[국내논문]연화 및 장군 연-아연 광상의 Pb 동위원소 조성 및 Pb의 근원: 선캠브리아 기저 지각 및 중생대 화성암의 역할 Pb Isotopic Composition of Yeonhwa and Janggun Pb-Zn Ore Deposits and Origin of Pb: Role of Precambrian Crustal Basement and Mesozoic Igneous Rocks원문보기
연화, 장군 및 울진 Pb-Zn 광상에서 산출되는 납의 근원을 규명하기 위하여 방연석과 황철석 등의 황화광물과 주변의 석회암, 관입암 및 기반암 등에 대해 납 동위원소 분석을 실시하였다. $^{206}Pb/^{204}Pb-^{207}Pb/^{204}Pb$ 그림에서 연화광산의 방연석들은 비교적 잘 정의되는 정(+)의 기울기를 갖는 직선 배열을 보이며, 한반도 선캠브리아 기저지각과 유사한 변화를 보인다. 울진광산의 방연석, 장군석회암 및 주변의 기저암체 역시 연화광산의 변화경향을 따른다. 그러나 연화광산에 비해 $^{206}Pb/^{204}Pb$값이 낮은 장군광산의 광석광물들은 연화광산의 변화경향으로부터 $^{207}Pb/^{204}Pb$ 값이 낮은 쪽으로 벗어난다. 경상분지 내에서 산출되는 중생대화성암 및 광상들이 한반도의 기저암체들에 비해 훨씬 낮은 $^{207}Pb/^{204}Pb$ 값을 가지는 것을 참조할 때, 장군광산의 광석광물들이 보이는 변화는 기저암체의 오래된 지각물질로부터 용출된 납과 중생대 화성암들이 갖고 있던 보다 맨틀성분이 많이 포함된 납의 혼합을 반영하는 것으로 해석된다. 선캠브리아 기저지각의 변화경향을 비교적 잘 따르는 연화광산과 울진광산의 광석들에 포함된 납은 대부분 오래된 기저암체들로부터 유래한 것으로 보이나, 기저암체의 변화구역의 하단부에 위치하는 것을 고려할 때 중성대 화성암 기원의 납이 일정비율로 포함되었을 가능성을 배제할 수 없다.
연화, 장군 및 울진 Pb-Zn 광상에서 산출되는 납의 근원을 규명하기 위하여 방연석과 황철석 등의 황화광물과 주변의 석회암, 관입암 및 기반암 등에 대해 납 동위원소 분석을 실시하였다. $^{206}Pb/^{204}Pb-^{207}Pb/^{204}Pb$ 그림에서 연화광산의 방연석들은 비교적 잘 정의되는 정(+)의 기울기를 갖는 직선 배열을 보이며, 한반도 선캠브리아 기저지각과 유사한 변화를 보인다. 울진광산의 방연석, 장군석회암 및 주변의 기저암체 역시 연화광산의 변화경향을 따른다. 그러나 연화광산에 비해 $^{206}Pb/^{204}Pb$값이 낮은 장군광산의 광석광물들은 연화광산의 변화경향으로부터 $^{207}Pb/^{204}Pb$ 값이 낮은 쪽으로 벗어난다. 경상분지 내에서 산출되는 중생대 화성암 및 광상들이 한반도의 기저암체들에 비해 훨씬 낮은 $^{207}Pb/^{204}Pb$ 값을 가지는 것을 참조할 때, 장군광산의 광석광물들이 보이는 변화는 기저암체의 오래된 지각물질로부터 용출된 납과 중생대 화성암들이 갖고 있던 보다 맨틀성분이 많이 포함된 납의 혼합을 반영하는 것으로 해석된다. 선캠브리아 기저지각의 변화경향을 비교적 잘 따르는 연화광산과 울진광산의 광석들에 포함된 납은 대부분 오래된 기저암체들로부터 유래한 것으로 보이나, 기저암체의 변화구역의 하단부에 위치하는 것을 고려할 때 중성대 화성암 기원의 납이 일정비율로 포함되었을 가능성을 배제할 수 없다.
Lead isotopic compositions are analyzed from the sulfide minerals of the Yeonhwa, Janggun and Uljin deposits and from host limestone, intrusives, and basement rocks to reveal the source of Pb in these deposits. In the $^{206}Pb/^{204}Pb$ vs $^{207}Pb/^{204}Pb$ plot, Galenas fro...
Lead isotopic compositions are analyzed from the sulfide minerals of the Yeonhwa, Janggun and Uljin deposits and from host limestone, intrusives, and basement rocks to reveal the source of Pb in these deposits. In the $^{206}Pb/^{204}Pb$ vs $^{207}Pb/^{204}Pb$ plot, Galenas from the Yeonhwa mine display relatively well defined positive linear array, similar to the Precambrian basement rocks of the Korean peninsula. A galena sample from the Uljin mine, Janggun limestone and the basement rocks also follow the variation of Yeonhwa mine. However, ore minerals from the Janggun mine, having relatively low $^{206}Pb/^{204}Pb$ values, reveal offset from such trend toward lower $^{207}Pb/^{204}Pb$ values. Considering the fact that Mesozoic igneous rocks and ores within the Gyeongsang basin display considerably lower $^{207}Pb/^{204}Pb$ values than basement rocks of the Korean peninsula, the deviation of Janggun ore minerals can be interpreted as to reflect mixing between leads from old continental crustal materials and from Mesozoic igneous rocks with more mantle signature. The lead of the Yeonhwa and Uljin mine, following trend of Precambrian basement rather well, seems to have been originated mostly from such basement. However, regarding that they occupy low $^{207}Pb/^{204}Pb$ side of the variation trend of the basement, the possibility of having some leads derived from the Mesozoic igneous rocks cannot be excluded.
Lead isotopic compositions are analyzed from the sulfide minerals of the Yeonhwa, Janggun and Uljin deposits and from host limestone, intrusives, and basement rocks to reveal the source of Pb in these deposits. In the $^{206}Pb/^{204}Pb$ vs $^{207}Pb/^{204}Pb$ plot, Galenas from the Yeonhwa mine display relatively well defined positive linear array, similar to the Precambrian basement rocks of the Korean peninsula. A galena sample from the Uljin mine, Janggun limestone and the basement rocks also follow the variation of Yeonhwa mine. However, ore minerals from the Janggun mine, having relatively low $^{206}Pb/^{204}Pb$ values, reveal offset from such trend toward lower $^{207}Pb/^{204}Pb$ values. Considering the fact that Mesozoic igneous rocks and ores within the Gyeongsang basin display considerably lower $^{207}Pb/^{204}Pb$ values than basement rocks of the Korean peninsula, the deviation of Janggun ore minerals can be interpreted as to reflect mixing between leads from old continental crustal materials and from Mesozoic igneous rocks with more mantle signature. The lead of the Yeonhwa and Uljin mine, following trend of Precambrian basement rather well, seems to have been originated mostly from such basement. However, regarding that they occupy low $^{207}Pb/^{204}Pb$ side of the variation trend of the basement, the possibility of having some leads derived from the Mesozoic igneous rocks cannot be excluded.
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문제 정의
이 연구에서는 주로 태백지역의 연화광산 및 장군광 산을 대상으로 이들 광상을 구성하는 주성분의 하나인 Pb가 어디서 유래되었는지 그 근원에 대하여 토의하고자 한다. 연화 및 장군광산을 선택한 이유는 우선 이 광상들이 다른 광상들에 비하여 연구가 많이 되어 있으 며(예; 황인전, 1968; 한갑수, 1969; Yun, 1979; 이현구 외, 1990), 납 자체가 주 연구대상이 될 수 있는 한반도의 대표적인 납광상이라는 점이다.
따라서 연화와 장군 광산들의 Pb도 중생대 화성암으로부터 유래되었을 가능성이 매우 높다. 이 연구에서는 중생대의 화성암들에 포함된 납의 동위원소 조성을 알아보기 위하여 관입시기가 백악기로 밝혀진 원동연- 아연 광산의 석 영반암과 신예미 연-아연 광산의 석 영반암과 화강암에 대하여도 납동위원소 조성을 분석하 였다.
제안 방법
울진광산의 방연석 1개 표품도 분석하였다. 또한 납동위원소 조성을 비교하여 광상 납의 근원을 밝히기 위해서 장군광산의 모암인 변질을 받지 않은 장군석회암과 장군광산 주변의 화성암인 춘양화강암을 분석하였다. 신예미 지역의 석 영반암 및 화강암, 원동의 석영반암 등 태백지역에서 관입암체로 산출되는 중생대 화성암들에 대해서도 납 동위원소를 분석하였으며, 이 지역의 기반 암인 분천화 강편마암, 홍제사화강암, 원남층군 편마암에 대하여도 분석하였다.
방연석 이외의 황화광물들과 탄산염암은 산으로 녹인 후 음이온 교환수지를 이용하여 납을 분리한 후방 연석과 같은 방법으로 필라멘트에 얹어 분석하였다. 규산염 광물이나 전암 시료들은 정제된 불산과 과염소산 을 약 8 : 1 정도로 혼합한 산에 녹인 후에 건조시키고 다시 염산을 첨가하여 건조시키는 과정을 수차례 반복 한 뒤 열판 위에서 표면이 약간 젖어 보일 정도까지 건조시켰다.
납 분리 후의 필라멘트에 얹는 방법과 질량분석기에 의한 분석법은 방연석과 동일하다. 시료 분석 시 NIST SRM-981 Pb 표준물질을 함께 분석하여 질량분석시의 동위원소 분별작용을 보정하였다. 분석 전 과정에서 배경 값은 최대 Ing 이하로 무시해도 좋을 만큼 낮았다.
또한 납동위원소 조성을 비교하여 광상 납의 근원을 밝히기 위해서 장군광산의 모암인 변질을 받지 않은 장군석회암과 장군광산 주변의 화성암인 춘양화강암을 분석하였다. 신예미 지역의 석 영반암 및 화강암, 원동의 석영반암 등 태백지역에서 관입암체로 산출되는 중생대 화성암들에 대해서도 납 동위원소를 분석하였으며, 이 지역의 기반 암인 분천화 강편마암, 홍제사화강암, 원남층군 편마암에 대하여도 분석하였다.
05-1 mg 정도의 작은 알갱이로 골라낸 방연석은 석영유리 재질의 비등점하 증 류장치(subboiling distillation apparatus)에 의해 정제된 6N 염산으로 녹인 후 열판 위에서 건조시켰다. 여기에 테플론 재질의 관을 연결하여 제작한 비등점하 증류장 치 (Teflon two-bottle subboiling distillation system)로 정제한 진한 질산을 첨가하여 다시 건조시킨 후 Re 필라멘트에 얹어 열이온화질 량분석기 (Thermal ionization mass spectrometer, VG 54-30)로 분석하였다.
연화광산과 장군광산의 Pb 유래를 추적하기 위하여 방연석, 황철석, 유비철석 등의 황화 광물들에 대한 납 동위원소 분석을 실시하였다. 울진광산의 방연석 1개 표품도 분석하였다.
장군 광산에서는 북광체로부터 방연석, 황철석 및 유 비철석 각 1개씩의 표품, 남광체로부터 방연석 4개 및 황철석 1개 표품을 분석하여 Pb 동위원소 값을 얻었다. 방연석 이외의 황철석과 유비철석에 대한 우라늄 및 토륨 분석결과 U/Pb 및 Th/Pb 값이 매우 낮아 방연석과 마찬가지로 이들 시료의 Pb 동위원소 분석치는 광석 생성당시의 초기치를 나타낸다고 볼 수 있다.
장군광산 남광체에서 확실하게 보이는 낮은 ^Pb/ 204Pb 및 낮은 207pb/204pb 값 쪽으로의 변화원인을 밝히기 위해 장군광산의 모암인 장군 석회암과 장군광산에 인접하여 상당한 규모로 분포하는 춘양 화강암의 납동위원소 분석 자료를 광석광물 값과의 비교하였다. 한편 태백지역의 다금속 광산들의 생성시기는 중생대에 집중된 것으로 나타나고 있으며(박희인 외 , 1988), 광상 주변에서 중생대의 화성암체가 자주 발견된다.
대상 데이터
연화광산과 장군광산의 Pb 유래를 추적하기 위하여 방연석, 황철석, 유비철석 등의 황화 광물들에 대한 납 동위원소 분석을 실시하였다. 울진광산의 방연석 1개 표품도 분석하였다. 또한 납동위원소 조성을 비교하여 광상 납의 근원을 밝히기 위해서 장군광산의 모암인 변질을 받지 않은 장군석회암과 장군광산 주변의 화성암인 춘양화강암을 분석하였다.
lb). 춘양화강암 시료는 장군광산의 남광 체의 90-1 공의 385미터 깊이에서 채취한 시료로 약간 풍화된 중립질의 복운모 화강암이며 zwpb/^Pb가 장군 광산의 광석들보다 더 낮은 쪽에 놓인다(Fig. 2). 한편 원동광산의 석영반암은 장군광산의 황화광물들에 대한 206pb/204pb 보다는 높으며 연화광산의 변화 범위 중 낮은 쪽에 위치한다(Fig.
성능/효과
2. 장군광산의 광석광물들은 선캠브리아 기저암체들 의 변화경향을 비교적 잘 따르는 연화광산에 비해 206Pb/ 204Pb 값이 낮으며, 연화광산의 변화경향으로부터 207Pb/ 204Pb 값이 낮은 쪽으로 벗어난다. 이러한 차이는 경상 분지 내에서 산출되는 중생대 화성암 및 광상들과 영남육괴 북동부의 중생대 심성암체들이 한반도의 기저 암체들에 비해 훨씬 낮은 207Pb/204Pb 값을 가지는 것과 일치하는 변화이다.
I. 연화광산과 울진광산의 방연석들은 한반도의 선캠브리아 기저암체들과 동일한 연대를 나타내는 206Pb/ 204pb_207pb/204pb 조성 변화를 보인다. 이는 이 광상들의 형성에 지각물질이 크게 관여한 것으로 판단된다.
시료 분석 시 NIST SRM-981 Pb 표준물질을 함께 분석하여 질량분석시의 동위원소 분별작용을 보정하였다. 분석 전 과정에서 배경 값은 최대 Ing 이하로 무시해도 좋을 만큼 낮았다.
한편, 영남육괴 북동부의 삼첩기 심성암 체들은 경상분지 내의 백악기 화성암들보다 다소 넓은 범위의 ^pb/^Pb 변화를 보인다. 전체적으로 영남육 괴 북동부의 삼첩기 심성암들과 경상분지 내의 화성암체 및 광상들은 장군 및 연화광산에 비하여 훨씬 좁은 범위의 ^Pb/^pb 변화를 보이며 207Pb/204Pb 값은 훨씬 낮다. 따라서 중생대의 화성활동이 태백지역의 광상형성에 크게 기여하였다 하더라도 궁극적인 Pb의 공급 원으로는 부적합하다는 판단을 내릴 수 있다.
이와 같이 연화광산이 선캠브리아 암석들의 변화 경향 하단부에 놓이는 것은 광상의 하부에 놓인 선캠브리아 기저지각이 갖는 특성 일 수도 있으나, 연화광상에 배태된 납이 모두 다 선 캠브리아 지각에서 유래되지는 않았을 가능성도 내포한다. 즉 광상형성과 직접적인 관련을 갖는 화성활동 에 수반된 Pb의 일부가 일정한 비율로 포함되어 연화 광산 광석광물의 mpb/^Pb 값이 일반적인 선캠브리아 암석들보다는 상대적으로 낮은 206Pb/204Pb 및 207pb/204pb 값을 갖게 변화하였을 가능성도 있다.
후속연구
그러나 아직은 자료의 부족으로 자세한 정량적인 계산을 하는 것은 별 의미가 없다고 판단된다. 또한 혼화의 과정도 관입한 화성암이 주로 열원으로만 작용하면서 약간의 pb를 내놓고 나머지 Pb는 선캠브리아 지각 내의 순환수에 의하여 용출된 것인지, 아니면 선캠브리아 지각을 관입한 화성암이 높은 정도의 혼화과정을 겪으면서 선캠브리아 지각의 Pb가 화성암 내에 섞이게 되고 이 Pb가 나중의 광화작용시 광상에 배태된 것인지는 더 자세한 연구가 필요하다.
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