Juan de Fuca 해령 Cleft Segment에서 회수된 황화물 침니: 광물조성 및 유체포유물 Sulfide Chimney from the Cleft Segment, Juan de Fuca Ridge: Mineralogy and Fluid Inclusion원문보기
해저 열수 광화작용을 대효할 수 있는 황화물 침니(sulfide chimney)의 성장 메카니즘을 고찰하기 위하여 Juan de Fuca 혜령의 최남단에 위치하는 Cleft segment의 열수장(hydrothermal field)에서 회수한 비활동성이고 황화물과 실리카가 풍부한 침니를 대상으로 광물 및 유체포유물 연구를 수행하였다. 기존 연구에 의하면, Cleft sogment에는 많은 활동성 및 비활동성의 열수 분출구가 존재하는 것으로 보고되어 있다. 연구 대상 침니는 주로 비정질 실리카, 황칠석, 섬아연석 및 섬유아연석(wurtzite)으로 구성되어 있고,소량의 황동석 및 백칠석을 함유하고 있다. 유체통로로 추정되는 침니의 내부는 다공질이며, 비정질의 교질성(colloidal) 실리카로 피복되어 있다. 섬아연석과 섬유아연석으로 구성되어 있는 아연이 풍부한 황화물의 FeS 함량은 13.9~34.3 mole%의 범위를 보이며, 철이 풍부한 중심부와 철이 부족한 연변부를 지닌다. 이는 광화유체의 화학적.물리석 특성들의 변화로부터 기인되었으리라 사료된다. 침니 내부성장대별 화학조성은 열적구배 및 구성광물의 차이로 인해 다른 특징들을 보여주고 있다. 광화후기에 침전된 비정질 실리카중의 액상이 풍부한 유체포유물을 대상으로 가열 및 냉각 실험을 수행한 결과, 열수유체의 최소 포획 온도는 약 114$^{\circ}$~145$^{\circ}C$이며, 해당 염농도는 3.2~4.8 wt.% NaCl equip, 이다. 실제 열구에서 배출되는 유체 온도 자료를 입수하지는 못했지만, 본 연구를 통해서 광물의 침전작용 동안 상대적으로 저온의 침전조건이 매우 지배적이었음을 알수 있다. Juan de Fuca 해령내 Cleft seamen에서 회수된 황화물 침니는 산출형태, 교질성 조직, 전(bulk) 화학조성, 광물조합(황철석+백철석+섬유아연석+비정질 실리카) 등으로 볼 때, 기존 보고된 침니 유형보다는 상당히 낮은 온도에서 느린 유체 유동과 전도성 냉각(<25$0^{\circ}C$)에 의해 생성되었으리라 사료된다.
해저 열수 광화작용을 대효할 수 있는 황화물 침니(sulfide chimney)의 성장 메카니즘을 고찰하기 위하여 Juan de Fuca 혜령의 최남단에 위치하는 Cleft segment의 열수장(hydrothermal field)에서 회수한 비활동성이고 황화물과 실리카가 풍부한 침니를 대상으로 광물 및 유체포유물 연구를 수행하였다. 기존 연구에 의하면, Cleft sogment에는 많은 활동성 및 비활동성의 열수 분출구가 존재하는 것으로 보고되어 있다. 연구 대상 침니는 주로 비정질 실리카, 황칠석, 섬아연석 및 섬유아연석(wurtzite)으로 구성되어 있고,소량의 황동석 및 백칠석을 함유하고 있다. 유체통로로 추정되는 침니의 내부는 다공질이며, 비정질의 교질성(colloidal) 실리카로 피복되어 있다. 섬아연석과 섬유아연석으로 구성되어 있는 아연이 풍부한 황화물의 FeS 함량은 13.9~34.3 mole%의 범위를 보이며, 철이 풍부한 중심부와 철이 부족한 연변부를 지닌다. 이는 광화유체의 화학적.물리석 특성들의 변화로부터 기인되었으리라 사료된다. 침니 내부성장대별 화학조성은 열적구배 및 구성광물의 차이로 인해 다른 특징들을 보여주고 있다. 광화후기에 침전된 비정질 실리카중의 액상이 풍부한 유체포유물을 대상으로 가열 및 냉각 실험을 수행한 결과, 열수유체의 최소 포획 온도는 약 114$^{\circ}$~145$^{\circ}C$이며, 해당 염농도는 3.2~4.8 wt.% NaCl equip, 이다. 실제 열구에서 배출되는 유체 온도 자료를 입수하지는 못했지만, 본 연구를 통해서 광물의 침전작용 동안 상대적으로 저온의 침전조건이 매우 지배적이었음을 알수 있다. Juan de Fuca 해령내 Cleft seamen에서 회수된 황화물 침니는 산출형태, 교질성 조직, 전(bulk) 화학조성, 광물조합(황철석+백철석+섬유아연석+비정질 실리카) 등으로 볼 때, 기존 보고된 침니 유형보다는 상당히 낮은 온도에서 느린 유체 유동과 전도성 냉각(<25$0^{\circ}C$)에 의해 생성되었으리라 사료된다.
In order to elucidate the growth mechanism of sulfide chimney formed as a result of seafloor hydrothermal mineralization, we carried out the mineralogical and fluid inclusion studies on the inactive, sulfide- and silica-rich chimney which has been recovered from a hydrothermal field in the Cleft seg...
In order to elucidate the growth mechanism of sulfide chimney formed as a result of seafloor hydrothermal mineralization, we carried out the mineralogical and fluid inclusion studies on the inactive, sulfide- and silica-rich chimney which has been recovered from a hydrothermal field in the Cleft segment of the Juan de Fuca Ridge. According to previous studies, many active and inactive vents are present in the Cleft segment. The sulfide- and silica-rich chimney is composed of amorphous silica, pyrite, sphalerite and wurtzite with minor amounts of chalcopyrite and marcasite. The interior part of the chimney is highly porous and represents a flow channel. Open spaces within chimneys are typically coated with colloform layers of amorphous silica. The FeS content of Zn-sulfides varies widely from 13.9 to 34.3 mole% with Fe-rich core and Fe-poor rims. This variation possibly reflects the change of physicochemical characteristics of hydrothermal fluids. Chemical and mineralogical compositions of the each growth zone are also varied, possibly due to a thermal gradient. Based on the microthermometric measurements of liquid-rich, two-phase inclusions in amorphous silica that was precipitated in the late stage of mineralization, minimum trapping temperatures are estimated to be about 1140 to 145$^{\circ}$C with the salinities between 3.2 and 4.8 wt.% NaCI equiv. Although the actual fluid temperatures of the vent are not available, this study suggests that the lowtemperature conditions were predominant during the mineralization in the hydrothermal field at Cleft segment. Comparing with the previously reported chimney types, the morphology, colloform texture, bulk chemistry, and a characteristic mineral assemblage (pyrite + marcasite + wurtzite + amorphous silica) of this chimney indicate that the chimney have been formed from a relatively low-temperature (<250$^{\circ}$C) hydrothermal fluid that was changed by sluggish fluid flow and conductive cooling.
In order to elucidate the growth mechanism of sulfide chimney formed as a result of seafloor hydrothermal mineralization, we carried out the mineralogical and fluid inclusion studies on the inactive, sulfide- and silica-rich chimney which has been recovered from a hydrothermal field in the Cleft segment of the Juan de Fuca Ridge. According to previous studies, many active and inactive vents are present in the Cleft segment. The sulfide- and silica-rich chimney is composed of amorphous silica, pyrite, sphalerite and wurtzite with minor amounts of chalcopyrite and marcasite. The interior part of the chimney is highly porous and represents a flow channel. Open spaces within chimneys are typically coated with colloform layers of amorphous silica. The FeS content of Zn-sulfides varies widely from 13.9 to 34.3 mole% with Fe-rich core and Fe-poor rims. This variation possibly reflects the change of physicochemical characteristics of hydrothermal fluids. Chemical and mineralogical compositions of the each growth zone are also varied, possibly due to a thermal gradient. Based on the microthermometric measurements of liquid-rich, two-phase inclusions in amorphous silica that was precipitated in the late stage of mineralization, minimum trapping temperatures are estimated to be about 1140 to 145$^{\circ}$C with the salinities between 3.2 and 4.8 wt.% NaCI equiv. Although the actual fluid temperatures of the vent are not available, this study suggests that the lowtemperature conditions were predominant during the mineralization in the hydrothermal field at Cleft segment. Comparing with the previously reported chimney types, the morphology, colloform texture, bulk chemistry, and a characteristic mineral assemblage (pyrite + marcasite + wurtzite + amorphous silica) of this chimney indicate that the chimney have been formed from a relatively low-temperature (<250$^{\circ}$C) hydrothermal fluid that was changed by sluggish fluid flow and conductive cooling.
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문제 정의
금번 연구에서는 해양저의 금속광상을 대변할 수 있는 황화물 침니 (sulHde chimney)에 대하여 광물 조성 특성 및 생성환경을 고찰하고자 하였다. 연구 대상 시료의 회수 장소는 Juan de Fuca 해령의 최남단에 위치한 Cleft segment이다.
이 논문에서는 Cleft segment에서 채취된 침니 시료를 대상으로 침니의 화학조성 및 광물조성을 고찰하는 한편, 침니생성시 광화유체의 성질을 파악하여 기존에 보고된 침니의 유형 및 성장 메카니즘과 비교 고찰하였다.
한편, 연구지역 침니 생성시의 광화유체의 성질과 광 상 생성 조건을 규명하기 위하여 유체포유물 연구를 실시하였다. 유체포유물 연구는 침니를 구성하고 있는 광물 중 비정질 석영내의 유체포유물을 대상으로 실시 하였다.
제안 방법
방출분광기 (ICP-AES)를 이용하여 As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb 및 Zn 원소를 대상으로 전암분석 (bulk analysis)하였다. 그리 고, 산출광물들의 광물학적 및 화학적 특징을 파악하 고자 X-선 회절분석을 실시하였다. 회절분석기는 MAC SCIENCE 기종이며, 분석조건은 Cu target, CuKa (1.
15 mm, 주사속도는 4 deg/min 으로 3°~60°까지 분석하였다. 또한, JEOL Superprobe JXA-8600SX 전자현미분석기 (EPMA)에 장착된 파장분 산형 분광기(WDS)와 에너지분산형분광기(EDS)를 이용하여 섬유아연석과 섬아연석으로 구성되어 있는 아 연황화물, 황동석, 황철석의 조성을 분석하였다. 분석 조건의 가속전압 및 전류는 20 kV/10 nA, beam 크 기는 1 |im, 각 원소에 대한 검출시간은 100초, 분석 자료에 대한 표준오차는 1 wt.
% 이하이다. 또한, 산출 광물들의 공생관계와 미세조직 및 산출상태는 주사전 자현미경(SEM)을 이용하여 해석하였다. 연구에 이용 된 ICP-AES, X-선 회절분석기, EPMA, SEMe 모두 고려대학교 전략광물자원연구센터 (CMR)에 소장된 깃 이다.
연구대상 침니시료는 반사현미경 관찰을 위하여 양면 연마 박편을 제작하였으며, 동일 시편에 대하여 유도결합플라즈마 방출분광기 (ICP-AES)를 이용하여 As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb 및 Zn 원소를 대상으로 전암분석 (bulk analysis)하였다. 그리 고, 산출광물들의 광물학적 및 화학적 특징을 파악하 고자 X-선 회절분석을 실시하였다.
그리 고, 산출광물들의 광물학적 및 화학적 특징을 파악하 고자 X-선 회절분석을 실시하였다. 회절분석기는 MAC SCIENCE 기종이며, 분석조건은 Cu target, CuKa (1.54056A)를 이용하여 가속전압과 전류를 40 kV/30 mA로 하였으며, 발산슬릿(DS) 1 mm, 산란슬릿 (SS) 1 mm, 수광슬릿(RS) 0.15 mm, 주사속도는 4 deg/min 으로 3°~60°까지 분석하였다. 또한, JEOL Superprobe JXA-8600SX 전자현미분석기 (EPMA)에 장착된 파장분 산형 분광기(WDS)와 에너지분산형분광기(EDS)를 이용하여 섬유아연석과 섬아연석으로 구성되어 있는 아 연황화물, 황동석, 황철석의 조성을 분석하였다.
대상 데이터
및 생성환경을 고찰하고자 하였다. 연구 대상 시료의 회수 장소는 Juan de Fuca 해령의 최남단에 위치한 Cleft segment이다. Cleft segment는 남쪽으로는 Blanco 단열대까지 연장되며 북위 45° OS에서 Vance segment와 중첩된다(Fig.
또한, 산출 광물들의 공생관계와 미세조직 및 산출상태는 주사전 자현미경(SEM)을 이용하여 해석하였다. 연구에 이용 된 ICP-AES, X-선 회절분석기, EPMA, SEMe 모두 고려대학교 전략광물자원연구센터 (CMR)에 소장된 깃 이다.
한편, 연구지역 침니 생성시의 광화유체의 성질과 광 상 생성 조건을 규명하기 위하여 유체포유물 연구를 실시하였다. 유체포유물 연구는 침니를 구성하고 있는 광물 중 비정질 석영내의 유체포유물을 대상으로 실시 하였다. 비정질 석영중에서 관찰되는 유체포유물은 대 부분이 액상과 기상의 2상 포유물이며, 형태는 대부분 부정형이 많았으며 크기는 대부분 12-51 ㎛ 정도였 다.
성능/효과
1. Juan de Fuca 해령내 Cleft segment에서 채취된 침니는 주로 비정질 실리카, 황철석, 섬아연석, 섬유 아연 석으로 구성되어 있으며, 황동석과 백철석은 소량 분포함을 알 수 있다. 섬아연석 및 섬유아연석으로 구성된 아연황화물의 FeS 함량은 13.
2. 연구대상 침니를 구성하고 있는 비정질 실리카를 대상으로 한 유체포유물 실험 결과, 침니를 구성하고 있는 주된 광물들은 114°~ 145℃의 비교적 낮은 온도와 3.2~4.8 wt.% NaCl의 낮은 염농도를 지닌 유체로부터 생성되었을 것으로 해석된다.
3. 산출형태, 교질성 조직, 전(bulk) 화학조성 , 광물조합(황철석 +백철석+섬유아연석+비정질 실리카) 등을고려하고 기존 침니 유형과 대비했을 때, 연구대상 침니는 상당히 낮은 온도에서 확산성의 느린 유체 유동과 전도성 냉각(<250℃)에 의해서 생성되었을 것으로 추정된다.
2), 안쪽은 열수가 이동 한 것으로 추정되는 매우 다공질인 부분으로 이루어져 있는 반면, 바깥쪽은 비교적 괴상으로 이루어져 있음을 알 수 있다. X선 회절 분석결과, 침니의 주 구성광 물은 황철석과 아연황화물(섬아연석과 섬유아연석)임이 확인되었다. 전암분석 결과에 의하면, 침니의 안쪽에서 바깥쪽으로 가면서 Ba, Ca, Cr, Fe, Mn, Pb원소는 함량이 증가하는 반면, As, Cd, Co, Cu, Ni, Zn원소 는 함량이 감소하였다(Rble 1).
본 연구대상인 Juan de Fuca 해령내 Cleft segment에서 회수된 침니시료의 반사현미경, X선 회절분석, 전자현미분석, 주사전자현미경, 유체포유물 실험결과와 기존의 연구결과(Haymon, 1983; Baker et al., 1987; Tivey et al., 1990; Koski et al., 1994)를 비교하여 보면, 연구대상 침니는 기존 연구결과의 제 4유형과 유사한 특성을 보이는 것으로 추정된다(Table 4). 그러므로, 본 침니는 확산성의 느린 유체유동과 전도성 냉각 (<250℃에 의해 생성되었으리라 사료된다.
5B). 섬아연석 및 섬유아연석으로 구성된 아연 황화물을 대상으로 한 전자현미분석 결과(Table 2), 아연-황화물의 철함량(mole% FeS)은 13.9~34.3%의 범위(평균 25.3%; 총분석수 26점)를 보여주었다(Fig. 6). 또한, 아연-황화물 입자의 중심 부분에는 연변부에 비해 상대적으로 철이 부화되어 있다.
Juan de Fuca 해령내 Cleft segment에서 채취된 침니는 주로 비정질 실리카, 황철석, 섬아연석, 섬유 아연 석으로 구성되어 있으며, 황동석과 백철석은 소량 분포함을 알 수 있다. 섬아연석 및 섬유아연석으로 구성된 아연황화물의 FeS 함량은 13.9-34.3 mole% 평균 25.3 mole%, 총분석수 26점)의 범위를 보이며, 철이 풍부한 중심부와 철이 부족한 연변부 특성을 보여주고 있다.
이번 연구에서는 연구대상 침니의 화도입구 온도를 직접 측정하지는 못했지만, 침니의 전화학조성(<0.2% Cu, 7.3% Pb), 광물조합(황철석 +백철석+아연황화물 + 비정질 실리카), 교질성 조직의 풍부함 등으로 볼 때 다른 침니 유형에 비해 연구대상의 침니는 더욱 낮은 침전조건에서 생성되었음을 알 수 있다. 침니 관찰 결과, 경석고의 침전은 확인되지 않았다.
X선 회절 분석결과, 침니의 주 구성광 물은 황철석과 아연황화물(섬아연석과 섬유아연석)임이 확인되었다. 전암분석 결과에 의하면, 침니의 안쪽에서 바깥쪽으로 가면서 Ba, Ca, Cr, Fe, Mn, Pb원소는 함량이 증가하는 반면, As, Cd, Co, Cu, Ni, Zn원소 는 함량이 감소하였다(Rble 1). 반사현미경 관찰 결과, 침니의 안쪽에서는 주로 괴상으로 산출하는 아연-황화 물과 황동석이 산출되는 반면(Fig.
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