This research investigated classification of clay activity degree by different clay mineral components. Based on compositions of different clay and oxide minerals within 390 soil series in Korea, 7 soils were selected to analyze for CEC and specific surface area of clay minerals. As a result, soils were mainly composed with Chlorite originated from sandstone, Smectite originated from Andesite porphyry and combination of Allophane and Ferrihydrite originated from volcanic ash, if the ratio of CEC value to clay content (degree of clay activity) was greater than 0.7. If the degree of clay activity was ranged between 0.3 and 0.7, soils were composed mainly with Kaolin originated from anorthite. Soils with this ratio also was composted with combinations of Kaolin, Illite and Vermiculite originated with river deposits. When the degree of the activity was less than 0.3, soils were commonly red-yellowish color and composed with two different minerals. One type of composition was Kaolin originated from granite and granite gneiss and the soils contained Geothite and Hematite. The other type was composited mainly with Illite and Vermiculite minerals originated from granite. These soils contained Gibbsite, Geothite and Hematite. The degree of clay activity was highly related with CEC and specific surface area. The greater degree of the activity displayed greater values of clay CEC and specific surface area. It is not easy to measure actual quantity and compositions of clay minerals, while the degree of clay activity can be measured from routine soil analyses. As a conclusion, the degree of clay activity may be not just a simple but also powerful tool to estimate physical-chemical properties of soils and to evaluate the soil classification in Korean soils.
East China Sea (ECS) is known to be supplied with large amounts of sediments form Huanghe, Changjiang and various rivers in Korea. Many studies have been conducted to identify the effects of rivers and deposition process of ECS, but no consensus has been reached. In this study, clay minerals, rare earth elements (REEs) and grain size were analyzed to study the provenance and sedimentation environment of core 99MAP-P63 in ECS. Clay mineral contents of 99MAP-P63 are abundant in order of illite, chlorite, kaolinite, and smectite. The provenance of 99MAP-P63 sediments using clay minerals is interpreted as the Changjiang regardless of depth. As a result of REEs analysis, 99MAP-P63 sediments are very similar to Chinese rivers sediments. Therefore, the provenance of 99MAP-P63 is Changjiang, and the influence of Korean river seems to be insignificant. 99MAP-P63 sediments are generally classified as sandy silt, but the top of the core is divided into sand with a sand contents of 85 %. Compared with surrounding cores, sandy silt sediments arecorresponded to the low stand stage when sea-level was low, and the sediments were thought to have been supplied directly through the paleo-Changjiang. Sandy sediments in uppermost of core are corresponded to transgressive stage. Although distance from estuary was increased due to sea-level rise, it was possible to supply coarse sediments due to high bottom stress, and the paleo-Changjiang sediments deposited in study area were re-deposited.
The provenance of the Central Yellow Sea Mud (CYSM) in the Yellow Sea has been attracted a great deal of attention over the last three decades, but a consensus is not yet reached. In this study, 101 surface sediment samples collected from the CYSM were investigated to determine provenance and transport mechanisms in the area using the clay minerals and major element components. The Huanghe sediments are characterized by higher smectite, but the Changjiang sediments are more abundant illite contents. Western Korean rivers contain more kaolinite and chlorite than do Chinese rivers. The Chinese rivers have higher $Fe_2O_3$, MgO, and CaO than the Korean rivers at the same $Al_2O_3$ concentration. Therefore, the clay minerals and major element concentrations can be useful indicator for the source. Based on our results, we suggest that the surface sediments in CYSM were composed mainly of Changjiang sediments, mixed a partly with sediments from the Huanghe and the western Korean rivers. Although the northwestern part of CYSM is proximate to the Huanghe, the contents of smectite and CaO were extremely low. It could be evidence that the Huanghe materials do not enter directly into the CYSM due to the Shandong Peninsula Front. Considering the oceanic circulation in the Yellow Sea, the Changjiang sediments could be transported eastward with the Changjiang Diluted Water and then mixed in CYSM via the Yellow Sea Warm Current (YSWC). Huanghe sediments could be provided by coastal currents (Shandong Coastal Current and Yellow Sea Coastal Current) and the YSWC. In addition, sediments from western Korean rivers might be supplied into the CYSM deposit via the Korean Coastal Current, Transversal Current, and YSWC.
Mineralogical analysis of the bedrock of the Gobi Desert in southern Mongolia, the source of Asian dust, was conducted to trace the geological origin of the constituent minerals of Asian dust. The bedrock of the source of Asian dust consists of Paleozoic volcanics and volcaniclastic sedimentary rocks, Paleozoic granitic rocks, and Mesozoic sedimentary rocks. Paleozoic volcanics and volcaniclastic sediments lithified compactly, underwent greenschist metamorphism, and deformed to form mountain ranges. Mesozoic sedimentary rocks fill the basin between the mountain ranges of Paleozoic strata. In comparison to Paleozoic volcanic and sedimentary rocks, Mesozoic sedimentary rocks have lower contents of chlorite and plagioclase, but high contents of clay minerals including interstratified illite-smectite, smectite, and kaolinite. Paleozoic granites characteristically contain amphibole and biotite. Compared with the mineral composition of bedrock in source, Asian dust is a mixture of detrital particles originating from Paleozoic and Mesozoic bedrocks. However, the mineral composition of Mesozoic sedimentary rocks is closer to that of Asian dust. Less lithified Mesozoic sedimentary rocks easily disintegrated to form silty soils which are deflated to form Asian dust.
Clay mineral assemblages of core PC25A collected from the northern part of the Aleutian Basin in the Bering Sea were examined in order to investigate changes in sediment provenances and transport pathways. Ages of core PC25A were determined by both Last Appearance Datum of radiolaria (L. nipponica sakaii; $48.6{\pm}2\; ka$) and age control points obtained by the correlations of $a^{\ast},\; b^{\ast}$, and laminated sediment layers with the adjacent core PC23A, whose ages are well constrained. The corebottom age of core PC25A was calculated to be about 57,600 yr ago and core-top might be missing during coring execution. Average contents of smectite, illite, kaolinite, and chlorite during the last glacial period are 11% (5~24%), 47% (36~58%), 13% (9~19%), and 29% (21~40%), respectively. Clay mineral assemblages of the last glacial period are characterized by higher illite and lower smectite contents than those of core MC24 representing the modern values. Illite-rich clay sediments during the warm Early Holocene were transported from the northern part of Alaska continent (Province 1) through the ice-melt waters. During the deglacial period (B${\phi}$lling-All${\phi}$rod) of MIS 2, clay-sized particles seemed to be also transported by ice-melt waters mainly from Province 2 and Province 3 located farther south than Province 1. Higher smectite content during the Last Glacial Maximum is attributed to increased amounts of clay particles from the adjacent Alaska Peninsula (Province 4). From the early to the middle MIS 3, illite and smectite contents decreased, whereas chlorite content increased. With the low sea level standing during MIS 3 the supply of clay sediments from Province 2 and Province 3 was most likely intensified. Changes in clay mineral assemblages of core PC25A located in the northern part of the Aleutian Basin in the Bering Sea are closely related to the change of surface current system caused by sea level variation during the last glacial period.
Mineralogical properties of two Asian dust (Hwangsa) samples collected during dust events in April 6 and 15, 2018 were examined by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). XRD analyses showed that Asian dusts were dominated by phyllosilicates (62 wt%) comprising illite-smectite series clay minerals (ISCMs) (55%), chlorite (3%) and kaolinite (4%). Nonphyllosilicate minerals were quartz (18%), plagioclase (9%), K-feldspar (3%), calcite (3%), and gypsum (2-4%). Mineral compositions determined by SEM chemical analyses were consistent with XRD data. ISCMs occur as submicron grains forming aggregate particles or coating coarse mineral grains such as quartz, plagioclase, K-feldspar, chlorite, and calcite. The ISCMs are often associated with calcite nanofibers and gypsum blades. Mineralogical properties of 2018 dusts were similar to those of previous dusts although clay contents were higher than that of coarse 2012 dust.
A geochemical study was carried out to define how marine shore sediments are related to their terrestrial source rocks in the region of Taean and Byunsan Peninsula, western Korea. The lithology of the coastal part of the study area is composed of Pre-Cambrian granite gneiss, schist, Jurassic terrestrial sedimentary rocks, and Cretaceous plutonic intrusives. Shore sediments are transported from three drainage tributaries. The sediments consist of quatrz with clay minerals, such as illite, kaolinite, smectite, chlorite. Heavy minerals include hematite, ilmenite, rare amount of zircon and apatite. Compared to those in coastal rocks, amount of heavy minerals in the sediments is considerably low. The low content of heavy minerals is thought to be attributed to the heavy mineral detainment in the river beds and influences of tidal currents which cause heavy minerals to accumulate in specific spots. Chemical composition of the major and trace elements, trace elements, and REE chondrite normalized pattern suggest that shore sediments transported from the corresponding drainage tributary show close mineralogical and geochemical relationships with the source rocks distributed in the Taean and Byunsan Peninsula.
Kim, Nag-Young;Park, Du-Hee;Jung, Hyuk-Sang;Kim, Myoung-Il
Geomechanics and Engineering
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v.21
no.2
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pp.171-178
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2020
Mountainous areas cover more than 70% of Korea. With the rapid increase in tunnel construction, tunnel-collapse incidents and excessive deformation are occurring more frequently. In addition, longer tunnel structures are being constructed, and geologically weaker ground conditions are increasingly being encountered during the construction process. Tunnels constructed under weak ground conditions exhibit long-term deformation behavior that leads to tunnel instability. This study analyzes the behavior of the bottom region of tunnels under geological conditions of long-term deformation. Long-term deformation causes various types of damage, such as cracks and ridges in the packing part of tunnels, as well as cracks and upheavals in the pavement of tunnels. We observed rapid tunnel over-displacement due to the squeezing of a fault rupture zone after the inflow of a large amount of groundwater. Excessive increments in the support member strength resulted in damage to the support and tunnel bottom. In addition, upward infiltration pressure on the tunnel road was found to cause severe pavement damage. Furthermore, smectite (a highly expandable mineral), chlorite, illite, and hematite, were also observed. Soil samples and rock samples containing clay minerals were found to have greater expansibility than general soil samples. Considering these findings, countermeasures against the deformation of tunnel bottoms are required.
The weathering process of rocks leads to the reduction of geotechnical bearing capacity. The weathering of granite is frequently used to refer to the degradation of geotechnical property in the design and construction of infra-structure. In this study, the range of values of CIA (chemical index of alteration) and the change of mineral compositions by weathering have been analysed with igneous rock, which covers 45.5% in South Korean territory. Several weathering indices were studied for various rocks found in Korea and significant relationships between different indices were delineated via statistical analysis. The applicability of CIA was found to be the most significant among all weathering indicies. The composition of illite, the secondary weathering residual, generally increases for the felsic rock, and swelling clay material is not included. The weathering of felsic rock will follow a sequential process, starting from bed rock, illite, and chlorite to kaoline. The mafic rock will show weathering process, from bed rock, smectite, and chlorite to kaoline. The intermediate rocks such as andesite and tuff will show similar weathering procedure and the composition of kaoline, chlorite, and smectite tends to increase more than that of illite when the mafic rock is dominated. This means the increase of rock material which has high CEC (cation exchange capacity) during secondary weathering process. However, the characteristics of a specific rock cannot be completely analyzed using merely CIA, since it is exclusively based on chemical composition and corresponding alteration. The CIA can be used to quantify the weathering process in a limited range, and further considerations such as rock composition, strength characteristics will be required to configure the comprehensive weathering impact on any specific region.
Mineral and geochemical analysis were conducted on two sections (~3.5 m) of red-brown claysilt sediments covering the gneiss and granite weathering zones in Suwon-si for establishing Quaternary paleoenvironmental changes in Korea. The sections were divided into four sedimentary layers (Unit 1-4) by vertical changes in mineral composition and chemical composition. The lowermost unit 1 was a sandy sediment with a high K-feldspar content with a significant contribution of weathered bedrock. Unit 2 was a transition layer showing intermediate characteristics. Unit 3 was a reddish brown clay-silt sediment, with a total clay content of 58% on average, and the main clay minerals were illite-smectite mixed layer minerals and hydroxy-interlayered vermiculite/smectite. Unit 3 contained almost no plagioclase, while the content of kaolin minerals derived by the plagioclase weathering was higher than in the other layers. Unit 4 had similar mineral composition and chemical properties to Unit 3, but had a higher content of plagioclase and chlorite and lower content of kaolin minerals. The chemical compositions of the sections were compared with those in other regions of Korea, suggesting the eolian origin of Units 3 and 4. The paleoenvironmental change in the sedimentary section of this region was interpreted as follows. Weathered products of gneiss and granite, which are bedrocks of this region, were eroded and deposited as sandy sediments in the periphery to form the lower layers (Unit 1, 2), followed by the deposition of the claysilty rich eolian sediments (Unit 3) during the glacial. Unit 3 was chemically weathered during the warm humid climate during the last interglacial, developing a reddish brown color. After that, a eolian sediment layer (Unit 4) was deposited during the last glacial.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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