지질화학, 정의와 연구범위

지질학의 주요분야중 하나인 지질화학에 대해 알아봅니다. 지질화학은 금을 캐던 골드러쉬부터 광산산업과 연계가 되며 급속도로 발전했으며, 최근 쉐일카스, 쉐일오일을 통해 쉐일연구를 통해 각광을 받으며, 지질학의 가장 핵심이 되는 주요 연구분야가 되었습니다 .

지질화학의 연구분야 (출처-VUB)

 1. 지질화학이란?
지질화학은 그것이 다루는 주제와 채택된 기술 모두에서 광범위하고 매혹적인 과목이다. 지구시스템과 환경과학 모듈의 지질화학 섹션에는 현대 지질학자가 이용할 수 있는 기술과 기술 혁신에 관한 최신 정보와 화학의 도구와 원리가 어떻게 지구와 환경의 모든 문제를 다루게 되었는지에 관한 많은 기사가 수록되어 있다.과학을 수반하다 빅터 골드슈미트(1888년~1947)는 흔히 '지화학의 아버지'로 여겨진다. Goldschmidt의 업적 중 하나는 규산염 지구(Lithophile, Siderophile, Chalcophile 및 Atmophile)에 대한 선호 숙주 단계에 따라 화학 원소의 분류를 통해 지구과학 맥락에서 화학 원소의 행동을 체계화하기 시작하는 것이었다. 이것은 여전히 오늘날 원소의 가장 널리 퍼져 있는 지질학적 분류 중 하나이며, 화학의 원리를 지구 연구에 적용시키는 측면에서 중요한 단계였다.

지화학처럼 넓은 분야는 자연적으로 다양한 수준에서 하위 분야로 세분화되었다. 이러한 하위 학문들은 여러 가지 다른 형태의 방법으로 서로 구별되며 많은 경우에 그들 사이에 상당한 중복이 있다. 분할 기준에는 이론적 연구와 대조적으로 분석 지질화학, 채택된 기술 또는 영역이 관련된 측정 유형(예: 동위원소 지질화학), 표본 유형(예: 화성 지질화학, 유기 및 석유 지질화학), 해결되는 과학적 질문의 등급(예: 코스)이 포함된다.화학(mochemistry), 특정 지구화학자가 관여하는 압력-온도계(예: 저온 지화학)

2. 맨틀 온도 연구
지구화학과 지구물리학은 지구에서 가장 부피가 큰 활화산 계통인 중해의 능선에서 용해 상태를 상당히 일관성 있게 보여주고 있다. 이러한 조건들이 지구역사에 걸쳐 유지되었는지를 판단하는 것은 지질화학에 관한 일이다. 대륙성 맨틀에서 나온 대부분의 크세노리스들은 부분적 용해 추출의 잔류물이다(2.05장). Re isotOs 동위원소 시스템은 이러한 유형의 분화 이벤트를 추적하며, 아대륙 맨틀이 경험하는 용해 고갈 사건을 비교한다. 2.05장에서는 대륙 아래의 맨틀의 수명을 문서화하여 남아프리카, 시베리아, 북아메리카의 아르첸 지각 구역에 있는 ca. 3ga 맨틀의 예를 제공한다. 오래된 암석권 맨틀에 의해 경험되는 용해 고갈의 정도는 구성 부력을 유발하기 때문에, 이 두꺼운 대륙 암석권 용기는 오래된 대륙 지각의 생존 가능성에 중요한 역할을 한다. 맨틀 크세노리스들은 지구 역사에서 다양한 시기에 발생한 용해 사건을 표본으로 추출한다. 따라서 이들의 구성은 시간에 따라 용해 조건의 변화를 조사하는 데 사용될 수 있다. 2.05장과 2.08장은 모두 맨틀 크세놀리스가 시간이 흐를수록 용해 추출의 정도가 세속적으로 감소했음을 나타낸다. 예를 들어, 현대의 용해 부위는 1 GPa와 2 GPa 사이의 압력에서 5%에서 25%의 부분 용해 추출물을 암시하는 성분을 가지고 있다(2.08장). 반면 아르첸 맨틀 표본은 용해 추출의 평균도(45%)와 압력(4.5GPa)이 훨씬 높은 것으로 나타났다. 만일 탈수 현상이 아닌 냉각 맨틀의 결과로서 순수하게 설명된다면, 평균 용해 범위의 이러한 변화는 맨틀이 아르첸(2.08장) 이후 최대 350 °C까지 냉각되었음을 시사한다. 아르첸과 현대 맨틀 샘플 간의 평균 용해 범위 차이는 유의하지만, 두 데이터 세트 모두 대부분의 맨틀 샘플에 영향을 미치는 부분 용해 추출이 적어도 지구 역사의 마지막 3.5 Gyr 동안 150 km 미만의 깊이에서 발생했음을 나타낸다. 일부 유형의 맨틀 유도 화산재(제2.3장)에 대한 "농축" 공급원으로 기능하기 위한 지각재 재활용에 대한 증거와 함께, 이것은 지구 내부에 화학적 변화를 일으키는 주요 과정이 판 지각 순환의 전형적인 얕은 용해 및 지각 재활용이라는 것을 시사한다.

3. 광물탐사, 광물학
지질화학은 개념화 훨씬 이전에 광물탐사에서 중요한 역할을 하며 광산 운영의 폐쇄를 훨씬 넘어 계속된다. 기본 지리학 지도는, 국내외 차원에서, 지구 표면을 덮고 있는 수만 킬로미터에서 수천 킬로미터의 규모로 주기적으로 토양과 바위에 대한 다단계 연구에 의해 생성된다. 총 미량 원소 범위(Ag, As, Au, Bi, Ca, Co, Cr, Cu, F, Fe, Hg, K, Mn, Mo, Na, Na, Ni, Pb, Pd, Pt, Rn, Sb, Si, Te, Zn 등)에 대해 시료를 분석한다. 화학적 구성의 지역적 공간적 변화를 보여주는 기준선 맵은 광물 탐사 및 광범위한 환경 문제를 목표로 한다. 모든 범위의 지리학 기술은 현장 상황, 판단, 그리고 작전 폐쇄까지의 정찰 동안의 이전 경험에 기초한 의사결정 기준에 집중되어 왔다.

지질학적 조사를 설계하거나 평가할 때 고려해야 할 중요한 매개변수는 다음과 같다.

-방향조사, 조사의 면적 범위, 샘플링 밀도,

-채취할 표본의 유형(토양, 암반, 하천수, 식물, 가스 등), 시료의 채취 후 처리(분석 강화, 토양 시료의 다른 입자 크기 분율에 대한 시료 채취)

-화학적 분석의 선택. 지질학적 탐사는 결국 새로운 샘플링, 대상 테스트를 위한 드릴링 장비 이동 전 드릴링 위치, 주입 드릴링, 재드릴링 및 단계별 의사결정을 위한 실시간 모델링 – 능력에 작용한다. 탐사 기간이 짧을 때 특히 중요한 리드 타임을 줄인다.

4 셰일 연구
지화학은 셰일가스 평가에 중요한 역할을 한다. 지질학적 분석은 총 유기 탄소, 케로겐의 종류, 가스의 성숙도, 그리고 소스 특성화에 도움이 되는 많은 다른 매개변수에 대한 정보를 제공한다. 분지의 지질학적 모델링은 탄화수소 생성과 보유를 이해하는데 도움이 된다. 석유와 가스의 광분해 지질화학, 탄소동위원소, 바이오마커 분석 등을 통해 탄화수소의 근원을 이해할 수 있다. 유기탄소가 높은 셰일가스의 양과 퇴적물을 찾는 것이 중요하다. 셰일가스 탐사에 지화학, 침전물학, 페트로물리학적 방법이 사용된다. 셰일 형성의 분지간 공간에서 생성되는 가스는 미래의 대체 에너지원이다. 지질학적 방법은 셰일가스의 탐사에 유용하다. 경제적 중요성의 셰일즈는 1% 이상의 유기 탄소를 포함하고 있으며, 다양한 지질학적 과정이 이 유기 물질을 가스나 기름으로 변환시키는 역할을 하였다.

모든 셰일 형성은 셰일 가스에 유용할 수 없다. 가장 중요한 특성 중 하나는 경도인데, 부드러운 셰일은 수압골절을 견딜 수 없기 때문이다. 셰일(shale)은 유리 가스가 밖으로 이동할 수 있도록 분지간 층을 개방 상태로 유지하기 위해 깨지기 쉽고 단단해야 한다(그림 1.6A와 1.6B). 탐사 가스 셰일의 경우, 총 유기 탄소(TOC) 함량을 아는 것이 중요하다. TOC 내용을 바탕으로 추가 연구를 위해 쉐일즈 샘플을 선택할 수 있다. 암석 평가 화분해, 가스 크로마토그래피 및 한정 반사 분석은 선원 특성을 이해하는 데 유용하다. 셰일에 있는 가스의 원천은 주로 생물학적 기원에 있다.