광양-하동 지역에는 선캠브리아 시대의 화강암질 편마암과 반상변정질 편마암이 널리 분포하고 있다. 본 연구는 이들 편마암류의 지구화학적 특징과 변성작용의 온도와 압력을 파악하고자 한다. 편마암류는 실리카-알카리 IUGS 분류도에 의하면 화강섬록암 영역에 해당된다. 주성분원소의 여러 특성은 본 역의 편마암류의 원암은 비알칼리암이고 대륙의 동시 충돌형 영역에서 형성되었을 것으로 예상되는 S형 화성암류를 지시한다. 미량원소는 SiO2의 양이 증가함에 따라 Zn, Sc, Sr, V 등 대부분이 감소하는 경향을 보인다. 석류석 성분에서 알만딘과 스페살틴 및 XFe는 석류석 입자의 주변부에서 높고 파이로프는 중심부에서 높은데 이는 석류석의 성장과 후퇴변성작용의 결과로 보인다. 변성분대는 규선석-근청석대, 규선석대, 석류석대, 흑운모대로 분류된다. 편마암류로부터 계산된 변성작용의 온도-압력은 저압 내지 중압형의 고온 변성작용(689-757˚C, 5.0-5.6kbar)을 받은 후 저압, 중온의 후퇴 변성작용(579-628˚C, 3.1-4.5kbar) 및 중첩된 후퇴 변성작용(502-558˚C, 1.6-2.3kbar)이 수반되었음을 지시한다.

고흥 북부지역에는 화강암질 편마암, 반상변정질 편마암 및 미그마타이트질 편마암이 널리 분포하고 있다. 편마암류는 실리카-알카리 lUGS 분류도에 의하면 화강섬록암 영역에 해당된다. 미량원소는 SiO2 양이 증가함에 따라 Li,Zn, Sc, Sr, Ni, V, Y등 대부분이 감소하는 경향을 보인다. 사장석 성분은 안데신으로 상당한 범위(An32-48)를 보여주며 석류석 성분에서 Xalm과 Xsps은 석류석 입자의 주변부에서 높고 Xpyp는 중심부에서 높으며, XFe는 석류석 입자 주변부에서 높은 변화를 보인다. 본 역의 편마암류의 모암인 화강암류는 대륙의 동시 충돌형과 후기 조산대 및 후 조산대 영역에서 형성되었을 것으로 예상되며 S형과 I형 화성암류가 모두 나타난다. 변성작용은 저압 내지 중압형의 고온 변성작용(803-913˚C, 6.1-7.3kb) 받은 후 저압, 중온의 후퇴 변성작용(570-726˚C, 2.2-5.1 kb) 및 녹니석화 작용 등의 중첩된 후퇴 변성작용이 수반되었다.

경기육괴 중부 의암 편마암 복합체에 분포하는 호상편마암에 대해 저어콘 연대 및 희유원소 분석을 진행했으며 분석 결과를 토대로 경기육괴 기반암류 모암의 퇴적시기와 이들의 변성작용 및 변성시기에 대해 검토하였다. 호상편마암의 쇄설성 저어콘은 신시생대와 고원생대 경계 부근(2500-2480Ma)에서 가장 두드러 진 연령 피크를 보이며 이들과 함께 고원생대 중기 시데로스기부터 라이악스기에 해당하는 다수의 연령이 확 인되었다. 쇄설성 저어콘의 가장 젊은 연령 피크는 2070Ma로 확인되었으며 이는 호상편마암 모암의 퇴적 시 기가 적어도 2070Ma 이후였음을 의미한다. 한편, 저어콘 외연부에서 1966 ± 39Ma ~ 1918 ± 13Ma에 해당하는 변성작용 연령이 확인되었으며 오차범위, 불일치도 그리고 평균 제곱 가중편차 값을 고려할 때 1918 ± 13 Ma 가 가장 합리적인 변성작용 시기를 지시하는 것으로 보인다. 이들 저어콘 외연부의 결정화 온도는 690-740℃ 로 확인되었다. 따라서 경기육괴에서는 1880-1860Ma에 일어난 광역변성작용 이전에도 고도의 변성작용이 있 었던 것으로 판단된다.

마스컬리나이트(maskelynite)는 강한 충격에 의해 운석이나 크레이터(crater)에서 형성된 장석 조성의 비정질 상으로서, 마스컬리나이트의 형성 메커니즘에 대한 이해는 운석의 충격 변성 압력에 대한 중요한 정보를 제공한다. 본 연구는 마스컬리나이트의 형성 메커니즘을 규명하기 위한 예비연구로서, 달운석 Mount DeWitt (DEW) 12007에서 관찰되는 사장석과 마스컬리나이트의 충격 압력의 불균일성을 연구하였다. 달운석 DEW 12007에서 대부분의 사장석 입자 일부가 마스컬리나이트로 전이하여, 하나의 입자 내에서 사장석과 마스컬리나이트가 방향성을 가지고 혼재하는 양상이 관찰된다. 주 사 전자 현미경의 후방 산란 이미지 관찰 결과, 마스컬리나이트 내부에 평면 변형 구조가 남아 있는 것은 다이어플렉틱 글래스일 가능성을 지시하는 것으로 보이는 반면, 입자 경계를 따라 사장석이 용융 후 재결정된 흔적도 나타난다. 라만 분광분석 결과는 사장석이 약 5-32 GPa, 마스컬리나이트가 26-45 GPa의 충격 변성 압력을 받았음을 지시한다. 이와 같이 한 입자 내에서 서로 다른 충격 변성 압력은 충격파의 불균일한 분포와 같은 운석 외부에 의한 원인 또는 사장석 입자의 물리적, 화학적 특성과 같은 운석 자체의 원인에 의해 발생할 수 있다. 하지만 라만 분광분석은 비정질 상(phase)인 마 스컬리나이트의 원자 구조를 규명하기에는 한계가 있으며, 고압 환경에서 형성될 것으로 예상되는 고 배위수 원자 환경의 관찰이 힘들다. 따라서 장석과 마스컬리나이트의 충격 압력 및 형성 메커니즘을 이해하기 위해, 장석과 마스컬리나이트의 화학 조성 및 원자 단위 구조의 규명이 필요하다.

선캠브리아기의 지리산 편마암 복합체는 초기의 백립암상에서 후기의 각섬암상 또는 녹색편암상까지 후퇴변성작용을 받았으며, 편마암 복합체 내 관입한 하동 회장암체는 이 중 후기 변성작용의 영향을 받았다. 회장암체 내 주요 유색광물은 각섬석으로 이를 통해 변성조건 및 변성상에 관한 추정이 가능하다. 회장암체 내 각섬석은 개방니콜 하에서 주로 청녹색 내지 녹색을 나타내고, 반자형 내지 타형의 형태를 보인다. 일부 갈색의 각섬석 주변부로 청록색으로 변하는 누대조직(zonal texture)이 존재하고, 사방휘석 내에는 각섬석으로 변하는 반응부가 존재해 후퇴변성 내지 변질 양상을 보인다. 회장암을 구성하는 각섬석은 크기 및 산상에 따라 기질을 이루는 미정질의 각섬석[Ⅰ그룹 : 페로혼블렌드(ferrohornblende)]과 1 mm 이상의 크기를 보이며, 주로 불투명광물 내지 사장석과의 경계에서 산출되는 각섬석[Ⅱ그룹 : 페로파가사이트(ferropargasite)]으로 구분된다. 화학분석결과, 각섬석 내 Alⅵ의 함량을 통해 회장암체의 변성압력이 5 kbar 이하의 저압의 조건이었음이 인지되는 한편, 각섬석 내 Ti함량범위 및 각섬석+사장석+석류석+흑운모+녹니석의 광물조합을 통해 회장암체의 변성상이 각섬암상에 속하는 것으로 판단된다.

연구는 호주 퀸즈랜드 주 북서부에 위치하는 은-납-아연 캔닝턴 광상은 호상편마암, 미그마타이트, 규선석-석류석 편암 그리고 각섬암으로 구성된 모암 주변부에서 발달해 있다. 모암에서 산출되는 규선석의 세 가지 다른 결정형태, 규선석을 포획광물로 함유한 아연-첨정석과 석류석 반상변정은 모암의 변성작용과 아연과 관련된 광화작용에 대한 지질학적 지시자로 사용되었다. 변성작용과 아연 광화작용과의 관계는 프로그램 THERMOCALC를 이용하여 KFMASH (K2O-FeO-MgO-A12O3-SiO2- H2O), KFMASHTO (K2O-FeO-MgO-A12O3-SiO2-H2O-TiO2-Fe2O3), NCKFMASH (Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O) 그리고 MnNCKFMASH (MnO-Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O) 화학계에서 이들 세 가지 광물의 공생관계와 규선석-석류석-부분용융의 상평형 관계를 이용하여 결정하였다. MnNCKFMASH와 NCKFMASH계에서 부분 용융은 KFMASH와 KFMASHTO계에서 보다 낮은 온도에서 일어나며, MnNCKFMASH 계에서 용융 온도는 암석 화학 성분의 Na+Ca+K)의 비가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보인다. 캔닝턴 광상의 모암은 MnNCKFMASH계의 경우 최고 온도와 압력 환경에서(634±62℃, 4.8±1.3 kbar) 약 15% 용융되지만, KFMASHTO계하에서는 부분 용융이 일어나지 않는다. 규선석의 등변성도선과 모드 비의 변화를 근거로, 주상과 능면형의 규선석과 주상의 규선석을 포획하는 아연-첨정석 반상변정은 부분 용융을 포함하는 온도와 압력의 증가(약 550～600℃, 2.0～3.0 kbar에서 700～750℃, 5.0～7.0 kbar)로 인한 것으로 생각된다. 또한 이와 같은 변성작용 동안의 최대 수축 변형 방향은 남-북 그 다음 동서 방향으로 주로 D1과 D2 변형작용 동안에 형성되어졌다. 결론적으로 아연-첨정석의 성장과 관련된 아연 광화 작용은 D2 동안에 일어났고 그 후 부분 용융과 후기 변형/변성작용에 의해 재배치 또는 재농집 되어진 것으로 생각된다.