1. 개요
증발암은 해수나 담수가 증발하면서 물에 함유되어 있는 이온들이 결합하여 침전하는 광물로 이루어진 암석이다. 대표적인 광물로는 석고[1], 경석고[2], 암염[3] 등이 있다. 증발암은 학문적으로는 고기후 연구에 주로 이용되며, 경제적으로는 증발암 퇴적층을 광상으로 개발하기도 하고, 탄산염암 저류층의 덮개암을 이루거나, 암염 돔(salt dome)에 의한 다이아피어(diapir) 집유장을 형성하여 탄화수소의 탐사와 개발에 있어서 중요한 역할을 하기도 한다.오늘날 증발암이 형성되는 곳으로 대표적인 예는 사해가 있으며, 실험실에서 바닷물을 이용하여 증발 실험을 하는 경우 바닷물이 원래 부피의 20% 미만으로 줄어드는 시점부터 석고가 침전되기 시작하며, 원래 부피의 10% 미만으로 줄어드는 경우 암염이, 그리고 거의 모두 증발하는 경우 마그네슘과 칼륨을 함유하는 염분이 침전된다.
2. 증발암 광물의 침전 유형
증발암은 크게 물 속에서 침전되는 형태와 대기중에 노출되어 있는 상태에서 침전되는 두 가지 형태로 나눌 수 있다. 물 속에서 침전되는 경우 수심이 매우 얕은 곳부터 깊은 경우까지 모두 가능하며, 작은 규모로는 호수나 석호에서 형성될 수 있고, 큰 규모로는 강괴내부분지(intracratonic basin)나 열개분지(rift basin)에서 형성될 수 있다.물속에서 침전되는 경우는 해저면의 퇴적물 표면에서 결정이 형성되어 성장하는 형태나, 수면 근처에서 결정이 생성되는 유형으로 나누어질 수 있다. 대기중에 노출된 상태에서 침전하는 증발암은 내륙이나 사브카(sabkha)의 염호, 오아시스 등의 매우 얕은 물이 증발하면서 형성되기도 하며, 대표적으로는 퇴적물 또는 토양의 공극에 증발암 광물이 침전되는 사브카 환경이 있다.
2.1. 사브카 환경에서 형성되는 증발암
사브카 환경에서 증발암이 침전되기 위해서는 건조한 기후와 연중 평균 온도가 섭씨 22°C 이상이 유지되어야 한다. 이 경우 사브카의 내륙 쪽에서 결핵체 형태나 얇은 층으로 경석고가 침전되는데, 이러한 경석고층이 지속적으로 성장하면서 결정 성장에 의한 압력으로 특정한 조직을 만들기도 한다. 석고가 사브카의 퇴적물이나 토양의 공극에 침전되는 경우에는 주로 조간대 상부에서 초조간대 사이에서 1 mm 미만부터 최대 25 cm 이상 크기의 석고 결정으로 침전된다. 물의 증발이 지속적으로 일어나 공극수의 염도가 260‰을 넘으면, 경석고가 석고를 치환하기도 하며, 경석고와 석고의 지속적인 성장에 의하여 증발암 광물이 기존의 층리와 퇴적조직을 흐트러뜨려 chicken-wire 조직을 형성하기도 한다.2.2. 수중에서 형성되는 증발암
석고 결정이 석호, 호수, 천해 대륙붕의 바닥에서부터 수직적으로 성장할 수 있는데, 이 경우 특징적으로 손 모양의 석고 결정이 만들어진다. 이러한 석고 결정이 사브카에서 침전된 결핵체 형태의 석고-경석고와 교호하는 경우에는 상조대의 연못에서 형성된 것이며, 반면에 얇은 박층의 석고-경석고층과 함께 발달하는 경우에는 증발암이 형성되고 있는 분지가 얕아지면서 석고 결정이 형성된 것으로 해석할 수 있다.
석고와 경석고가 얇은 박층리로 형성되는 경우에는 얇은 석고-경석고층과 방해석, 유기물이 풍부한 방해석, 또는 유기물의 얇은 층이 교호하는 형태로 발달하는데, 이는 아마도 계절적 또는 연간 퇴적환경의 변화에 기인한 것으로 생각된다. 이러한 얇은 층리의 석고-경석고층은 수평적으로 매우 연결성이 좋아 횡적으로 수십~수백 km까지 대비가 가능하며, 이를 바탕으로 이러한 증발암층이 wave base 아래에서 직접 침전되었다고 해석할 수 있다. 또한 박층리의 석고-경석고층은 슬라이드, 슬럼프 등에 의하여 사면에서 이동한 구조를 포함하기도 하는데, 이러한 증거는 운반과 재퇴적작용의 영향을 받았음을 지시해 준다.
2.3. 해수면 변동과 증발암
강괴내부분지의 경우 해수면이 높은 기간에는 분지 내부에 주로 해양 탄산염 퇴적물이 쌓이나, 해수면이 떨어지기 시작하면 정상 염도의 외해와 분지의 연결이 불량해지면서 분지 연변부에 증발암이 형성되기 시작할 수 있다. 해수면이 낮은 기간에는 분지와 외해의 연결이 단절되면서 분지의 중심에 박층리의 경석고와 암염이 형성되어 쌓이게 된다.
[1]
gypsum; CaSO4·2H2O
[2]
anhydrite; CaSO4
[3]
halite; NaCl
[4]
미국
텍사스 주
페름기 캐스틸층(Castile Formation)의 증발암. 밝은 층은 석고와 경석고로, 어두운 색의 층은 유기물을 함유한
방해석으로 이루어진다. 이러한 박층리의 증발암은 상대적으로 분지의 깊은 곳에서 형성된 것으로 해석된다.