Deformation microstructure in Spitsbergen peridotite, Svalbard

Abstract

상부맨틀에서 관찰되는 지진파의 비등방성(seismic anisotropy)은 주로 맨틀 내에서의 변형 미구조(deformation microstructure), 즉, 광물의 격자선호방향(LPO, Lattice Preferred Orientation)과 밀접한 관련이 있다. 맨틀의 변형 미구조를 연구하기 위해 스발바드(Svalbard) 군도의 스피츠버겐(Spitsbergen) 지역에 분포하는 제4기 알칼리 현무암류에 포획되어 있는 페리도타이트 구성광물들의 격자선호방향을 연구하였다. 100여 개의 채취시료 중 엽리가 잘 발달된 9개의 암편을 연구대상으로 선택하였고, 주 구성광물인 감람석과 사방휘석의 격자선호방향을 전자후방산란회절(EBSD, Electron Back-Scattered Diffraction)과 HKL Channel Software를 사용하여 분석하였다. 아울러, 두 개의 시료를 oxygen decoration 시킨 후, 주사전자현미경(SEM)의 후방산란전자영상(Back Scattered Electron image)을 이용하여 선결함(dislocation)을 관찰하였다. 감람석의 EBSD 분석 결과를 살펴보면, Type-A (5 개), Type-D (2 개), 그리고 이 둘의 혼합형태 (2 개)에 해당하는 격자선호방향(LPO)들이 관찰되었다. Type-A는 [100]축이 선구조(lineation) 방향에 아(亞)평행(subparallel)하며, (010)면이 엽리면(foliation)에 평행한 슬립계(Slip system)를 가진다. Type-D는 [100]축이 선구조 방향에 아평행하고, [010]과 [001]축이 선구조 방향과 거의 수직으로 거들(girdle) 형태를 보이는 슬립계이다. 사방휘석의 격자선호방향은 주로 [001]축이 선구조 방향에 아평행하고, (100)과 (010)면이 엽리면에 거의 평행한 특징을 보였다. 감람석의 선결함 분석결과를 살펴보면, Type-A 격자선호방향을 가지는 시료는 선결함을 가지고 있는 결정의 수가 적었고, 선결함이 주로 결정 경계부근에 소량 분포하는 특징을 보였다. 이에 비해 Type-D의 격자선호방향을 가지는 시료는 선결함을 가지고 있는 결정의 수가 많았고, 일부는 선결함이 그 결정들 내부에 고르게 분포하는 특징을 보였다. 위의 결과에서 보여진 많은 선결함과 강한 격자선호방향의 존재는 북극 스피츠버겐 페리도타이트가 dislocation creep에 의해 변형되었음을 지시한다. 또한, 감람석 내에 선결함의 밀도가 높음은 암석이 고(高)응력 하에서 변형을 받았음을 의미한다. 기존 연구 결과에 의하면 Type-A 격자선호방향은 낮은 응력 조건에서 생성되고, Type-D는 높은 응력 조건에서 생성된