대륙 지각 화학 성분 연구 방법

먼저 상부 지각의 다양한 암석의 부피를 추정한 다음 각 유형이나 전형적인 암석 유형의 평균 화학 성분을 기준으로 전체 성분을 추정한다. 대륙 지각은 대부분 화성암이고, 그 다음은 변성암과 퇴적암, 변성암과 퇴적암의 원암은 모두 화성암이기 때문에, 이 방법은 주로 화성암의 평균 화학성분에 근거한 것이다. 클라크와 워싱턴 (1924) 은 먼저 이런 방법으로 지각에 있는 원소의 풍도를 계산한다. 그들은 전 세계 5 159 개의 화성암 전화학 분석 데이터와 676 개의 퇴적암 샘플 전화학 분석 데이터를 선정하여 그들이 대표하는 지역에 따라 전 세계 화성암과 퇴적암의 평균 성분을 계산한 다음 화성암과 변성암에 따라 95% 를 차지했다. 퇴적암은 5% (셰일은 4%, 사암은 0.75%, 석회암은 0.25%), 지각 상부의 지각 성분은 16km 으로 계산되었다 마찬가지로 비노그라도프 (1962) 는 1 블록 기초성암과 2 개의 산성암으로 대륙 지각 성분을 계산했다. 테일러 (1964) 는 1 화강암과 1 기초성암을 사용하여 모든 지각 성분을 계산했는데, 여기서 화강암과 기초성암의 성분은 각각 G- 1 화강암과 W 에서 가져온 것이다 표 1-30 은 상지각에 있는 각종 화성암과 퇴적암의 상대적 부피를 제공한다. 암석 성분이 깊이와 구조 단위에 따라 변하는 것을 고려하지 않았기 때문에, 이 방법은 기본적으로 70 년대 이전의 연구로 제한되었다.

표 1-30 상지각화성암과 퇴적암의 상대적 부피

(테일러 등에 따르면 1985)

(2) 미세 파편 퇴적암 법

이 방법을 goldschmidt 알고리즘이라고도 합니다. 빙하가 녹아 침전된 미세 빙하 점토는 노르웨이 남부에 광범위하게 분포되어 있다. 골드슈미트는 이 빙하의 점토가 빙하가 지역 노출 암석을 통과하는 천연 평균 샘플로, 넓은 지역에 분포된 결정질 암석의 평균 화학 성분을 대표한다고 생각한다. 그는 이 물질의 77 개의 샘플을 분석하고 평균을 계산했다. 대부분의 원소의 함량은 클라크와 워싱턴의 연구 결과와 상당히 일치한다. Na2 O 와 CaO 함량이 낮고 Taylor 등 (1985) 은 골드SCHMIDT 의 방법을 크게 발전시켜 미세부스러기 퇴적암, 특히 진흙암이 원암 노출 지역 상지각에 있는 바위의 천연 혼합 샘플로 사용되어 대륙 지각의 원소 풍도를 연구하는 데 특별한 의미가 있다. 또 다른 유사한 방법은 황토를 사용하는 것입니다. 홍적세에 의해 형성된 미세풍성물질입니다. 이 두 가지 방법의 타당성이 가장 유력한 증거는 후태고 진흙암, 심해 퇴적물, 황토의 희토원소 (REE) 구성 패턴이 오늘날 대륙의 상지각과 비슷하다는 것이다. 진흙암의 희토원소 함량을 20 ~ 30% 낮추면 현재 대륙 지각의 희토원소 함량과 정확히 일치한다 (그림 1- 15, 그림 1-660)

그림 1- 15 대륙 상지각과 후태고 셰일 및 황토의 희토원소 구성 패턴 비교.

(산에 따르면, 2005 년)

황토에 표시된 그림자 영역은 황토 성분의 범위입니다. PAAS- 호주 후 Archean 셰일 (평균); NASC- 북미 셰일 (조합); ES- 유럽 셰일 (조합); 중국 동부 후태고 셰일 (평균)

그림 1- 16 대륙 상지각 희토원소 구성 패턴 비교.

(한 등에 따르면 2003 년)

그림 속 데이터 출처: 테일러 등, (1985, 1995), 쇼 등, (1986), 웨이드폴 (1986)

위의 방법의 장점은 자명하지만, 존재하는 문제는 퇴적물이 모체에서 형성되는 과정에서 화학적 차별화가 발생한다는 것이다. 테일러와 맥렌난은 미세먼지 퇴적암에서 REE, Th, Sc, Co 등의 원소에 대한 수암 분배 계수가 작아 물에 거의 녹지 않고 기본적으로 부스러기 퇴적물로 퇴적 분지로 옮겨질 수 있다고 지적했다. 상대적 함량은 대륙 상지각에서의 구성을 정량적으로 반영할 수 있다 (그림1-/KLOC 이러한 요소에는 호환되지 않는 요소 REE 와 Th 뿐만 아니라 호환 요소 Sc 와 Co 도 포함되어 있어 안정적인 광물을 형성하거나 수암 분배 계수가 큰 요소를 형성할 때 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 황토는 상지각의 원소풍도에 비해 SiO2 _ 2, Hf, Zr 을 상대적으로 풍부하게 하는데, 이는 기계와 화학적으로 안정된 광물이 응시와 텅스텐이 황토에서 풍부하게 된다는 것을 반영한다. 그러나 황토에서 상수 요소 Na 와 Ca 의 손실은 마이그레이션 과정에서 가장 쉽게 용해된다는 것을 보여준다. 따라서 미세 부스러기 퇴적암 방법의 가장 큰 단점은 대륙 상지각에 일정한 원소의 풍도를 줄 수 없고, 미량 원소도 REE, Y, th, Sc, Co 등 수암 분배 계수가 낮은 비호환성 요소와 중간 불용성 원소로 제한된다는 점이다.

그림 1- 17 평균 셰일/상지각 풍도비는 해수/상지각 풍도비와 비교된다.

셰일 데이터를 기준으로 상지각 원소의 풍도를 추정하는 가장 유용한 원소가 결정되었다.

(테일러 등에 따르면 1995)

Co (Ti 도 있을 수 있음) 를 제외하고 평균 셰일/상지각 풍도비 변화 1.5 의 원소가 수역 (해수/상지각: 1.5 원소가 자연수 (해수/상지각 > 그것들은 자연수에서 쉽게 용해되고, 화학 퇴적물 (예: Ca, Na, Sr) 또는 후기 풍화, 성암, 열액 변화 (예: Mg, U, B) 에서 활성화된다.

많은 연구에 따르면 암석이 풍화되어 퇴적물이 형성될 때 모든 희토원소가 점토 퇴적물에 집중되어 있기 때문에 모희토 패턴은 일반적으로 점토, 즉 최종적으로 형성된 셰일에 보존된다. 풍화 과정에서 플루토늄, 이트륨, 토륨의 동작은 희토원소와 비슷하다. 그림 1- 15 는 서로 다른 셰일의 희토원소 분포 패턴이 매우 유사하다는 것을 보여 주며, 셰일은 확실히 좋은 지각 성분의 평균이다. 이에 따라 오스트레일리아 국립대학의 S.R. 테일러 (S.R.Taylor) 와 그의 연구 파트너는 희토원소를 출발점으로 대륙 상지각의 성분을 추정한다. 미세한 부스러기 퇴적암은 오늘날 대륙의 지각의 성분을 연구하는 데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 대륙의 지각성분이 시간에 따라 변하는 것을 연구하는 데도 사용될 수 있다.

(3) 대륙 지각 성장의 역사적 방법

테일러와 맥클렌난 (1985) 은 대륙 지각 품질의 75% 가 태고에 형성되고 25% 가 후태대에 형성된다고 제안했다. 후태고대 대륙의 성장은 주로 섬 호구에서 발생하는데, 대표 물질은 섬 호안산암이다. 이러한 지식을 바탕으로 그들은 현대 대륙 지각의 화학 성분을 계산했다.

이 접근법의 문제점은 대륙 지각 성장 역사에 대한 현재의 인식이 크게 다르고, 지질시기에 따라 대륙 지각 원시 물질의 성질에 대한 인식도 다르다는 점이다.

(4) 대륙 지각 단면법

1970 년대 중반, 알프스 조산대 등에 대한 연구에 따르면, 조산 운동은 하지각이나 상부 휘장 속의 암석을 대규모로 드러낼 수 있는 것으로 나타났다. 노출된 육각 단면은 육각 원소의 풍도를 연구하는 좋은 샘플이다. 이탈리아의 에버리아 벨트는 이 사상의 발원지이자 대륙 지각 단면 연구가 가장 섬세하고 고전적인 지역이다. 대륙 지각 단면 (예: 이탈리아 남부의 칼라브리아 벨트, 캐나다의 카프스카스 융기, 남아프리카의 포드포드 구조대) 에 대해서도 심도 있는 연구를 진행했다.

깊은 대륙 지각이 지표로 올라가는 메커니즘은 여전히 분명하지 않다. 초기에는 주로 충돌 조산 과정과 관련이 있다고 생각했는데, 지금은 융기 메커니즘이 다양하다고 생각한다. 예를 들어 압착 융기: 역충단층이 깊은 지각을 표면으로 밀어내는 것은 가장 흔한 심부 지각 융기 메커니즘으로 1- 18 과 같은 대략적인 패턴입니다. 또한, 압력-비틀림 융기와 운석 충돌 융기가 있습니다.

그림 1- 18 표면을 드러내는 대륙 지각 단면의 전체 모델입니다.

(한 등에 따르면 2003 년)

대륙 지각 단면은 주로 충돌 조산대 (예: 에브리아 벨트와 칼라브리아 벨트), 클라톤 (예: 카프스 융기와 북중국 크라톤 5 대-흥과 세그먼트), 섬 호 (예: 코히스탄 섬 호) 에서 생산된다.

대륙 지각의 각섬암-마암상암석은 서로 다른 지질시대의 중하지각조건 하에서 형성되지만, 모든 노출된 각섬암-마암상체가 오늘날의 중하지각을 대표할 수 있는 것은 아니다. 대륙 지각 단면을 식별하는 표시는 다음과 같습니다.

1) 규칙 변질구역, 깊이가 다른 암석이 끊임없이 드러나기 때문에 대륙 지각 단면은 낮음에서 높음까지의 규칙 변질구역을 나타내야 한다.

2) 단면에 분포된 마립암은 하지각 (600 ~ 1400 MPa) 에 형성된다.

3) 하지각바위의 밀도가 높고 자성이 강하기 때문에 하지각바위가 노출된 표면의 방향에는 뚜렷한 중력 이상이 있어야 한다.

(4) 하지각으로 식별된 노출된 암석은 지각 심부까지 직접 뻗어 있다 (그림 1- 18). 서로 다른 유형의 화성암과 지진파 속도의 관계는 그림 1- 19 에 나와 있다. 지진파 속도와 암석 유형 및 화학 성분의 관계에 따라 지진 사운 딩 결과에서 깊은 암석 성분을 추론할 수 있다.

5) 상부 지각에서 하부 지각까지 열 발생률이 감소한다.

Ivrea 벨트와 지각 단면의 Kapuskasing 융기만이 위의 모든 조건을 충족하는 것으로 알려져 있습니다.

그림1-19150MPA 침입암 종파 속도는 성분의 압력에 따라 변한다.

(한 등에 따르면 2003 년)

㈤ 지역 대규모 샘플링 분석

지역 내 다른 시대, 다른 암석 유형의 대표적인 샘플을 수집하여 얻은 샘플을 분석하고 테스트한 다음 해당 지역 내 다양한 암석의 비율에 따라 해당 지역의 요소 풍도를 계산합니다. 엄밀히 말하면, 이 방법의 결과는 지표나 상지각의 원소 풍도를 나타낼 뿐이다. 왜냐하면 그것은 지표에서 샘플링되기 때문이다. 이 방법은 기저암의 넓은 면적이 노출된 영역에 적용되며, 퇴적 덮개에서 발달한 지역에서는 퇴적 덮개의 원소 풍량만 제공할 수 있습니다. D.M. Shaw (1967, 1986, 1994) 는 848 개의 샘플을 연구하여 캐나다 방패의 원소 풍도를 산출했다. 고산 등 (1992, 1998) 과 얀, 지연청화 (1997) 가 대량의 샘플을 연구하여 중국 동부 지각의 원소 풍도를 얻었다.

(6) 화산암의 지각 소포체 연구 방법.

알칼리성 현무질 화산암의 마암상 또는 각섬암상 소포체는 휘장 포로체와 함께 오스트레일리아 동부, 미국 애리조나주 제로니모, 독일 에펠, 프랑스 중앙 구획의 마립암 포획체, 중국 여산과 하노댐의 현무암과 같은 지각심부에서 유래했다. 마암 포로체는 비클라톤 지역에서 많이 생산되는데, 그중 상당수는 현생주 조산대나 리프트 밸리에서 생산된다.

하부 지각 소포체의 식별 표시는 1 소포체가 하부 지각의 온도와 압력 조건 하에서 형성된다는 것이다. (2) 기생화산암은 원시 마그마 성분을 가지고 있으며, 이휘감람암 포로체를 함유하고 있어 기주화산암이 심부에서 빠르게 상승하고 분출한다는 것을 보여준다. 반면에, 만약 이휘감람암 포로체가 없다면, 기주 마그마가 진화한 것이며, 마그마가 지각 중상부에 머물렀다는 것을 알 수 있습니다. (3) 각종 감압구조, Mg-Fe 상 우선 용융 및 가닛 가장자리와 균열 중 2 차 가장자리 형성은 소포체가 지각 깊은 곳에서 빠르게 상승하고 있음을 보여준다.

소포체가 하지각에서 온 가장 강력한 증거는 광물 동위원소 구성의 균일화로 소포체의 나이가 기주 화산암의 나이와 같게 한다는 것이다. 그러나 지온이 낮으면 하지각 광물의 동위원소 균일화는 이뤄지지 않는다. 이때 광물의 변질 연령이 분출 연령과 같다면 화산이 분출할 때 하지각에서 가져온 소포체로도 볼 수 있다.

(7) 지구 물리학 적 방법

대륙 지각 단면과 마암 포로체는 하지각을 연구하기 위한 직접적인 샘플을 제공했지만, 이 두 가지 샘플의 분포는 매우 제한적이었다. 지구의 물리적 사운 딩은 깊은 지각, 특히 중간 및 하부 지각의 특성을 탐지하는 가장 중요한 방법입니다. 두 가지 방법, 즉 열유속법과 지진파법으로 나뉜다.

1. 열유속법

대륙 지각의 열은 두 부분으로 이루어져 있는데, 일부는 맨틀에서 나오는 전도열 (약 20MW M-2) 이다. 둘째, 대륙의 방사성 붕괴로 인한 열.

열 흐름은 열 전도로 암석권을 통과하며, 그 값은 시추공과 광산의 지온 그라데이션을 측정하여 계산할 수 있습니다. 대륙 지각의 평균 열 흐름은 60mw m-2 이다. 열을 조절하는 방정식은 픽의 제 1 법칙에 해당한다.

지구화학

여기서 q 는 특정 깊이의 z 에서의 열 흐름입니다. 깊이에 따른 온도의 변화율로, 지온 그라데이션이라고 합니다. K 는 암석의 열전도율로 실험실에서 측정할 수 있으며 평균은 약 2w m-1k-1입니다.

대륙 지각의 일부 열류는 지각 중 K, U, Th 의 방사성 쇠퇴로 인해 발생하며, 다른 방사성 원소는 방사성 쇠퇴 원소의 함량이 낮기 때문에 지각 생열에 크게 기여하지 않는다. K, u, Th 가 지각에 있는 풍도에 따라, 지각 표면에서 지각에 균일하게 분포될 때 지각에 남아 있는 발열량보다 더 많은 열이 생성됩니다. k, u, th 의 풍도는 깊이가 증가함에 따라 반드시 감소해야 한다는 것을 나타냅니다. k, u, th 의 풍도는 암석 유형과 관련이 있습니다 (표1-; 또한 열 흐름은 시공 연대에 따라 크게 달라집니다 (그림 1-20). 연구에 따르면 대륙 지각은 마그마 작용으로 형성되며, 처음에는 더워졌다가 점차 냉각되고 주기적인 마그마 작용도 지각을 가열하는 것으로 나타났다. 또한 그림 1-20 에서 볼 수 있는 열 흐름 변화도 두께가 다른 암석권을 나타낼 수 있습니다. 암석권은 열전도 경계층이므로 암석권 두께가 클수록 맨틀 꼭대기에서 나오는 열 흐름이 적다. Nyblade & ampPollack (1993) 은 고대 태고 지각 아래의 암석권이 매우 두껍다는 점도 맨틀 포체연대학 및 온압계 연구의 지지를 받았다고 지적했다.

표 1-3 1 각종 암석 중 U, Th, K 의 풍도와 생열

(흰색 20 13 에 따르면)

그림 1-20 열 흐름 변화와 시공 연령의 관계

(흰색 20 13 에 따르면)

곡선 I 는 지각의 방사성 원소에 의해 생성 된 열이다. 곡선 ⅱ는 구조적 작용을 수반하는 열 교란이다. 곡선 ⅲ 은 심부에서 온 배경열이다.

그림 1-2 1 지진파 속도와 실리카 함량의 관계

(루드닉 등에 따르면 1995)

표면 열 흐름이 알려진 경우 열 생성 원소의 분포와 열 구조를 시뮬레이션하여 지각의 물질 구성을 제한할 수 있습니다. Guillou 등 (1994) 은 이런 방법에 따라 캐나다 아비티비 벨트의 지각 구조와 암석 구성을 연구했다.

2. 지진 탐사법

지진파의 종파 속도 (vP) 와 횡파 속도 (vs) 는 암석 화학 성분과 상응한다. 굴절 지진법은 깊이가 다른 종파 지진 속도와 횡파 속도를 줄 수 있기 때문에 다른 지구 물리학 방법보다 더 직접적이며 지각 심부 물질의 구성을 연구하는 주요 수단이다. 그림 1-2 1 에서 볼 수 있듯이, SiO2 _ 2 함량이 감소함에 따라 산성암에서 초기성암까지의 마그마암 P 파 속도가 점차 증가하고 마그네슘 철광물의 파속도는 장영광물보다 높다.

지각의 두께와 마찬가지로 지진파 속도 프로필은 지역마다 크게 다릅니다. 루드닉 & ampFountian (1995) 조사 글로벌 프로필 데이터베이스, 지각은 3 층으로 나눌 수 있고 속도 구조는 9 가지로 나눌 수 있다 (그림 1-22).

그림 1-22 대륙 지각 지진률 구조도

(루드닉 등에 따르면 1995)

N 은 이러한 구조를 구성하는 데 사용되는 단면 수입니다.

지진 속도의 변화는 암석의 성분과 관련이 있기 때문에, Rudnick 과 Fountian (1995) 은 단면에 평균 암석학을 지정하여 지각의 성분을 추정한 다음 지각의 소포체로 구성된 데이터베이스를 각 암석의 성분으로 사용한다. 각종 지각 단면의 범위를 조사함으로써 중하지각의 원소 풍도를 추산하여 중지각의 성분이 안산암과 맞먹는 것으로 나타났으며, 중지각의 온도와 압력 하에서 이 암석은 각섬석과 경사장석 위주의 각섬석일 수 있다. 하지각성분은 기미 현무암과 맞먹는 것으로 변질전문 용어로 마그네슘 철마암이라고 불린다.

하지만 암석의 지진파 속도는 광물과 암석 화학 성분의 영향을 받을 뿐만 아니라 온도, 압력, 광물 이방성, 암석 구조, 유체 등 여러 가지 요인에 의해 제약을 받기 때문에 지진 사운 딩 자료의 해석은 다분해진다. 고온 고압에서 심부 암석 물성 실험 연구와 지구화학 추적자 연구는 심부 지구 물리학 사운 딩 해석을 더욱 제한하는 주요 방법이다.