[논문]무주 승륭 아연광상의 광석광물과 생성환경

염태선; 신동복

doi:10.9719/eeg.2015.48.1.1

[국내논문] 무주 승륭 아연광상의 광석광물과 생성환경
Ore Minerals and Genetic Environments of the Seungryung Zn Deposit, Muzu, Korea 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.48 no.1, 2015년, pp.1 - 13

염태선 (공주대학교 지질환경과학과) , 신동복 (공주대학교 지질환경과학과)

초록
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무주분지에 발달하는 승륭 아연광상 주변 지질은 선캠브리아기의 우백질 화강편마암, 백악기 쇄설암, 화산쇄설암과 관입암체로 구성되며, 광상은 편마암내 편리를 따라 협재하는 석회암을 교대한 열수교대광상으로 스카른화작용을 미약하게 받았다. 광화작용은 석류석, 휘석과 같은 스카른 광물이 형성되는 초기와 자철석, 섬아연석, 황동석, 자류철석, Pb-Ag-Bi-S계 등의 금속 광물이 정출되는 중기, 그리고 녹니석과 백철석 등의 변질 광물 및 저온 광물이 형성되는 후기로 구분된다. 섬아연석의 경우 염주(bead chains)와 분말(dusting)조직 등의 황동석 병변조직이 특징적으로 나타나며, Pb-Ag-Bi-S계 광물로는 헤이로브스카이트-에스키모아이트 고용체, 릴리아나이트-구스터바이트 고용체, 그리고 비킨자이트 등이 산출된다. 황화광물의 ${\delta}^{34}S$ 값은 황철석 3.4~4.1‰, 섬아연석 3.3~4.3‰, 황동석 4.0~4.3‰, 그리고 방연석 2.8‰로서 비교적 좁은 범위를 나타내며 광상을 형성시킨 황이 마그마에서 유래되었음을 시사한다. 또한 동위원소 지질온도계를 적용한 생성온도는 $346{\sim}431^{\circ}C$로서 비교적 고온에서 광화작용이 진행된 것으로 보인다. 섬아연석의 FeS 함량은 6.58~20.16 mole%(평균 16.58 mole%)로 비교적 높은 편이며, 국내 주요 스카른 연-아연 광상들과 유사하게 Mn이 Cd에 비해 부화되어 나타난다. 반면, 주변 설천광화대 금-은 광상은 Cd가 부화되어 천열수 금-은 광상과 유사한 특징을 나타내는데 이는 관계화성암을 중심으로 고온에서 승륭광상의 자철석, 섬아연석이 정출되고 이후 온도가 감소하고 광화유체의 조성이 변하면서 주변 지역의 금-은 광화작용이 진행된 것으로 여겨진다.

Abstract ▼ AI-Helper

The geology of the Seungryung Zn deposit, located in the Muzu basin, consists of Precambrian leucocratic granitic gneiss, Cretaceous clastic rocks, pyroclastic rocks, and intrusive rocks. The deposit shows a weakly skarnized hydrothermal replacement ore developed along limestone bed in the gneiss. The mineralization can be divided into three stages: the early skarnization producing garnet and pyroxene, the main mineralization in the middle stage precipitating most metallic minerals such as magnetite, sphalerite, chalcopyrite, pyrrhotite, Pb-Ag-Bi-S system minerals, and the late stage for altered or low temperature minerals such as chlorite and marcasite. Pb-Ag-Bi-S system minerals include heyrovskite-eskimoite solid solution, lillianite-gustavite solid solution, and vikingite. Chalcopyrite diseases are quite common in sphalerite showing bead chains and dusting textures. The ${\delta}^{34}S$ values of sulfides minerals are concentrated within the narrow range of 3.4~4.1‰ for pyrite, 3.3~4.3‰ for sphalerite, 4.0~4.3‰ for chalcopyrite, and 2.8‰ for galena, suggesting that most sulfur is of igneous origin. Sulfur isotope geothermometry is calculated to be $346{\sim}431^{\circ}C$, implying that the mineralization occurred at relatively high temperature. FeS contents of sphalerite are relatively high in the range of 6.58~20.16 mole% (avg. 16.58 mole%) with the enrichment of Mn compared to Cd, similarly to representative skarn Pb-Zn deposits in South Korea. On the contrary, sphalerite from Au-Ag deposits in the Seolcheon mineralized zone around the Seungryung deposit is enriched in Cd, showing similar feature like representative epithermal Au-Ag deposits. This suggests that around the related igneous rocks, magnetite and sphalerite were produced at high temperature in the Seungryung deposit, and with decreasing temperature and compositional change of mineralizing fluids, Au-Ag mineralization proceeded in the Seolcheon mineralized zone.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 설천광화대에 인접하여 분포하는 승륭광상은 과거 비교적 큰 규모로 아연을 개발한 적이 있으나 한국의 광상(KMPC, 1990)과 광상시추조사보고(KMPC, 1982; 1983)의 조사 자료만 있을 뿐 광상에 대한 체계적인 연구는 이루어진 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 승륭광상의 주변지질, 광석광물의 산출양상, 광물화학 및 동위원소 연구를 실시하여 광상의 생성환경 및 특징을 고찰하고자 한다.

제안 방법

광화유체의 기원 및 생성환경을 파악하기 위해 황화광물을 대상으로 Ueda and Krouse (1986) 방법을 따라 SO2 가스를 준비하고 한국기초과학지원연구원 오창센터의 Micromass Limited사의 Optima를 이용하여 황안정동위원소 분석을 실시하였으며, 분석 오차는 ±0.2‰ 이내이다.
시료의 관찰 및 채취는 광상의 주 채굴지 또는 버럭에서 광석 및 주변 모암을 대상으로 이루어졌다. 획득된 시료에 대해 박편 및 연마편을 제작하고 투과 및 반사현미경을 통하여 광석 및 맥석광물을 관찰하여 광물의 공생관계를 규명하였다.
승륭광상에서 산출되는 주요 광석광물인 섬아연석, 자철석 및 Pb-Ag-Bi-S계 광물에 대한 전자현미분석을 실시하였다. 섬아연석의 FeS 함량은 6.
광상의 생성온도를 파악하기 위해 황동위원소를 이용한 지질온도계를 활용하였다. 이를 위해서는 첫째로 광물쌍이 평행상태에서 산출되었으며, 둘째로 광물이 형성된 후 광물상 간에는 어떤 동위원소적 교환이 일어나지 않아야 하며, 마지막으로 분석용으로 분리된 시료 또한 순수한 광물상이어야 한다(Ohmoto and Rye,1979).
동위원소지온계로 흔히 쓰이는 황화광물로는 황철석, 섬아연석, 황동석, 방연석 등이 있으며 이들은 평형상태에서는 황철석>섬아연석>황동석>방연석 순으로 δ³⁴S값이 감소한다(Faure, 1986). 황동위원소 지질 온도계를 활용하기 위해 비교적 평형상태에 있는 SR 8-3 시료 중 정출시기가 다른 황철석을 제외하고 섬아연석, 황동석, 방연석을 이용하였다[Table 4]. 이들 중 섬아연석과 황동석의 동위원소 값이 역전이 일어났으나 이 차이는 0.
본 연구에서는 승륭광상 생성환경을 해석하기 위해 국내 대표적인 연-아연광상 그룹, 금-은광상 그룹, 그리고 승륭광상에 인접한 광상 그룹으로 나누어 이를 비교하였다[Fig. 7]. 연화, 울진광상을 포함하여 연-아연 광상들은 MnS가 CdS 보다 부화된 특징을 보여주는 반면, 금-은광상은 연-아연광상과는 반대로 대부분 CdS 가 MnS보다 부화된 특징을 보여주나 통영광상처럼 MnS가 부화된 경우도 있다(Kim and Shin, 1989).

대상 데이터

90''에 해당하며, 영남육괴 중부에 해당하는 무주분지 북동쪽에 위치한다. 연구지역 지질은 선캄브리아기의 우백질화강편마암을 기저로 하고 백악기 퇴적층인 설천응회암, 무주층군(Muju Group)에 포함되는 길왕리층과 적상산층이 존재하며 이를 백악기 반상화강암, 조면안 산암 및 규장암이 관입하며 분포한다(Park and Lee, 1997, 2000)(Fig. 1). 무주분지는 옥천변성대와 영남육괴 사이에 분포하는 백악기 퇴적분지 중 하나로 적상산을 중심으로 발달되어 있으며 총 두께는 약 2,000 m 이다(Park and Lee, 1997).
무주분지내 길왕리층은 원마도가 좋은 왕자갈-거력 역암, 왕모래 역암, 사암, 셰일을 구성암석으로 가지며 암석의 조성과 분포 위치에 따라 서창층원, 북창층원, 고방층원으로 세분된다. 연구지역에는 광상 북서부에 북창층원이 분포하며, 대부분 원마도가 좋은 짙은 녹회색의 조립질 역암으로 산출되고, 기반암인 편마암과는 단층이나 부정합으로 접하며 역은 암록색의 결정질 응회암이 거의 대부분이고, 드물게 우백질화강편마암이 산출된다. 현미경 관찰결과 주로 세립질의 파편으로 산출되는 석영과 견운모화된 장석류 그리고 점토광물로 이뤄진 기질로 구성되어 산출된다.
광상일대의 지질 및 광상의 산출상태를 알아보기 위해 야외조사 및 시료채취를 실시하였다. 시료의 관찰 및 채취는 광상의 주 채굴지 또는 버럭에서 광석 및 주변 모암을 대상으로 이루어졌다.
광상일대의 지질 및 광상의 산출상태를 알아보기 위해 야외조사 및 시료채취를 실시하였다. 시료의 관찰 및 채취는 광상의 주 채굴지 또는 버럭에서 광석 및 주변 모암을 대상으로 이루어졌다. 획득된 시료에 대해 박편 및 연마편을 제작하고 투과 및 반사현미경을 통하여 광석 및 맥석광물을 관찰하여 광물의 공생관계를 규명하였다.

데이터처리

광석광물의 화학조성을 파악하기 위해 한국기초과학 지원연구원 전주센터에서 SHIMAEDZU사 EPMA1600을 이용하여 전자현미분석을 수행하였다. 분석조건은 가속전압 15 keV, 전류 20 nA, 전자선 지름 1 µm이다.

성능/효과

승륭광상의 광석시료를 구성하는 황화광물 중 황철석 5개, 섬아연석 6개, 황동석 2개, 그리고 방연석 1개 시료에 대한 황동위원소비를 측정한 결과 황철석의 δ34S 값은 3.4~4.1‰, 섬아연석 3.3~4.3‰, 황동석 4.0~4.3‰, 그리고 방연석 2.8‰의 조성을 가지며 전체적으로 2.8~4.3‰로 비교적 좁은 범위를 나타낸다 [Table 4].
비킨자이트 2점에 대한 분석결과 Pb_8.34Ag_4.18Bi_12.57 Cu_0.41Zn_0.32S₃₀의 평균조성을 가지는데 이상화학식 (Pb₈Ag₅Bi₁₃S₃₀)에 비해 Pb가 부화되고 Ag와 Bi는 상대적으로 결핍되어 있으며 미량의 Cu, Zn가 포함된다 [Table 3]. 또한 Ag/Bi 원자비가 0.
2‰ 범위 내에 포함되고 일반적으로 섬아연석과 황동석의 동위원소 분별이 거의 비슷하게 나타나므로 이를 고려할 때 이들 시료는 평형상태에 있다고 할 수 있다. 따라서 섬아연석-방연석 그리고 황동석-방연석 광물쌍에 대한 지질온도계(Ohmoto and Rye, 1979)를 이용한 결과 각각 431^o C와 346^o C를 나타나서 비교적 고온에서 광화작용이 진행된 것으로 여겨진다.
(4) 섬아연석에는 1 µm 이하에서 100 µm에 이르는 다양한 크기의 황동석 병변이 발달하며 용리작용에 의해 형성된 염주(bead chain) 조직과 열수교대작용에 의한 분말(dusting) 조직이 함께 나타난다.
(5) 황화광물의 δ34S 값의 범위는 2.8~4.3‰으로서 광상을 형성시킨 황이 대부분 마그마에서 유래되었음을 시사하며, 동위원소 지질온도계 추정 결과 346~431oC 로서 비교적 고온에서 광화작용이 진행된 것으로 보인다.
(2) 광석광물로는 섬아연석, 자철석 그리고 황철석이 주를 이루며, 황동석, 자류철석, 방연석, 휘창연석, PbAg-Bi-S계 광물, 백철석 등이 수반되고, 스카른광물로 석류석과 휘석이 금운모와 녹니석에 의해 교대되어 산출된다.
(6) 섬아연석의 FeS 함량은 평균 16.58 mole%로서 비교적 높고, 미량원소는 Mn이 Cd에 비해서 부화되어 있는 반면, 주변 설천광화대 금-은 광상은 Cd가 부화 되어 있어서 각각 국내 주요 연-아연 광상과 천열수 금-은 광상과 유사한 특징을 나타낸다. 이는 관계화성암을 중심으로 승륭광상에서 자철석, 섬아연석이 정출되고 이후 온도가 감소하고 광화유체의 조성이 변하면서 주변 지역의 금-은 광화작용이 진행된 것으로 해석된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광화작용은 어떻게 구분되는가?	무주분지에 발달하는 승륭 아연광상 주변 지질은 선캠브리아기의 우백질 화강편마암, 백악기 쇄설암, 화산쇄설암과 관입암체로 구성되며, 광상은 편마암내 편리를 따라 협재하는 석회암을 교대한 열수교대광상으로 스카른화작용을 미약하게 받았다. 광화작용은 석류석, 휘석과 같은 스카른 광물이 형성되는 초기와 자철석, 섬아연석, 황동석, 자류철석, Pb-Ag-Bi-S계 등의 금속 광물이 정출되는 중기, 그리고 녹니석과 백철석 등의 변질 광물 및 저온 광물이 형성되는 후기로 구분된다. 섬아연석의 경우 염주(bead chains)와 분말(dusting)조직 등의 황동석 병변조직이 특징적으로 나타나며, Pb-Ag-Bi-S계 광물로는 헤이로브스카이트-에스키모아이트 고용체, 릴리아나이트-구스터바이트 고용체, 그리고 비킨자이트 등이 산출된다.
	무주분지에 발달하는 승륭 아연광상 주변 지질은 무엇으로 구성되는가?	무주분지에 발달하는 승륭 아연광상 주변 지질은 선캠브리아기의 우백질 화강편마암, 백악기 쇄설암, 화산쇄설암과 관입암체로 구성되며, 광상은 편마암내 편리를 따라 협재하는 석회암을 교대한 열수교대광상으로 스카른화작용을 미약하게 받았다. 광화작용은 석류석, 휘석과 같은 스카른 광물이 형성되는 초기와 자철석, 섬아연석, 황동석, 자류철석, Pb-Ag-Bi-S계 등의 금속 광물이 정출되는 중기, 그리고 녹니석과 백철석 등의 변질 광물 및 저온 광물이 형성되는 후기로 구분된다.
	기존 광화대 및 광상에 대한 탐사 및 재평가가 활발해진 이유는 무엇인가?	광물자원의 안정적 수급이 국가성장동력 확보 측면에서 그 중요성이 커지는 가운데 정부에서도 유연탄, 우라늄, 철, 동, 아연, 니켈 등의 6대 전략광종을 지정하고 국내외 광상들에 대한 탐사, 개발 및 투자에 많은 노력을 기울이고 있다. 이를 위해 새로운 미개척지 (green field)에 대한 신규 탐사 외에도 기존 광화대 및 광상(brown field)에 대한 탐사 및 재평가가 활발히 진행되어 오고 있다.

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