ip03-02-14.hwp단파장적외선 분광법을 이용한 삼보광산의 열수변질대 분대
최선규 · 박상준
1. 서 론
전북 무안군 해제면 임수리 일대에 위치한 삼보광산의 함금은석영맥은 흑운모의 편리구조를 보이는 화강암질 편마암과 이를 관입하는 연황색 또는 연녹색 유문암을 모암으로 하여 맥상~세맥상으로 배태되고 있다. 화강암질 편마암은 대체로 안구상 편마암으로 전형적인 편마구조와 함께 일부지역에서 압쇄암화(mylonitization)되어 있다. 유무암류는 현정질인 석영과 장석 내지 이들의 변질광물 등으로 구성되어 있으며, 석영으로 구성된 부분과 장석 및 변질광물 등이 우세한 부분이 교호하는 형태로 산출되기도 한다. 장석은 현정질이 우세하나 견운모화 되어있으며, 때때로 크기 수mm의 반상 형태로 산출되기도 한다. 이들 유문암은 미세한 균열들이 발달하여 있으며, 균열부를 따라 정동 석영이 발달하며, 나뭇가지모양 (dendritic texture)의 수산화철 광물 및 적철석이 산출된다.
광산은 모암의 열극을 따라 충진한 옥수질석영맥과 함금석영세맥으로 구분되며, 임수리 일대에 위치한 지자맥은 세맥상으로 산출되며, 석용리 일대에 위치한 풍자맥, 그리고 광산리 일대에 분포하는 광산맥 등은 옥수질 석영맥으로 구분된다. 석영맥의 주향은 풍자맥과 광산맥이 N20~30E을 보이며, 지자맥은 N10W의 주향을 보인다. 지자맥은 유문암내의 열극을 따라 발달하는 정동석영과 적철석 및 에렉트럼이 산출된다. 풍자맥은 화강암질 편마암과 유문암의 열극을 충진하여 발달하며 주로 황철석이 산출된다. 광산맥은 모암의 각력 파편을 다량으로 포함하는 석영맥으로 구성된다.
2. 열수변질 광물
경하에서 관찰되는 열수변질 광물들은 주로 미정질인 장석의 변질 광물이다. 미정질 열수변질 광물의 광물학적 특징을 파악하고자 대표적인 열수변질대의 시추시료 및 지표시료를 대상으로 X-선 회절분석을 실시하였다. X-선 회절분석을 위한 회절분석기는 고려대학교 전략광물자원연구센터의 MAC SCIENCE 기종을 사용하였고, 분석조건은 Cu target, CuKα(1.54056 A)을 이용하여, 가속전압 및 전류는 40KV/30mA, 발산슬릿(DS) 1mm, 산란슬릿(SS) 1mm, 수광슬릿(RS) 0.15mm, Scanning speed는 4deg/min으로 3~65°까지 분석하였다.
삼보 광산의 열수변질대는 비교적 넓게 발달되어 있으며, 산출되는 열수변질 광물은 모암에 따라 서로 다른 광물 조합을 보인다(Fig. 1). 삼보광산 열수변질대에서 산출되는 열수변질광물은 견운모, 녹니석, 스멕타이트, 방해석, 카올리나이트 등이다. 모암이 유문암인 열수변질대에서는 견운모의 (001)면의 특징적인 10Å 피크가 우세하게 산출된다. 이들은 주사전자현미경하에서 판상의 집합체로 특징적인 구조를 보이며, 정성분석결과 견운모의 주요 성분인 칼륨(K)이 분석된다. 정성분석시 분석되는 금(Au)은 시료에 대한 금코팅에 대한 결과이다. 이들 시료 중 일부는 에틸렌 글리콜 처리에 의해 ~14Å피크가 ~17Å으로 팽창하여, 스멕타이트, 견운모(일라이트)의 혼합층상 광물임이 확인된다. 편마암을 모암으로 하는 열수변질대에서는 견운모와 함께, 에틸렌글리콜 처리시 ~14Å 피크가 이동하지 않는 녹니석이 산출되는 특징을 보인다. 에렉트럼이 산출되는 지자맥의 지표시료에서는 견운모가 우세하게 산출되며, 전술한 바와 같이 적철석이 함께 동정된다.
3. 단파장적외선 분광분석
열수변질 광물은 휴대용 적외선 광물 분석기(Portable Infrared Mineral Analyzer; PIMA)를 이용하였고, 참조광물조합군에 따른 정량분석을 실시하여 열수변질대 분대 연구를 수행하였다. PIMA는 사용자가 정의하는 광물들의 스펙트럼을 일정함량으로 가상 혼합된 기준치와 측정된 특징적 스펙트럼과 비교함으로써 광물의 상대적 함량을 나타낼 수 있다. 사용자에 의해 설정된 표준시료로 이루어진 스펙트럼의 광물조합군을 참조광물조합군(Reference Mineral Assemblage)이라 한다.
삼보광산에서 산출되는 대표적 열수변질 광물은 견운모, 녹니석, 스멕타이트, 미량의 카올리나이트등의 이차변질광물조합을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 참조광물조합군의 광물을 견운모, 녹니석, 장석, 스멕타이트, 카올리나이트, 석영으로 설정하고 측정된 스펙트럼을 정량화 하였다. 사용된 참조광물조합군의 각 광물의 스펙트럼은 김창성 등 (2002)에서 사용된 순수 단종 스펙트럼을 사용하였다. 분광분석기는 Integrated Spectronics 사의 PIMA-II를 사용하였으며, 측정의 정확성을 위해 각 시료에 대하여 다른 3 지점을 4회 누적측정을 실시하여 나온 결과를 평균하였다. 측정된 함량중 석영과 장석은 단파장 적외선에 대하여 반응도가 낮으므로, 견운모, 스멕타이트, 녹니석의 세 단종만으로 노말라이즈를 실시하였다. 본 분석에서 카올리나이트는 동정되지 않아 위의 세 광물과 함께 노말라이즈를 실시하지 않았다. 표준시료의 스펙트럼에서 확인된 각 광물들의 특징적인 흡수피크들로 단파장적외선 분광법에서는 이들 흡수피크의 파장위치, 형태, 대칭성, 강도 및 이들의 조합에 의해 광물들을 구분한다. Fig. 2는 광물의 결정구조에 결합된 OH, H2O, CO3, SO4 등의 작용기에 따라 현저한 흡수스펙트럼의 차이를 보이고 있다. 견운모와 스멕타이트는 1400㎚의 피크에서 인지되는 숄더(shoulder)에 의해 용이하게 구분된다. 녹니석 등 Fe를 함유한 광물은 1300~2100㎚의 파장 범위에서 스펙트럼이 양(+)의 기울기를 나타낸다. 카올리나이트의 경우 1400㎚ 부근에서 특징적인 이중 피크로 구분이 가능하다(Fig. 2).
부록 III는 측정된 시료의 광물함량으로 모암이 편마암인 경우 녹니석이 산출되어 모암이 유문암인 열수변질대(견운모 또는 스멕타이트)와는 다른 양상을 보인다. 모암에 따른 변질광물의 차이는 X-선 회절 분석 결과와도 잘 일치하는 결과이다(부록 II). 풍자맥에서는 카올리나이트가 몇몇 시추시료에서 5~10% 정도의 소량만이 분석되는 것을 제외하면, 견운모가 우세하게 산출되며, 지자맥의 경우 염기성 암맥을 제외하면, 주로 견운모와 스멕타이트가 우세한 특징을 보여 저유황형 변질대의 특성을 보인다. 분석된 열수 변질 광물중 견운모, 스멕타이트, 녹니석의 상대적 함량을 가지고 Hedenquist et. al., (2000)이 제시한 변질 광물 조합으로 변질대를 구분하여 보았다. 이 분류기준에 의하며, 삼보광산은 견운모 또는 스멕타이트가 우세한 argillic zone으로 분대된다. 삼보광산의 열수 변질대는 대체로 석영맥을 중심으로 견운모대(argillic 1)가 우세하게 분포하는 특징을 보이며, 맥에서 멀어질 수 록 중온성 견운모-스멕타이트대(argillic 2) 또는 저온성 스멕타이트대(argillic 3)가 우세해지는 경향을 보인다. 견운모와 스멕타이트가 우세한 삼보광산 열수변질 특성은 중·저온의 광화 유체에 의한 것으로, 저유황형 천열수광상의 열수 변질 특성을 보인다.
4. 결 론
본 광상의 열수변질대 및 광석광물과 맥석광물 연구결과를 종합하면 삼보 광산은 견운모와 스멕타이트가 우세한 저유황형 광상의 광물조합 특징을 보이며, 금 광화작용은 지자맥에서 우세하게 진행되었다. 유체포유물 연구 결과 및 안정동위원소 연구 결과를 함께 살펴보면, 다음과 같이 금의 침전 메카니즘을 추정할 수 있다. 첫째는 천수기원 또는 동위원소적 교환반응이 작게 진행된 순환수(less-evolved meteoric water)에 의하여 형성된 초기 열수계에, 비교적 동위원소교환이 많이 진행된 순환수(highly-evolved meteoric water)가 유입되면서 일어나는 혼입(mixing)에 의한 유체 진화 과정을 제시 할 수 있다. 혼입에 의한 광화유체의 온도와 염농도 감소 -특히 염농도 감소에 따른 염소(Cl) 농도의 감소-는 금이온복합체(gold ion complexes)의 용해도 감소를 유도하며, 금이 침천된다. 다른 금광화 작용으로는 두 열수계의 혼입 초기에 나타나는 비등(boiling)의 흔적으로, 지자맥에서 부분적 비등현상이 있었던 것으로 해석할 수 있으나, 기상으로 균질화 되는 type II의 포유물이 거의 관찰되지 않는 것으로 미루어 비등(boiling)현상은 매우 미약하여, 금의 침전에 거의 영향을 주지 못 한 것으로 사료된다. 이러한 삼보광산에서의 광화유체 혼입에 의한 유체 진화과정은 광상의 탐사 및 부광대 설정시 중요한 지침 자료로 활용될 수 있다.
Reference
김창성, 박상준, 최선규, 김유동, 지세정, 2002, 열수변질대 탐사를 위한 단파장 적외선 분광법의 응용. 한국자원공학회지, 제39권, 4호, 231-241.
Hedenquist JW, Arribas AR, Urien GE, 2000, Exploration for epithermal gold deposits. Gold in 2000, Reviews in Economic Geology vol. 13 245-277.
Sheppard SMF, Gilg HA, 1996, Stable isotope geochemistry of clay minerals. Clay Minerals vol 31 1-24.
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