화학적 풍화지수(CIA)로 본 한반도 중남부 화강암류의 화학적 풍화 경향성

김영래 ( Young Rae Kim ) 한국지형학회 2011 한국지형학회지 Vol.18 No.3

한반도 중남부에 분포하는 10-20m 두께의 화강암류 풍화층은 화학적 풍화가 주도적으로 작용하여 형성된 심층풍화층으로 알려져왔다. 본 연구는 이런 기존의 주장이 어느 정도의 타당성을 지니는가를 규명하기 위하여 화학적 풍화 정도를 정량적으로 파악할 수 있는 풍화지수인 화학적 풍화지수(CIA)를 통하여 살펴보았다. 한반도 화강암류의 CIA는 50 전후이며, 장석류의 화학적 풍화가 진행된 초기 모습에 머물러 있다. 이는 열대기후지역인 홍콩의 80과는 거리가 멀며, 고위도 냉대지역은 핀란드의 60에도 훨씬 못미치는 지수이다. A-CN-K 도식상의 분포 특성으로도 한반도의 화학적 풍화 정도는 매우 미약한 수준에 머물러 있다. 따라서 한반도 중남부 화강암지역의 풍화층 형성 성인에 대한 추후 논의가 더 필요하다. Grus weathering mantles are widely distributed in Southern Korean Peninsula and are considered to be results of chemical weathering related to palaeoclimate milieu. This paper attempts to address this issue by CIA(chemical index of alteration). The climatic approach to the formation of grus mantles offers limited explanation of field occurrences, as these materials are widespread across climatic zones, from the humid tropics to cool temperate areas, although rates of grusification are likely to be influenced by climatic parameters. CIA values for granitoid weathering mantles in S. Korea are 50, which is the same of unweathered granitic rocks. Grus mantles in Korean peninsula show very low level in chemical alteration by CIA.

한반도 서부 황토현 일대 적색토의 화학적 풍화 경향

김영래(Young Rae Kim) 한국지역지리학회 2012 한국지역지리학회지 Vol.18 No.1

한반도 서부의 황토현에 분포하는 적색의 풍화층은 온대몬순기후의 한반도 기후환경과 어울리지 않는 토색을 띤다. 이 적색토(풍화층)는 화학적 풍화를 반영한 것으로서, 화학적 풍화지수(CIA)와 A-CN-K 도식을 활용하면 그 특색을 규명할 수 있다. CaO와 Na2 O의 손실은 대부분 이루어진 상태이며, K2 O의 손실이 단면 하부에서 상부로 가 면서 점차 진행되고 있는 상태이다. 풍화단계에 따른 풍화 진전 방향을 유형화 하면, A-CN-K 도식에서 일반 구릉대 풍화층에서 나타나는 풍화 초 중기 단계에는 A-CN 선을 따라 풍화가 진전되며, 황토현 일대와 같이 강한 화학적 풍화가 진전된 풍화 후기에는 A-K 선을 따라 K2 O의 손실이 이루어지면서 풍화가 진전된다. In Hwangtohyun, meaning “red soil Pass”, reddish surface mantles is widespread, Other granitic hills, exceptionally Naju and Youngam area, in Korean peninsula don`t commonly have that color. This paper attempts to address this issue by CIA (chemical index of alteration). CIA data and A-CN-K diagram provide crucial insights into the changes in the relative contributions of chemical physical weathering in difference of grus regolith and saprolite, CaO and Na2O show strong depletion and K2O is progressive loss. In grus regolith, weathering trends are (sub)parallel to the CN-A join of the A-CN-K diagram, but the sample`s composition plot ever closer to the A-K join in saprolite. The difference of weathering trend obtained using CIA data corresponds closely with the visual interpretation of soil color and texture.

한반도 남서부 영암의 화강암 구릉대 적색토의 화학적 풍화 특색

김영래 대한지리학회 2012 대한지리학회지 Vol.47 No.3

한반도 남서부에 위치한 영암 일대의 화강암 구릉대에는 적색의 지표피복물들이 일반화되어 나타나고 있으며, 이를 고온다습한 고기후의 산물로써 성대토 개념으로 간주되어 왔다. CIA와 A-CN-K, A-CNK-FM 도식을 이용하여 이들 적색의 풍화층이 지니는 화학적 풍화 특색을 살펴본 결과, 모암에서 사장석이 완전 풍화에 준하는 수준의 강한 화학적 풍화가 일어남으로써 사질의 풍화층이 형성되었고, 풍화층이 형성된 이후로는 칼륨 장석의 용탈에 의해 풍화층의 화학적 변화가 일어나고 있는 상태이다. 그러나 일라이트와 같은 일차 광물의 수준을 넘어서지 못한 상태에 있으며, 라테라이트 단면에서 나타나는 카올리나이트와 같은 2차 광물로의 화학적 풍화는 진전되지 못한 상태이다. 화학적 풍화의 결과로서 알칼리 성분들은 용탈에 의해 함량이 낮아진 상태이지만, 철분과 마그네슘 같은 유색 광물들은 상대적으로 미약한 용탈이 발생하여 풍화층의 적색화가 이루어지고 있는 것으로 판단된다. Red saprolites are appeared in granitic hills in Yeongam, Southern Korean Peninsula. These red saprolites were analyzed for their geochemistry, including CIA, A-CN-K and A-CNK-FM ternary plots, to understand the chemical weathering trend and rubefaction of the saprolites. These saprolites were compared with laterite profiles in Cameroon formed under humid tropical conditions. The red saprolites in Yeongam show commonly massive loss of CaO, Na₂O, but K₂O is being slow. The red saprolites in Yeongam relative to laterite and kaolinite profiles of Cameroon and Spain show weak chemical alteration owing to slow removal of K₂O, but high mafic constituents, Fe₂O₃ and MgO, for most of the samples. In the saprolites of Yeongam, mafic oxides become enriched because of the fast and massive removal of alkali constituents, such as CaO, Na₂O and K₂O, relative to other elements, resulting in rubefaction of the saprolites. It is found that the rubefaction of the saprolites is not necessarily proportional to chemical weathering intensity.

한반도 남서부 나주 일대 화강암 구릉대의 적색화와 화학적 풍화 경향

김영래 ( Young Rae Kim ) 한국지형학회 2012 한국지형학회지 Vol.19 No.1

한반도 남서부에 위치한 나주 일대에는 화강암 구릉대가 대표적인 지형경관이며, 대부분은 적색의 풍화층(토양)으로 일반화되어 있다. 나주 구릉대의 적색풍화층을 화학적 풍화지수(CIA)를 통해 분석해본 결과, CaO, Na2O, K2O는 일반적인 화강암 풍화층에 비해 강하게 용탈된 상태이지만, 스페인의 Guadalquivir 분지의 카오리나이트 풍화층과 비교해 볼 때, K2O의 용탈이 아직은 많이 미약한 상태이다. 화학적 풍화강도와 적색화의 상관성 여부를 파악하기 위해 A-CNK-FM 도식을 통해 두 지역을 비교해 본 결과, 화학적 풍화강도가 미약한 나주 구릉대의 적색풍화층이 스페인의 카오리나이트 풍화층보다 더 높은 유색광물의 함량을 보였다. 이를 통해, 풍화층과 같은 소규모 측면에서는 실제적인 화학적 풍화강도와 적색화 사이의 직접적인 상관성을 찾을 수 없었다. Red saprolites are appeared in granitic hills in Naju, Southern Korean Peninsula. These red saprolites were analyzed for their geochemistry, including CIA, A-CN-K and A-CNK-FM ternary plots, to understand the chemical weathering trend and rubefaction of the saprolites. These saprolites were compared with kaolinitic saprolites of Guadalquivir Basin in Spain formed under paleo-humid tropical conditions. Chemical Index of Alteration(CIA) value for Naju in Korea is 80, and 87 in Guadalquivir, suggesting moderate and strong weathering in both. Relative to kaolinitic saprolite of Guadalquivir in Spain, red saprolites in Naju are commonly weak loss of CaO, Na2O, especially in K2O. The A-CNK-FM ternary plots of Naju saprolites relative to Kaolinitic saprolites of Guadalquivir shows weak chemical alteration owing to slow removal of K2O, but high mafic constituents, Fe2O3 and MgO, for most of the samples. In the saprolites of Naju, mafic oxides, Fe2O3 and MgO, become enriched because of the fast and massive removal of CaO, Na2O and K2O relative to other elements, resulting in rubefaction of the surface layer of the saprolites, so more redness than kaolinitic saprolites of Guadalquivir. It is found that the rubefaction of the saprolites is not necessarily proportional to chemical weathering intensity.

주기적 침수구역 이질암 표면의 지구화학적 변화와 풍화심도 모델링: 반구대 암각화

이찬희,전유근 대한자원환경지질학회 2022 자원환경지질 Vol.55 No.6

반구대 암각화의 암면은 접촉변성작용을 받아 혼펠스화된 암갈색 셰일이 주류를 이룬다. 이 암면은 일정 깊이의 풍화층을 형성하고 있으며 풍화층과 비풍화층은 광물 및 화학조성에 차이가 있다. 또한 암각화의 표면은 생물 및 화학적 풍화에 의해 전면에 걸쳐 담갈색으로 변색되었다. 비풍화층을 기준으로 색도를 측정한 결과, 풍화층에서는 백색 및 황색도가 증가하였으며, 색차(ΔE)는 5.54~36.89(평균 17.26)를 나타냈다. 암각화 표면의 풍화층에서는 비풍화층에 비해 CaO의 함량이 약 90% 감소하였으며 Sr도 같은 경향을 보였다. 특히 비풍화층의 공극률은 평균 0.4%이나, 풍화층에서는 25.0%로 산출되었다. 이는 방해석이 수분과 반응하며 용출되면서 표면으로부터 풍화층을 형성하기 때문으로 해석된다. 이를 근거로 X-선의 투과특성을 활용하여 암각화의 풍화심도를 모델링하면, 암면의 풍화심도는 대부분 1~2mm로 나타났다. 그러나 2mm 이상으로 분류된 영역은 주변의 풍화심도를 감안할 때, 최대 3~4mm 정도로 판단된다.

내성천 유역분지인 영주-봉화 분지 화강암 구릉대의 풍화 특색

김영래 ( Young Rae Kim ),기근도 ( Keun Do Kee ) 한국지형학회 2014 한국지형학회지 Vol.21 No.4

낙동강의 지류인 내성천은 ‘모래강’이라고 불릴 정도로 유역분지인 영주-봉화 분지로부터 사질 물질의 공급이 많은 하천이다. 일반적으로 풍화물질로서의 모래는 화강암 구릉대가 해체되는 과정에서 형성되기 때문에, 내성천으로의 모래 공급이 활발하다는 것은 영주-봉화 분지의 화강암 구릉대가 현재도 활발히 해체되고 있다는 것을 뜻한다. CIA분석(A-CN-K와 A-CNK-FM 삼각도)을 통해 나타난 영주-봉화분지의 화강암 구릉대 풍화층은 칼륨을 비롯한 철분, 망간은 물론 화학적 풍화에 매우 약한 것으로 알려진 칼슘과 나트륨의 풍화마저 기반암과 큰 차이를 보이지 않는다. 칼륨의 풍화는 미약해도 칼슘과 나트륨의 손실이 약간은 진전된 정읍, 논산, 남원과 같은 일반적인 화강암 구릉대에 비해서도 화학적 풍화는 거의 일어나지 않은 상태이다. 따라서 영주-봉화 분지의 화강암 구릉대는 입상붕괴에 의해 풍화층이 형성된 이후 화학적 풍화는 거의 정지 상태에서 모래질로 이루어진 구릉대 풍화층이 제거되고 있는 과정에 있는 것으로 판단된다. Naesung stream famous for ‘sandy river’, a tributary to the Nakdong River, flows through Yeongju-Bonghwa Basin, its drainage. If the dismantlement of granitic hills in basin is in final stage, weathering materials from hills into stream are finer materials like silty or sandy loam than coarse sand, because sand as weathering mantles is provided from granitic hills, in general. So the granitic hills in Yeongju-Bonghwa basin is dissecting present. As a results of the CIA analysis(A-CN-K and A-CNK-FM ternary diagram), chemical weathering of granitic grus in Yeongju-Bonghwa basin is too very weak for calcium and sodium to be dissolved and go as far as to be more weak than that of Jeongeup, Nonsan and Namwon, common granitic grus in Korean Peninsula. Therefore, the chemical characteristics of granitic hills in Yeongju-Bonghwa basin show that the alteration of weathering mantles just finished disintegration and is dissected at a standstill. Plenty of sands provided from granitic hills is filling the channel of Naesung stream.

풍화에 따른 암석의 공학적 특성 평가

변지환,홍승서,윤형구 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.4

The Korea peninsula is surrounded by the sea on three sides and thus, the rock is easily weathered due to salt. Furthermore, the external force, erosion and thawing-freezing are also influence on the weathering of rock. The objective of this study is to estimate the characterization of weathering caused by the chemical and mechanical factors by using elastic wave. The specimen is extracted by drilling machine in the field of Icheon, Gyeonggi-Do of tunnel construction site and five specimens are selected to perform the experiment. The samples are fitted into a cylindrical shape for enhancing the measurement of elastic wave. Chemical and mechanical affections are performed by using salty water of high concentration and slake durability test, respectively. The initial average P-wave and S-wave velocity are 3828 m/s and 2211 m/s and then the P and S-wave velocity is reduced to 2601 m/s and 1371 m/s. And the porosity of rock increases from 0.59%~1.95% to 0.46~1.43% due to the weathering. The relationship between elastic wave velocity and weathering index is also suggested and thus, the result may be applied to provide the degree of weathering by using elastic wave. 국내에 분포하는 암석은 삼면이 바다로 둘러싸여 있는 지리적 영향으로 염분에 의한 풍화에 직간접적인 영향을 받는다. 또한 외력, 침식작용 그리고 온도 차에 의한 동결작용등을 통해 풍화의 영향을 받으며 뚜렷한 장마철 기후특성을 보이는 국내의 경우 국지성 호우에의한 풍화에도 큰 영향을 받는다. 본 연구에서는 포화염분용액에 의한 화학적 풍화(Chemical weathering)와 Slake durability test를 통한 물리적 풍화(Mechanical weathering) 현상을 발생시킨 후 매회에 걸쳐 압축파 속도, 전단파 속도, 간극률 그리고 Slake durability index 값을 통해 풍화에 따른 공학적 특성을 관찰하고자 하였다. 경기도 이천의 터널 공사 현장 및 고속도로 현장에서 시추된 시추코어를 시료로 선정하였으며, 해당 시료를 탄성파 속도 측정에 적합하도록 원기둥 형태로 가공하였다. 화학적 풍화(Chemical weathering) 와 물리적 풍화(Mechanical weathering) 실험이 진행됨에 따라 압축파와 전단파 속도는 각각 평균 3828 m/s, 2211 m/s에서 최종적으로2601 m/s, 1371 m/s로 감소, 간극률의 경우 0.46%~1.43%에서 0.59%~1.95%로 증가하였다. 이를 통해 풍화지수와 탄성파 속도간의 관계를 제시하였으며, 현장에서 탄성파 속도를 통해 풍화정도를 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

국내 쇄설성 퇴적암의 화학적 풍화지수 고찰

김성욱 ( Sung-wook Kim ),최은경 ( Eun-kyoung Choi ),김종우 ( Jong-woo Kim ),김태형 ( Tae-hyung Kim ),이규환 ( Kyu-hwan Lee ) 대한지질공학회 2017 지질공학 Vol.27 No.1

암석내 화학종의 함량을 이용한 풍화지수는 암석의 풍화 정도와 2차 광물의 생성을 예측하는데 매우 효과적이다. 풍화의 과정은 암석의 종류에 따라 다르게 나타나는데 국내의 경우 화강암의 분포 면적이 넓은 이유로 풍화지수의 연구는 산성질 화성암에 편중되어 왔다. 이 연구는 쇄설성 퇴적암에 속하는 사암, 이암, 셰일의 전암분석(X-선 형광분석)을 이용하여 풍화지수들을 산정하고, 상관성 분석을 통해 지수들의 유의성을 검토하였다. 쇄설성 퇴적암 중 장석의 비중이 높게 나타나는 사암과 셰일의 경우 장석의 풍화를 나타내주는 Wp, CIA, CIW, PIA 풍화지수가 높은 유의성을 보였다. 화학적 변질지수(CIA)는 풍화경로와 변질점토의 생성을 예측할 수 있는 장점이 있으나 풍화 정도의 변별력을 높이기 위해 화학적 풍화지수를 동시에 고려하는 것이 효과적이다. 탄산염 계열의 광물이 포함된 경우 이에 대한 효과를 산정식을 통해 제거하지 못하였고 정확한 풍화지수 산정을 위해 X-선 회절분석 등을 통해 탄산염 물질의 함량이 높은 시료는 분석과정에서 배제해야 한다. Evaluation of the weathering index using the quantitative element composition of rocks is very effective in predicting the degree of weathering of rocks and the secondary weathering residuals. While the process of weathering varies according to the types of rocks, the study of weathering in Korea is concentrated on acidic igneous rocks. This study calculated the weathering indices using whole rock analysis (X-ray fluorescence analysis) of sandstone, mudstone, and shale belonging to clastic sedimentary rocks. The statistical significance of the indices was examined based on the correlation of the calculated weathering indices. Clastic sedimentary rocks showed higher significance of Wp, CIA, CIW and PIA weathering index indicating weathering of feldspar. Chemical Index of alteration (CIA) has the advantage of predicting weathering pathway and clay mineral production, but it is effective to consider chemical index of weathering index (CIW) simultaneously to improve accuracy. In order to reduce uncertainties due to carbonate rocks and to estimate the accurate weathering index, rock samples with high CaO content should be excluded from the evaluation of weathering index.

강원도 원주일대에 분포하는 화강암 및 화강편마암의 화학풍화실험에 의한 물성 변화 연구

우익(Ik Woo),엄정기(Jeong-Gi Um),박혁진(Hyuck-Jin Park) 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.3

본 연구는 실내 화학풍화실험을 통하여 원주일대에 분포하는 화강암 및 화강편마암의 화학적 풍화특성을 평가하는데 목적이 있다. 이를 위하여 이중속실렛추출장치를 이용하여 170여일간의 용탈실험을 수행하고 연구지역 암석의 화학적 풍화작용에 의한 원소 이동과 물성변화를 측정하였다. 풍화에 따른 구성광물의 반응정도에 따른 차별적 풍화침투와 P파속도의 전반적인 감소가 관찰되었으나, 공극률의 변화는 거의 없는 것으로 확인되었다. 화학풍화실험에 따른 화강암의 일축압축강도는 F 등급에서 20%, SW 등급에서 16% 정도 감소되는 것으로 나타났다. 연구지역에 분포한 화강편마암의 경우에는 뚜렷한 이방성에 의한 일축압축강도의 편차로 인하여 풍화에 따른 암석강도의 저감효과를 평가하기 어렵다. 연구지역에 대한 중ㆍ장기적인 풍화 예측을 위해서는 화학적 풍화와 더불어 물리적 풍화가 병행된 조건에서의 고찰 필요하며 앞으로도 심도있는 후속 연구가 요구된다. The purpose of the study is to evaluate the effects of chemical weathering on the granite and orthogneiss in Wonju area based on accelerated artificial chemical weathering. The rock samples were scrutinized the variation of index properties and ion exchanges caused by artificial chemical weathering which was implemented with leaching test for 170 days using double soxhlet extractor. The differential weathering and decrease of p wave velocity were obtained by weathering process without significant changes of porosity. In case of granite samples, the uniaxial compression strength was reduced by 20% and 16% for the F-grade and SW-grade, respectively. For ㎿-grade granite, however, was not able to examine the effect of strength reduction due to lack of sample number. Also, for orthogneiss, it is difficult to compare the values of uniaxial compressive strength between before and after the test because of its strong anisotropy.

한반도 남부의 화강암 구릉대 지표피복물의 풍화 특색

김영래 ( Young Rae Kim ),기근도 ( Keun Do Kee ),양재혁 ( Jae Hyuk Yang ) 한국지형학회 2012 한국지형학회지 Vol.19 No.4

한반도 남부에는 적색의 지표피복물이 나타나고 있으며, 학교 교육에서는 라테라이트성 적색토로 규정해왔다. 줄포, 나주, 영암에 분포하는 화강암 구릉대의 적색화된 풍화층을 대상으로 CIA(화학적풍화지수)와 A-CNK 삼각도를 이용하여 분석해 본 결과, 칼슘과 나트륨의 용탈은 매우 강하게 진전되어 있지만 칼륨의 용탈이 미약한 상태이다. 스페인의 카올리나이트층과 카메룬의 라테라이트토와 비교해 보았을 때, 한반도 남서부 지역의 풍화물은 백운모와 일라이트 수준을 넘어서지 못하고 있는 상태이다. 단면 하부에서 상부로 갈수록 상대적 함량이 증가하는 철분은 지표피복물 적색화의 주요 요인이지만, 라테라이트토가 강한 화학적 풍화로 인한 잔적물인 철분에 의한 적색화라면, 연구지역의 적색화는 철분의 함량과 화학적 풍화 강도 모두 그에 못 미친다. 따라서 한반도 남부 지역에 나타나는 적색의 지표피복물들을 성대적 개념의 라테라이트성 적색토로 규정하기에는 현재의 연구가 많이 부족하며, 추후의 연구가 더 필요하다. Reddish superficial materials in southern area of Korean Peninsula have been defined as lateritic red soil in Korea. In A-CN-K ternary plots, CaO and Na2O show similar linear distribution along a A-K line to kaolinite profile and laterite in southern Spain and Cameroon, respectively, and it means strong alteration. But K2O is weak alteration, plotting between muscovite and illite zone. Granitic reddish weathering mantles in study area show bulk distribution in center when plotted in A-CNK-Fm space, in contrast to laterite in Cameroon, plotting linearly in the middle along a A-FM line. Therefore, alteration of reddish saprolites in Southern Korea have not progressed as much as laterite. To define Reddish saprolite in southern Korean Peninsula as a lateritic red soil, more many studies are necessary.