[논문]한국 포천 광상의 스카른 진화과정 및 철(-동)광화작용

고지수; 최선규; 김창성; 김종욱; 서지은

doi:10.9719/eeg.2014.47.4.335

한국 포천 광상의 스카른 진화과정 및 철(-동)광화작용
Skarn Evolution and Fe-(Cu) Mineralization at the Pocheon Deposit, Korea 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.47 no.4, 2014년, pp.335 - 349

고지수 (고려대학교 지구환경과학과) , 최선규 (고려대학교 지구환경과학과) , 김창성 (고려대학교 지구환경과학과) , 김종욱 (고려대학교 지구환경과학과) , 서지은 (고려대학교 지구환경과학과)

초록
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선캄브리아기 경기육괴의 북서부에 위치한 포천 스카른 광상은 명성산 화강암과 선캄브리아기 변성퇴적암류에 협재된 탄산염암의 접촉대를 중심으로 산출되며, N-S방향 전단대를 따라 배태되고 있다. 포천 스카른대 분포와 함께 광물학적 특성은 구조 규제와 암층 규제에 따라 유도되었다. 포천 스카른은 스카른 광물조합에 따라 백운암을 교대한 Na-Ca계열과 Mg계열 스카른 및 석회암을 교대한 Ca계열 스카른으로 구분된다. 철광화작용은 주로 Na-Ca계열 스카른대를 따라 배태되고 있으며, 후퇴 스카른 단계에 일부 동 광화작용이 중첩된다. Na-Ca계열 스카른은 주로 추휘석, 투휘석, 조장석, 석류석, 자철석, 매그헤마이트, 경석고, 인회석, 스핀의 공생관계를 보이며, 후퇴 스카른에서는 투각섬석, 금운모, 녹렴석, 견운모, 석고, 녹니석, 석영, 방해석, 황화광물로 구성된다. 한편 Mg계열 스카른은 주로 감람석과 투휘석의 단순한 광물조합을 보이며, 투휘석과 감람석은 투각섬석과 함께 소량 금운모, 사문석, 녹니석으로 교대된다. 반면에 Ca계열 스카른은 전진 스카른 단계에서 주로 단사휘석, 석류석, 규회석이 정출되며, 후퇴 스카른에서 녹렴석, 베수비아나이트, 각섬석, 흑운모, 녹니석, 자철석, 석영, 방해석, 황화광물이 수반된다. 전자현미분석 결과에 의하면 포천 스카른광물은 대부분 Na-Mg 성분이 부화되었으며, 높은 $Fe^{3+}/Fe^{2+}$비, $Mg^{2+}/Fe^{2+}$비, $Al^{3+}/Fe^{2+}$비의 조성 특징을 보인다. 즉 단사휘석은 추휘석과 투휘석 조성이 부화되어 있는 반면, 석류석은 상대적으로 그로슐라 조성이 부화된 경향을 보인다. 또한 각섬석은 투각섬석, 파가사이트, Mg-헤이스팅사이트로 조성변화를 보인다. 한편 전진 스카른 단계의 주요 광물조합은 약 0.5 kbar와 $X(CO_2)=0.10$ 조건에서 $400^{\circ}{\sim}500^{\circ}C$ 온도와 높은 산화 환경($fO_2=10^{-23}{\sim}10^{-26}$)을 지시하고 있다. 후퇴 스카른 단계에서는 물-암석반응이 증가됨에 따라 녹렴석, 베수비아나이트, 각섬석, 녹니석, 석영, 방해석은 $X(CO_2)=0.10$ 조건에서 $250^{\circ}{\sim}400^{\circ}C$ 온도 범위에서 정출되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Pocheon skarn deposit, located at the northwestern part of the Precambrian Gyeonggi massif in South Korea, occurs at the contact between the Cretaceous Myeongseongsan granite and the Precambrian carbonate rocks, and is also controlled by N-S-trending shear zone. The skarn distribution and mineralogy reflects both structural and lithological controls. Three types of skarn formations based on mineral assemblages in the Pocheon skarn exist; a sodiccalcic skarn and a magnesian skarn mainly developed in the dolostone, and a calcic skarn developed in the limestone. Iron mineralization occurs in the sodic-calcic and magnesian skarn zone, locally superimposed by copper mineralization during retrograde skarn stage. The sodic-calcic skarn is composed of acmite, diopside, albite, garnet, magnetite, maghemite, anhydrite, apatite, and sphene. Retrograde alteration consists of tremolite, phlogopite, epidote, sericite, gypum, chlorite, quartz, calcite, and sulfides. Magnesian skarn mainly consists of diopside and forsterite. Pyroxene and olivine are mainly altered to tremolite, with minor phlogopite, talc, and serpentine. The calcic skarn during prograde stage mainly consists of garnet, pyroxene and wollastonite. Retrograde alteration consists of epidote, vesuvianite, amphibole, biotite, magnetite, chlorite, quartz, calcite, and sulfides. Microprobe analyses indicate that the majority of the Pocheon skarn minerals are enriched by Na-Mg composition and have high $Fe^{3+}/Fe^{2+}$, $Mg^{2+}/Fe^{2+}$, and $Al^{3+}/Fe^{2+}$ ratios. Clinopyroxene is acmitic and diopsidic composition, whereas garnet is relatively grossular-rich. Amphiboles are largely of tremolite, pargasite, and magnesian hastingsite composition. The prograde anhydrous skarn assemblages formed at about $400^{\circ}{\sim}500^{\circ}C$ in a highly oxidized environment ($fO_2=10^{-23}{\sim}10^{-26}$) under a condition of about 0.5 kbar pressure and $X(CO_2)=0.10$. With increasing fluid/rock interaction during retrograde skarn, epidote, amphibole, sulfides and calcite formed as temperature decreased to approximately $250^{\circ}{\sim}400^{\circ}C$ at $X(CO_2)=0.10$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

(2014)에 의하여 발표된 바 있다. 따라서 본 연구에서는 포천 철(-동)광상의 스카른 유형별 광물화학 특성과 열수진화과정을 종합적으로 비교 검토하여 광화작용과 관련된 생성환경을 제시하고자 한다.

가설 설정

Magnesian skarn showing olivine (Ol)-clinopyroxene (Cpx) assemblages partly replaced by serpentine (Srp). H. Typical calcic skarn with garnet (Grt) and clinopyroxene (Cpx) infilled by chalcopyrite (Cpy).

제안 방법

Mg계열 스카른은 백운암으로부터 Ca-Mg성분이 과다 공급됨으로써 감람석-투휘석이 지배적인 산출빈도를 보인다. 또한 Ca계열 스카른은 석회암과 소량 함유된 이질 성분으로부터 일부 Al성분의 공급됨으로써 Al⁺³-석류석과 Mg²⁺-Fe²⁺-단사휘석의 조성을 유도하였다.
스카른화작용 시 압력-온도-탄소 분압은 약 0.5 kbar, 400℃, X_CO2 = 0.1 조건과 전진 스카른 단계에 정출된 Na-Ca계열 스카른의 추휘석-조장석-석류석-자철석-경석고-황철석과 Ca계열 스카른의 석류석-단사휘석-규회석-자철석의 광물조합을 적용하여 안정영역을 검토하였다. T-fO₂과fO₂-fS₂관계도에 제시된 바와 같이 산소 분압(fO₂)과 황 분압(f S2)은 각각 10^-23~10^-26과 10^-12~10^-4 이다(Fig.
의 존재비가 복합적으로 작용하여 무수스카른광물의 조성 변화를 유도하고 있다. 스카른화작용에서 유도된 산화 상태의 정출 환경 변화를 검토하기 위하여 스카른 유형별 대표적 시료에 대한 단사휘석 및 석류석의 Fe³⁺-Fe²⁺조성비를 앤드라다이트-헤덴버자이트-추휘석 기준으로 비교하였다(Table 4). 이러한 포천 단사휘석-석류석의 화학조성은 스카른 유형에 따라 다소 차이를 보이지만, 추휘석, 투휘석, 그로슐라 조성이 전반적으로 우세한 경향성을 나타내고 있다(Fig.
7A). 투휘석 내 유체포유물에 함유된 고상 포유물은 극미립으로 현미경에서 광물 동정이 불가능하여 전자현미분석을 실시하여 성분을 검토하였다. 전자현미분석의 정성분석 결과에서 확인된 성분 중 투휘석 조성을 제외한 Na-K-Cl-S성분이 추가적으로 확인됨으로써 암염, 실바이트와 경석고의 존재 가능성이 추정되었으며(Fig.
1), 이러한 스카른은 Na-Ca계열/Mg계열/Ca계열 외성 스카른으로 구분된다(Table 1). 특히 Na-Ca계열 스카른은 석류석-녹렴석이 수반되는 Na-Ca계열 스카른과 두 광물이 수반되지 않는 Na계열 스카른으로 세분되지만, 추휘석-조장석-자철석-매그헤마이트-경석고-석영-방해석 등의 공통적인 특징을 보이고 있어 동일 계열 스카른으로 분류하였다.
포천 광화작용과 관련된 생성 환경을 추정하기 위하여 상기 스카른 유형별 광물조합과 화학조성에 근거한 스카른화작용의 정출 온도, 산소분압 및 이산화탄소 분압을 검토하였다. 관계화성암으로 확인된 명성산 화성 암의 산상을 통하여 포천 스카른화작용/광화작용의 생성 심도는 천부 화성활동으로 추정되어 약 0.
포천 Ca계열/Mg계열/Na-Ca계열 스카른은 전반적으로 주변 모암의 전암 성분과 열수 특성을 반영하고 있으며, 전진/후퇴 스카른 단계에서 다음과 같이 다양한 스카른 광물의 조성 차이를 나타내고 있다(Table 1). 포천 스카른화작용과 관련된 진화특성을 검토하기 위하여 Na-Ca계열, Ca계열, Mg계열 스카른 유형별 주요 스카른 광물의 정량분석을 실시하였다. 전자현미분석은 고려대학교 부설 전략광물자원연구소 JEOL JXA-8600SX-Oxford INCA-6025를 이용하였고, 정량분석조건은 가속전압 15 kV, 전류 3 nA, 분석직경 <5 µm, 측정시간 100초이며, ZAF법으로 보정되었다.
, 2014). 포천지역 명성산 화강암의 산상, 지질구조 특성, 광화시기 및 탄소-산소 동위원소분석 결과를 종합적으로 비교하여 스카른화작용에 수반되는 광화작용의 생성환경을 추정하였다. 포천 광상은 생성연대가 약 110 Ma로 확인되었으며, 동일시기에 백악기 주향이동 단층대를 따라 관입한 명성산 화강암이 관계화성암으로 추정되었다(Kim et al.

대상 데이터

조장석은 추휘석을 충진하며, 주로 자철석-경석고-투각섬석과 밀접하게 산출된다. 사장석은 Ab_95-100An_0-5Or_0-2로 순수한 조장석 조성 특징을 보이고 있다(Fig. 4C). 알비타이트에서는 전반적으로 변질되어 있으며, Ab_61-87An_12-38Or_0-2로 조장석 성분이 부화되어 있다.
전자현미분석은 고려대학교 부설 전략광물자원연구소 JEOL JXA-8600SX-Oxford INCA-6025를 이용하였고, 정량분석조건은 가속전압 15 kV, 전류 3 nA, 분석직경 <5 µm, 측정시간 100초이며, ZAF법으로 보정되었다. 표준물질로 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, CaSiO₃, NaAlSi₂O₆, KAlSi₃O₈, MnO, TiO₂를 사용하였다.

이론/모형

각섬석: Na-Ca계열 스카른에서 각섬석은 투휘석을 교대한 무색 투각섬석이 주로 산출되며, 후기에 정출된 자형/반자형 암녹색 각섬석이 간혹 수반되고 있다. 각섬석 구조식은 Droop(1987)이 제시한 방법에 따라 Fe²⁺와 Fe³⁺를 구분하여 계산하였다. 각섬석 조성은 주로 Ca_B≥1.
전자현미분석은 고려대학교 부설 전략광물자원연구소 JEOL JXA-8600SX-Oxford INCA-6025를 이용하였고, 정량분석조건은 가속전압 15 kV, 전류 3 nA, 분석직경 <5 µm, 측정시간 100초이며, ZAF법으로 보정되었다.

성능/효과

투휘석 내 유체포유물에 함유된 고상 포유물은 극미립으로 현미경에서 광물 동정이 불가능하여 전자현미분석을 실시하여 성분을 검토하였다. 전자현미분석의 정성분석 결과에서 확인된 성분 중 투휘석 조성을 제외한 Na-K-Cl-S성분이 추가적으로 확인됨으로써 암염, 실바이트와 경석고의 존재 가능성이 추정되었으며(Fig. 7B), 이는 고염농도 광화유체로부터 유도된 스카른화작용을 시사하고 있다.
포천 광상의 스카른화작용은 석회암/백운암뿐만 아니라 협재된 이질암 또는 압쇄암이 부분적으로 개입되었으며, 이러한 원암 조성이 부분적으로 물-암석반응의 산화-환원 상태에 영향을 미치고 스카른 광물의 조성 변화를 유도하였다. 즉 Ca계열 스카른은 석회암과 압쇄암/혼펠스의 화학성분이 반영된 Ca-Fe-Al-Mg-Si 열수계가 유도되어 단사휘석-석류석-규회석-자철석-스핀-인회석-정장석이 주로 정출되었으며, Mg계열 스카른이 주로 백운암으로부터 유도된 Ca-Mg-Fe-Si 열수계로부터 감람석-투휘석-자철석이 정출되었다. 한편 Na-Ca계열 스카른은 전진 스카른 단계에서 Ca성분과 Na-Fe⁺³성분이 동시에 부화되어 Na-Ca-Mg-Fe-Al-Si 열수시스템 유도됨으로써 초기 추휘석-조장석-자철석으로 정출되며, 스카른화작용이 점차 진행됨에 따라 Na성분의 결핍과 함께 Ca성분이 재차 부화됨으로써 이방성 석류석-경석고가 정출되었다.
, 2013). 포천 Ca계열 및 Mg계열 스카른은 Ca-/Mg-규산염광물의 전형적인 광물조합을 보이지만, Na-Ca계열 스카른에서는 추휘석(NaFe⁺³Si₂O₆)-조장석과 함께 자철석-각섬석-석류석-녹렴석-경석고의 복합적인 광물상이 확인되었다. 특히 추휘석의 존재는 Na성분과 Fe⁺³성분이 동시에 공급된 세계적으로 특이한 고온성 산화환경을 시사하며, 열수작용에서 Na성분이 부화됨으로써 야기된 조장석화작용은 IOCG 변질대에서 주로 보고되고 있다(Wang and Williams, 2001; Monterio et al.
포천 광상에서 산출되는 단사휘석과 석류석은 각각 스카른 유형별로 다소 조성 차이를 보이지만, 전반적으로 Mg²⁺-단사휘석과 Al³⁺-석류석의 지배적인 특징을 보이며(Fig. 4), 스카른화작용 시 높은 산화 환경을 반영하고 있다(Fig. 6). Mg계열 스카른은 백운암으로부터 공급된 Ca-Mg성분에 의하여 감람석-투휘석이 지배적인 산출 양상을 보인다.
포천 스카른화작용은 각 스카른 유형에서 확인된 광물조합을 종합적으로 적용한 결과, 전진 스카른 단계에서 고염농도의 광화유체로부터 정출된 주요 스카른광물의 생성온도는 약 400°~500℃를 지시하며, 후퇴 스카른 단계에서는 약 250o~<400℃로 추정된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	포천 스카른화작용과 관련된 진화특성을 검토하기 위해 사용한 전자현미분석 모델은?	포천 스카른화작용과 관련된 진화특성을 검토하기 위하여 Na-Ca계열, Ca계열, Mg계열 스카른 유형별 주요 스카른 광물의 정량분석을 실시하였다. 전자현미분석은 고려대학교 부설 전략광물자원연구소 JEOL JXA8600SX-Oxford INCA-6025를 이용하였고, 정량분석조건은 가속전압 15 kV, 전류 3 nA, 분석직경 <5 µm, 측정시간 100초이며, ZAF법으로 보정되었다. 표준물질로 SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, CaSiO3, NaAlSi2O6, KAlSi3O8, MnO, TiO2를 사용하였다.
	포천 지역에 분포하는 백악기 명성산 화강암의 생성연대는?	포천 지역에 분포하는 백악기 명성산 화강암은 N-S 방향 주향이동 단층대를 따라 자철석 계열 천부 반심성암으로 관입하고 있으며, 생성연대는 약 112 Ma로 보고된 바 있다(Hwang and Kihm, 2007). 포천 철광체는 주로 괴상/렌즈상으로 배태되고 부분적으로 소습곡 구조와 조화적인 박리형 층상 조직이 기재된바 있으며(So, 1977), 2010년/2011년 한국광물자원공사의 시추 시료는 공간적 측면에서 기존 철 광체와 인접한 외각 스카른대에 해당된다.
	본 연구에서 사장석이 보이는 특징은?	조장석은 추휘석을 충진하며, 주로 자철석-경석고-투각섬석과 밀접하게 산출된다. 사장석은 Ab95-100An0-5Or0-2로 순수한 조장석 조성 특징을 보이고 있다(Fig. 4C).

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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