[논문]함 금-은 금화 열수 맥상광상의 생성환경

이선진; 최상훈

doi:10.9719/eeg.2021.54.1.49

함 금-은 금화 열수 맥상광상의 생성환경
Genetic Environments of Au-Ag-bearing Geumhwa Hydrothermal Vein Deposit 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.54 no.1, 2021년, pp.49 - 60

이선진 (충북대학교 지구환경과학과) , 최상훈 (충북대학교 지구환경과학과)

초록
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금화광상은 백악기 경상퇴적분지 내에 분포하는 진주층 퇴적암 내에 발달한 열극을 충진하여 생성된 함 금-은 열수 맥상광상으로, 괴상, 각력상 및 호상 및 정동 조직 등 복합적인 조직적 특성을 보여준다. 금화광상 맥상 광화작용은 지구조적 운동(tectonic break)에 의하여 광화 1기(stage I)와 광화 2기(stage II)로 구분된다. 광화 1기는 금-은 광화작용이 진행된 주 광화시기로, 석영맥 내에 주된 함 금·은 광물인 에렉트럼과 함께 황화광물, 산화광물 및 황염광물 등이 산출한다. 광화 2기는 주 광화작용 이후 금속 광화작용이 이루어지지 않은 방해석맥의 생성 시기이다. 광화 1기는 광물 광생관계와 산출하는 광물 조합 특성 등에 의하여 3개의 세부 광화시기(초기, 중기, 후기)로 구분된다. 광화 1기의 초기에는 주로 황철석, 황동석 등의 황화광물이 철망간중석, 자철석 등의 산화광물을 수반하여 산출한다. 광화 1기 중기는 주된 금·은 광화작용이 광화 1기의 초기 말부터 계속하여 진행된 시기이다. 주로 에렉트럼과 함께 황동석, 섬아연석 등의 황화광물과 자철석 등의 산화광물이 산출되며, 텐난타이트 및 테트라히드라이트 등의 황염광물이 소량 수반되어 산출된다. 광화 1기 후기에는 방연석, 적철석과 함께 소량의 함 비스무스 황염광물이 산출하며 풍화작용 관련 이차광물의 생성이 진행되었다. 금화광상 광물 공생관계 변화는 열수계의 온도와 황 분압 조건의 감소 및 이에 수반된 산소 분압 조건의 증가 등의 환경변화가 반영된 결과이다. 유체포유물 실험·연구 결과를 종합하면, 초기 금화 열수계는 ≥410℃ 온도 조건에서 하부 마그마로부터 용리된 고 염농도(≥44 wt. % NaCl)를 갖는 유체와 금화광상 생성 심도 하부까지 순환하여 물-암석 반응이 진행된 천수 기원의 중 내지 저 염농도(≈7.0 wt. % NaCl)의 열수가 함께 유입되어 형성되었다. 그 이후 금화 열수계는 유체의 냉각, 비등작용 및 천수 혼입 등에 의하여 진화되었으며, 이들 진화기구에 수반된 냉각작용 및 화학성 변화 등에 의하여 온도 감소(≤200℃)와 염농도 변화(≤1.0 equiv. wt. % NaCl)가 야기되었다. 이러한 금화 열수계의 형성 및 진화 특성은 함 금-은 열수 맥상광상인 금화광상이 초기 천부 관입 마그마의 영향으로 마그마 우세 열수계로 부터 광화 후기 천수의 유입이 우세해지는 천열수계로 변환되는 점이적인 생성환경에서 생성된 맥상광상임을 지시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Geumhwa Au-Ag deposit is located within the Cretaceous Gyeongsang basin. Mineral paragenesis can be divided into two stages (stage I and II) by major tectonic fracturing. Stage II is economically barren. Stage I, at which the precipitation of major ore minerals occurred, is further divided into three substages(early, middle and late) with paragenetic time based on minor fractures and discernible mineral assemblages: early substage, marked by deposition of pyrite with minor wolframite; middle substage, characterized by introduction of electrum and base-metal sulfides with Cu-As and/or Cu-Sb sulfosalts; late substage, marked by hematite and Bi-sulfosalts with secondary minerals. Changes in vein mineralogy reflect decreases in temperature and sulfur fugacity with a concomitant increase in oxygen fugacity. Fluid inclusion data indicate progressive decreases in temperature and salinity within each substage with increasing paragenetic time. During the early portion of stage I, high-temperature (≥410℃), high-salinity fluids (up to ≈44 equiv. wt. % NaCl) formed by condensation during decompression of a magmatic vapor phase. During waning of early substage, high-temperature, high-salinity fluids gave way to progressively cooler, more dilute fluids associated with main Au-Ag mineralization (middle) and finally to ≈180℃ and ≥0.7 equiv. wt. % NaCl fluids associated with hematite and sulfosalts (± secondary) mineralization (late substage). These trends are interpreted to indicate progressive mixing of high- and medium to low-salinity hydrothermal fluids with cooler, more dilute, oxidizing meteoric waters. The Geumhwa Au-Ag deposit may represent a vein-type system transitional between porphyry-type and epithermal-type.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Geologic map of the Geumhwa deposit area (after Kim et al., 1981). Simplified geologic map of Korea shows the location of the Geumhwa deposit.
그림 Fig. 2. Photographs of the Au-Ag bearing hydrothermal vein outcrops (A and B) and the products of hydrothermal mineralization (C) at the Geumhwa deposit. Abbreviations: ank=ankerite, qtz-v or Quartz=quartz vein, Calcite=calcite vein.
그림 Fig. 4. Photomicrographs of mineral occurrence and assemblages at the Geumhwa deposit. Irregular electrum grain in pyrite (A and B) or within chalcopyrite (C). Subhedral tetrahedrite (and/or) tennantite in pyrite (A and B). Subhedral wolframite in early pyrite grain (D). Abbreviations: cp=chalcopyrite, el=electrum, mt=magnetite, py=pyrite, sl=sphalerite, tn=tennantite, tt=tetrahedrite, wf=wolframite.
그림 Fig. 3. Vein mineral paragenesis of the Geumhwa Au-Ag deposit.
표 Table 1. Chemical composition of electrum from Geumhwa deposit
표 Table 2. Chemical composition of sphalerite from Geumhwa deposit
그림 Fig. 5. Photomicrographs of type I (A, C, D), II (B) and III (E, F, G, H) fluid inclusions in vein quartz, Geumhwa deposit.
그림 Fig. 6. Histogram of homogenization temperatures(Th) of fluid inclusions in vein quartz of the Geumhwa deposit.
그림 Fig. 7. Histogram of salinities of fluid inclusions in vein quartz of the Geumhwa deposit.
그림 Fig. 8. Homogenization temperature versus salinity diagram for type I and III fluid inclusions in vein quartz of the Geumhwa deposit.
$Fig. 9. Sulfur fugacity versus temperature diagram for stage I of Geumhwa Au-Ag deposit with sulfidation reactions. Abbreviations: As=arsenic, Asp=arsenopyrite, Cp=chalcopyrite, Hm=hematite, Mt=magnetite, N<sub>Ag</sub>=atomic fraction of Ag in electrum, Py=pyrite, Po=pyrrhotite, Thd=tetrahedrite.$ 그림 Fig. 9. Sulfur fugacity versus temperature diagram for stage I of Geumhwa Au-Ag deposit with sulfidation reactions. Abbreviations: As=arsenic, Asp=arsenopyrite, Cp=chalcopyrite, Hm=hematite, Mt=magnetite, N_Ag=atomic fraction of Ag in electrum, Py=pyrite, Po=pyrrhotite, Thd=tetrahedrite.
그림 Fig. 10. Log fo₂–fs₂ diagram calculated at 250℃ showing stability relationship of the late main Au-Ag mineralization temperature at Geumhwa deposit. The ranges in fs₂ were calculated from the FeS contents in sphalerite (Scott and Barnes, 1971) and mineral assemblages.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 이의 확인을 통하여 광상 내 주요 광석광물의 시공간적 분포특성 등의 광화작용 특성을 규명할 수 있다.
본 연구는 금화 금-은 광상의 광화작용과 관련된 광석광물의 산출상태, 광물학적 특성, 광물 공생관계, 열역학적 자료에 근거한 광석광물의 침전환경 및 광화유체의특성과 진화과정 등을 밝히고, 이를 근거로 광상 생성 시의 지배적인 물리·화학적 요인과 부존 특성 등을 규명하여 추가 탐사 및 재개발 등에 활용 가능한 광상학적 지침자료를 제시하고자 한다.

제안 방법

금화광상의 광화유체 내의 환경변화를 규명하기 위하여, 광석광물의 산출 특성과 공생관계 및 조성 특성 등을 활용한 열역학적 해석을 진행하였다. 금화광상 주 광화시기인 광화 1기 온도 및 황 분압(sulfur fugacity: fS₂) 조건의 규명을 위하여 산출 광석광물의 공생관계 및 Fe- S계, Fe-Zn-S계(Scott and Barnes, 1971), Au-Ag-S계(Barton and Toulmin, 1964: Craig and Barton, 1973)의 조성 변화를 활용하였으며, 그 결과는 Figure 9에 제시되어 있다.
산출한다. 부분적으로 섬아연석, 비사면동석 및 사면 동석을 교대하거나 균열부를 따라 충진하여 복합적인 공생관계를 이루며 산출한다. 일부 방연석은 괴상의 황동석을 교대함과 동시에 함 비스무스 광물인 아이 키나 이 트로 교대되거나 용리조직을 보이며 밀접한 공생관계를 이루어 산출한다.
유체포유물 실험·연구는 금화광상 열수 맥상광체 내 광 화 1기 석영 시료를 대상으로 양면 연마박편을 제작하여유체포유물에 대한 가열·냉각 실험을 수행하였다. 현미경 가열·냉각 실험은 충북대학교 광상학 실험실에 설치된 Linkam scientific Instruments의 THMS 600(TMS 93) Heating/Freezing stage를 이용하여 수행되었다.
이러한 금화 함 금-은 열수계 광화작용의 온도조건과에렉트럼 및 수반 금속광물의 공생관계를 이용하여 산소분압 조건의 변화와 광화작용과의 상관관계를 살펴보기 위하여 금화 함 금-은 열수 광체의 주 광화 관련 온도 조건인 250^oC 조건에서의 상평형을 이용한 산소분압 조건의 변화를 해석하였다(Fig. 10).

대상 데이터

현미경 가열·냉각 실험은 충북대학교 광상학 실험실에 설치된 Linkam scientific Instruments의 THMS 600(TMS 93) Heating/Freezing stage를 이용하여 수행되었다. 유체포유물에 대한 가열·냉각 실험 시에는 정확도를 높이기 위해서 Haynes(1985)의 repeated freezing technique를 활용하였으며, 가열실험에서 측정되는 균일화온도의 측정오차는 ±1.

이론/모형

활용한 열역학적 해석을 진행하였다. 금화광상 주 광화시기인 광화 1기 온도 및 황 분압(sulfur fugacity: fS₂) 조건의 규명을 위하여 산출 광석광물의 공생관계 및 Fe- S계, Fe-Zn-S계(Scott and Barnes, 1971), Au-Ag-S계(Barton and Toulmin, 1964: Craig and Barton, 1973)의 조성 변화를 활용하였으며, 그 결과는 Figure 9에 제시되어 있다.
0^oC이다. 염농도는 냉각실험에서 측정되는 ice melting 온도와 H₂O-NaCl계의 freezing-point depression(Potter et al., 1978)을 이용하여 구하였다. 냉각실험에서 측정되는 ice-melting 온도의 측정오차는 ±0.
현미경 가열·냉각 실험은 충북대학교 광상학 실험실에 설치된 Linkam scientific Instruments의 THMS 600(TMS 93) Heating/Freezing stage를 이용하여 수행되었다. 유체포유물에 대한 가열·냉각 실험 시에는 정확도를 높이기 위해서 Haynes(1985)의 repeated freezing technique를 활용하였으며, 가열실험에서 측정되는 균일화온도의 측정오차는 ±1.0^oC이다. 염농도는 냉각실험에서 측정되는 ice melting 온도와 H₂O-NaCl계의 freezing-point depression(Potter et al.

성능/효과

광화 초기 에렉트럼은주로 괴상 및 자형의 황철석 내부의 균열부를 충진하거나 황동석 내부에 포획되어 산출되며, 광화 중기 에렉트럼은 주로 괴상의 황동석과 용리 조직을 이루어 산출한다. 금화광상 에렉트럼은 98~56 atomic % Au의 조성을 보이며(Table 1), 초기에서 중기로 광화 1기 광화작용이 진행됨에 따라 Au의 함량은 감소하는 것으로 확인되었다.
금화광상 주 광화시기인 광화 1시기 초기에 산출하는맥상 시료의 유체포유물 균일화온도와 황철석-에렉트럼- 자철석-섬아연석의 광물 조합 및 초기 내지 중기에 산출하는 에렉트럼의 최대 화학조성(≤98 atomic % Au)과 섬아연석의 화학조성(≤4.5 mole % FeS) 등을 활용한 초기 광화작용 시 온도 조건은 ≈350^oC에서 ≈250^oC, 황 분압 조건은 ≈10^-7.0 내지 ≈10^-10.5atm이었다(Fig. 9). 주 광화시기 중기에서 후기의 경우 광물조합(황철석-에렉트럼-섬아연석 및 자철석 → 자철석-적철석 → 적철석)과 초기 내지 중기에 산출하는 에렉트럼의 화학조성(최소; ≈56 atomic % Au)과 섬아연석의 화학조성(최소; ≈0.
금화광상에서 확인되는 유체포유물은 상온(20^oC)에서의 상(phase)관계 및 균일화 특성 등에 의하여 3가지 유형(type I: liqid-rich; type II: vapor-rich; type Ⅲ: three phase, halite-bearing)의 H₂O-NaCl계 유체포유물이 관찰되었다(Fig. 5).
금화광상의 유체포유물 실험·연구결과를 종합하면, 초기 금화 열수계는 ≥410^oC 온도 조건에서 고 염농도(≥ 44 wt. % NaCl 상당 염농도)를 갖는 유체와 ≈7.0 wt. % NaCl 상당 염농도를 보여주는 중 내지 저 염농도의 유체가 함께 유입되어 형성되었으며, 그 이후 유체의 냉각, 비등(boiling)작용 및 천수 혼입(meteoric water mixing) 등에 의하여 진화되었으며, 이들 진화기구에 수반된 냉각 작용 및 화학성 변화 등에 의하여 온도 감소(≤200^oC) 와 염농도 변화(≤1.
6, 7 and 8), 각각의 type Ⅲa 유체포유물 기상 소멸온도(≈315^oC~142^oC)보다높다. 따라서 이들 유체포유물의 최종 균일화 온도인 암염 용해온도는 유체포유물 생성온도가 아니며, 기상 소멸온도인 ≈315^oC~142^oC의 온도 범위가 type Ⅲa 유체포유물의 생성온도이다. 따라서 type Ⅲa 유체포유물은 고염농도(≥44 wt.
10). 에렉트럼의 주 광화시기 중·후기의 황철석(-황동석)-섬아연석-자철석-적철석 및 적철석의 공생관계와 섬아연석의 화학조성(≥0.1 mole % FeS)에 의하여 확인된 황 분압조건은 ≥10^-11.0atm, 산소분압 조건은 ≥10^-34.1atm 이었다(Fig. 10).
Shikazono, 1986; Scott and Barnes, 1971). 즉 에렉트럼의 주 광화시기 초기의 황철석(-황동석)-섬아연석-자철석의 공생관계와 섬아연석의 화학조성(≤4.5 mole % FeS)에 의하여 확인된 황 분압조건은 ≥10^-12.2atm, 산소분압 조건은 ≈10^-36.2atm 이었다(Fig. 10). 에렉트럼의 주 광화시기 중·후기의 황철석(-황동석)-섬아연석-자철석-적철석 및 적철석의 공생관계와 섬아연석의 화학조성(≥0.

후속연구

그러나 근래 외국의 자원탐사회사에서 광상의 유체진화 특성 연구 및 이에 기인한 광석광물의 지화학적 특성 변화 등의 연구 결과에 근거한 활발한 탐사 활동을 수행한 바 있으며, 이 결과 일부 지역에서 대규모 광체 부존이 확인되는 등 적극적인 광상 성인에 대한 기초연구와 이를 근거로 하는 탐사 노력의 중대성을 일깨운 바 있다. 결국, 국내에 부존하는 광물자원에 대한 광량 확보는 광상학적 연구를 통하여 정립된 유형별 또는 광상(또는 광화대)별 성인 연구와 이에 근거한 광상 성인 모델을 활용함으로 가능하며, 이를 기반으로 해외 광물자원 탐사·개발 프로젝트도 성공적으로 수행할 수 있을 것이다.

참고문헌 (16)

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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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