제 46회 전국과학전람회

기반암의 풍화에 따른 향토의 광물조성

및 지화학적 변화에 관한 연구

운 남 중 학 교 교사 이 선

광주제일고등학교 교사 김 용 희

목 차

Ⅰ. 연구배경 및 목적 ·······························································1

Ⅱ. 연구 개요 ···········································································1

Ⅲ. 연구 실제 ·············································································3

Ⅳ. 결론 ·····················································································41

Ⅴ. 전망 및 향후 과제 ···························································43

참고 문헌 ··················································································43

부 록 ······················································································45

Ⅰ. 연구배경 및 목적

향토는 우리에게 문화적 역사적 깊은 연관성을 갖고 있어서인지 신비로우면서도

친근감을 갖게 한다. 근래에 들어 황토는 그 이용에 관한 정보들이 알려지고 또, 한

국적인 것들을 선호하는 사회적 분위기에 의해 황토에 대한 관심이 한층 더 증폭되

었다. 보통 사람들에게는 모래가 거의 없고 입자가 고우며, 붉은색을 띠는 흙이라

면 통상적으로 황토라고 인식되어 있다. 그리고 우리 교과서에는 ‘바람에 날려서 이

동된 뜬 짐이 바람이 약해진 곳에 퇴적되어 쌓인 풍성층’으로 황토가 소개되어 있

어 모든 황토가 바람에 의한 퇴적작용으로 형성된 것처럼 잘못된 인식 할 수 있음

이 염려되었다.

그러나 우리나라에는 바람에 의해서 운반․퇴적된 향토된 loess층은 보고된 바 없

으며, 대부분의 적황색 토양은 기반암의 풍화작용에 의해 형성된 것으로서 loess와

는 본질적으로 다른 기원이다. 우리 나라에 분포하는 대부분의 토양은 기반암이

풍화되는 동안 특정광물이나 화학성분이 선택적으로 분산과 농집되어 형성된, 엄밀

히 말하면 풍화잔적토 내지 라테라이트질 황적색 토양에 해당한다. 그러므로 토양

의 성질은 모암의 구성광물, 조직, 광물학적 특성 및 기후조건에 따라 풍화의 정도

가 크게 지배될 것이다. 기반암은 풍화의 정도에 따라 연암에서 부터 극단에는 점

토화 된 것까지 큰 폭으로 성질이 변화되고, 일반적인 퇴적층과는 기본적으로 다른

특성을 갖게 되는 것이다. 그러므로 본 연구는 적황색토양(소위 황토)이 기반암에

서 부터 출발하여 풍화에 의해 형성되었다고 가정하였을 경우 풍화가 진행되는 동

안 화학적 성분과 광물조성에 변화가 수반될 것이고 기반암이 달라짐에 따라 그 화

학적, 광물학적 조성도 달라질 것이다. 본 연구는 우리 나라 서남해안에 널리 분포

하는 황적색 토양 즉, 보통사람들이 황토라 부르는 토양의 기원을 밝히고, 기반암의

종류에 따른 그 형성과정과 지화학적, 광물학적 변화들을 규명하고자 한다.

Ⅱ. 연구 개요

1. 연구 기간: 1998년 10월 3일 ～ 2000년 현재

2. 연구 지역

① 전라남도 해남군 계곡면 성산리 - 해남 진도간 도로공사 현장

② 전라남도 해남군 계곡면 신죽리 - 해남 진도간 도로공사 현장

③ 전라남도 해남군 화산면 부길리 - 해남 진도간 도로공사 현장

④ 전라남도 해남군 마산면 연구리 - 해남 진도간 도로공사 현장

⑤ 전라남도 해남군 산이면 구성리 - 해남 진도간 도로공사 현장

⑥ 전라남도 광양시 진월면 선소리 이정마을 - 토사채취지역

⑦ 전라남도 광양시 진월면 선소리 구덕마을 - 토사채취지역

⑧ 전라남도 구례군 토지면 - 19번 국토변

⑨ 전라남도 곡성군 압록 - 철로 개량공사 현장

⑩ 전라남도 곡성군 죽곡면 정안중기 -토사채취지역

⑪ 전라남도 장성군 황룡면 내황마을 - 도로공사현장

⑫ 전라남도 장성군 황룡면 장승백이 - 도로공사현장

⑬ 전라남도 고창군 성송면 연동리 - 서해안고속도로공사현장

⑭ 전라북도 부안군 흥덕면 덕성군 - 서해안고속도로공사현장

⑮ 전라남도 부안군 유천면 - 유천요업공사 야산

⑯ 전라북도 군산시 임피면 술산리 주산부락 - 부지정리현장

⑰ 충청남도 보령시 대천면 - 서해안 고속도로공사현장

⑱ 전라남도 고흥군 남양면 - 남양 -벌교간 도로공사현장

⑲ 전라남도 고흥군 과역면 돛대 - 토사채취현장

⑳ 전라남도 고흥군 동일면 덕흥리 - 토사채취 현장

3. 시료 채취 방법

기반암의 풍화에 의해 황토가 형성되기까지 수반되는 여러 가지 변화에 대한

연구를 위해 각 시료는 오염되지 않은 신선한 표폼을 채취하였다. 시료 채취 장

소는 현재 시공 중인 서해안 고속도로 및 국도 공사 현장의 노두와 토사 채취 현

장을 위주로 이루어졌다. 시료 채취 방법은 표토, 즉 A층준은 배제하였으며, 그

직전 하부층인 B층준과 C층준, 그리고 기반암의 시료를 채취하였는데, 노두의 높

이가 높은 경우는 각 층준에 대하여 L, M, U으로 세분하여 채취하였다. 수평으

로는 약 1.5m 간격으로 2편 이상의 시료를 채취하였다.

그림1. 시료채취 방법

4. 연구의 범위

가. 본 연구는 한반도 서남부 지역에서 적황색 토양인 황토가 널리 분포하는

지역을 대상으로 한다.

나. 지질조사 및 시료 채취를 실시한 20여곳, 풍화토의 층준이 비교적 잘 나타나

고 토양의 풍화가 충분히 진행되었다고 판단되는 해남군 일대와 고흥군, 장성

군, 광양시, 군산시, 고창군의 신선한 노두에서 채취된 표폼을 대상으로 시료에

대한 분석을 실시하였다.

다. 본 연구를 위해 풍화토 128시료, 암석 62시료를 준비했으며, 그 중 풍화토 가

운데 50시료를 선정하여 주성분원소 및 미량원소 분석, 전자현미경 분석,

X-ray 회절 분석 입도 분석을 실시하였으며, 암석의 시료중 16 시료를 선택하

여 박편을 제작하여 광물관찰을 실시하였다.

Ⅲ. 연구 실제

● 연구 과제1 ▶ 황토 형성지역의 지질 및 지형이 특징

● 연구 방법 ▶ 연구지역의 지질조사는 문헌조사를 통해 선행연구를 실시

하였으며, 기발간된 지질도폭 및 지형도를 이용하여 연구지역

의 층서 및 암석의 분포, 지형을 확인하였다.

● 연구 내용

1. 황토 형성 지역의 지질

본 연구는 동경 126。00′～127。45′, 북위 34。50′～37。50′내에 위치하

는 지역으로, 도로공사현장, 채석장 및 토사채취 지역을 위주로 이루어졌다. 행

정구역상으로는 해남군, 장성군, 고창군, 부안군, 군산시, 보령시, 논산시, 익산

시, 광양시, 곡성군, 구례군, 고흥군지역에서 신선한 노두면을 대상으로 표폼의

채취가 수행되었다. 본 연구지역의 지질은 선카브리아기 편마암복합체와 이를

부정합으로 덮은 백악기 경상누층군의 화산암류와 퇴적암 그리고 최상부에 제

4기 충적층이 분포한다.

그림2. 지질도

표1. 연구지역의 지질계통표

제 4 기 충 적 층

백악기

--부정합--

산성암맥

화강암류

--관입--

산성화산암류

중성 및 염기성 화산암류

--분출 혹은 관입--

(무주분지) (능주분지) (격포분지) (내장산지역)

적상산층

길왕리층 사암 및 이암 격포리층 사암 및 이암

방이리층

역암

쥬라기

--부정합--

화강암류

섬록암

엽리상화강암

트라이아스기

변성석영반암

반려암

엽리상화강암

반상화강암

--관입--

상부평안층군

페름기 중부평안층군

석탄기 하부평안층군

시대미상

--부정합--

하부천매암대

변성사질암대

선캄브리아 시대

(경기편마암복합체)

화강편마암

--관입--

편암류

안구상편마암

--관입--

편마암 복합체

(지리산편마암복합체)

화강편마암

반상변정질 편마암

--관입--

편암류

흑운모편마암

우백질편마암

미그마타이트편마암

화강편마암

(소백산편마암복합체)

화강편마암

--관입--

편암류

흑운모편마암

우백질편마암

화강암편마암

가. 해남지역

이 지역은 선캄브리아기 변성퇴적암류를 기반으로 이를 부정합으로 덮은 고

생대의 오산리층, 백악기의 경상계 퇴적암류와 중성 및 산성화산암류, 그리고

상기 모든암석을 관입하는 불국사 화강암으로 구분된다. 본 지역에서 백악기

화산암류 중 중성 및 산성응회화암류가 가장 넓은 분포를 보이며 선캄브리아

기 편마암 복합체와 중생대 화강암체는 각각 동남부에 협소한 분포를 보이거

나 중앙부와 동북부지역에서 소규모 암주상으로 관찰된다. 본 지역에 해당하

는 화강암류는 쥬라기 화강암에 속하는 산이화강암과 불국사화강암에 속하는

대흥사화강암으로 구분되며, 전자는 화산암류와 퇴적암류에 의해 부정합으로

덮히며, 후자는 경상누층군을 관입한다.

나. 광양-곡성-구례지역

이 지경의 지질은 기저를 이루는 선캄브리아기 혼성편마암, 흑운모편마암과

화강암질편마암과 이를 관입하는 선캄브리아기 화강편마암과 반상변정질편마

암으로 구성되며, 상기 암석을 관입하는 중생대 화산암류와 화강암으로 구성

된다.

본 지역에서 황토는 광양시 진월면, 곡성군 죽곡면, 구례군 토지면 일대에

분포하며 그 모암은 반상변정질편마암이다. 본 암은 주로 카리장석으로 구성

된 장경 4-10cm의 유백색 반상변정을 함유하며, 곡성지역에서 부분적으로 편

마암복합체는 암회색 내지 암갈색을 띠는 운모편암을 렌즈상으로 협재한다.

광양군 진월면에서 반상변질편마암은 흑운모편암의 xenolith를 다량 함유하

며, 백악기에 해당하는 맥상의 인사암에 의해 관입된다. 이 노두에서 안산암

은 상대적으로 지표에 가까운 반상변정질편마암과 흑운모편암에 비해 물리적,

화학적 풍화가 현저하게 진행되어 있다. 이는 안산암이 비정질이고 비교적

풍화에 약한 광물조합을 갖는데 반하여 반상변정질편마암과 흑운모편암은 상

대적으로 풍화에 강한 광물을 함유하는데 그 원인 있다고 사료된다.

가. 해남지역

이 지역은 선캄브리아기의 편마암, 편암, 백악기 맥암류 그리고 제4기 충적

층으로 구성되어 있다. 군산시 임피면 지역에 분포하는 운모 편암은 엽리가

매우 잘 발달되어 있으며 습곡구조가 관찰되기도 한다. 이 지역에서 편암류

는 부분적으로 석영과 장석의 함량이 증가하면서 강도가 증가하는 정(+)의 상

관관계를 보이는 등 규화작용의 흔적이 현저하여 편마암과 구별이 모호해지

기도 한다.

논산과 익산지역의 경우는 동부는 높은 지형을 이루나 서부는 낮은 산세를

가지고, 1차 수계에 해당하는 본 류들이 대개 서해로 유입됨에 따라 자갈, 모

래 및 뻘등으로 구성된 미고결층인 제4기 퇴적층에 대비되는 충적충들이 수

계의 주변에 발달되어 잇다. 보령지역에서 기반암은 중생대 대동누층군에 대

비되는 하부 중생대 퇴적층으로 구성된다.

라. 장성-고창-부안지역

장성, 고창, 부안지역에 분포하는 편마암류는 조립질이면서 입상변정질편마

암으로 재결정된 흑운모와 석영에 의해 뚜렷한 편마구조를 보여주기도 한다.

주조성광물은 석영, 사장석, 정장석 및 흑운모이며 녹니석 백운모, 저어콘 등

이 부조성광물로 수반된다.

석영은 보통 두 개 이상의 작은 입자들로 집합체를 이루거나 장석내에 포유

되기도 한다. 사장석은 반자형으로 입자 경계가 다소 불규칙하며 석영이나

운모를 포유한다. 흑운모는 인편상이며 거의 평행하게 배열되어 희미한 편리

구조를 이룬다. 장성지역에서 본 암은 쥬라기 화강암에 의해 관입된다.

마. 고흥지역

이 지역은 영남육괴의 서남대에 위치하는 곳으로 지체구조로는 영남육괴 지

리산지구의 서남대와 경상대 퇴적분지가 접하는 최남단 지역으로 시대와 신

상이 다른 여러 화성암류가 분포한다.

본 지역의 기반암은 선카브리아기 화강암질편마암과 이를 부정합으로 덮고

유천층군에 대비 될 것으로 사료되는 퇴적암류와 화산암류, 그리고 상기 암석

들을 관입하는 심성암류로 구성되어 있다. 본 지역에 분포하는 암석은 주로

화산암류에 해당하는 안산암과 관입암에 속하는 안산반암이며, 이들은 담록색

에서 암록색을 띠는 치밀하고 견고한 중성암질암으로 주조성광물은 사장석과

휘석, 부조성광물로 녹염석과 불투명광물이다.

2. 황토 형성 지역의 지형 특징

한반도 지형은 제3기에서 제 4기에 걸친 경동성 요곡융기(tilted upwarping)에

근간을 두고 있었는데, 융기 운동시 중심축이 동해안 가까이 놓이게 됨에 따라

장대한 산맥들이 동해안에 근접하여 해안을 딸라 길게 발달하게 되었고, 대체로

황해쪽으로 갈수록 고도가 낮아지고, 주로 낮은 산지나 구릉이 분포한다. 이러

한 지형은 데이비스의 분류에 의하여 유년기, 장년기, 노년기, 준평원중 준평원

의 단계에 해당하기도 한다. 이는 '태어나자마자 늙어버린‘ 준평원이란 뜻인데,

데이비스의 분류 단계를 겪어 낮은 산지의 모습을 갖춘 것이 아니라는 의미를

포함하고 있다.

황토는 이와 같은 구릉이나 낮은 산지면에 주로 분포하는데, 지형학적인 입장

에서는 도상구릉이나 잔구에 해당하는 형태이다. 이러한 구릉의 형성은 암석을

내리누르고 무게의 제거나 해퇴, 융기 등이 원인되어 압력이 제거될 때 그 반동

으로 부피가 팽창하게 되어 암반에 균열이 생겨 표면적이 증대되는 결과를 초

래한다. 이와 같은 표면적의 증대는 물과 공기가 물질, 즉 암석에 접할 수 있

는 기회를 확대시키는 것이므로 물과 공기를 매개로 하여 일어나는 화학적인

풍화가 촉진되고, 그 풍화산물이 잔류가 되어 황토가 형성된 것으로 사료된다.

지표에 있는 모든 물질은 각기 처한 환경 조건에 풍화가 달리 진행될 수 있는

데, 풍화는 모재(Parent Materials), 기후(Climate), 생물(Organism), 지형

(Relief), 시간(Time)에 의해 영향을 받으며, 어떤 변수가 더 큰 영향을 주는 것

인지는 국지적인 조건에 따라 다른것이므로 일반화 하여 말하기는 어렵다.

그림4. 경동성 요곡에 의한 동서 단면

●연구결과

1. 연구 지역의 지질은 선캄브리아기 편마암 복합체, 쥬라기화강암, 백악기 경상누

층군의 화산암과 퇴적암 그리고 최상부에 제 4기 충적층이 분포한다.

2. 황토가 분포하는 지형은 구릉이나 낮은 산지면으로 지형학적인 입장에서는 도

상구릉이나 잔구에 해당하는 지형으로서, 데이비스의 분류에 의하여 준평원의 단

계에 해당한다.

3. 황토를 형성시킨 주요 기반암으로는 안산암, 편마암, 화강암, 편암, 응회암, 규

장암 등이 있다.

● 연구과제 2 ▶ 기반암에 따른 풍화층의 단면구조와 풍화도

● 연구방법 ▶ 풍화층의 단면구조 모델과 연구지역의 기반암 종류에 따라

풍화층 단면구조를 비교하기 위해 지질조사시 노두면에서 풍화층

준을 확인하였으며, 각 층준의 시료를 채쥐하여 지질학적으로 가

장 많이 사용되고 있는 풍화도의 판정법을 적용하여 수치화한 후

지질 조사 내용과 비교하였다.

● 연구내용

1. 기반암에 따른 풍화층의 단면 구조

본 연구에서는 Dapples가 제시한 풍화대 또는 토양대의 구분인 A, B, C, 기반

암의 분류를 사용하기로 한다. 또한 풍화는 기후, 암질, 생물 등에 따라 크게 변

하는 것이 일반적인 현상이다. 그러나 본 연구지역은 기후 및 생물 등의 영향이

거의 동일하다는 조건하에서 출발하고자 한다. 즉, 모양의 종류에 딸라 풍화의

속도가 달라지고 그 단면의 구조가 어떻게 변화되는지에 관심을 두고자 한다.

단 면 특 징

일반적으로 식물의 뿌리가 많고, 부식이 집중됨, 부식질

의 집적,점토,Fe의 화합물, 탄산화물을 아래로 이동

부식질이 거의 없고 산화철이 집중, A에서 철 콜로이드

와 수산화 알루미늄 밑으로 천천히 물이 이동, 콜로이드

질의 증대. 대부분의 규산염광물의 분해

기반암의 변질, 모래질 혹은 점토질, B보다 급격한 물의

아래 이동, 탄산염의 용해, 규산염의 수화. 산화

매트릭스중의 자갈, 파쇄혹은 변질 암반, 일부 광물의 수

화, 산화

미풍화암

그림5. 풍화층 단면 구조(Dapples, 1959에 의함)

가. 안산암의 풍화층 단면

그림의6의 가는 해남군 마산면의 토사채취 현장의 노두다. 현재 작업이 직행중

인 매우 신선한 노두로서 높이는 6～7m 정도이다. 본 노두에서 풍화층의 구조는

미풍화암인 기반암 위에 독립암괴와 같은 자갈이나 패쇄암에 해당하는 C층의 하

부는 존재하지 않고 기반암이 점진적인 물리적 풍화를 받아 변질된 사질토가 그

위에 분포하였다. 사질토의 상층에는 실트에서 점토로 점진적인 풍화가 진행되어

있었다. B층의 상단에서 가장 높은 점성을 갖은 적색 점토를 얻을 수 있었다.

그리고 그 상부에는 1m 정도의 표토가 덮고 있다. 안산암질 풍화토는 B층의 두

께가 매우 두터우며, 자갈이나 파쇄된 암반층이 없다는 것이 특징적이다. 비정질

로 이루어진 안산암의 경우는 암편이 입자상으로 존재하기 어렵기 때문에 암반에

서 사질토를 거쳐 점토에 이르는 변화가 보여진다.

그림6의 나는 고흥군 과역면의 황토 취채현장으로서 풍화 과정이 매우 명확하

게 드러나는 단면을 보여준다. 노두의 높이는 6m 정도로서 얕은 야산이었으며

절리면이나 암석의 틈을 딸라 지하수의 공급이 있는 곳으로 풍화가 빠르게 진행

되었으나, 물의 공급이 원활하지 못한 곳은 모암의 풍화가 더디 진행되어 둥근 모

양으로 방상절리가 형성되어 있었는데, 풍화에 의한 황토의 형성과정을 제시하는

중요한 근거가 될 수 있는 현장이었다.

가 : 해남마산면 나 : 고흥군 과역면

그림6. 안산암의 풍화층 단면

나. 편마암의 풍화층 단면

그림7의 가는 전라북도 고창군 성송면 연동리 23번지 국도변의 토사채취지역

으로서 전체 총노두의 높이는 4m 80cm 정도로서 모양은 편마암이다. 이 지역

은 기반암이 풍화를 받아 암괴와 연암이 혼합된 층이 노두의 가장 하단에 분포

하여 나타나는데, 이 층준은 풍화 단면의 C층준에 해당하며, 그 상층부에는 힘

을 강하게 가하면 부서질 정도의 연암이 존재한다. 그리고 연암의 상층부에는

아직 석영의 입자가 뚜렷하게 존재하는 마사토층이 분포한다. 그러나 그 상부

에도 마사토 보다는 풍화가 더 진행되었지만 점토라고는 말할 수 없는 사질점

토 토양대가 존재하는데, 이는 풍화 단면의 B층준에 대비되는 층으로 그 두께

가 1m 30～70cm 정도이다. 그리고 그 상부는 식물체의 유기물이 부식되어 흑

갈색을 띠는 표토 즉, A층준이 60cm 정도가 덮고 있다. 편마암의 경우는 암반

중의 절리면부터 풍화작용이 진행되며 독립 암괴상을 거쳐 사질토, 실트, 점토

까지 연속적인 풍화대의 관찰이 가능하다.

해남군 화산면 부길리의 노두는 그 높이가 약 6m, 경사는 약 45。 정도로서 현

재 포크레인 작업중인 신선한 노두로서 황토층의 두께는 매우 얇고, 연암에서

마사토에 이르는 C층준의 두께는 매우 두꺼웠다.

가 : 고창군 성송면 나 : 해남군 화산면

그림7. 편마암류의 풍화층 단면

다. 화강암의 풍화층 단면

그림8은 장성군 황룡면의 토사채취 현장으로서 마을 뒤 야산을 깍아낸 노두

면으로서 그 높이는 2～3 m 정도이다. 본 지역에서 기반암으로 널리 분포하는

화강암의 연암이 가장 하단에 분포(C층준)하고 있었으며 풍화되지 않는 기반암

은 주변에서 쉽게 확인 할 수 있었다. 이 연암대의 상단에는 마사토층, 그리고

다소 점성이 있는 점토대(B층준: 1m 20cm 정도)가 분포하였다. 그리고 B층준

상단에는 관목들이 자라고 있는 표토(A층준: 60cm정도)가 존재하였다. 화강암

의 풍화단면은 앞서 기술한 편마암의 풍화단면과 유사한 형태를 보인다. 화강

암은 풍화단면은 앞서 기술한 편마암의 풍화단면과 유사한 형태를 보인다. 화

강암은 편마암과 마찬가지로 암반중의 절리면이나 균열을 따라 풍화가 진행되

어 독립암괴상의 과정을 거쳐 사질토, 실트, 점토까지 일련의 연속적인 풍화대

가 관찰된다.

그림8. 화강암의 풍화층 단면(장성군 황룡면)

라. 편암의 풍화단면

그림9는 전라북도 군산시 임피면의 술산리의 마을 부지정리 현장으로서 5만

평의 야산을 허물어 토사를 채취하고 택지조성을 진행하고 있는 중이었다. 노

두의 높이는 약 6～8 m 정도였는데, 하단부에는 기반암에 해당하는 편암이 수

화되어 사질토로 진행되어가고 있었으며(C층: 2-3m), 상층부으로 진행함에 따

라 점성이 커지며 매우 세립화된 점토질 토양으로 변하였다(B층 : 4～5m). 이

지역에서 관찰된 편암의 풍화토는 입자는 세립질로서 안산암의 풍화토처럼 암

괴상이나 자갈 모양으로 존재하지 않았으며 사질토를 거쳐 점토에 이르는 변화

가 관찰된다.

그림9. 편암의 풍화층의 단면(군산시 임피면)

2. 기반암의 풍화에 따른 황토의 풍화도

암석의 풍화는 암석에서 흙으로의 일방적인 물리․화학적 변화이다. 따라서 풍

화정도의 판정은 물리적, 역학적, 광물적, 화학적인 것 등 다양한 방법이 가능하

다. 그러나 각각이 판정법은 이용목적에 따라 그 방법이 달라질 수 있다.

특히 화학조성의 변화에 따라 풍화도를 측정하는 방법으로 지질학, 광물학, 토

양학에서 가장 널리 쓰이는 방법으로서 비교적 용탈하기 어려운 Al2O3를 기준으

로 하여 성분변화가 큰 K2O+Na2O에 대한 비로 표현하는 방법이다. (박춘식,

1996). 본 연구에서는 이 방법을 이용하여 풍화도를 조사하였다.

풍화도 =K 2O+ Na 2O

Al 2 O 3

표2. 기반암별 풍화층준에 따른 풍화도

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

SampleHA

-R

HA

1-a

HA

1-b

HA

1-c

HA

4-a

HA

4-a'

HA

4-a'''

HA-A'

(PL)

KHA

1-a

KHA

1-b

Al2O3 20.06 23.60 25.12 27.64 16.72 17.76 16.61 24.52 22.98 22.32

Na2O 0.14 0.00 0.00 0.02 0.18 0.16 0.19 0.07 0.02 0.03

K2O 3.72 1.85 1.31 0.46 5.20 4.50 5.14 2.45 1.61 0.53

풍화도 0.1924 0.0784 0.0521 0.0174 0.3218 0.2634 0.3209 0.1028 0.0701 0.0251

층준 기반암 BL BM BU BU BU BU BU CM CU

깊이(m) 11～12 7～8 4～5 0.6～0.8 0.6～1.1 0.6～1.1 0.6～1.0 6 12～13 9～8

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

SampleKHA

1-c

KHA

1-d

KHA

1(PL)

KHA

2(RR)

KHA

2-a

KHA

2-b

KHA

2-c'

KHA

3-b

KHA

1-c'

KHA

1-c'

Al2O3 22.22 24.58 28.81 19.15 18.74 18.74 19.81 18.90 21.34 21.29

Na2O 0.01 0.01 0.00 0.11 0.38 0.12 0.01 0.02 0.01 0.02

K2O 1.77 0.52 0.72 2.56 3.14 3.14 2.25 2.37 0.24 0.25

풍화도 0.0801 0.0216 0.0250 0.1394 0.1878 0.1730 0.1141 0.1265 0.0117 0.0127

층준 BM BU BU CL CM CU BU BM BU BU

깊이

(m)5～6 2～3 2～3 5～6 4～3 3～2 1.2 0.6～1.0 2～3 1.5～2.5

암산암질암

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

SampleHN

-R

HN

1-a'

HN

1-b'

HN

1-c'

HN

3-a

HN

3-b

HN

3-b'

KON1

(PL)

KUN

1-b

BUN

1-c

YUN

1-b

GON

2

(PL)

Al2O3 18.20 21.25 23.30 24.04 16.16 15.95 18.20 280.6 15.90 16.84 20.70 29.26

Na2O 0.19 0.01 0.01 0.01 0.17 0.031 0.04 0.01 0.12 0.07 0.03 0.00

K2O 2.44 2.04 1.27 1.59 3.21 3.37 2.52 3.08 3.64 3.96 1.46 1.22

풍화도 0.1440 0.0753 0.0549 0.0853 0.2092 0.2307 0.1407 0.1101 0.2340 0.2233 0.0720 0.0417

층준 기반암 CL BL BU CL BU BU BU CM BM BU BU

깊이

(m)

11～1

29～10 4～5

0.6～

0.83～4

1.8～

1.2

1.0～

0.8

1.5～

2.05～6 1～1.5

0.8～

1.01.2

편마암류

No 1 2 3 4 1 2 3 4 5

SampleJaG

(R)

JaG

l-a

JaG

l-b

JaG

l-cGos-1

In.Ms

(R)

In.Ms

01

In.Ms

1-a

In.Ms

1-b

Al2O3 15.93 15.07 17.63 18.12 11.09 2.79 15.04 23.25 180.8

Na2O 1.27 0.00 0.06 0.05 0.02 0.00 0.02 0.09 0.02

K2O 2.26 1.80 1.66 1.50 1.50 0.81 2.89 2.41 1.69

풍화도 0.2215 0.1194 0.0975 0.0855 0.1371 0.2903 0.1935 0.1076 0.0946

층준 기반암 BL BM BU BM 기반암 CM BL BU

깊이

(m)3～4 2.0～1.6 1.2～1.0 0.6～0.8 3 8～9 6.0～5.5 5.0～4.5 1.2～0.9

화강암질암 편암류

◆ A,B,C -층준 ◆ L: 하부, M; 중간, U: 상부

◆ HA- 해남안산암, KHA- 고흥안산암, KUA- 광양안산암, HN- 해남편마암

KON- 고창편마암, BUN- 부안편마암, YUN- 유천편마암, GON- 곡성편마암,

JAG-장성화강암, INMS-임피면 편마암

그림10. 기반암의 풍화에 따른 풍화도 그래프

각 기반암별로 층준에 따른 풍화도 계산 결과를 그림10에 나타내었다. 풍화도

의 값은 기반암의 Al2O3, Na2O, K2O의 함량에 따라 초기 값의 크기가 결정되어

지나 공통적인 성향은 풍화가 진행됨에 따라 그 값이 감소한다는 것이다. 기반

암에 가까울수록 큰 풍화도 값이 나타나며, 풍화가 진행됨에 딸라 그 값은 감소

하여 0에 가까워지게 된다. 본 시료에 대한 암산암 풍화도 범위는 0.3209～

0.0117이며, 편마암은 0.2307～0.0417, 화강암은 0.2215～0.0855, 편암은 0.2903～

0.0946의 값의 범위를 갖는다.

●연구결과

1. 풍화대를 A, B, C층준으로 구분하여 기반암에 따라 그 풍화단면을 비교한 결

과, 안산암과 편암은 세립질로서 암편이 암괴상으로 존재하기 어려워 자갈이나

파쇄된 암반층이 없다는 것이 특징적이며, 기반암에서 사질토를 거쳐 점토에 이

르는 변화를 보인다. 풍화 층준 중 B층준의 두께가 매우 두껍다. 그리고 편마암

및 화강암은 암반 중의 절리면이 풍화하여 독립암괴상의 과정을 거치며, 사질토

(통상 마사토라고 말하는 토양층), 실트, 점토까지 연속적인 풍화대가 존재한다.

2. 기반암의 풍화에 따른 풍화도는 Al2O3를 기준으로 K2O+Ha2O에 대한 비로 표

현하는 방법을 사용하였는데, 풍화도 값은 초기 기반암의 Al2O3, K2O, Na2O의

값에의해 결정되어지며, 안산암 풍화도 범위는 0.3209～0.0117이며, 편마암은

0.2307～0.0417, 화강암은 0.2215～0.0855, 편암은 0.2903～0.0946의 값의 범위를

갖는다. 이중 해남 안산암과 고흥 안산암이 풍화도 값이 매우 낮게 나타나는데

이는 지질조사시 풍화가 충분하게 진행되었음을 확인 할 수 있었던 것과 일치한

다.

● 연구 과제 3 ▶ 기반암의 풍화에 따른 입도의 변화

● 연구 방법 ▶ 기반암의 풍화에 따른 입도의 변화를 알아보기 위해 기

반암의 종류별로 대표 시료를 선정하여 wet siving 과

pipetting method에 의해 입도 분석을 실시하였다. 입도의

분포를 각 scale 별로 구한 후 sand fraction, silt fraction,

clay fraction 의 영역별로 그 분포를 비교하였다.

● 연구 내용

1. 시료의 준비 및 분석 방법

본 연구 지역의 시료에 대하여 풍화가 진행됨에 딸라 입도의 분포를 연구하고

자 기반암의 종류별로 대표 시료를 선정하여 wet siving 과 pipetting method에

의해 입도 분석을 실시하였다. 입도 분석 방법은 실온 건조된 시료를 사분법으로

1g씩 취한 후 36%의 염산을 사용하여 탄산염제거와 6% 괴산화수소수로 유기물

을 제거하고 230 mesh(62㎛)체로 물을 체질 하였으며, 체 밑으로 걸러 나온 시료

에 칼곤(sedium hexametaphosphate, (CNa(PO3)6) 확산제를 이용하여 확산을 충

분히 시킨 후 분석을 실시하였다. 이렇게 준비된 시료는 증류수를 더해 1000ml

실린더를 정확히 채웠으며, 실린더 내의 시료를 rubber stpper로 2-3분간 충분히

저어준 후 stoke's law에 따라 50ml씩 pipetting 하여 입도별 분석율를 구하였다.

입도분석의 결과는 각 scale에 대한 비율과 clay fraction, silt fraction, sand

fraction으로 3대분하여 나타내었다.

그리고 SEM 분석에 사용할 시료는 200mesh 이하로 분쇄시켜 지름 25mm정도의

알루미늄 원반에 carbon tape을 이용하여 접착시킨 후 백금 corting 시켜 기기의

진공실내에서 촬영을 실시하였다.

SEM분석에 사용된 기기는 HitachS-4700(Japan) Scanning Electron Microscope

이며, 분석조건은 가속전압 5.0Kv～20.0Kv, 12.8mm x3.00 K beamdiameter 810㎛

이다.

2. 기반암에 따른 입도의 변화 조사

표3. 기반암에 따른 풍화도의 입도 분석치

No 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6

기반암 안산암 편마암

sample

scaleHA

1-a

HA

1-b

HA

1-c

KHA

1-a

KHA

1-b

KHA

1-c

KHA

1-d

KHA

1(pl)

HN

1-a

HN

1-b

HN

1-c

KON

1-a

KON

1-b

KON

1-c

-2 < 2mm 0.03 0.141 1.93 1.19 6.52 4.75 8.16 6.28 17.93 28.51 0.00 19.68 13.77 9.61

-1 2mm 1mm 1.76 2.13 3.44 2.41 1.75 6.18 5.25 4.92 21.09 21.33 0.87 14.49 14.38 10.49

0 1mm500㎛ 4.22 4.15 5.26 7.07 3.94 11.01 6.13 2.93 20.23 16.94 14.12 1.23 10.48 7.03

1 500㎛ 250 3.40 3.91 3.21 11.36 9.19 11.87 5.08 1.97 12.08 8.70 23.75 10.27 8.79 8.95

2 250 125 0.08 0.32 0.24 0.30 0.15 0.31 0.13 0.00 0.00 0.00 0.21 0.02 0.01 0.00

3 125 62.5 0.24 0.57 0.47 0.42 0.25 0.51 0.20 0.07 0.00 0.04 0.30 0.05 0.06 0.00

4 62.5 31.25 3.25 4.54 4.34 2.22 1.91 2.80 0.92 0.34 0.96 0.95 2.45 0.45 0.71 0.37

5 31.25 15.63 12.93 14.69 13.33 8.47 6.18 6.83 4.02 1.03 3.51 1.98 6.53 1.36 1.77 3.36

6 15.63 7.81 17.49 17.04 15.70 14.65 9.40 8.25 6.00 3.77 2.70 1.51 7.25 1.46 1.23 5.66

7 7.81 3.91 15.13 15.01 11.60 14.53 10.05 7.95 6.13 3.22 2.09 0.95 5.22 10.6 0.86 5.02

8 3.91 1.95 12.36 10.79 9.55 1.81 16.14 7.74 6.13 3.35 1.56 0.98 3.49 3.52 4.88 4.46

9 1.95 0.98 7.97 7.47 6.94 5.04 8.30 7.24 6.46 3.49 1.16 0.50 1.34 12.20 11.37 3.87

10 0.98 0.48 5.77 5.27 6.23 1.56 4.88 4.84 7.12 5.68 0.90 1.01 1.31 3.17 3.12 4.42

11 0.49 0.24 3.09 3.08 3.63 1.14 0.10 3.01 8.83 12.46 1.28 2.40 0.81 0.18 2.21 5.57

12 0.24 12.27 10.89 14.14 18.83 21.24 16.71 29.45 50.48 14.51 14.20 32.36 21.84 26.36 31.19

Sand 62.5 9.73 11.21 14.54 22.75 21.80 34.63 24.96 16.17 71.33 75.52 39.25 54.74 47.50 36.08

Silt 62.5 3.91 48.80 51.28 44.97 39.87 27.55 25.83 17.06 8.35 9.26 5.39 21.44 4.34 4.56 14.41

Clay 3.91 41.47 37.51 40.49 37.38 50.65 39.54 57.98 75.48 19.41 19.09 39.31 40.92 47.94 49.51

층준 BL BM BU CM CU BM BU BU CM BL BU CU BL BU

No 1 2 3 1 2 3

화강암 편암

sample

scale

JAG

1-a

JAG

1-b

JAG

1-c

INM

So1

INMS

1-a

INMS

1-b

-2 < 2mm 5.24 5.51 6.02 2.02 0.09 1.06

-1 2mm 1mm 14.84 12.99 12.32 1.20 0.14 1.96

0 1mm 500㎛ 16.99 13.38 7.02 1.75 0.42 2.07

1 500㎛ 250 12.24 10.04 9.31 4.01 0.70 1.82

2 250 125 0.09 0.04 0.03 0.64 0.12 0.28

3 125 62.5 0.23 0.31 0.25 1.33 0.41 0.49

4 62.5 31.25 1.39 1.93 1.96 7.56 4.00 20.3

5 31.25 15.63 3.01 .26 1.52 16.71 15.92 5.75

6 15.63 7.81 4.48 8.35 9.77 11.07 15.28 7.50

7 7.81 3.91 3.89 7.10 7.56 5.96 9.87 7.43

8 3.91 1.95 2.81 5.75 5.24 3.62 6.52 8.00

9 1.95 0.98 4.26 3.73 4.22 1.76 3.41 7.64

10 0.98 0.48 7.24 3.28 4.02 1.17 1.41 9.05

11 0.49 0.24 4.06 4.18 5.06 0.75 0.24 9.19

12 0.24 19.25 22.17 25.7 40.44 41.48 35.73

Sand 62.5 49.62 42.26 34.95 10.96 1.88 7.67

Silt 62.5 3.91 12.77 18.64 20.81 41.31 45.07 22.72e

Clay 3.91 37.61 39.10 14.24 47.73 53.06 69.60

층준 BL BM BU CU BL BU

가. 안산암

해남지역의 BU층준의 풍화도 HA1～c의 입도 분석치는 sand fraction 이

14.54%, silt fraction 이 44.97%, clay fraction 이 40.49%의 함량치을 보이며,

고흥지역 BU층준의 KHA1～d 시료의 경우 sand fraction 이 24.96%, silt

fraction 이 17.06%, clay fraction 이 57.98%로서 해남지역의 풍화토가 silt

fraction의 비율이 높게 나타나며, 고흥지역의 풍화토는 clay fraction의 비율이

가장 높다. 그리고 sand fraction은 고흥지역의 시료에 많이 포함되어 있다. 그

림11에 의하면 silt 와 clay 는 그 함량이 서로(-) 상관관계를 보인다.

해남안산암의 입도 분석 고흥안산암의 입도 분석

그림11. 안산암의 입도 분석 그래프

나. 편마암

BU층준의 HN3-c는 해남군 화산면 부길리의 화강편마암류로서 sand fraction

이 39.25%, silt fraction이 21.44%, clay fraction이 39.31%의 함량을 보이며, 고

창군 성송면 연동리 지역의 반상변정질편마암류인 KON의 시료는 역시 BU층준

으로서 sand fraction이 36.08%, silt fraction이 14.4%, clay fraction이 49.51%의

함량분포를 보인다. 해남의 편마암류는 흔히 마사토라고 불리우는 풍화토로서

sand fraction의 비율이 높으나 풍화가 진행되면서 급격히 감소하고 clay의 비

또한 급격하게 증가를 보인다. 고창지역의 풍화토는 clay 와 silt가 점진적으로

증가하고 sand는 점지적으로 감소를 보인다. 두 지역 모두 silt fraction의 평균

함량이 10% 미만으로 매우 낮게 나타나는 것이 공통적이다.

해남편마암 입도 분석 고창 편마암 입도 분석

그림12. 편마암의 입도분석 그래프

다. 화강암

JaG1-b는 장성군 황룡면 내황마을의 국도면의 공장건설 노두에서 채취죈 시

료로서 노두의 높이는 2～3m였으며 A층준은 제거되고 B층에 해당하는 충준만

이 노출되어 있었다. 본 시료는 B층준에서 1.5 m 정도의 고도차를 갖고 채취

된 시료이다. BU층준에서 sand fraction은 34.95%, silt fraction이 20.81%, clay

fraction이 44.24%로서 풍화가 진행됨에 딸라 sand fractiondn 함량이 점진적으

로 감소하고, silt fraction 과 clay fraction의 함량은 점진적인 증가를 보이는

정(+)의 상관관계를 보여준다

장성 화강암의 입도분석

그림 13. 화강암의 입도분석 그래프

라. 편암

InMs는 전라북도 군산시 임피면 술산리에서 채취한 기반암 시료로서 InMs01

은 CU층준의 연암이며, InMs1-a는 BL층준의 풍화도, InMs1-b는 BU층준의 적

황색 점토이다. InMs2-b는 sand fraction01 7.67%, silt fraction이 22.72%, clay

fraction이 69.60%로서 그 입자가 매우 적고 clay fraction의 함량은 매우 높다.

본 암의 시료는 풍화가 진행됨에 따라 silt fraction이 급격히 증가하는 상관관계

를 보여준다. 그리고 BU층준의 sand fraction은 BM층준 보다 증가하는 양상

을 보이는데 이는 표토의 상부에서 sand의 공급이 다소 이루어졌기 때문으로

사료된다.

군산 편암의 입도 분석

그림 14. 편암의 입도분석 그래프

● 연구 결과

1. BU 층준에서 해남 안산암의 풍화토 시료는 sand fraction이 14.54%, silt

fraction이 44.97%, clay fraction 이 40.49%를, 해남편마암은 sand fraction이

39.25%, silt fraction이 21.44%, clay fraction이 39.31%을 장성화강암은 sand

fraction이 34.95%, silt fraction이 20.81%, clay fraction 이 44.24%를 군산편암은

sand fraction이 7.67%, silt fraction이 22.7%, clay fraction이 69.60%의 함량을 갖

는다.

2. 안산암과 편암은 sand fraction의 함량이 35%미만의 값을 보이며, 편마암과 화

강암의 경우는 snad fraction의 함량이 75%미만을 보인다. 반면 clay fraction의 경

우 안산암과 편암은 70%미만을, 편마암과 화강암은 50%미만을 나타낸다. 그리고

풍화가 진행됨에 따라 안산암과 편암은 silt의 감소가, 편마암과 화강암은 sand의

감소가 급격하게 이루어진다.

3. 풍화가 진행됨에 딸라 sand fraction은 감소하여 부(-)의 상관관계를 보이고, silt

fraction은 편마암과 화강암에서는 증가를 보이나 안산암과 편암에서는 감소를 보인

다. clay fraction은 모두 풍화가 진행됨에 따라 증가를 보이는 정(+)의 상관관계를

보인다.

● 연구 과제 4 ▶ 기반암의 풍화에 따른 광물 조성의 변화

● 연구 방법 ▶ 기반암의 풍화에 따른 광물의 조성의 변화를 알아보기

위해서 기반암의 표폼을 채취하고, 박편을 제작하여 편광현

미경관찰을 실시하였다. 그리고 박편을 제작하여 편광현미

경관찰을 실시하였다. 그리고 박편제작이 불가능한 풍화도

는 X-선 회절분석 및 SEM(Scanning Electron Microscope)

을 통해 광물의 종류 및 그 함량을 비교하였다.

● 연구 내용

1. 시료의 준비 및 분석 방법

각종 풍화 토양과 기반암에 대하여 구성광물, 광물학적 조성을 연구하고자, 신

선한 것만 선별하여 표폼을 채취하였다. 채취된 기반암의 시료는 비교적 입자의

크기가 평균적인 부분을 선정하여 절단기로 절단한 후 1200mesh까지 4단계 연마

을 실시하여 0.03mm 두께 정도의 16편의 박편을 제작하였다.

풍화단계별로 채취된 136개의 풍화토 시료는 X-선 회절분석을 실시하기 위해

200 mesh이하의 분말로 분쇄하여 준비하였다. X-선 회절분석을 위하여 200

mesh이하로 분쇄시킨 분말은 높이 5 mm, 지름 25mm 정도의 알루미늄 원기둥에

carbon tape을 이용하여 미량 접착시킨 후 백금 corting시켜 진공실내에서 기기분

석을 실시하였다. X-선 회절분석에 사용된 기기는 R: GAKM M/MAX-3A

FD2955N으로, 분석시 기기의 조건은 가속전압 35.0 Kv, 15mA이었으며 측정각의

범위는 5。～60。, 측정속도는 2。/min으로 하였다.

2. 기반암의 풍화에 따른 광물 조성의 변화

가. 안산암

현미경 관찰을 통해 확인된 기반암의 주조성 광물은 석영, 사장석, 각섬석 등

이며 그림15는 안산암 풍화토의 X-선 회절분석도이다. CM층의 해당하는 시료

KHA1-a는 석영 peak 가 우세하게 나타나며 사장석, halloysite, nontronite 의

peak도 나타난다. 그외에 illite, kaolinite 등의 peak도 미세하게 나타난다. 풍화

가 더욱 진행된 KHA1-d는 halloysite, illite, kaolinite 등의 점토광물의 peak가

강세를 보인다. 그리고 nontronite 의 peak는 악화되었다. KHA1(PL)의 경우

는 풍화토 내의 절리나 균열이 생긴 곳에 집적된 점성이 매우 큰 적색황토로서

KHA1-a 및 KHA-a 및 KHA1-b에 비하여 석영의 peak가 현저히 줄고, 2차 광

물인 montmorillonite, vermiculite, halloysite, nontronite 점토 광물들의 peak가

전반적으로 균등하게 나타난다. 그러므로 고흥의 안산암인 적황색 토양은 석영,

montmorillonite, vermiculite, halloysite, nontronite의 광물조성을 보인다.

점토 광물 중 halloysite는 철분의 많고 적음에 따라 백색 또는 담갈색과 적갈

색 또는 흑갈색으로 나타나는데 대개 hallysite는 illite와 수반되어 잘 나타난다.

본 풍화토의 경우도 혼합 산출의 양상을 보인다. Kual-c의 시료는 illite,

halloysite의 peak가 우세하게 나타난다. 풍화가 진행됨에 따라 2차 광물이 점토

광물의 양이 증가하게 되는데 점토광물의 함량을 개략적으로라도 조사하고자

X-선 회적분석도를 이용하여 반정량 분석을 실시하여 본 결과 KHA1-d 시료의

점토광물은 nontronite 6.00～7.82%, illite 12～14,04%, halloysite 10～12.84%,

kaolinite 10.5～12.64% 정도의 함량을 갖는다.

그림 15. 안산암의 편광현미경 사진

그림16. 안산암의 X-ray 회절분석도

Non: Nontronite, Ill: Illite, Ha: Halloysite, Ka: Kaolinite Q:Quartz

나. 편마암

연구 지역의 편마암류는 선캄브리아기의 편마암류로서 편마구조를 보이기도

하며 주조성광물은 석영, 장석,사장석, 미사장석, 흑운모,백운모이고, 부조성광물

은 불투명광물, 저어콘 등의 광물이 주로 관찰되며 견운모, 녹렴석 및 녹니석과

같은 변질광물이 자주 관찰된다.

그림16은 해남지역에 분포하는 편마암류의 풍화토 X-선 회질분석도이다. 기

반암에 가까운 풍화토 HN3-a는 석영의 peak가 대단히 우세하게 나타나며 약하

게 사장석 그리고 점토광물인 illite, halloysite, kaolinite, montmorillinite,

nontronite의 peak가 나타난다. 풍화가 진행됨에 따라 HN3-b'는 석영의 Peak가

다소 약해졌을 뿐 peak의 경향이 유사하다. 반정량분석에 의하면 점토광물인

halloysite는 0.5%～2.0%, illite는 11～14%, montmorillonite는 0.2%～1.5%,

kaolinite는 3.5%～5.5%의 함량을 갖는다.

고창군 성송면 연동리 편마암류 풍화토의 균열에 집적된 점토인GON2(PL)에

는 석영의peak가 해남지역의 편마암보다 약하며 점토광물인 illite,

montmorillonite,nontronite, muscovite, birnessite 등의 peak는 우세하게 나타난

다. 반정량분석에 의한 점토광물의 함량은 muscovite가 25.0%～28.55, illite는

12.5%～14.5%, montmorillonite는 0.5%～2.5%, nontronite는 9.5%～11.5%,

birnessite는 12.5%～15.5%의 함량의 범위를 갖는다.

그림17. 편마암의 편광현미경 사진

그림18. 편마암의 X-선 회절분석도

Mon: Montmorillite, Ha: Halloysite, Ill: Illite, Ka: Kaolinite Bir: birnessite

Non: Nontronite MU: Musconvite, Q: Quartz

다. 화강암

현미경 관찰에 의한 기반암의 주조성광물은 석영, 카리장석, 사장석, 흑운모가

관찰되었다. 그림18은 장성군 황룡면의 화강암의 풍화토 X-선 회절분석 결과

이다. JaG1-a및JaG1-b는 peak의 양상이 유사하며 포함광물로는 석영,

montmorillonite, vermiculite, illite 등이 나타난다. 반정량 분석에 의하면

montmorillonite는 16.5%～18.5%, vermiculite는 9.5%～11.5%, illite는 8.0%～

10.5%의 함량범위를 갖는다.

그림19. 화강암의 편광현미경 사진

그림20. 화강암의 X-선 회절분석도

Mon: Montmorillite, Ver: vermiculite, Ill: Illite Ka: Kaolinite Q: Quartz

라. 편암류

Inms1의 시료는 군산시 임피면 술산리의 운모 편암으로서 암회색 내지 암갈

색을 띤다. 일부의 지역에서 화강암의 관입에 의해 편암이 규화작용을 받아 모

암의강도가 증가되는 지역이 있으며, 편리가 매우 잘 발달되어 있어 현미경하에

서도 광물들의 방향성을 뚜렷하게 확인할 수 있다. 현미경 관찰시 석영, 흑운

모, 사장석, 각섬석, 불투명 광물들을 확인할 수 있었다. Inms01은 모암이 풍화

되어 암갈색을 띠는 풍화토로서 편암의 조직이나 구조를 그대로 지녔으니 힘을

가하면 고운 토양으로 부스러진다. X-ray 회절분석결과 석영과 illite의 peak가

우세하고, Inms1-a는 illite, kaolite와 같은 점토 광물의 peak가 우세하여지고,

석영의 peak는 크게 낮아졌다. InMs1-b는 점토광물의 함량이 더욱 증가하였으

며 석영의 peak도 증가하였다. 점토광물로는 montmoilonite, halloysite, illite,

kaolite 등의 나타나는데, 반정량분석에 의한 점토광물의 함량은 illit가 2.5%～

3.5%, kaolite는 2.5%～4.0%, montmoilonite는 1.5%～3.0%, halloysitems 2.5%～

3.5%의 함량의 범위를 갖는다.

그림21. 편암의 편광현미경 사진

그림22. 편암의 X-선 회절분석도

Mon: Montmorillite, Ill: Illite, ka: Kaolinite Q: Quartz

● 연구 결과

1. 안산암은 반정으로 석영, 사장석, 각섬석 그리고 석기로 구성되며 풍화토에는

석영, montmorillonite, bermiculite, halloysite, nontronite 등의 점토광물이 확인되

었다. 점토광물의 함량은 nontronite 6.00～7.82%, illite 12.00～14.04%,halloysite

10.00～12.84%, kaolinite 10.50～12.64%의 범위를 갖는다.

2. 신선한 편마암의 주조성광물은 석영, 사장석, 미사장석, 흑운모, 백운모, 불투명

광물, 견운모, 녹렴석 및 녹니석이 관찰되며, 풍화토에서 석영, 사장석 그리고 점

토광물인 illite, halloysite, kaolinite, montmorillonite, nontronite 등이 관찰된다.

점토광물의 함량은 halloysite 가 0.5～2.0%, illite는 11～14%, montmoilonite 는

0.2～1.5%, kaolinite 는 3.5～5.5%의 함량을 갖는다.

3. 화강암은 석영, 카리장석, 사장석, 흑운모 등의 광물로 구성되며, 풍화토에서는

석영, montmorillonite, vermiculite 등의 관찰되었다. 점토광물의 함량은

montmorillonite가 16.5～18.5%, vermiculite는 9.5%～11.5%, Illite는 8.0～10.5%의

함량범위를 갖는다.

4. 신선한 편암류에서는 석영 흑운모, 사장석, 각섬석, 불투명광물들이 관찰되며,

풍화토에는 illite, kaolinite, montmorillonite, halloysite 등이 확인된다. 본 암에서

는 점토광물으 함량은 illite가 2.5～3.5%, kaolinite는 2.5～4.0%, montmorillonite는

1.5～3.0%, halloysite는 2.5～3.5%의 함량 범위를 갖는다.

5. 안산암, 편마암, 화강암, 편암 중 풍화가 진행되는 동안 점토광물의 함량이 가

장 풍부한 풍화토는 안산암이며, 화강암으로부터 기원한 황토는 풍화가 진행될수

록 montmorillonite, kaolinite 처럼 함수 기능이 우수한 점토광물이 증가한다.

● 연구 과제5 ▶ 기반암의 풍화에 따른 화학성분의 변화

● 연구 방법 ▶ 기반암의 풍화에 따른 화학성분의 변화를 알아보기 위해

먼저 암석 및 풍화토의 시료에 대하여 주성분 원소, 미량

원소, 희토류 원소에 대해 성분분석을 실시하였다.

● 연구 내용

1. 시료의 준비 및 분석

화학분석은 먼저 황토의 시료에 대해 200 mesh 이하로 분쇄하여 주성분 원소

와 미량원소 및 희토류 원소에 대하여 분석하였다. 분석시료는 영국 런던대학교

지질학과 분석실에서 ICP(Inductively Coupled Plasma)방법으로 실시되었다.

2. 기반암에 따른 화학성분의 변화

가. 안산암

안산암질 풍화토의 화학분석결과는 표4와 같다. 해남지역 안산암의 SiO2 함

량은 48.77～63.06wt.%이며, AL2O3는 20.06～27.64wt.%이다. 또한 Fe2O3는 4.4

9～11.33wt.%, NA2O의 함량은 0.00～0.14wt.%, k2O의 함량은 0.46～3.72wt.%,

H2O+는 2.77～6.14wt.%의 함량을 갖는다. CaO 0.01～0.04wt.%, MgO의 함량

은 0.36～0.45wt.%, TiO2는 0.62～1.47wt.%, P2O5는 0.06～0.14wt.%, MnO는

0.04～0.12wt.%이다.

고흥지역에 분포하는 안산암은 SiO2 함량이 41.57～61.56 wt.%이며, AL2O3는

18.74～28.81wt.%이다. Fe2O3는 7.53～14.47wt.%, NA2O의 함량은 0.00～0.38

wt.%, k2O의 함량은 0.52～3.14wt.%, H2O+는 2.94～11.77wt.%의 함량을 갖는다.

CaO 0.01～0.36wt.%, MgO의 함량은 1.02～3.36wt.%, TiO2는 0.67～1.70wt.%,

P2O5는 0.08～0.25wt.%, MnO는 0.13～0.21wt.%의 함량을 갖는다. 두 지역의

안산암류의 화학분석 평균치는 거의 유사한 값을 갖는다. 또한 주성분원소의

화학 분석치는 Nockolds(1954)가 제시한 안산암의 평균 분석치와 비교하면 비

숫한 함량 분포를 보인다. 풍화가 진행됨에 따라 주성분 원소 중 가장 많은 양

을 차지하는 Sio2는 점차 감소하는 경향을 보인다. 이와 같이 다른 성분 원소들

도 풍화의 진행에 따라 어떤 경향성을 찾을 수 있을까 하여 화학분석자료를 이

용하여 Sio2 대한 상관관계를 그림22와 같이 조사하여 보았다.

그 결과 풍화가 진행함에 따라 함량이 증가를 보이는 정(+)의 상관관계와 함

량이 감소하는 부(-)의 상관관계, 그리고 그 값이 변화를 보이지 않는 일정한

성분원소를 분류가 가능하였다. 정(+)의 상관관계를 보이는 주성분 원소는

AL2O3, Fe2O3, TiO2, P2O5 가 있으며, (-)상관관계를 보이는 원소들에는 NA2O,

k2O 등이었다. H2O+의 경우도 풍화가 진행함에 따라 그 양이 증가한다.

표4. 안산암 풍화토의 화학분석치

NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

sampleHA-

R

HA

1-a

HA

1-b

HA

1-c

KHA

1-a

KHA

1-b

KHA

1-c

KHA

1-d

KHA

1(PL)

KHA

2(RR)

KHA

2-a

KHA

2-b

KHA

2-c'

Sio2 63.06 55.43 54.50 48.77 49.21 48.41 49.22 45.62 41.57 60.51 60.05 61.56 59.09

AL2O3 20.06 23.60 25.12 27.64 22.98 22.32 22.22 24.58 28.81 19.15 18.74 17.74 19.81

Fe2O3 4.49 8.36 9.26 11.33 14.24 13.98 14.47 14.28 13.33 7.53 7.67 7.73 8.16

MgO 0.44 0.36 0.42 0.45 2.59 3.36 10.2 1.82 1.23 1.26 1.72 1.31 0.86

CaO 0.04 0.01 0.01 0.03 0.25 0.31 0.16 0.32 0.36 0.04 0.17 0.08 0.00

Na2O 0.14 0.00 0.00 0.02 0.02 0.03 0.01 0.01 0.00 0.11 0.39 0.12 0.01

K2O 3.72 1.85 1.31 0.46 1.61 0.53 1.77 0.52 0.72 2.56 3.14 3.14 2.25

TiO2 0.62 1.26 1.28 1.47 1.70 1.61 1.63 1.52 0.86 0.67 0.69 0.68 0.70

P2O5 0.06 0.12 0.12 0.14 0.19 0.25 0.21 0.18 0.18 0.09 0.08 0.08 0.08

MnO 0.04 0.12 0.12 0.07 0.18 0.20 0.20 0.21 0.17 0.16 0.13 0.15 0.15

H2O+ 2.77 3.04 4.58 6.14 2.94 4.91 5.09 5.63 11.77 7.21 5.88 4.24 6.79

Total 95.44 94.15 96.72 96.52 95.91 95.91 96 94.69 99 99.29 98.65 97.83 97.09

층준 기반암 BL BM BU CM CU BM BU BU CL CM CU BU

Ba 339 468 333 505 486 772 568 473 373 1308 1225 1076 780

Rb 118 89 75 40 58 18 61 36 63 117 192 175 127

Co 27 29 41 39 34 37 36 43 26 18 18 21 21

Cr 4 14 38 50 51 53 45 86 106 26 27 25 22

Cu 35 14 19 21 48 44 41 42 35 44 45 42 40

Li 20 34 27 30 40 46 30 64 80 41 32 55 65

Ni 7 11 17 29 12 15 14 24 34 14 12 15 13

Sc 6 21 33 28 38 37 37 35 59 24 24 23 25

Sr 110 29 17 17 72 110 290 41 56 50 77 59 32

V 33 1254 123 178 261 254 24 296 334 143 138 142 134

Y 14 30 30 35 25 37 103 36 57 28 40 30 24

Zn 86 63 65 72 118 127 139 118 104 106 102 138 92

Zr* 30 287 260 225 146 156 24 115 95 131 125 119 129

La 49 32 37 47 42 46 24 54 40 18 29 22 13

Ce 92 70 82 91 90 81 70 81 74 39 55 47 39

Nd 39 32 38 52 35 51 33 58 69 20 29 27 12

Sm 5.0 4.5 5.9 8.5 7.6 9.7 5.6 9.4 16.0 4.0 5.7 5.3 3.6

Eu 1.2 1.3 1.4 1.9 2.0 2.5 1.7 2.3 4.1 0.9 1.2 1.1 0.9

Dy 2.5 4.6 5.2 6.1 4.9 8.5 5.4 7.1 13.2 4.3 6.1 4.8 3.8

Yb 1.0 3.1 3.2 3.8 3.2 3.7 3.3 3.8 6.7 3.0 4.0 3.3 2.9

Total 1,018.7 2,490.5 1,250.7 1,479.3 1,573.7 1,908.4 1,555 1,624.6 1,645 2,139.2 2,187 2,030.5 1,579.2

미량원소는 주성분원소와 비슷한 이온 반지름을 갖는 경우에 치환 또는 포획되

어 결정격자 속에 들어 있게 되는데 Goldschmidt에 의하면 마그마에서 결정작용

이 일어나는 동안 원소의 분배를 예측하는 길잡이가 된다. 그림22는 표4의 안산암

풍화도의 미량원소를 통해 SiO2에 대한 미량원소의 함량을 도표로 나타낸 것이다.

표4에서 Co, Cr, Li, Sr의 분포는 지역별로 비교적 비슷한 형태를 보여주는데

SiO2함량에 관계없이 50ppm이하를, 고흥지역은 50～100ppm의 함량 분포를 보인

다. 하지만 광양지역의 경우는 Co, Cr, Li, Sr의 함량이 다른 지역에 비해 월등하

게 높은 수치를 나타내는데, 이들 원소들이 마그마부터 분화 초기에 형성될 경우

농집하는 경향이 있다고 알려진 바 있다.(Curitis, 1964; Mason and Moor, 2982).

그리고 Cann(1070), Field 등(1974)에 따르면, Zr, Y, Ce, Sc 등의 원소는 비유동

성 원소로서 변질작용이나 변성작용에도 함량의 변화가 별로 없는 원소로 알려져

있고 이러한 비유동성 원소들이 함량은 거의 일정하여 변질, 변성된 화산암을 구

분해 내는데 쓰이기도 한다. 안산암 풍화토의 지역에 따라 다소 차이가 보이기는

하나 미세하다.

암석내의 희토류원소의 분포 상태는 암석의 분화과정을 지시하는 중요한 단서

를 제공한다. 풍화토의 기반암의 희토류 원소 분포와 희토류 원소는 마그마의 분

화과정에서 무거운 희토류는 분화초기에, 가벼운 희토류는 분화의 말기에 집중되

는 것으로 알려져 있다. 따라서 표4에서 고흥지역 및 해남지역의 안산암은 가벼

운 희토류가 농집을 보이므로 기반암은 분화의 말기에 형성된 암석임을 알 수 있

다. 미량 원소 및 희토류 원소의 경우도 풍화와의 상관 관계를 조사한 결과 Cr,

Li, Ni, Eu 등이 정(+)의 상관관계를, Ba, Rb 등은 부(-)의 상관관계를 확실하게

보이며, 값의 변화를 보이지 않는 원소들은 Cu, Zr, Y, La, Ce, Nd, Yb 등이 있

다.

Sio2-AL2O3 Sio2-Na2O

Sio2-Fe2O3 Sio2-K2O

Sio2-MgO Sio2-TiO2

그림23. 안산암 풍화토의 Sio2-성분 원소간 변화 그래프

Sio2-CaO Sio2-P2O5

Sio2-MnO Sio2-Cr

Sio2-Ba Sio2-Cu

Sio2-Rb Sio2-Li

그림23. 안산암 풍화토의 Sio2-성분 원소간 변화 그래프

Sio2-Co Sio2-Ni

Sio2-Sc Sio2--Zn

Sio2- Sr Sio2Zr*

Sio2-V Sio2-La

그림23. 안산암 풍화토의 Sio2-성분 원소간 변화 그래프

Sio2-Y Sio2-Ce

Sio2-Nd Sio2-Yb

Sio2-Sm Sio2-Dy

Sio2-Eu

그림23. 안산암 풍화토의 Sio2-성분 원소간 변화 그래프

나. 편마암

편마암류 풍화토의 화학분석결과는 표5와 같다. 해남지역 HN1의 경우 주성

분원소의 함량 범위에서 SiO2 함량은 52.74～66.21wt.%이며, AL2O3는 18.20～

24.04wt.%이다. Fe2O3는 4.06～7.25wt.%, Na2O의 함량은 0.01～0.04wt.%, k2O는

1.27～2.44wt.%, H2O+는 2.01～6.41wt.%의 함량을 보인다. CaO 0.01～

0.04wt.%, MgO의 함량은 0.65～1.72wt.%, TiO2는 0.78～1.32wt.%, P2O5는 0.0

6～0.11wt.%, MnO는 0.03～0.07wt.% 포함되어 있다. SiO2 는 역시 안산암과

같이 풍화가 진행됨에 딸라 그 함량의 감소를 보인다.

편마암의 경우도 풍화의 진행에 대한 각 성분 원소의 상관관계를 그림23과

같이 조사하였다. 그 결과(-)상관관계를 보이는 주성분 원소는 Na2O, k2O 등으

로 풍화가 진행됨에 따라 값이 결여되며, (+)상관관계를 보이는 주성분 원소에

는 AL2O3, Fe2O3, P2O5 등으로 풍화가 진행됨에 딸라 그 값이 부화된다. 미량

원소 및 희토류원소의 경우 풍화가 진행됨에 따라 그 값이 결여되는 부(-)의 상

관관계를 보이는 원소로는 Ba, Rb, Sr 등이 있으며, 풍화의 전행에 대한 정(+)

의 상관관계를 보이는 원소로는 Cr, Li, Sc, V 등이 있다. 그리고 값의 변화가

보이지 않는 원소들은 Cu, Y, Zr, La, Ce, Sm, Nd, Eu, Yb, Dy 등이다.

표5. 편마암 풍화토의 화학분석치

NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

sampleHN-

R

HN

1-a'

HN

1-b'

HN

1-c'

HN

3-a

HN

3-b

HN

3-b'

KON-1

(PL)

KUN

1-b

BUN

1-c

YUN

1-b

GON2

(PL)

Sio2 66.21 62.08 58.00 52.74 63.53 58.55 61.91 47.84 59.59 68.81 61.50 45.34

AL2O3 19.20 21.25 23.30 24.04 16.16 15.95 18.20 28.06 15.90 16.84 20.70 29.26

Fe2O3 4.06 5.24 6.11 7.25 5.04 5.24 7.61 9.48 5.17 3.07 6.16 9.48

MgO 1.60 0.87 0.65 1.72 1.31 1.18 1.10 0.85 0.61 0.35 0.47 0.76

CaO 0.03 0.02 0.01 0.04 0.02 0.03 0.01 0.04 0.01 0.03 0.02 0.02

Na2O 0.19 0.01 0.01 0.01 0.17 0.31 0.04 0.01 0.12 0.07 0.03 0.00

K2O 2.44 2.04 1.27 1.59 3.21 3.37 2.52 3.08 3.64 3.96 1.46 1.22

TiO2 0.78 0.83 0.98 1.32 0.50 0.48 0.71 0.56 0.63 0.54 0.74 0.73

P2O5 0.06 0.07 0.10 0.11 0.07 0.06 0.09 0.11 0.08 0.04 0.06 0.09

MnO 0.07 0.04 0.03 0.07 0.04 0.02 0.02 0.06 0.06 0.03 0.02 0.03

H2O+ 2.01 3.16 3.67 6.41 6.54 6.92 7.18 5.77 7.99 2.81 5.75 5.52

Total 96.65 95.61 94.13 95.3 96.59 92.11 99.39 95.86 93.8 96.55 96.91 92.45

층준 기반암 CL BL BU CL BU BU BU CM BM BU BU

Ba 495 523 317 469 679 936 424 390 713 743 384 329

Rb 132 128 78 95 173 174 165 237 161 176 94 114

Co 29 25 21 30 54 45 29 12 61 55 30 16

Cr 7 8 14 18 97 114 125 51 24 6 30 97

Cu 14 16 13 11 27 28 38 17 15 6 17 30

Li 52 80 39 38 43 43 46 124 28 16 43 119

Ni 22 19 20 29 50 51 54 20 15 6 23 51

Sc 12 15 10 1 5 10 14 16 11 5 12 25

Sr 31 16 8 14 24 48 17 39 64 105 49 22

V 96 104 80 62 63 68 87 136 51 42 80 131

Y 13 17 21 22 12 14 15 19 38 15 21 25

Zn 98 100 53 52 96 84 104 253 61 54 67 101

Zr* 9 12 6 10 7 11 15 62 13 25 52 60

La 38 30 43 47 52 45 44 47 143 87 53 41

Ce 63 51 43 90 99 83 86 69 279 279 142 72

Nd 34 29 36 39 51 38 41 46 143 86 54 34

Sm 4.2 4.8 5.2 6.6 5.8 5.7 6.6 7.2 16.9 7.8 6.2 5.3

Eu 1.3 1.3 1.2 1.3 1.1 1.2 1.1 1.4 1.5 1.4 1.1 1.4

Dy 2.7 2.9 3.9 4.0 3.0 3.0 3.3 3.6 7.4 3.3 3.8 4.4

Yb 1.2 1.5 1.9 1.7 0.6 1.0 1.2 2.0 2.4 1.0 2.0 3.2

Total 1,154.4 1,183.5 814.2 1,040.6 1,542.5 1,802.9 1,316.2 1,552.2 1,848.2 1,719.5 1,164.1 1,281.3

Sio2-AL2O3 Sio2-Na2O

Sio2-Fe2O3 Sio2-K2O

Sio2-MgO Sio2-TiO2

Sio2-CaO Sio2-P2O5

Sio2-MnO Sio2-Cr

그림24. 편마암류 풍화토의 Sio2 - 성분 원소간 변화 그래프

Sio2-Ba Sio2-Cu

Sio2-Rb Sio2-Li

Sio2-Co Sio2-Ni

Sio2-Sc Sio2--Zn

그림24. 편마암류 풍화토의 Sio2 - 성분 원소간 변화 그래프

Sio2- Sr Sio2Zr*

Sio2-V Sio2-La

Sio2-Y Sio2-Ce

Sio2-Nd Sio2-Yb

그림24. 편마암류 풍화토의 Sio2 - 성분 원소간 변화 그래프

Sio2-Sm

Sio2-Eu

Sio2-Dy

그림24. 편마암류 풍화토의 Sio2 - 성분 원소간 변화 그래프

다. 화강암

화강암질 풍화토의 화학분석 결과는 표6과 같다. 주성분 원소의 함량범위에서

SiO2 함량은 66.39～67.01wt.%이며, AL2O3는 15.93～17.63wt.%이다. 또한 FeO3

는 3.10～3.88wt.%, Na2O의 함량은 0.05～1.27wt.%, k2O는 1.50～2.80wt.%,

H2O+는 2.51～5.07wt.%로 주성분원소의 화학 분석치는 화강암의 평균 분석치와

비슷한 함량 분포를 보인다. 그리고 TiO2는 0.56～0.72wt.%, P2O5는 0.05～

0.15wt.%, MnO는 0.03～0.12wt.%로 매우 소량 포함되어 있다. CaO의 함량은

0.01～2.09wt.%, MgO의 함량은 0.43～0.90wt.%로 화강암의 평균 함량치와 비슷

하다. 화강암은 자료의 부족으로 풍화의 진행에 대한 상관관계를 살피는데 어려

움이 있어 분석치만을 제시한다.

표6. 화강암 풍화토의 화학분석치

NO 1 2 3 4Ba 539 777 754 905Rb 94 143 156 131Co 64 41 42 38

sampleJAG

(R)

JAG

1-a

JAG

1-b

JAG

1-cCr 3 17 4 6

Cu 4 67 5 22

Sio2 68.01 65.14 66.39 66.43 Li 36 40 29 29Ni 5 8 5 5

AL2O3 15.93 17.07 17.63 17.12Sc 5 20 5 5

Fe2O3 3.16 3.10 3.83 3.88 Sr 98 88 94 99V 34 46 50 48MgO 0.46 0.90 0.47 0.43Y 19 22 17 16CaO 2.09 0.04 0.01 0.02Zn 73 76 63 62

Na2O 1.27 1.12 0.06 0.05Zr* 24 19 24 35

K2O 2.26 2.80 1.66 1.50 La 50 37 56 57TiO2 0.76 0.72 0.58 0.66 Ce 88 68 40 54

P2O5 0.15 0.09 0.05 0.05 Nd 41 33 54 53Sm 5.5 6.9 5.2 5.0MnO 0.05 0.12 0.03 0.03Eu 0.9 1.0 1.4 1.4

H2O+ 2.51 3.21 3.55 5.07Dy 2.6 3.2 3.4 3.1

Total 96.65 94.31 94.26 95.24 Yb 1.5 2.6 1.2 1.3층준 기반암 BL BM BU Total 1,187.5 1,515.7 1,409.2 1,575.8

라. 편암

편암류 풍화토의 화학문석 결과는 표 7과 같다. 임피면 술산리의 기반암 편암

SiO2 함량은 94.29wt.%로 주성분원소의 대부분을 차지하고 있는 것이 매우 특

징적이다. 이 암석의 각 주성분 원소의 함량범위는 SiO2 함량은 44.61～

94.24wt.%이며, AL2O3는 2.79～23.25wt.%, FeO3는 1.03～13.57wt.%인데 다른

기반암과는 색다른 함량의 경향을 보인다. BM층준에서 SiO2의 함량이 최소치

를 AL2O3 와 FeO3는 최대치를 갖는다. Na2O의 함량은 0.00～0.09wt.%로 그 함

량이 매우 작은 편이다. k2O는 1.50～2.89wt.%를, CaO 0.03～0.23wt.%, MgO의

함량은 0.27～2.50wt.%, TiO2는 0.52～1.86wt.%, P2O5는 0.05～0.21wt.%, MnO는

0.05～0.21wt.% 포함 되어 있다. H2O+의 함량은 1.71～7.17wt.%로 풍화가 진행

됨에 따라 그 함량이 증가한다. InMs의 표폼은 화학분석결과 기반암이 규화작

용을 받았음을 알 수 있었으며, 층준간 SiO2함량이 현격한 차이를 보이므로 풍

화의 과정중 여러요인들이 복합적인 변인으로 작용하였을 것으로 사료된다. 그

리고 SiO2 와 각 화학 성분간 상관관계를 조사한 결과, 다른 기반암과는 다른

경향을 보이므로 차후 더 충분한 자료를 갖추어 확실한 상관관계를 밝힘이 옳

다고 판단되므로 이에 화학 분석치만 제시한다.

표7. 편암 풍화토의 화학분석

NO 40 41 42 43 44Ba 240 274 660 1001 349

Rb 131 28 168 151 123

sample Gos-1In.Ms

-R

In.Ms

01

In.Ms

-a

In.Ms

1-b

Co 53 173 47 47 24

Cr 53 20 84 15 105

Cu 43 10 41 47 33

53o2 71.37 94.29 66.84 44.61 62.10 Li 34 12 62 80 73

Ni 21 7 39 14 53AL193 11.09 2.79 15.04 23.25 18.08

Sc 10 2 16 27 19

Fe2O9 6.84 1.03 6.35 13.57 8.07 Sr 11 11 40 72 19

V 54 22 93 255 121MgO 0.93 0.27 2.21 2.50 1.20Y 19 12 33 36 30CaO 0.01 0.23 0.08 0.16 0.03Zn 82 8 87 133 78

Na2O 0.02 0.00 0.02 0.09 0.02Zr* 29 8 33 23 49

K2O 1.50 0.81 2.89 2.41 1.69La 42 16 48 41 39

TiO2 0.52 0.13 0.76 1.86 0.77 Ce 93 9 89 72 72

P2O5 0.05 0.03 0.07 0.21 0.08 Nd 33 12 44 45 42

Sm 3.0 1.5 5.5 7.6 6.4MnO 0.05 0.03 0.10 0.21 0.05Eu 1.4 0.3 1.3 2.2 1.2

H2O+ 7.29 1.71 4.98 5.95 7.17Dy 3.6 1.8 5.9 6.1 5.1

Total 99.67 101.32 99.34 94.82 99.26 Yb 2.0 0.8 3.1 3.4 3.0

층준 BM 기반암 CM BL BUTota

l958 628.4 1,599.8 2,078.3

1,244

.7

● 연구결과

1. 해남 및 고흥지역의 안산암 풍화토의 화학분석 결과 SiO2의함량은 47.70～

71.42wt.%이며, AL2O3는 15.96～27.64wt.%이다. 또한 FeO3는 2.02～14.47wt.%

Na2O의 함량은 0.00～2.11t.%, H2O+는 2.77～11.77wt.%의 함량을 갖는다. CaO

0.00～0.36wt.%, MgO는 0.36～3.36wt.%, TiO2는 0.62～1.70wt.%, P2O5는 0.06～

0.25wt.%, MnO는 0.04～0.21wt.% 함량을 갖는다.

2.편마암류 풍화토의 화학분석결과는 해남지역 HN1의 경우 주성분 원소의 함량

범위에서 SiO2 함량은 52.74～66.21wt.%이며, AL2O3는 18.20～24.04wt.%이다.

Fe2O3는 4.06～7.25wt.%, Na2O의 함량은 0.01～0.04wt.%, k2O는 1.27～2.44wt.%,

H2O+는 2.01～6.41wt.%, CaO는 0.01～0.04wt.%, MgO는 0.65～1.72wt.%, TiO2는

0.78～1.32wt.%, P2O5는 0.06～0.11wt.%, MnO는 0.03～0.07wt.%의 함량을 갖는

다.

3. 편마암 풍화토의 화학분석 결과는 각 주성분 원소의 함량범위는 함량은 SiO2

66.39～67.01wt.%이며, AL2O3는 15.93～17.63wt. FeO3는 3.10～3.88wt.%, Na2O의

함량은 0.05～1.27wt.%, k2O는 1.50～2.80wt.%, H2O+는 2.51～5.07wt.%, TiO2는

0.56～0.72wt.%, P2O5는 0.05～0.15wt.%, MnO는 0.03～0.12wt.%, CaO는 0.01～

2.09wt.%, MgO는 0.43～0.90wt.%의 함량을 갖는다.

4. 편암 풍토화의 화학분석 결과 각 주성분 원소의 함량범위는 SiO2 함량은

44.61～94.24wt.%이며, AL2O3는 2.79～23.25wt.%, FeO3는 1.03～13.57wt.%, H2O+

의 함량은 1.71～7.17wt.%으로 다른 기반암과 달리 그 함량의 범위가 대단히 크

다. BM층준에서 SiO2 의 함량이 최소치를 AL2O3와FeO3는 최대치를 갖는다.

Na2O의 함량은 0.00～0.09wt.%로 그 함량이 매우 작은 편이다. k2O는 1.50～

2.89wt.%를, CaO 0.03～0.23wt.%, MgO의 함량은 0.27～2.50wt.%, TiO2는 0.52～

1.86wt.%, P2O5는 0.05～0.21wt.%, MnO는 0.05～0.21wt.%이다.

5. 기반암의 화학 조성 중 가장 함량이 많은 SiO2는 풍화의 진행에 딸라 결여

를 보인다. 풍화가 진행됨에 따라 안산암 및 편마암에서 공통적인 경향성을 보인

주성분원소중 FeO3, AL2O3, P2O5는 (+) 상관관계를 보여 상대적으로 부화되고,

Na2O, k2O는 (-)상관관계를 보여 상대적으로 결여되는 경향을 보인다.

미량원소 및 희토류 원소의 경우 Ba, Rb 가 결여를 보이는(-)상관관계에 있으며,

Cr, Li, Sc, V는 부화되는 (+) 상관관계를 보였다. 그리고 Cu, La, Zn, Ce, Y, Zr,

Nd, Sm, Dy, Yb 는 일정한 값을 가진다.

Ⅳ. 결론

연구과제 1 : 황토 형성 지역의 지질 및 지형 특징

본 연구지역의 지질은 선캄브리아기 편마암 복합체, 쥬라기 화강암, 백악기 경

상누층군의 화산암과 퇴적암, 백악기 화강암 그리고 최상부에 제4기 충적층이 분

포한다. 연구지역에 분포하는 황토는 기반암의 풍화에 의해 형성된 풍화잔적토로

서, 그 기반암은 주로 안산암, 편마암, 화강암, 편암, 응회암, 규장암이며, 황토는

구릉이나 낮은 산지면에 주로 분포하는데, 지형학적인 입장에서는 도상구릉이나

잔구에 해당하는 형태이다.

연구과제 2: 기반암에 따른 풍화층의 단면구조와 풍화도

세립질 안산암과 편암의 풍화층은 기반암에서 자갈이나 파쇄된 암반층을 거치

지 않고 사질토를 거쳐 점토에 이르는 변화를 보이고, B층준의 두께가 두꺼운 것

이 특징적이다. 그리고 편마암 및 화강암은 암반 중의 절리면이 풍화하여 1차적

으로 자갈에서 조립질 사암상의 과정을 거치며, 사질토, 실트, 점토까지 연속적인

풍화대가 존재한다. 또한 풍화도는 초기 기반암의 AL2O3, k2O, Na2O의 값에 의

해 결정되어지나 풍화가 진행될수록 k2O, Na2O는 그 값이 점점 감소하는데 해남

안산암과 고흥안산암은 그 풍화도 값이 매우 낮아 충분히 풍화의 진행되었음을

알 수 있다.

연구 과제 3 : 기반암의 풍화에 따른 입도의 변화

안산암,편마암, 화강암,편암에 대한 입도 분석 결과에 의하면 안산암과 편암은

풍화가 진행됨에 따라 silt fraction의 감소가 급격하고, 편마암과 화강암은 sand

fraction이 급격히 감소한다. 안산암과 편암은 전체적으로 sand fraction의 함량이

35%미만을, 편마암과 화강암은 75%미만을 , clay fraction의 경우 안산암과 편암

은 70% 미만을, 편마암과 화강암은 50%미만을 나타내는데 이는 기반암의 광물과

조직의 차에 기인한 결과로 사료된다.

연구 과제 4 : 기반암의 풍화에 따른 광물 조성의 변화

안산암은 반정과 석기로 구성되며, 반정의 주조성광물은 석영, 사장석, 각섬석,

불투명광물로, 풍화토에 석영, montmorillonite, vermiculite, halloysite, montronite

등의 점토광물이 확인되었다. 편마암의 조성광물은 석영, 사장석, 미사장석, 흑운

모, 백운모, 불투명광물, 견운모, 녹렴석 및 녹니석이 관찰되며, 풍화토에서는 석

영, 사장석, 점토광물인 illite, halloysite, kaolinite, montmorillonite, nontronite 등

이 관찰된 다. 화강암은 석영, 카리장석, 사장석, 흑운모 등의 광물로 구성되며, 풍

화토에서는 석영, montmorillonite, vermiculite 등이 관찰된다. 편암에서는 석영,

흑운모, 사장석,각섬석, 불투명광물이 관찰되었으며, 풍화토에는 illite,kaolinite,

montmorillite, halloysite 등이 확인된다.

안산암, 편마암, 화강암, 편암 중 풍화가 진행되는 동안 점토광물의 함량이 가장

풍부한 풍화토는 안산암으로 확인되어 팽윤성과 흡착기능이 가장 우수할 것으로

판단되며, 화강암으로부터 기원한 황토는 풍화가 진행될수록 함수기능이 탁월한

점토광물인 montmorillonite, kaolinit 등의 상대적 함량이 다른 황토에 비하여 현

저히 크다.

연구 과제 5: 기반암의 풍화에 따른 화학 성분 변화

안산암, 편마암, 화강암, 편암의 주성분 및 미량원소분석 결과는 기반암에서 풍

화토로 풍화가 진행될수록 SiO2, Na2O, k2O는 감소하는 부(-)의 상관관계를 보여

주고, FeO3, AL2O3, TiO2, P2O5는 풍화가 진행되면 상대적인 함량이 증가하는 정

(+)의 상관관계를 보여 준다. 각 기반암의 풍화에 따른 미량원소 및 희토류 원소

의 상대적인 함량은 Ba, Rb은 풍화가 진행되면 감소하는 부(-)의 상관관계이며,

Cr, Li, Sc, V는 풍화가 진행될수록 증가하는 정(+)상관관계를 보인다. 그리고

La, Cu, Y, Zr, Nd, Sm, Dy, Yb는 그 값이 일정하다.

Ⅴ. 전망 및 향후 과제

환경과 생체 친화적인 부분에서 황토는 신소재자원으로서 매우 기대되는 자원이

라고 판단된다. 황토는 이들이 가지고 있는 이온치환 성질, 점성, 팽윤성, 콜로이드

성질, 점토-유기반응성, 소결성, 내화성과 같은 성질 때문에 요업, 시추니, 각종기름

의 정제, 냄새제거, 기름흡수제, 화장품, 페인트, 벽돌, 타일, 건축재, 도자기, 촉매제,

종이피복제, 접합제, 정수 등의 용도로 사용할 수 있다.

그리고 황토는 환경을 조율하는 능력을 가지고 있기 때문에 황토는 강수나 지하수

에 들어 있는 이온이나 분자들과 반응하여 이를 받아들이거나 또는 가지고 있던 것

을 내보냄으로, 각종 오염물질도 지상이나 지하를 이동할 때 황토와 반응하게 된다.

그리고 산성화된 토양환경을 중성환경으로 조율하고 중금속들을 흡수하여(김․이,

1995) 환경을 정화는 능력 또한 가지고 있다고 보고된 바 있기도 하다.

본 연구에서는 화학적으로 매우 안정되고, 산업 및 환경적측면에서 매우 중요한 자

원인 황토를 여러 모암으로 부터 황토로 되는 과정을 정성적으로 연구하였다. 하지

만 황토를 자원으로서 활용하기 위해서는 여러 기반암으로 부터 온 황토의 점토광

물의 양과 주성분원소 및 미량원소의 농집과 분산 과정에 대한 정량적인 연구를 함

으로서, 용도에 최적인 재료를 선택하여 양질의 제품을 생산하고 또, 반응에 대한

효과를 극대화시킬 수 있으리라 생각한다.

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부 록

그림.1 SEM 분석 사진