Intergrowth and Interlayering of Muscovite, Chlorite, and Biotite in a Garnet Zone Metamorphic Rock of the Ogcheon Belt, South Korea

Muscovite, chlorite and biotite in metapelites of the Ogcheon Hetamorphic Belt are studied using electron probe microanalysis (EPMA), backscattered electron images (BEI) of scanning electron microscopy (SEM) and lattice fringe images of transmission electron microscopy (TEM). These minerals are observed to be intergrown under a polarized light microscope and are apparently interlayered below EPMA resolution; EPMA data often indicate mixtures of phyllosilicates such as muscovite/chlorite (M/C), biotite/chlorite (B/C), muscovite/pyrophyllite/chlorite (M/P/C). biotite/pyrophyllite/chlorite (B/P/C) or biotite/muscovite/chlorite (B/M/C). BEI observations show that the three minerals (muscovite, chlorite and biotite) are mixed at various scales in a grain through the garnet zone, and the interlayering of the three minerals are observed from TEM lattice fringe images and selected area electron diffraction patterns. The result of TEM observations reveals that 7-$\AA$ layers (serpentine, precursor of chlorite) are interlayered within 10-$\AA$ layers (muscovite) at 100~200 $\AA$ scale as well as M/C in the chlorite zone. The 7-$\AA$ layers become smaller in size and less frequent in the biotite tone, and 10-$\AA$ layers are interlayered with chlorite (14 $\AA$) at an individual layer scale. The 7-$\AA$ layers are no longer observed in the garnet zone, and 10-$\AA$ layers (biotite) are interlayered with chlorite (B/C) at 50~100 $\AA$ scale. Relatively large scale (1000~2000 $\AA$) of intergrowth is also frequently observed from the garnet zone samples. However, rocks from all three metamorphic zones show interlayering of a few units of 7-, 10- and 14-$\AA$ layers with each other at TEM observations. The result of this study implies that metamorphic minerals such as muscovite, chlorite and biotite form through disequilibrum mineral reactions resulting in inhomogenious phases.

옥천대의 석류석데 변성암에서 산출되는 백운모, 녹니석 및 흑운모의 Intergrowth와 Interlayering

옥천대 변성 이질암에 분포하는 백운모, 녹니석 및 흑운모는 각기 다른 크기에서 intergrowth와 interlayer 된 것을 전자현미분석(EPMA) 배면 산란 전자상(BEI) 관찰 및 투과 전자현미경(TEM)을 이용한 lattice fringe 상 관찰을 통한 연구에서 밝혔다. 이들 세 광물은 편광현미경 관찰에서도 intergrow된 것이 관찰되며 EPMA 분해능 이하의 크기에서는 interlayer된 것으로 보인다. 다시 말하면, EPMA 분석 자료는 흔히 백운모/녹니석(M/C), 흑운모/녹니 석(B/C), 백운모/파이로필라이트/녹니석(M/Py/C), 흑운모/파이로필라이트/녹니석(B/Py/C) 또는 흑운모/백운모/녹니석(B/M/C)과 같이 두 개 이상의 phyllosilicate 광물의 혼합 형태로 나타난다. BEI 관찰에서는 세 광물(백운모, 녹니석 및 흑운모)이 하나의 입자 안에서 다양한 크기로 섞여 있는 것으로 나타나며, TEM lattice fringe 상 관찰과 제한 시야 전자 회절상 관찰에 의하면 이들 세 광물 사이의 interlayering은 석류석대 변성암에서까지 관찰된다. TEM 관찰 결과 녹니석대 변성암에서는 M/C와 함께 7-$\AA$ layer(사문석, 녹니석의 전신)가 -$10\AA$ layer(백운모) 내에 100~200 $\AA$ 크기로 inter-layer된 것이 밝혀졌다. 흑운모대 변성암으로 가면 7-$\AA$ layer는 크기와 발견 횟수가 감소하고 10-$\AA$ layer는 녹니석(14 $\AA$)과 개별 layer 수준에서 interlayer된다. 석류석대 변성암에서는 7-$\AA$ layer는 더 이상 관찰되지 않으며 10-$\AA$ layer(흑운모)가 녹니석과 50~100 $\AA$ 크기로 interlayer된다.(BEI, TEM). 석류석대 변성암에서는 비교적 큰 크기(1000~2000 $\AA$)의 intergrowth가 흔히 관찰된다. 그러나 세 개의 변성대 암석은 모두 TEM 관찰에서 7-, 10-, 또는 14-$\AA$ layer들이 몇 개의 layer 단위에서 서로 interlayer된 것을 보여준다. 이와 같은 결과는 백운모, 녹니석 및 흑운모와 같은 변성 광물들이 비평형 광물 반응으로 만들어 졌으며 그 결과 불균질한 광물로 되었다는 것을 암시한다.