[논문]해남 모이산 금-은 광상의 유체포유물 및 황화물 지구화학 연구

박솔; 서정훈; 김창성; 양윤석; 오지혜; 김종욱

doi:10.9719/eeg.2020.53.3.221

해남 모이산 금-은 광상의 유체포유물 및 황화물 지구화학 연구
Studies on Fluid Inclusion and Pyrite Geochemistry in the Moisan Au-Ag Deposit, Haenam District, Korea 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.53 no.3, 2020년, pp.221 - 234

박솔 (인하대학교 에너지자원공학과) , 서정훈 (인하대학교 에너지자원공학과) , 김창성 (프리모리소스(주)) , 양윤석 (인하대학교 에너지자원공학과) , 오지혜 (해양과학기술원) , 김종욱 (해양과학기술원)

초록
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금-은 천열수 광상의 유체 환경의 재구성을 위하여, 해남 일대에 위치한 모이산 광상에서 획득한 심도별 맥상 시료에 대하여, 변질-조직 양상, 유체포유물 microthermometry, 그리고 황철석 LA-ICP-MS 분석을 실시하였다. 맥상 시료에서 모암은 규화 및 석영-일라이트 변질양상이 확인되며, 석영맥은 모암으로부터 초기의 옥수-미립 석영-황철석에서 후기 맥중심의 자형 석영으로 발달된다. 일부 시료에서는 황철석과 함께 텔루라이드 광물이 함께 나타난다. 유체포유물은 염도가 0.18-2.24wt% 가량의 액상 수용액 포유물들이 주로 발견되며 일부 기체상 포유물 또한 발견된다. 유체포유물의 균질화 온도는 141-384℃ 범위에서 나타나며, 대체로 깊어질수록 균질화온도가 높아진다. 특히 금-은 침전이 집중된 고품위 구간에서는 얕아질수록 유체의 염도 및 균질화 온도가 낮아지며 또한 범위가 넓어지는 것을 볼 수 있다. 이를 통하여 함 금-은 유체의 압력하강으로 인한 열수의 비등 그리고 천수와의 혼합이 금-은 침전과 함께 이루어진 것으로 생각된다. 황철석의 LA-ICP-MS 분석을 통하여, 황철석 광물 내의 금-은 치환은 이루어지지 않음을 발견하였다. 하지만, 황철석 내의 금-은은 대부분 텔루라이드 혹은 에렉트럼 등 함 금은 광물의 포유물에 저장이 됨을 알 수 있었다. 깊이별 황철석 내 포획된 함 금-은 광물은 차이가 없었고, 포유물의 금-은 비율 또한 차이가 없음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

We occur together with telluride minerals. Fluid inclusions in the euhedral quartz crystals are mainly aqueous liquid-rich inclusions, which have salinities about 0.18-2.24 wt% NaCl equivalent. Some quartz vein contains aqueous vapor-rich inclusions as well. Homogenization temperatures of the assemblages of the liquid-rich inclusions are about 141-384 ℃, and the temperatures are lower at the shallower vein samples. In the high Au-Ag grade depth intervals, relatively deeper fluids have relatively higher salinities and homogenization temperatures, while shallower fluids show somewhat wider ranges. These might indicate that the deep Au-Ag bearing hydrothermal fluids at the Moisan area experienced phase separation as well as mixing with meteoric water by decreasing pressure. Au-Ag precipitation in the Moisan deposit is not associated with pyrite, but pyrite include Au-Ag bearing phase as an inclusion, which might possibly be tellurides or electrum. Au/Ag ratios in the Au-Ag bearing phase do not change with different depth.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. (A) Geological map of the Haenam district, and (B) the Moisan Au-Ag deposit, and position and levels (meter below sea level; mbsl) of core sampling.
표 Table 1. Descriptions of collected vein samples in the Moisan Au-Ag deposit
표 Table 2. Au & Ag grades (fire assay) in the core data
그림 Fig. 2. Slab photographs of collected rocks from different levels (mbsl) in the Moisan Au-Ag deposit.
그림 Fig. 3. Photomicrographs of thin sections were obtained from transmitted (A and C) and reflected (B and D) light microscopy.
표 Table 3. Results of fluid inclusion microthermometry
$Fig. 4. X-Ray Diffraction (XRD) patterns of the samples collected from the different levels (mbsl).$ 그림 Fig. 4. X-Ray Diffraction (XRD) patterns of the samples collected from the different levels (mbsl).
표 Table 4. Summary of LA-ICP-MS microanalysis (ppm) of for pyrite from the Moisan deposit
그림 Fig. 5. Photomicrographs of the fluid inclusion assemblages.
그림 Fig. 6. NaCl equivalent wt% salinities and ℃ homogenization temperatures of the Moisan aqueous assemblages are plotted in the model NaCl-H₂O system (Driesner and Heinrich, 2007).
그림 Fig. 7. Representative LA-ICP-MS transient signals of pyrite from –200 m (mbsl) samples showing Au, Ag, Te, and Se signals.
그림 Fig. 8. Concentrations of (A) Te in pyrite versus Au & Ag. (B) Se in pyrite versus Au & Ag. (C) Te/Se ratio in pyrite versus Au/Ag ratio in pyrite.
그림 Fig. 9. Depth profiles of (A) Au and Ag grades, (B) Homogenization temperatures, and (C) salinities of fluid inclusion assemblages, and (D) Au/Ag & Te/Se ration in pyrite in the Moisan Au-Ag deposit.
그림 Fig. 10. Schematic illustration of hydrothermal processes the Moisan Au-Ag mineralization and alunite-dickite deposition.

AI 본문요약
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제안 방법

1A). 이 지역의 금은 광화작용과 관련된 천열수 유체의 진화 및 금-은 광맥의 탐사인자 획득을 위하여, 우리는 모이산 광체의 심도별 노두 및 코어 시료를 획득하여, 1) 석영맥 조직, 2) 변질양상 규명, 3) 유체포유물 연구, 그리고 4) 황화광물 지구화학 분석을 수행하였다. 모이산 시료의 조직 및 변질 양상을 관찰하고 유체포유물 연구를 통한 심도별 유체의 온도-염도 환경 변화 및 지구화학 분석을 통한 황화광물의 성분 변화를 통해 해남지역 다른 금-은 광상의 탐사에도 적용할 수 있으리라 생각된다.
Microthermometry: 유체포유물에 대한 microthermometry 실험은 인하대학교 자원지질연구실에 설치된 Linkam FTIR 600 heating-freezing stage를 이용하여 진행하였다. 표준 합성 유체포유물(synthetic fluid inclusion)을 사용하여 기기를 보정하였고, 이에 사용된 표준 합성 유체포유물은 CO₂–bearing inclusion(-57.
XPERT-PRO Diffractometer system을 사용하였으며, Cu-Kα radiation을 이용하여 스캔하였다.
각 분석 마다 60 초의 dwell time을 적용하였으며, 레이저 에너지 밀도는 6J/cm2, 타격진동수(repetition rate)는 5 Hz로 설정하였다.
LA-ICP-MS: 황화광물 내 원소의 함량을 파악하기 위해 황철석이 관찰되는 9개의 깊이의 시료에서 해당 광물만을 분리, 폴리싱하여 시료를 준비하였다. 레이저 삭박 유도 결합 플라즈마 질량분석 (laser ablation ICPMS)은 한국해양과학기술원 심해저광물자원연구센터에 설치된 Agilent 7700X and a New Wave Research 193 nm의 기기로 분석을 수행하였다. 분석 원소로 S, Cu, Zn, As, Se, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Au, Pb, 그리고 Bi를 선정하였다.
고품위 구간에서 황철석과 함께 텔루르화 광물의 양이 증가하는 양상이 나타난다. 변질광물 관찰 및 XRD 분석 결과 모든 깊이에서 옥수 및 일라이트가 확인되었으며(Fig. 4), 이는 모든 깊이의 구간에서 열수에 의한 규화작용(silicification) 및 장석 파괴 변질작용(feldspar destructive alteration)을 지시한다. 깊이별 금-은 품위와 석영 조직 및 변질 변화의 관련성은 낮아 보이나, 특이하게 고품위 구간 하부인 -205.
석영맥 내 유체포유물 양상: 모이산 광체의 깊이별 자형의 석영맥에서 나타나는 유체포유물군(fluid inclusion assemblage)를 관찰하고 microthermometry 실험을 진행하였다(Bodnar, 2003a; Goldstein, 2003; Goldstein and Reynolds, 1994). 석영 결정의 성장 누대(growth zone)등 조직 관찰을 통하여 pseudosecondary fluid inclusion으로 이루어진 assemblage를 연구하였다 (Roedder and Bodnar, 1980; Shepherd et al.
1^oC)이다. 유체포유물을 냉각 후 가열하여 얼음의 녹는점(T_m-ice)과 가열 후 하나의 상으로 균질화 되는 온도(T_h)를 측정하였다. 투명한 자형의 석영이 관찰되는 시료 7개를 사용하여 양면을 폴리싱한 칩(double-polished chip)을 제작하였다.
X선 회절분석(XRD): 변질 광물을 확인하고자 변질된 모암 위주로 11개의 시료의 파우더를 제작하였다. 파우더 시료는 인하대학교 표준분석연구원에 설치된 X-선 회절분석기 (X-Ray Diffractometer)를 이용하여 분석하였다. XPERT-PRO Diffractometer system을 사용하였으며, Cu-Kα radiation을 이용하여 스캔하였다.
투명한 자형의 석영이 관찰되는 시료 7개를 사용하여 양면을 폴리싱한 칩(double-polished chip)을 제작하였다. 현미경 관찰을 통해 유체포유물군에 최소 2~3개의 실험에 용이한 유체포유물이 있는지 확인하였다. 각 시료로부터 총 65개의 유체포유물군에 대하여 실험하였다.

대상 데이터

LA-ICP-MS: 황화광물 내 원소의 함량을 파악하기 위해 황철석이 관찰되는 9개의 깊이의 시료에서 해당 광물만을 분리, 폴리싱하여 시료를 준비하였다. 레이저 삭박 유도 결합 플라즈마 질량분석 (laser ablation ICPMS)은 한국해양과학기술원 심해저광물자원연구센터에 설치된 Agilent 7700X and a New Wave Research 193 nm의 기기로 분석을 수행하였다.
X선 회절분석(XRD): 변질 광물을 확인하고자 변질된 모암 위주로 11개의 시료의 파우더를 제작하였다. 파우더 시료는 인하대학교 표준분석연구원에 설치된 X-선 회절분석기 (X-Ray Diffractometer)를 이용하여 분석하였다.
현미경 관찰을 통해 유체포유물군에 최소 2~3개의 실험에 용이한 유체포유물이 있는지 확인하였다. 각 시료로부터 총 65개의 유체포유물군에 대하여 실험하였다. 실험에서 얻어진 유체포유물의 염도(NaCl equiv.
레이저 삭박 유도 결합 플라즈마 질량분석 (laser ablation ICPMS)은 한국해양과학기술원 심해저광물자원연구센터에 설치된 Agilent 7700X and a New Wave Research 193 nm의 기기로 분석을 수행하였다. 분석 원소로 S, Cu, Zn, As, Se, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Au, Pb, 그리고 Bi를 선정하였다. 각 분석 마다 60 초의 dwell time을 적용하였으며, 레이저 에너지 밀도는 6J/cm², 타격진동수(repetition rate)는 5 Hz로 설정하였다.
석영맥 시료의 조직 및 변질 양상: 본 연구를 위하여 갱내와 시추공에서 석영맥이 존재하고 모암과의 관계가 잘 드러나는 시료를 채취하였다(Table 1). 심도별(meter below sea-level) 갱내 시료 -35m, -50m -87m, 그리고 -125m 네 개와 시추공 시료 -189.
각 시료로부터 총 65개의 유체포유물군에 대하여 실험하였다. 실험에서 얻어진 유체포유물의 염도(NaCl equiv. wt%)는 측정된 Tm-ice 로부터 계산하였으며(Bodnar and Vityk, 1994; Driesner and Heinrich, 2007), 유체포유물군의 데이터는 평균값과 1 sigma 표준편차를 사용하여 보고하였다(Table 3).
석영맥 시료의 조직 및 변질 양상: 본 연구를 위하여 갱내와 시추공에서 석영맥이 존재하고 모암과의 관계가 잘 드러나는 시료를 채취하였다(Table 1). 심도별(meter below sea-level) 갱내 시료 -35m, -50m -87m, 그리고 -125m 네 개와 시추공 시료 -189.1m, -196.9m, -197.4m, -198.2m, -200.0m, -203.4m, 그리고 -205.2m 일곱 개를 획득하였다(Figs. 1B and 2). 썬시멘트㈜의 시추공 자료에 의하면 금은 -205.
레이저 빔의 직경은 분석할 황철석의 크기에 따라 40~80 µm로 변화를 주었다. 외부표준물은 황화광물 표준물질(standard reference material)인 MASS1과 STDGL3을 사용하였으며 황철석의 stoichiometric Fe함량(46.55wt%)을 내부표준물로 사용하였다. 분석된 LA-ICP-MS 시그널 및 데이터는 SILLS 프로그램을 계산 및 정량화 하였다(Belousov et al.
유체포유물을 냉각 후 가열하여 얼음의 녹는점(T_m-ice)과 가열 후 하나의 상으로 균질화 되는 온도(T_h)를 측정하였다. 투명한 자형의 석영이 관찰되는 시료 7개를 사용하여 양면을 폴리싱한 칩(double-polished chip)을 제작하였다. 현미경 관찰을 통해 유체포유물군에 최소 2~3개의 실험에 용이한 유체포유물이 있는지 확인하였다.
표준 합성 유체포유물(synthetic fluid inclusion)을 사용하여 기기를 보정하였고, 이에 사용된 표준 합성 유체포유물은 CO2–bearing inclusion(-57.1oC)과 H2O inclusion(0.0 및 374.1oC)이다.

데이터처리

55wt%)을 내부표준물로 사용하였다. 분석된 LA-ICP-MS 시그널 및 데이터는 SILLS 프로그램을 계산 및 정량화 하였다(Belousov et al., 2015; Guillong et al., 2008; Gunther et al., 1998; Heinrich et al., 2003)(Table 4).

성능/효과

0m에서 최대 품위 171ppm을 가진다(Table 2). 시료의 현미경 관찰 결과 석영맥의 모암인 응회암이 관찰되며, 석영맥은 모암을따라 옥수(chalcedony), 황철석, 그리고 미립자 석영(sugary quartz) 이 우세하며, 이후 자형의 정동 석영(drusy quartz)으로 발달되는 경향을 보인다. 이러한 석영맥 내 석영의 형성 순서는 깊이에 따라 큰 차이를 보이지 않는다.
황철석 성분 변화: 심도별 황철석의 성분 변화는 뚜렷하지 않았다. 일부의 시료에서는 LA-ICP-MS 분석시 원소의 transient signal이 일정하거나 평탄하게 나타나지 않았으며, 원소들 중 Zn, As, Ag, Sb, Au, 그리고 Bi 등 대부분의 원소들이 Te과 함께 불규칙적이며 포유물 형태의 시그널을 보인다[Fig. 7]. 황철석 내의 Te 함량 및 Te/Se 비율은 Au 및 Ag와 상관관계를 보이나, 황철석 내의 Se 함량 및 Te/Se 비율은 Au 및 Ag와 상관관계를 보이지 않았다[Fig.
모이산 광상에서 텔루라이드 및 에렉트럼이 주요한 함 금-은 광물이라고 알려져 있다 (Kim, 2011). 황철석에 포함된 함 금-은 광물의 동정은 전자현미경 관찰 등 좀더 자세한 암석기재가 뒷받침되어야 하지만, 본 연구의 결과는 모이산 광상의 주요한 황화광물인 황철석에 치환 된 형태로 포함된 금-은이 존재하지 않음을 지시하고, 황철석에 포함된 금-은은 포획된 텔루라이드 및 에렉트럼 포유물에 의한 것임을 또한 지시한다.
Te/Se(ppm ratio) 비율은 값이 일정하지 않고 심도별 상관관계 또한 보이지 않는다. 황철석의 성분결과를 종합하면 모이산 광상의 황철석 내 금-은은 대부분 텔루라이드 광물 혹은 에렉트럼의 포유물로써 존재하고, 이러한 함 금-은 포유물은 Se과 낮은 상관성을 보이는 것으로 판단된다. 또한 포유물로 존재하는 “텔루라이드” 광물 내의 일정한 금-은 비율은 침전과정에서의 금-은 분별작용이 일어나지 않았음을 의미하고, 이는 심도별로 일정한 금-은 비율과도 일치한다.

후속연구

현재까지의 결과로 금-은 광체가 심부에 존재할 가능성을 예측하기는 매우 어려우나, 심부의 열수가 다량의 금-은을 포함하고 있을 가능성이 높을 것이기 때문에, 구조적으로 열수의 비등이 일어나기 적합한 환경이 형성된 지점에서는 부분적으로 가능할 수도 있다. 따라서 연구 지역 광체조사를 위해서는 심부 시추시료의 전단대 등 지질 구조 분석이 동반되어야 할 것으로 판단된다.
이 지역의 금은 광화작용과 관련된 천열수 유체의 진화 및 금-은 광맥의 탐사인자 획득을 위하여, 우리는 모이산 광체의 심도별 노두 및 코어 시료를 획득하여, 1) 석영맥 조직, 2) 변질양상 규명, 3) 유체포유물 연구, 그리고 4) 황화광물 지구화학 분석을 수행하였다. 모이산 시료의 조직 및 변질 양상을 관찰하고 유체포유물 연구를 통한 심도별 유체의 온도-염도 환경 변화 및 지구화학 분석을 통한 황화광물의 성분 변화를 통해 해남지역 다른 금-은 광상의 탐사에도 적용할 수 있으리라 생각된다.
또한 모이산 금-은 광화작용시 Se보다 Te이 중요한 역할을 한 것으로 확인된다. 심도별 함 금-은 광물상의 금-은 비율은 저품위 및 고품위 구간에서 일정하게 나타나기에, 현재 데이터로써는 광상 탐사에 중요한 인자로 사용되지 힘들다는 것을 지시하나, 좀더 면밀한 추후 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	천열수 광상이란?	천열수 광상은 고심도(paleo-depth) 약 1km 이내의 상대적으로 천부 환경에서 형성되는 열수광상으로서(Henley, 1991; Lindgren, 1922) 주요한 자원으로는 금-은 혹은 구리-아연-납 등 비금속(base metal)이 있다(Einaudi et al., 2003; Hedenquist, 1987; Simmons and Browne, 2000).
	함 금-은 열수 내에 텔루륨이 있는 것을 알 수 있는 이슈는?	열수들은 기존에 형성된 구조대를 따라 이동하며 석영맥을 만들었을 가능성이 높다(Kim, 2011). 열수의 상승과정에서 열수 비등작용을 겪으면서 함 금은 광물을 침전시켰을 것으로 판단된다. 이 과정에서 황철석이 함께 침전되었으나, 대부분의 금-은은 함 Te 광물상과 함께 독립적으로 혹은 황철석 내에 포유물로써 침전되었다. 이는 함 금-은 열수 내에 상당량의 텔루륨이 있음을 지시한다.
	천열수 광상은 어떻게 구분되는가?	, 2003; Hedenquist, 1987; Simmons and Browne, 2000). 천열수 광상은 크게 지열 시스템의 천수와 광화유체의 혼합으로 인한 중성의 유체와 관련되어있는 저유황형(low-sulfidation)과 화산 vent인근의 산성의 마그마-열수 환경로 인한 고유황형(highsulfidation)으로 구분된다(Barton and Skinner, 1979; Hedenquist, 1987; Henley and Ellis, 1983; Ransome, 1907; White and Hedenquist, 1995). 세계적으로 알려진 천열수 광상은 미국 캘리포니아의 McLaughlin, 미국 네바다의 Round Mountain, Goldfield, 미국 콜로라도의 Summitville, 일본의 Hishikari, Iwato, 피지의 Emperor, 뉴질랜드의 Golden Cross, 칠레의 El Indio, 그리고 필리핀의 Lepanto 등이 있다(Heald et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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