환경지질연구정보센터

Fig. 1. (A) Conglomerate contains most of the gold in sedimentary rocks of the Witwatersrand basin. (B) Grains of rounded pyrite which are often associated gold grains

남아프리카의 금광은 역암 내에 수반되어 있어 표사광상인 사금기원과 열수기원 두 가지 가능성으로 해석되어 왔다. 지질환경은 주변 고지대로부터 침식되어 운반된 자갈, 모래 및 실트로 구성된 퇴적층이 후기의 용암으로 덮여 있으며, 이 때의 열에 의해퇴적물은 고화되어 있다.
금의 기원 모델 중 표사금광 모델은 금이 처음부터 금을 함유한 원마도가 좋은 구형의 황철석 자갈이 다른 자갈과 함께 운반되었다고 생각하는 견해이다(Fig. 2-A). 한편, 열수기원 모델은 처음 역암이 형성될 때에는 금이 없었으나 후기에 금을 함유한 광화용액이 단층이나 균열을 따라 도입되어 투수성이 좋은 역암 내를 이동하는 과정에서 형성하였다고 생각하는 견해이다(Fig. 2-B). 그 중 열수모델은 금이 역암 내 탄소성분과 황철석 주변의 미세한 균열을 따라 산출됨이 관찰됨에 따라 신빙성이 높은 반면, 표사광상인 사금기원으로 해석하는 경우는 금의 입자 형태와 황철석의 모양이 원마도가 좋은 구형을 갖는데 그 근거를 두고 있다. 그러나 표사광상 모델은 구형의 황철석과 금이 원래 구형으로 함유되어 있던 철산화물(주로 자철석)을 열수 중의 황과 금의 화합물이 치환하여 형성할 수 있어 열수기원의 가능성을 배제 할 수 없었다.

Fig. 2. Two major theories (A) the placer and (B) the hydrothermal model attempt to account for the origin of gold in the Witwatersrand basin.

금의 기원을 이해하는 가장 중요한 단서는 금의 침전 시기이다. 금의 침전이 모암인 역암보다 먼저 또는 나중에 이루어 졌느냐는 성인을 밝히는 결정적인 증거가 되기 때문이다. 금의 침전이 역암의 형성보다 먼저일 경우에는 금의 공급이 퇴적작용 이전에 형성된 후 풍화와 침식과정을 거친 후 운반된 표사광상의 모델에 적용되고, 금이 역암보다 나중에 침전되었다면 지열수가 역암에 유입되어 열수로부터 금의 침전이 이루어 진 것으로 해석할 수 있다.

금의 광화작용에 대한 직접적인 연대측정은 매우 어렵기 때문에 금과 함께 수반되는 운모, 황철석 및 우라니나이트에 대한 간접적인 방법이 수행되었다. 특히, 이들 광물 중 구형의 황철석은 금을 다량으로 함유하며 밀접한 공생관계를 지니기 때문에 금의 생성연대를 간접적으로 나타낸다. 애리조나 대학교의 Jonson Kirk등은 Re/Os 동위원소에 의한 연대 측정법을 새로이 도입하여, 금을 함유하는 황철석을 분석한 결과 역암이 형성된 연대는 27.6-28.9 억 년 전보다 오래된 30.1억 년 전으로 확인하였다(Fig. 3). 그 결과 100년 동안 개발되어 온 남아프리카 역암층 내의 금광상에 대한 성인 모델의 해석이 가능하게 되었다. 남아프리카 역암층 내의 금광은 퇴적작용이 진행되는 과정에서 상부의 녹색암대(Greenstone belt)로부터 이동되어 온 것이다.

Fig. 3. Osmium composition ( the ratio of 187Os to 188Os ) evolves at different types of rocks.

(source ; American Scientist November-December 2003)