74.69%를 차지했다. 골재 수출액은 전년도 천연석 193.7억 달러, 인공석 109.3억 달러와 비교하여 천연석은 23.1억 달러, 인공석은 26.6억 달러 증가해 각각 216.8억 달러, 135.9억 달러로 나타났다. 모래 수출액은 총 17.1억 달러이며 상위 국가 순위는 미국, 네델란드, 독일 및 벨기에으로 나타났으며, 4개 국가만 1억 달러이상 수출하여 전체 점유율이 57.70%을 차지했다. 자갈 수출액은 총 27.5억 달러이며 상위 국가 순위는 중국, 노르웨이, 독일, 벨기에, 프랑스 및 오스트리아로 나타났고, 6개 국가만 1억 달러이상 수출하여 전체 점유율이 48.30%를 차지했다. 1950년대 이후 골재 채석은 인구 증가, 도시화, 기반 시설 개발 및 생활방식의 변화로 인해 급속도로 증가했다. 또한 해수면 상승으로 인한 토지 간척 및 홍수 방지를 위해 막대한 양의 골재를 필요로 한다. 2011~2060년에 골재 채석 규모와 수요가 연간 24Gt에서 55Gt로 두배로 증가할 것으로 예상된다. 그러나 골재 채취로 피해를 받는 생태계를 돌이킬 수 없는 상황까지 진행될 가능성이 높으며, 세계적으로 골재 부족과 사회적 갈등이 증가할 것으로 전망된다.