가곡 스카른 광상의 암석시료에 대한 광물특성과 광대역 유도분극 반응과의 관련성 The Relationship between the Mineral Characteristics and Spectral Induced Polarization for the Core Rock Samples from the Gagok Skarn Deposit원문보기
본 연구는 부존광체 평가기술 개발을 위해 수행된 것으로 황화광물, 산화광물 및 스카른 광물에 대한 모달 함량비(vol%), 입자크기, 조직의 특성에 따라 나타나는 광대역 유도분극(Spectral Induced Polarization, SIP) 반응특성의 관련성 파악에 초점을 두고 있다. 테스트베드로 강원도 삼척시에 위치한 가곡 연 아연스카른 광상에서 채취된 9개의 시추코어를 선정하였으며, 이 지역의 연 아연광화대는 캠브리아기 천해성 셰일과 석회암이 혼재된 묘봉슬레이트층과 대륙붕 탄산염 퇴적물로 이루어진 풍촌석회암층의 접촉부를 따라 관입한 백악기 석영몬조니암 성분의 화강반암과의 접촉부를 따라 형성되어 있다. 본 연구에 사용된 9개의 시추코아 시료는 육안 관찰시 비교적 스카른광물 함량이 높으며, SIP 반응이 높은 것(그룹 I), 중간 것(그룹 II), 낮은 것(그룹 III)의 세 개의 그룹으로 구별되고 있다. 그룹 I 암석은 자류철석(25-38 vol.%)과 각섬석(40-55 vol.%)의 모달 함량이 가장 높으며 가장 조립질의 특성을 보이고, 그룹II 시료는 자류철석(7-13 vol.%)의 함량이 비교적 낮으며 석류석(44-68 vol.%)의 모달 함량이 높고 광물 입자는 대체로 세립으로 나타난다. 그룹 III 암석은 자류철석(1-7 vol.%)의 모달 함량이 가장 낮고 휘석(24-66 vol.%)의 함량이 가장 높으며, 광물입자는 매우 세립질인 것이 특징이다. 암석을 구성하고 있는 주요 광물인 자류철석의 입자크기도 그룹 I (≅ 5 mm, < 2.5 mm)에서 그룹 II (< 2.5 mm), 그룹 III (< 1.6 mm)으로 가면서 세립화되는 경향을 보인다. 이들 세 그룹의 자류철석의 모달 함량, 입자의 크기는 SIP반응 상관관계 다이아그램에서 체계적인 지수함수의 관련성을 가지고 대비된다. SIP 반응특성과 황화광물의 모달함량비 사이에 이러한 체계적인 관련성이 존재한다는 것은 부존광체 평가기술 개발에 의미 있는 데이터를 도출하게 될 것으로 여겨진다.
본 연구는 부존광체 평가기술 개발을 위해 수행된 것으로 황화광물, 산화광물 및 스카른 광물에 대한 모달 함량비(vol%), 입자크기, 조직의 특성에 따라 나타나는 광대역 유도분극(Spectral Induced Polarization, SIP) 반응특성의 관련성 파악에 초점을 두고 있다. 테스트베드로 강원도 삼척시에 위치한 가곡 연 아연 스카른 광상에서 채취된 9개의 시추코어를 선정하였으며, 이 지역의 연 아연광화대는 캠브리아기 천해성 셰일과 석회암이 혼재된 묘봉슬레이트층과 대륙붕 탄산염 퇴적물로 이루어진 풍촌석회암층의 접촉부를 따라 관입한 백악기 석영몬조니암 성분의 화강반암과의 접촉부를 따라 형성되어 있다. 본 연구에 사용된 9개의 시추코아 시료는 육안 관찰시 비교적 스카른광물 함량이 높으며, SIP 반응이 높은 것(그룹 I), 중간 것(그룹 II), 낮은 것(그룹 III)의 세 개의 그룹으로 구별되고 있다. 그룹 I 암석은 자류철석(25-38 vol.%)과 각섬석(40-55 vol.%)의 모달 함량이 가장 높으며 가장 조립질의 특성을 보이고, 그룹II 시료는 자류철석(7-13 vol.%)의 함량이 비교적 낮으며 석류석(44-68 vol.%)의 모달 함량이 높고 광물 입자는 대체로 세립으로 나타난다. 그룹 III 암석은 자류철석(1-7 vol.%)의 모달 함량이 가장 낮고 휘석(24-66 vol.%)의 함량이 가장 높으며, 광물입자는 매우 세립질인 것이 특징이다. 암석을 구성하고 있는 주요 광물인 자류철석의 입자크기도 그룹 I (≅ 5 mm, < 2.5 mm)에서 그룹 II (< 2.5 mm), 그룹 III (< 1.6 mm)으로 가면서 세립화되는 경향을 보인다. 이들 세 그룹의 자류철석의 모달 함량, 입자의 크기는 SIP반응 상관관계 다이아그램에서 체계적인 지수함수의 관련성을 가지고 대비된다. SIP 반응특성과 황화광물의 모달함량비 사이에 이러한 체계적인 관련성이 존재한다는 것은 부존광체 평가기술 개발에 의미 있는 데이터를 도출하게 될 것으로 여겨진다.
In order to develop the evaluation techniques for the potential sulfide ore reserves, the relationships between the modal vol.%, grain sizes and textural characteristics of the constituent minerals (e.g., sulfides, oxides and skarn minerals) and the Spectral Induced Polarization (SIP) phase differen...
In order to develop the evaluation techniques for the potential sulfide ore reserves, the relationships between the modal vol.%, grain sizes and textural characteristics of the constituent minerals (e.g., sulfides, oxides and skarn minerals) and the Spectral Induced Polarization (SIP) phase differences are examined for the nine rock cores collected from the Gagok Pb-Zn skarn deposit. The Gagok Pb-Zn skarn deposit occurs mainly along the intrusive contact between the Cretaceous granitic rocks and Cambrian Myobong slate and Pungchon limestone. The nine rock cores have been grouped into three showing distinctive SIP phase differences: the highest (Group I), intermediate (Group II) and lowest (Group III). In relation with the modal vol.% of minerals, Group I is characterized by higher pyrrhotite (25-38 vol.%) and amphibole (40-55 vol.%); Group II by intermediate pyrrhotite (7-13 vol.%) and higher garnet (44-68 vol.%); and lower pyrrhotite (1-7 vol.%) and higher pyroxene (24-66 vol.%) stand for Group III. Furthermore, the grains of all the major constituent minerals become smaller from Group I (<5 mm) through Group II (<2.5 mm) to Group III (<1.6 mm). In particular, the pyrrhotite contents and their grain sizes show logarithmic correlation with the SIP phase differences, Although we present here the results solely from nine samples, the systematic interrelations especially for pyrrhotite indicate the potential ability of SIP measurements as a new mine-evaluation technique for the sulfide ore reservoir.
In order to develop the evaluation techniques for the potential sulfide ore reserves, the relationships between the modal vol.%, grain sizes and textural characteristics of the constituent minerals (e.g., sulfides, oxides and skarn minerals) and the Spectral Induced Polarization (SIP) phase differences are examined for the nine rock cores collected from the Gagok Pb-Zn skarn deposit. The Gagok Pb-Zn skarn deposit occurs mainly along the intrusive contact between the Cretaceous granitic rocks and Cambrian Myobong slate and Pungchon limestone. The nine rock cores have been grouped into three showing distinctive SIP phase differences: the highest (Group I), intermediate (Group II) and lowest (Group III). In relation with the modal vol.% of minerals, Group I is characterized by higher pyrrhotite (25-38 vol.%) and amphibole (40-55 vol.%); Group II by intermediate pyrrhotite (7-13 vol.%) and higher garnet (44-68 vol.%); and lower pyrrhotite (1-7 vol.%) and higher pyroxene (24-66 vol.%) stand for Group III. Furthermore, the grains of all the major constituent minerals become smaller from Group I (<5 mm) through Group II (<2.5 mm) to Group III (<1.6 mm). In particular, the pyrrhotite contents and their grain sizes show logarithmic correlation with the SIP phase differences, Although we present here the results solely from nine samples, the systematic interrelations especially for pyrrhotite indicate the potential ability of SIP measurements as a new mine-evaluation technique for the sulfide ore reservoir.
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문제 정의
본 연구는 경제성 있는 광종의 황화광물 광석을 대상으로 SIP를 측정하고 이에 대해 황화광물 혹은 금속광물의 모달함량비, 입자크기, 조직의 특성이 어떠한 관련성을 지니고 있는지를 파악하고 탐사자료로서의 그 가능성을 시험하고 확립하려는 것이 연구목적이다. 이를 위해 비교적 연구가 많이 진행되어 있는 가곡 스카른(구 제2연화)광상이 테스트베드(Test bed)로 선정되었다(Fig.
가설 설정
(a) Frequency domain phase spectra for nine Group I, II, III rock samples. (b) Total opaque minerals (modal % from Table1), (c) modal % of pyrrhotite, and (d) grain size of pyrrhotite as a function of the phase difference. For each sample, dominant grain size is classified MC, M and F in Table 2, 1=F; 2=M; 3=MC.
본 연구의 목적이 SIP반응의 위상차 결과를 가지고 광석광물의 부존현황에 대한 탐사개발에 초점을 맞추고 있지만 연구가 좀 더 세밀하고 다양하게 이루어질 때 맥석광물의 영향도 하나의 데이터로 사용될 수 있다는 가설 하에 맥석광물의 모달 함량과 SIP반응 위상차 관계도 도시해봤다(Fig. 8). 그 결과 각섬석의 모달 함량과 SIP반응이 양의 상관관계를 보이는 반면에 휘석은 음의 관계를 보이는 것을 알 수 있었다(Fig.
제안 방법
편광현미경 및 반사현미경 관찰을 통해 규산염광물과 광석광물에 대한 광물기재, 조직적 특성과 광물 공생관계를 기술하였고 본 연구의 핵심을 이루는 구성 광물의 모달성분(즉, vol%) 분석을 위해 크기 35 mm × 20 mm 박편에 3000 포인트를 체계적으로 분할하였다. 0.2 mm2의 면적을 하나의 광물성분 포인트로 하여 모달 성분을 측정하였다.
7). 9개 시료에 대해 측정된 SIP 반응결과에 순위를 매겨 X축으로 놓고, Y축은 광물의 모달함량으로 설정하여 그 관련성을 파악하였다(Fig. 7b). X축의 ‘‘1’’은 가장 SIP 반응이 높은 것이며 ‘‘9’’는 가장 낮은 것을 의미한다(Figs.
본 연구에서는 황화광물을 수반하고 있는 가곡광상 지역의 묘봉층과 화강반암의 접촉부에서 시료채취가 이루어졌으며 채취된 시료는 성형과정을 거쳐 시추코아로 만들어졌고 이들 시추코아에 대한 SIP 측정이 이루어졌다. 이 중에 SIP 반응이 뚜렷하게 구별되는 시추 시료 9개가 선택되었다(Fig.
2). 이러한 불일치에 대해 SIP 반응결과와 구성광물 모달 함량과의 관련성을 정량적으로 파악하기 위해서 SIP반응의 주파수별 위상차와 총 금속광물 중량비, 자류철석 중량비, 자류철석 입자크기에 대해 상관관계를 도시해 보았다(Fig. 7). 9개 시료에 대해 측정된 SIP 반응결과에 순위를 매겨 X축으로 놓고, Y축은 광물의 모달함량으로 설정하여 그 관련성을 파악하였다(Fig.
시간영역에서 IP 효과를 측정하는 방법은 원래의 측정전압과 과전압의 비를 구하는 것으로 이를 충전성(chargeability) 이라고도 한다. 주파수 영역에서의 IP탐사는 10Hz 이하의 두 주파수의 교류전류를 사용하여 전위차를 측정한다. 주파수 영역에서의 IP효과는 두 주파수에서 측정한 전위차를 이용하거나, 전기 비저항을 이용하여 주파수효과(Frequency effect; FE)를 계산하고 이는 주파수 효과 백분율(Percentage frequency effect; PET)로 나타낼 수 있다.
1). 측정된 시료들은 10 Hz 구간에서 측정된 SIP 반응의 정도에 따라 SIP 반응이 높은 것(그룹 I), 중간 것(그룹 II), 낮은 것(그룹 III)의 세 개의 그룹으로 분류되었다. (Fig.
편광현미경 및 반사현미경 관찰을 통해 규산염광물과 광석광물에 대한 광물기재, 조직적 특성과 광물 공생관계를 기술하였고 본 연구의 핵심을 이루는 구성 광물의 모달성분(즉, vol%) 분석을 위해 크기 35 mm × 20 mm 박편에 3000 포인트를 체계적으로 분할하였다.
대상 데이터
SIP 반응이 뚜렷하게 구별되는 9개의 시추코아 시료에 대해서 암석시료의 불균질성을 해소하기 위해 각 시추 코아에 대해 2개씩의 박편과 연마편을 제작하여 총 36개의 시료가 편광현미경 및 반사현미경 관찰에 사용되었다. 편광현미경 및 반사현미경 관찰을 통해 규산염광물과 광석광물에 대한 광물기재, 조직적 특성과 광물 공생관계를 기술하였고 본 연구의 핵심을 이루는 구성 광물의 모달성분(즉, vol%) 분석을 위해 크기 35 mm × 20 mm 박편에 3000 포인트를 체계적으로 분할하였다.
1). 광물학적 특성과 SIP 반응특성과의 상관성 연구를 위해 선택된 9개의 시추 코아 시료는 가곡광상 지역의 묘봉층과 화강반암의 접촉부에서 채취된 시료 7개와 묘봉층에서 1개, 그리고 묘봉층과 풍촌충과의 접촉부에서 1개이다(Fig. 1). 측정된 시료들은 10 Hz 구간에서 측정된 SIP 반응의 정도에 따라 SIP 반응이 높은 것(그룹 I), 중간 것(그룹 II), 낮은 것(그룹 III)의 세 개의 그룹으로 분류되었다.
본 연구에서는 황화광물을 수반하고 있는 가곡광상 지역의 묘봉층과 화강반암의 접촉부에서 시료채취가 이루어졌으며 채취된 시료는 성형과정을 거쳐 시추코아로 만들어졌고 이들 시추코아에 대한 SIP 측정이 이루어졌다. 이 중에 SIP 반응이 뚜렷하게 구별되는 시추 시료 9개가 선택되었다(Fig. 1). 광물학적 특성과 SIP 반응특성과의 상관성 연구를 위해 선택된 9개의 시추 코아 시료는 가곡광상 지역의 묘봉층과 화강반암의 접촉부에서 채취된 시료 7개와 묘봉층에서 1개, 그리고 묘봉층과 풍촌충과의 접촉부에서 1개이다(Fig.
본 연구는 경제성 있는 광종의 황화광물 광석을 대상으로 SIP를 측정하고 이에 대해 황화광물 혹은 금속광물의 모달함량비, 입자크기, 조직의 특성이 어떠한 관련성을 지니고 있는지를 파악하고 탐사자료로서의 그 가능성을 시험하고 확립하려는 것이 연구목적이다. 이를 위해 비교적 연구가 많이 진행되어 있는 가곡 스카른(구 제2연화)광상이 테스트베드(Test bed)로 선정되었다(Fig. 1)(Yun and Einaudi, 1982; 대한지질학회, 1999; Choi et al., 2010).
성능/효과
1. 강원도 삼척시에 위치한 가곡 연아연 스카른광상에서 채취된 9개의 시추코어는 SIP 반응이 높은 것, 중간 것, 낮은 것의 3개의 그룹으로 구별되고 있다.
3. 이들 세 그룹의 암석에 산출되는 자류철석의 모달함량, 입자의 크기는 SIP반응 상관관계 다이아그램에서 지수함수의 관련성을 가지고 대비되며, 광대역 유도분극(SIP) 특성과 황화광물의 모달 함량비 사이에 체계적인 관련성이 존재한다.
8). 그 결과 각섬석의 모달 함량과 SIP반응이 양의 상관관계를 보이는 반면에 휘석은 음의 관계를 보이는 것을 알 수 있었다(Fig. 8b, c). 그러나 석류석의 경우는 아무런 상관관계를 보이지 않는다(Fig.
본 연구는 SIP 위상차가 황화광물의 모달함량에 대해서는 매우 훌륭한 양의 상관관계를 나타내고 산화광물의 모달함량과는 무관함을 입증하고 있으며, 광대역 유도분극(SIP)탐사법이 황화광물이 우세한 금속광상에 유용하게 적용될 수 있음을 증명하고 있다. 황동석과 휘수연석이 우세하게 산출되는 반암동/몰리광상탐사, 가곡광상과 같이 섬아연석/방연석이 우세한 스카른 광상, 황철석, 자류철석, 황동석, 방연석, 섬아연석이 우세한 VMS(volcanogenic Massive Sulfide deposit)- SEDEX(Sedimentary exhalative deposit), 반동석, 황동석, 휘동석이 우세한 Stratiform 퇴적암에 배태된 구리(Cu) 광산, 섬아연석과 방연석이 우세한 미시시피계곡형의 연-아연 광상 등의 광상탐사에 매우 유용하게 사용될 것임을 지시하고 있다.
7d). 즉 입자크기가 클수록 SIP반응이 높게 나타난다는 것을 입증하고 있으며, 동시에 본 연구에서 수행된 모달분석과 입자크기 측정 역시 매우 정확하다는 것을 입증하고 있다.
SIP반응의 주파수별 위상차는 황화광물의 함량(즉, 중량비)과 입자크기에 대해 양의 상관관계를 가진다는 예비지식을 이용하면 그룹 I 암석은 육안상으로도 높은 SIP 반응결과를 나타낼 것이라는 것을 쉽게 예측할 수 있다. 즉, 그룹 I의 암석들이 그룹 II, III 암석보다 황화광물이 많음을 육안으로 확인 가능하며 그에 따라 그룹 I 암석의 SIP 반응의 위상차가 높을 것이라는 것은 비록 정성적이지만 예측가능하다(Fig. 2). 그러나 그룹 III인 경우 육안 상 암석시료 ‘‘8-9-1’’과 ‘‘17(2)-3’’은 위상차가 높을 것이며, 적어도 그룹 II암석보다 높은 위상차를 예상할 수 있지만 결과는 매우 낮게 나오고 있다(Fig.
후속연구
또 하나의 고려해야 할 사항은 이번에 연구대상이 된 시료들이 광석광물이 풍부한 시료들이 아니고 스카른광물이 많은 시료들이라는 점이다. 가곡광상에서 산출되는 섬아연석과 방연석에 대한 SIP위상차와 광물 중량비, 그리고 입자크기에 대한 연구가 앞으로 더 많이 진행되어야 할 것이다. 본 연구는 이러한 맥락에서 예비연구에 해당된다.
본 연구는 SIP 위상차가 황화광물의 모달함량에 대해서는 매우 훌륭한 양의 상관관계를 나타내고 산화광물의 모달함량과는 무관함을 입증하고 있으며, 광대역 유도분극(SIP)탐사법이 황화광물이 우세한 금속광상에 유용하게 적용될 수 있음을 증명하고 있다. 황동석과 휘수연석이 우세하게 산출되는 반암동/몰리광상탐사, 가곡광상과 같이 섬아연석/방연석이 우세한 스카른 광상, 황철석, 자류철석, 황동석, 방연석, 섬아연석이 우세한 VMS(volcanogenic Massive Sulfide deposit)- SEDEX(Sedimentary exhalative deposit), 반동석, 황동석, 휘동석이 우세한 Stratiform 퇴적암에 배태된 구리(Cu) 광산, 섬아연석과 방연석이 우세한 미시시피계곡형의 연-아연 광상 등의 광상탐사에 매우 유용하게 사용될 것임을 지시하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
광대역 유도분극탐사는 어떤 기술인가?
광대역 유도분극탐사(Spectral Induced Polarization method, SIP)는 지구물리탐사기술의 하나로서 광대역 주파수에 대해 측정된 진폭 및 위상차가 광물함량의 정도, 광물입자의 크기, 광종의 종류에 따라 다르게 나타나기 때문에 심부탐사에 사용가능하다고 알려져 있다(Reynolds, 1997). SIP 탐사는 지하물질에 대한 특성을 탐색, 구별하고, 지하물질에 대한 염도, 포화상태 등을 파악하는 데 유용하게 사용되어 왔으며, 빙하퇴적물에서 유기화합물의 오염정도를 인지하기 위해 사용되기도 한다(Heikki et al.
SIP 탐사로 무엇을 파악할 수 있는가?
광대역 유도분극탐사(Spectral Induced Polarization method, SIP)는 지구물리탐사기술의 하나로서 광대역 주파수에 대해 측정된 진폭 및 위상차가 광물함량의 정도, 광물입자의 크기, 광종의 종류에 따라 다르게 나타나기 때문에 심부탐사에 사용가능하다고 알려져 있다(Reynolds, 1997). SIP 탐사는 지하물질에 대한 특성을 탐색, 구별하고, 지하물질에 대한 염도, 포화상태 등을 파악하는 데 유용하게 사용되어 왔으며, 빙하퇴적물에서 유기화합물의 오염정도를 인지하기 위해 사용되기도 한다(Heikki et al., 1992).
가곡 연 아연 스카른 광상의 암석시료에 대한 광물특성과 광대역 유도분극의 반응과의 관련성 연구 결언은?
1. 강원도 삼척시에 위치한 가곡 연아연 스카른광상에서 채취된 9개의 시추코어는 SIP 반응이 높은 것, 중간 것, 낮은 것의 3개의 그룹으로 구별되고 있다.
2. 9개의 암석은 모달함량과 입자크기에 따라 역시 3개의 그룹으로 분류되어진다. 그룹 I 암석은 자류철석과 각섬석의 모달 함량이 가장 높은 것이며, 그룹 II 암석은 상대적으로 낮은 자류철석, 높은 석류석의 모달함량을 가지고 있다. 그룹 III 암석은 자류철석의 모달함량이 기장 낮고 휘석의 함량이 가장 높은 것이 특징이다. 암석을 구성하고 있는 주요 광물인 자류철석의 입자크기도 그룹 I에서 II, III로 가면서 세립화되는 경향이다.
3. 이들 세 그룹의 암석에 산출되는 자류철석의 모달함량, 입자의 크기는 SIP반응 상관관계 다이아그램에서 지수함수의 관련성을 가지고 대비되며, 광대역 유도분극(SIP) 특성과 황화광물의 모달 함량비 사이에 체계적인 관련성이 존재한다.
참고문헌 (9)
Choi, B.K., Choi, S.G., Seo, J.E., Yoo, I.K., Kang, H.S. and Koo, M.H. (2010) Mineralogical and Geochemical Characteristics of the Wolgok-Seongok Orebodies in the Gagok Skarn Deposit : Their Genetic Implications. Jour. Econ. Environ. Geol., v.43, p.477-490.
Geological Society of Korea (1999) Geology of Korea. Sigma press, 802p.
Heikki V., Heikki S. and Ilmo K. (1992) Detecting organic chemical contaminants by spectral-induced polarization method in glacial till environment. Geophysics, v.57, p.1014.
Pelton, W.H., Ward, S.H., Hallof, P.G., Sill, W.R. and Nelson, P.H. (1978) Mineral discrimination and removal of induced coupling with multifrequency IP. Geophysics, v.23, p.588-609.
Reynolds, J.M. (1997) An introduction to applied and environmental geophysics. Wiley, New York, p.533-537.
Shin, S.W. (2012) A study on rock physical properties for exploration of the skarn ore deposit. master's thesis, Kongju National University, Kongju, South Korea, 64p.
Yun, S.K. (1978) Block Tectonics of The Taebaegsan Basin and En Echelon Sedimentary Wedges of The Yeonhwa-Ulchin District, Mideastern South Korea. Jour. Korean Inst. Mining Geol., v.11, p.127-141.
Yun, S.K. and Silberman, M.L. (1979) K-Ar geochronology of igneous rocks in the Yeonhwa-Ulchin zinclead district and southern margin of the Taebaegsan basin, Korea. Jour. Geol. Soc. Korea., v.15, p.89-99.
Yun, S.K. and Einaudi, M.T. (1982) Zinc-Lead Skarns of the Yeonhwa-Ulchin District, South Korea. Econ. Geol., v.77, p.1013-1032.
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