Deformation microstructures and petro-fabrics of blueschist, eclogite and mantle peridotite: Implication for seismic properties in the subduction zone

Abstract

과거 섭입대였던 두 지역(중국 North Qilian 조산운동대와 Qinling 조산운동대)에서 채취한 청색편암, 에클로자이트, 그리고 맨틀 감람암의 변형 미세구조와 암석구조 분석 및 지화학 분석을 통하여, 섭입대 환경하에서 지구의 동역학적 과정들과 지진파 비등방성을 이해하고자 하였다. 암질과 변형 정도가 각각 다른 청색편암과 에클로자이트에서 계산한 지진파 특성들은 다음과 같은 사실을 지시한다. (1) 청색편암과 엽리가 잘 발달된 에클로자이트들은 지진파 비등방성이 크며, 괴상의 에클로자이트와 감람암들과 비교할 때 대략 3-12% 낮은 지진파 속도를 가진다. 이를 통하여 상부 지진파 저속도층의 점진적인 감소와 섭입 깊이에 따른 지진파 비등방성의 소실을 설명할 수 있다. (2) 해구에 평행한 방향의 지진파 비등방성은 큰 각도로 (> 45‒60°) 섭입하는 해양지각에 의하여 야기될 수 있고, 그에 따른 지연시간은 0.03‒0.09초 (괴상 로소나이트 청색편암의 최저값) 에서 0.1‒0.3초 (엽리가 잘 발달된 녹렴석 청색편암의 최대값) 정도이다. (3) 청색편암과 에클로자이트의 지진파 반사 계수 차이가 매우 크기 때문에 (Rc = 0.04‒0.20), 얕은 깊이의 청색편암 위주의 부가체 안에 있는 거대한 에클로자이트 암괴가 고분해능 지진파 반사 실험을 통하여 관찰될 가능성이 있다. 맨틀 감람암의 경우 North Qilian 조산운동대와 Qinling 조산운동대에서의 전호 암석권 맨틀에서 ~25-30% 정도의 부분용융 이후에 남은 내열성의 잔여물들로, 하즈버자이트와 더나이트에 해당하며 B, C, A-/D-타입과 같은 다양한 감람석 암석조직이 관찰된다. 다수에 해당하는 A-/D-타입 감람석 암석조직은 해구에 평행한 방향의 지진파 비등방성을 약화시키고, 전호 맨틀에서의 사문석화 작용과 관련된 지진파 특성에 영향을 준다. 반면에, 물이 많은 환경에서 만들어지는 C-타입과 B-타입 감람석 암석조직의 경우 각각 저응력 고온 환경과 고응력 고온 환경에서 발달된다고 알려져있다. C-타입에서 B-타입으로의 감람석 암석조직의 변화는, 섭입대의 맨틀웨지에서 해구방향으로 생기는 삭박작용과 냉각 작용으로 인해 생길 수 있는, 빠른 지진전단파의 편광 방향이 해구에 수직한 방향에서 해구에 평행한 방향으로의 변화를 반영한다. 그러나 전호 맨틀의 발달과정 중에서 물이 많은 환경(B-, C-타입)과 물이 적은 환경(A-, D-타입)에서의 감람석 암석조직 사이의 포괄적인 관계에 대해서는 아직 모호한 부분이 있고, 앞으로 좀 더 실험실에서 암석의 미세구조 연구와 야외 지질조사가 추가되어야 할 것이다.