• 암석학회지
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• 제25권3호
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• pp.261-281
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• 2016

제주도 현무암에 포획된 맨틀 페리도타이트에 대한 암석학적/지화학적 연구는 한반도 상부맨틀 암석권 진화에 대한 우리의 지식을 한층 높이고 있다. 제주도의 페리도타이트 포획암은 대부분 첨정석 레졸라이트이며, 그 외 하즈버가이트와 휘석암으로 이루어져 있다. 제주도 페리도타이트 포획암은 부분용융, 재결정변형작용, 교대작용을 경험한 후 맨틀에 남아있던 잔류맨틀물질임을 나타낸다. 이 포획암은 맨틀웨지 환경에 있었던 암석으로 분별부분용융에 의해 일차적으로 결핍과정을 겪었으며, 소규모의 전단대내 특정한 편압에서 소량의 반상쇄성-압쇄조직이 형성되는 재결정작용도 경험했다. 그 이후 페리도타이트는 섭입하는 슬랩 기원의 $SiO_2$, K, $H_2O$, LREE에 포화된 유체(혹은 용융체)에 의해 다양하게 교대/부화되었다. 슬랩 기원의 이 유체는감람석과 반응하여 사방휘석과 금운모를 이차적으로 형성하였다. 교대작용은 제4기 제주도 마그마 시스템보다 충분히 앞선 사건이었으며, 모마그마와는 성인적으로 관련이 없다. 이러한 교대작용에도 불구하고 제주도 상부맨틀 암석권은 비교적 높은 온도와 교대작용 이후에 주어진 충분한 시간에 의해 지화학적으로 완전한 평형상태에 도달하였다. 그 이후에 동해가 열리고 동아시아 암석권은 확장되어지면서 원시 제주암석권도 맨틀웨지 환경에서 판내부환경으로 변환되어진다. 제4기 판내부환경에서 제주도가 형성되면서 이때 상승하는 알칼리 현무암에 포획된 맨틀 페리도타이트가 지표면에 운반되어졌다. 제주 상부맨틀 암석권에서 일어난 이런 종류의 물질순환은 대륙지각하부 암석권맨틀의 진화에 상당히 중요한 역할을 했었을 것이며, 동아시아 아래 상부맨틀 암석권에 EM I, EM II와 같은 부화된 영역을 형성하는데 기여했을 수도 있다.

• 암석학회지
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• 제13권1호
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• pp.34-45
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• 2004

본 연구는 제주도에 분포하는 현무암에 포획된 맨틀포획암과 맨틀포획암에 포획된 유체포유물에 대한 암석 및 조직에 대한 기재와 하부지각물질이 초고온의 변성작용을 받아 형성된 부카이트라는 산성질포획암에 관한 예비연구이다. 제주도에 분포하는 알칼리현무암에는 초염기성포획암, 산성질포획암, 큐뮬레이트포획암이 풍부하게 포획되어 있다. 초염기성포획암은 첨정석(스피넬)-레졸라이트가 대부분이며, 첨정석-레졸라이트는 감람석, 사방휘석, 단사휘석과 첨정석로 이루어져 있다. 부카이트는 석영, 사장석과 검은 세맥으로 이루어져 있으며, 큐뮬레이트포획암은 단사휘석 혹은 단사휘석과 사장석으로 이루어진 거정의 결정들로 구성되어 있다. 이들 포획암들의 구성입자들은 조립질이며, 하부지각/상부맨틀에서의 복잡한 진화사를 보여주는 변성암의 특징을 나타낸다. 초염기성포획암에는 프로토그라뉼라, 반상쇄성, 등립질의 조직이 관찰되며, 이러한 조직의 존재는 제주도의 상부맨틀에 전단체계가 형성되어 있음을 나타낸다. 프로토그라뉼라 조직에서는 거정의 사방휘석 결정들 중간에 첨정석, 세립의 감람석이 시공간적인 연관성을 지니고 항상 같이 산출되어지는데 이는 첨정석과 감람석이 사방휘석에서 용리되어진 것으로 여겨진다. 이러한 첨정석과 감람석이 사방휘석에서 용리되어진 조직은 프로토그라뉼라조직이 형성되기 이전에 고온에서 알루미나 함량을 많이 지닌 암석이 평형상태를 유지했음을 의미하며, 원래의 암석은 알루미나가 풍부한 사방휘석을 지닌 페리도타이트인 것을 암시한다. 이러한 하부지각/상부맨틀에서 유래하는 포획암에는 세 종류의 유체포유물이 포획되어 있다. I형은 이산화탄소를 풍부하게 가지고 있는 포유물이고, II형은 다상의 규산염용융포유물로서 유리$\pm$탈유리화된 결정들$\pm$딸결정들 ＋수축기포로 구성되어 있다. III형은 황화용융포유물이다. 제주도의 맨틀포획암에는 I형이 가장 풍부하게 포획되어 있으며, 이산화탄소가 맨틀에 존재하는 가장 풍부한 휘발성성분이며, 맨틀과 같은 고온고압에서 하나의 독립된 상으로 존재한다는 것을 반영하고 있다. 또한 맨틀과 같은 환경에서 규산염멜트(melt), 황화멜트, 이산화탄소가스 사이에 서로 불용융(immscibility) 상태도 형성되고 있음을 나타내고 있다. 대부분의 다상의 규산염용융포유물 (II형)은 상당한 양의 규산질 유리를 지니고 있으며, 이는 하부지각/상부맨틀에서 SiO$_2$ 함량이 높은 규산질마그마가 형성되고 있음을 지시한다. 암석학적, 지화학적 정보와 함께 맨틀 혹은 하부지각 암석에 포획된 유체포유물과 용융포유물 데이터는 한반도의 맨틀에 대한 유체체계, 유체-마그마-광물 사이의 강호작용, 모암인 포획암에 대한 압력-온도 진화사를 파악하는데 크게 이용될 것이다.

• 암석학회지
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• 제10권1호
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• pp.1-12
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• 2001

경상분지 통남부에 위치하는 울산 철-사문암광산 지역에는 유일하게 국내에서는 초염기성암과 탄산염 암체가 공간적으로 연관성을 가지고 소규모로 분포하고 있다. 야외지질조사, 광상시추코아자료, 안정동위원소 분선 등의 연구결과는 울산의 탄산염암체는 용융체에서 형성된 카보내타이트의 가능성이 큰 것으로 나타났으며, 산출상태는 관입암상의 특징임을 반영하고 있다. 이번 연구에 의한 이곳의 지질은 중생대 퇴적암과 화산암, 이를 관입하고 있는 화강암류, 화강암을 관입하고 있는 초염기성암, 이 초염기성암을 관입하고 있는 카보내타이트로 이루어진다. 탄산염암체는 지표 상에서는 초염기성암과 함께 동심원상의 타원형으로, 수직단면도에서는 깔때기형태로 산출되고 있다. 탄소, 산소 안정동위원소비는 전형적인 맨틀기원의 카보내타이트로서의 특징이라기보다는 특이한 이원성형태(bimodal pattern)를 나타내었으며, 이는 울산의 카보내타이트를 형성한 마그마가 맨틀에서 직접적으로 상승한 마그마라기보다는 지각 내에서 형성된 2차적 카보내타이트 마그마임을 지시하는 것으로 해석된다. 즉, 초염기성암 마그마가 상승하면서 지각 내에 있던 석회질암이 용융되어, 탄산염마그마를 형성하고, 심부의 파쇄대가 발달한 현재의 장소에 사문암체를 형성한 초염기성 마그마와 그 뒤를 이어 탄산염마그마가 관입한 것으로 여겨진다. 또한 울산 철-사문암광산 지역은 심부파쇄대가 발달된 것이며, 탄산염암체내의 유체포유물의 유형, 안정동위원소의 패턴, 초염기성암과의 공간적 관계 등은 울산의 탄산염암체가 카보내타이트로 해석되는 것을 지지해주고 있다.

• 암석학회지
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• 제28권2호
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• pp.85-109
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• 2019

경기육괴 서부 당진지역에서는 흑운모 화강암, 우백질 화강암류, 화강섬록암, 각섬석 반려암, 석영 반려암, 토날라이트 등의 중생대 화성암이 확인된다. 당진지역의 중생대 주요 화성활동 시기는 ~227 Ma, ~190 Ma, ~185 Ma, ~175 Ma로 나타난다. 반려암류는 함수광물인 각섬석의 함량이 높게 나타나는 각섬석 반려암과 석영 반려암으로 주로 구성된다. 이들은 소규모 암주 상으로 연구지역 전역에서 관찰되고, 관입 시기는 185~175 Ma로 확인된다. 트라이아스기 흑운모 화강암($225{\pm}2.3Ma$)은 남부의 해미화강암($233{\pm}2Ma$, Choi et al., 2009)과 지화학적 성격이 유사한 충돌 후 화성암으로 판단된다. 흑운모 화강암의 주요 마그마 근원물질은 화강암질 대륙지각이지만, 이 암체가 소량의 고철질암을 마그마 근원물질로 갖거나 원시 마그마 형성 시소량의 맨틀 용융물(고철질 맬트)이 성분으로 기여했을 가능성이 있다. 쥐라기 화강암류와 반려암류는 고태평양판의 섭입과 관련되어 형성된 대륙호 화성암으로 판단된다. 우백질 화강암류는 화강암질 대륙지각의 용융에 의해, 반려암류는 부화된 맨틀의 부분용융에 의해 형성된 것으로 추론된다.

• Geosciences Journal
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• 제23권1호
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• pp.1-20
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• 2019

We present data from the Mesozoic Keumkang, Palbong, and Baekhwa granites in Garorim Bay, in the southwestern part of the Gyeonggi massif, South Korea. Using major and trace element concentrations, Sr-Nd-Pb isotopic compositions, and sensitive high-resolution ion microprobe (SHRIMP) zircon U-Pb ages, we aim to constrain the petrogenesis of the granites and explain their origin within a broader regional geological context. SHRIMP U-Pb zircon ages of $232.8{\pm}3.2$, $175.9{\pm}1.2$, and $176.8{\pm}9.8$ Ma were obtained from the Keumkang, Palbong and Baekhwa granites, respectively. The Late Triassic Keumkang granites belong to the shoshonite series and show an overall enrichment in large ion lithophile elements (LILE), a depletion in high field strength elements (HFSE) relative to primitive mantle, compared with neighboring elements in the primitive mantle-normalized incompatible trace element diagram with notable high Ba and Sr contents, and negligible Eu anomalies. The Keumkang granites are typified by highly radiogenic Sr and unradiogenic Nd and Pb isotopic compositions: $(^{87}Sr/^{86}Sr)_i=0.70931-0.70959$, $(^{143}Nd/^{144}Nd)_i=0.511472-0.511484$ [$({\varepsilon}_{Nd})_i=-17.0$ to -16.7], and $(^{206}Pb/^{204}Pb)=17.26-17.27$. The Middle Jurassic Palbong and Baekhwa granites belong to the medium- to high-K calc-alkaline series, and show LILE enrichment and HFSE depletion similar to the Keumkang granites, but exhibit significant negative anomalies in Ba, Sr, and Eu. Furthermore, they have elevated Y and Yb contents at any given $SiO_2$ content compared with other Jurassic granitoids from the Gyeonggi massif. The Palbong and Baekhwa granites have slightly less radiogenic Sr and more radiogenic Nd and Pb isotopic compositions [$(^{87}Sr/^{86}Sr)_i=0.70396-0.70908$, $(^{143}Nd/^{144}Nd)_i=0.511622-0.511660$, $({\varepsilon}_{Nd})_i=-15.4$ to -14.7, $(^{206}Pb/^{204}Pb)=17.56-17.76$] relative to the Keumkang granites. The Keumkang granites are considered to have formed in a post-collisional environment following the Permo-Triassic Songrim orogeny that records continent-continent collision between the North and South China blocks, and may have formed by fractional crystallization of metasomatized lithospheric mantle-derived mafic melts. The Palbong and Baekhwa granites may have been produced from a gabbroic assemblage at pressures of less than ~15 kbar, associated with subduction of the paleo-Pacific (Izanagi) plate at the Eurasian continental margin. Elevated ${\varepsilon}_{Nd}(t)$ values in the granitoids from the southwestern part of the Gyeonggi massif relative to those of the central and northern parts, together with the comparatively shallow depth of origin, imply the presence of an exotic block in the Korean lithosphere.

• 암석학회지
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• 제25권1호
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• pp.51-67
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• 2016

동중국과 우리나라 경상분지에 분포하는 백악기초기 화성활동의 지구화학적 특징을 고찰하였다. 동중국에 분포하는 암상은 피크라이트-현무암-안산암-조면암-유문암 및 황반암의 분출암과 반려암-섬록암-몬조니암-섬장암-화강암 및 휘록암의 관입암체로 다양하다. 이들은 고-칼륨 칼크-알칼리 내지는 쇼쇼나이트 계열에 속한다. 경상분지의 하양층군 속에 협재되어 있는 화산암은 같은 계열의 현무암질 조면안산암이다. 미량원소(Zr, Nb, Y)를 이용한 현무암류의 생성 지구조환경 분류도에서, 이들은 대개 판내부환경 현무암류의 범주에 도시된다. Sr-Nd 동위원소상관도에서 북중국지괴와 북 남중국지괴의 충돌대에 분포하는 현무암류는 대개 맨틀배열 보다 매우 부화된 동위원소비를 가진다. 남중국지괴 현무암류의 $^{87}Sr/^{86}Sr$ 비는 북중국지괴의 범위와 유사하나 ${\varepsilon}_{Nd}$ 값은 북중국지괴에 비하여 상대적으로 높은 편이다. 북중국지괴와 충돌대의 현무암류들은 대개 낮은 $^{206}Pb/^{204}Pb(t)$ 비를 가지는 것이 특징이며, $^{207}Pb/^{204}Pb(t)$-$^{206}Pb/^{204}Pb(t)$ 상관도에서 지오크론의 왼쪽에 도시된다. 남중국지괴 현무암류는 지오크론의 오른쪽에 도시되며, 상대적으로 높은 방사기원 Pb 동위원소비를 가진다. 하양층군 현무암류는 Sr-Nd과 Pb-Pb 동위원소 상관도에서 북중국지괴 현무암류의 범주 내에 도시된다. 오랜 기간 동안 변성교대작용에 의해 지구화학적으로 부화된 암석권맨틀이 위 현무암류를 생성한 근원물질로 추정된다. 백악기초기의 확장응력장에서 발생한 연약권의 용승이 열원이 되어 암석권맨틀의 부분용융이 가능하였을 것이다. 암석권맨틀을 부화시킨 매체로는 엽렬되어 침몰된 하부지각이 재활성화되어 생성된 액, 섭입된 양쯔지괴 대륙지각 기원 액 내지는 섭입된 고태평양판 기원의 유체/액 등을 들 수 있다.

• 암석학회지
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• 제25권1호
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• pp.39-50
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• 2016

제주도 현무암에 산출되는 첨정석 페리도타이트 포획암에 $CO_2$-유체포유물이 포획되어 있다. 이 $CO_2$-유체포유물들은 규칙적인 결정면으로 둘러싸여 있으며 세립의 네오블라스트 결정에는 일차포유물로, 조립의 반상쇄성에는 이차포유물로 산출된다. 냉각/가열 실험에서 $CO_2$-유체포유물의 삼중점은 $-57.1^{\circ}C$(${\pm}0.9^{\circ}C$)로서 대체로 균질하다. 이는 이 $CO_2$-유체포유물들이 거의 순수하게 $CO_2$로 이루어져 있음을 의미한다. 그러나 균질화 온도는 $-39^{\circ}C$(${\rho}=1.12g/cm^{3)}$)에서 $23^{\circ}C$(${\rho}=0.82g/cm^{3)}$)로 넓은 범위에 걸쳐 나타나며, 이는 많은 유체포유물이 포획된 이후 재평형 되어졌음을 반영한다. 일차/이차포유물과 균질화온도 사이에 체계적인 차이는 없다. 가장 낮은 균질화온도(즉, 가장 높은 밀도)를 보이는 유체포유물에서 계산된 포획 압력은 ${\approx}0.9GPa$이다. 제주 페리도타이트와 $CO_2$-유체포유물의 조직적 특성과 낮은 균질화 온도는 $CO_2$-유체가 맨틀기원의 유체로서 상부 맨틀암석권에서 페리도타이트의 재결정화 작용 동안 존재하던 유체로 해석된다. $CO_2$-유체의 포획은 제주 페리도타이트의 진화과정에서 후기의 사건이며, 상부맨틀 암석권의 상부(천부)에서 일어났음을 지시하고 있다.

• 암석학회지
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• 제9권3호
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• pp.169-186
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• 2000

울산 동부지역 당사리 화산암류는 다량의 안산암질 화성쇄설암류내에 안산암 용암류가 협재되어 산출된다. 안산암은 유상구조와 판상절리가 특징적으로 나타나며, 일부 관입상에서는 소규모 주상절리가 나타나기도 하였다. 화성쇄설암류는 대부분 화성쇄설성 각력암이 우세하면서 응회질각력암, 라필리 응회암 등이 호층으로 반복되어 층상구조를 나타내면서 분포한다. 안산암은 사장석, 보통휘석($Wo_{43.2}$ /$En_{41.0}$ /$Fs_{15.8}$ ), 엔스타타이트($Wo_{2.7}$ , $En_{65.8}$ , $Fs_{31.5}$ )와 각섬석 반정이 특징적으로 나타난다. 본 역 안산암은 분류도에서 서브 알칼리 계열의 안산암 영역에 도시되며, $SiO_2$에 대한$ K_2$O의 성분도에 도시하면 중-K 칼크-알칼리암 계열에 해당한다. 미량 원소 조성과 REE 패턴에서 높은 LILE/HFSE비를 나타내며, 경희토류 원소는 부화되어 있는 특징을 나타내는 데, 이는 본 역의 화산암류가 조산대 화간호에 기인한 암석이며, 섭입과 연관된 마그마로부터 생성되었음을 강하게 지시한다. 지구조판별도에서 지판이 침강 섭입하는 지판 경계부 영역의 칼코-알칼리 계열로 구분된다. 당사리화산임의 기원이 되는 칼크-알칼리 안산암질 마그마는 섭입대에서 상부맨틀 웨지를 구성하는 석류석 페리도타이트의 약 15%의 부분용융에 의해 생성된 현무암질 초생마그마에서 유래하였으며, 마그마의 상승 중 지각내의 쳄버에 머무는 동안 분별정출작응과 지각과의 혼염을 받았음을 유추할 수 있다.

• 암석학회지
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• 제19권3호
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• pp.227-244
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• 2010

제주도 현무암에 포획된 첨정석 레졸라이트 포획암은 비교적 뚜렷하게 구별되는 세 종류의 조직으로 산출된다. 즉, 조립질의 프로토그라뉼라 조직, 쌍봉의 입자분포를 보이는 포피로클라스틱 조직, 그리고 세립질의 입자들이 신장되어 엽리를 보이는 마일로니틱 조직의 포획암으로 구별된다. 이들 조직은 프로토그라뉼라에서 포피로클라스틱, 마일로니틱 조직으로 가면서 입자크기는 점점 감소하고, 입자의 경계는 더욱 직선화되며, 삼중점이 더 빈번하게 산출되는 경향을 보인다. 특히 포피로클라스틱 및 마일로니틱 조직의 포획암은 킹크밴드를 가지는 거정의 반상쇄정(2-3 mm) 사이에 변형의 흔적이 없는 세립질의 입자($200-300\;{\mu}m$)로 구성되어 있으며, 반상쇄정 내 용리엽리가 구부러져 있는 조직적 특징을 보인다. 또한 프로토그라뉼라 조직에서 첨정석은 사방휘석과 항상 같이 접촉되어 산출되지만 마일로니틱 조직에서는 사방휘석과 관계없이 단독으로 뿌려져 산출되는 특성을 보인다. 이러한 조직적 특성은 포획암이 특정한 편압 하에서 동력재결정작용과 열에 의한 정적재결정작용을 경험하였음을 반영하고 있다. 첨정석 레졸라이트 포획암을 구성하고 있는 감람석, 사방휘석, 단사휘석의 mg#[$=100{\times}Mg/(Mg+Fe_t)$]는 입자의 크기나 조직적 차이와는 상관없이 거의 일정하다(Ol: 88-91, Opx: 89-92, Cpx: 90-92). mg#의 값, 감람석의 NiO (0.3~0.4 wt%)와 MnO (0.1~0.2 wt%)의 조성은 세계 다른 곳의 맨틀 레졸라이트 포획암내 감람석의 값과 유사하며, 20~25%의 부분용융을 경험한 잔류맨틀임을 나타내고 있다. 미량원소 및 희토류원소 조성은 주성분원소 조성에 비해 프로토그라뉼라, 포피로클라스틱, 마일로니틱 조직 사이에 좀 더 뚜렷한 차이를 보여주면서 미량원소 조성과 조직적 특성사이에 밀접한 관련성이 있음을 나타내고 있다. 첨정석 레졸라이트 포획암의 단사휘석과 사방휘석의 미량원소 및 희토류원소함량은 프로토그라뉼라에서 마일로니틱 조직으로 갈수록 증가하고 있으며, 특히 LREE와 불호정성이 큰 미량 원소일수록 현저하게 증가하는 경향을 나타낸다. 이는 첨정석 레졸라이트 포획암이 부분용융을 경험한 이후 LREE가 부화된 멜트 또는 유체에 의한 교대작용을 받았으며, 변형사건과 교대작용사이에 밀접한 관련성이 있음을 의미한다. 노두에서 관찰되는 조직의 상대적 산출비율이 이들 포획암이 기원된 상부맨틀에서의 상대적 산출비율이라고 가정한다면, 포피로클라스틱 및 마일로니틱 조직을 발달시킨 변형사건은 비교적 좁은 전단대 지역에 한정되었을 것으로 제시된다. 이러한 전단대는 제주도 아래 암석권질 상부맨틀에서 LREE가 부화된 멜트 또는 유체가 침투하기에 용이한 환경을 형성하였을 것이다. 마일로니틱 조직에서 더욱 현저하게 나타나는 미량원소부화특성은 입자의 크기가 작아지고 변형의 강도가 높을수록 멜트 또는 유체의 침투가 더욱 용이했기 때문일 것으로 해석된다.

• 한국광물학회지
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• 제23권4호
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• pp.367-375
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• 2010

지구물질로 이루어진 공극 구조와 이를 채우고 있는 유체의 상호작용에 대한 이해는 지표 및 지구내부의 다양한 지질학적 현상의 설명에 필수적이다. 본 연구에서는 지구물질과 유체의 상호작용을 보다 잘 이해하기 위해, 비표면적과 공극률이 다공성 매질의 공극 구조를 설명하는 매개변수에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 이를 위해 입자의 지름과 공극률을 다양하게 하여 동일한 크기의 구형의 입자로 이루어진 다공성 매질에 대한 삼차원 공극 구조를 무작위 패킹 시뮬레이션으로 얻었고, 이에 대해 구성 엔트로피와 삼차원 상자집계 프랙탈 차원 분석을 하였다 구성 엔트로피 분석 결과, 엔트로피 길이는 비표면적이 2.4에서 $8.3mm^2/mm^3$으로 증가할 때 0.8에서 0.2 mm로 감소하고, 최대 구성 엔트로피는 공극률이 0.33 에서 0.46으로 증가할수록 0.94에서 0.99로 증가하는 뚜렷한 경향을 보인다. 구성 엔트로피와 공극률의 관계로부터 구성 엔트로피가 맨틀 용융체의 탄성과 점성도를 설명하는 변수로 사용될 수 있음을 제시한다. 삼차원 상자집계 프랙탈 차원은 비표면적이 같을 때 공극률이 증가함에 따라 증가하고, 비표면적이 2.4에서 $8.3mm^2/mm^3$으로 증가할 때 2.65에서 2.98로 증가한다. 이러한 삼차원 상자집계 프랙탈 차원과 비표면적, 공극률의 관계로부터 삼차원 상자집계 프랙탈 차원이 지진파 감쇠와 맨틀용융체를 포함한 다양한 지질매체의 구조와 무질서도를 설명하는 변수로 사용될 수 있음을 제시한다.