Temporal Variations of Ore Mineralogy and Sulfur Isotope Data from the Boguk Cobalt Mine, Korea: Implication for Genesis and Geochemistry of Co-bearing Hydrothermal System

윤성택,염승준,Yun, Seong-Taek,Youm, Seung-Jun The Korean Society of Economic and Environmental G 1997 자원환경지질 Vol.30 No.4

보국 코발트 광산은 백악기 경상분지내에 위치하며, 셰일로 구성된 건천리층을 천부 관입한 암주상의 미문상 화강암내에 국한하여 배태된다. 광상은 열극 충진형 석영${\pm}$액티놀라이트${\pm}$탄산염 광물맥으로 이루어지며, 광석광물로는 함코발트광물 (비독사석, 휘코발트석, 글로코도트), 함코발트 유비철석과 소량의 황화광물 (자류철석, 황동석, 황철석, 섬아연석) 및 미량의 산화광물 (자철석, 적철석)이 산출된다. Rb-Sr 절대연령 측정 결과, 화강암의 관입 및 이와 관련된 광화작용은 후기 백악기 (85.98 Ma)에 이루어진 것으로 판단된다. 산출광물종은 다소 복잡한 양상을 보이며, 시간에 따라 다음과 같이 변화한다: 액티놀라이트, 탄산염광물 및 석영에 수반되는 함코발트 광물의 정출 (광화시기 I, II)${\rightarrow}$석영에 수반되는 황화광물, 금 및 산화광물의 정출 (광화시기 III)${\rightarrow}$탄산염광물의 정출(광화시기 IV, V). 고온성 광물 (함코발트 광물, 휘수연석, 액티놀라이트)과 더불어 저온성 광물 (황화광물, 금, 탄산염광물)이 산출되는 점으로 보아 열수광화작용은 xenothermal 환경에서 형성되었다. 화강암은 특징적으로 높은 코발트 함유량 (평균 50.90 ppm)을 나타내며, 이는 코발트가 냉각하는 화강암 암주에서 기원하였음을 지시한다. 반면, 건천리층 셰일의 높은 동 및 아연 함유량은 이들 원소가 주로 셰일로부터 유래되었음을 지시한다. 열수용액의 온도 감소와 더불어 산소분압이 감소 (광화 I, II기의 코발트광물 형성, $T=560^{\circ}C-390^{\circ}C$, log $fO_2=$ > -32.7 to -30.7 atm at $350^{\circ}C$; 광화 III기의 황화광물 형성, $T=380^{\circ}-345^{\circ}C$, log $fO_2={\geq}-30.7$ atm at $350^{\circ}C$함은 열수계가 시간이 지남에 따라 초기 마그마성 계로부터 천수로 지배되는 열수계로 전이되었음을 나타낸다. 광화 II기의 유황 동위원소 값은 초기 함코발트 열수 용액이 화성기원 ($${\delta}^{34}S_{{\Sigma}S}{\sim_=}3-5$$‰)으로부터 기원하였음을 증거한다. 열수용액의 ${\delta}^{34}S_{H_2S}$ 값은 광화 II기의 코발트 형성기 (3-5‰)로부터 황화광물 형성 시기인 광화 IV기 (최대 약 20‰)까지 크게 증가하였다. 이는 후기로 갈수록 천수가 우세한 열수계로 진화하면서 주위의 퇴적암을 순환하는 과정에 동위원소적으로 무거운 유황 (퇴적기원의 황산염)과 천금속 (Cu, Zn 등) 및 금을 용해, 농집시켰음을 시사한다. 후기에 천수의 유입이 없었더라면, 보국 광상은 단순히 액티놀라이트 + 석영 + 함코발트 광물로 구성된 광맥으로만 형성되었을 것이다. 또한, 마그마 기원의 열수계가 형성된 이후에 천수 순환계가 형성됨으로 인하여 고온 광물과 저온 광물이 함께 산출되는 xenothermal 한 광상의 특성을 나타내게 되었다. The Boguk cobalt mine is located within the Cretaceous Gyeongsang Sedimentary Basin. Major ore minerals including cobalt-bearing minerals (loellingite, cobaltite, and glaucodot) and Co-bearing arsenopyrite occur together with base-metal sulfides (pyrrhotite, chalcopyrite, pyrite, sphalerite, etc.) and minor amounts of oxides (magnetite and hematite) within fracture-filling $quartz{\pm}actinolite{\pm}carbonate$ veins. These veins are developed within an epicrustal micrographic granite stock which intrudes the Konchonri Formation (mainly of shale). Radiometric date of the granite (85.98 Ma) indicates a Late Cretaceous age for granite emplacement and associated cobalt mineralization. The vein mineralogy is relatively complex and changes with time: cobalt-bearing minerals with actinolite, carbonates, and quartz gangues (stages I and II) ${\rightarrow}$ base-metal sulfides, gold, and Fe oxides with quartz gangues (stage III) ${\rightarrow}$ barren carbonates (stages IV and V). The common occurrence of high-temperature minerals (cobalt-bearing minerals, molybdenite and actinolite) with low-temperature minerals (base-metal sulfides, gold and carbonates) in veins indicates a xenothermal condition of the hydrothermal mineralization. High enrichment of Co in the granite (avg. 50.90 ppm) indicates the magmatic hydrothermal derivation of cobalt from this cooling granite stock, whereas higher amounts of Cu and Zn in the Konchonri Formation shale suggest their derivations largely from shale. The decrease in temperature of hydrothermal fluids with a concomitant increase in fugacity of oxygen with time (for cobalt deposition in stages I and II, $T=560^{\circ}C-390^{\circ}C$ and log $fO_2=$ >-32.7 to -30.7 atm at $350^{\circ}C$; for base-metal sulfide deposition in stage III, $T=380^{\circ}-345^{\circ}C$ and log $fO_2={\geq}-30.7$ atm at $350^{\circ}C$) indicates a transition of the hydrothermal system from a magmatic-water domination toward a less-evolved meteoric-water domination. Sulfur isotope data of stage II sulfide minerals evidence that early, Co-bearing hydrothermal fluids derived originally from an igneous source with a ${\delta}^{34}S_{{\Sigma}S}$ value near 3 to 5‰. The remarkable increase in ${\delta}^{34}S_{H2S}$ values of hydrothermal fluids with time from cobalt deposition in stage II (3-5‰) to base-metal sulfide deposition in stage III (up to about 20‰) also indicates the change of the hydrothermal system toward the meteoric water domination, which resulted in the leaching-out and concentration of isotopically heavier sulfur (sedimentary sulfates), base metals (Cu, Zn, etc.) and gold from surrounding sedimentary rocks during the huge, meteoric water circulation. We suggest that without the formation of the later, meteoric water circulation extensively through surrounding sedimentary rocks the Boguk cobalt deposits would be simple veins only with actinolite + quartz + cobalt-bearing minerals. Furthermore, the formation of the meteoric water circulation after the culmination of a magmatic hydrothermal system resulted in the common occurrence of high-temperature minerals with later, lower-temperature minerals, resulting in a xenothermal feature of the mineralization.

Geochemistry of Geothermal Waters in Korea: Environmental Isotope and Hydrochemical Characteristics I. Bugok Area

윤성택,고용권,김천수,소칠섭,Yun, Seong-Taek,Koh, Yong-Kwon,Kim, Chun-Soo,So, Chil-Sup The Korean Society of Economic and Environmental G 1998 자원환경지질 Vol.31 No.3

1995~1996년중 부곡 지열수 지역에서 채수한 유형별 자연수를 대상으로 수문지구화학 및 환경동위원소 연구를 수행하였다. 연구 지역에는 물리화학적으로 뚜렷히 구분되는 세 유형의 자연수, 즉 (1) 군접 I (지열수 지역의 중심부에서 산출되고 최대 $77^{\circ}C$의 용출 온도를 갖는 $Na-SO_4$ 유형), (2) 군집 II(외곽부에서 산출되며 다소 낮은 온도를 갖는 $Na-HCO_{3}-SO_{4}$ 유형) 및 (3) 군집 III(지표수나 천층 냉각 지하수로서 $Ca-HCO_3$ 유형)이 함께 산출된다. 군집 I은 Ia 및 Ib로 세분된다. 수문지구화학적 진화는 수 암 반응의 증가에 따라 군집 III$\rightarrow$II$\rightarrow$I의 순으로 진행되었다. 군집 II 및 III의 자연수는 비교적 낮은 수-암 반응, 특히 방해석 및 Na-사장석의 용해 반응에 의해 형성되었지만, 군집 I은 사장석, K 장석, 백운모, 녹려석, 황철석 등과의 높은 수-암 반응에 의해 형성되었다. 용존 황산염의 농도 및 황동위원소 조성은 지열수의 기원 및 전화를 해석하는데 중요한 정보가 된다. 용존 황산염은 퇴적 기원 황철석의 산화에 의해 생성되거나 (군집 Ib의 경우), 또는 열수의 상승 통로인 단열대에 존재하는 마그마 열수기원 황철석의 용해에 의해 생성되었다 (군집 Ia의 경우). 지열 저장지의 온도 규명을 위한 알칼리 이온 지옹계의 적용성은 화학조성을 변화시키는 요인들, 특히 마그네슘이 풍부한 지표수와의 혼합에 의해 제한된다. 그러나 다성분 광물/물 평형계에 대한 열역학적 계산 및 유체포유물 설험 결과, 심부 지열 저장지 (냉각중인 화성암체?)의 온도는 $125^{\circ}C$에 이르는 것으로 판단된다. 환경동위원소 (산소-수소, 삼중수소) 연구에 의하면, 자연수는 모두 상이한 충진 특성을 갖는 강우로부터 기원하였다. 특히 군집 Ia의 물은 심부 지열 저장지까지 심부 순환한 오래된 (40년 이상) 강우로부터 기원하였으며 지표부 물과의 혼합 정도도 낮다. 본 논문에서는 황산염이 풍부한 국내 지열수의 성인 및 진화에 관한 모델을 제시한다. Hydrogeochemical and environmental isotope studies were undertaken for various kinds of water samples collected in 1995-1996 from the Bugok geothermal area. Physicochemical data indicate the occurrence of three distinct groups of natural water: Group I ($Na-S0_4$ type water with high temperatures up to $77^{\circ}C$, occurring from the central part of the geothermal area), Group II (warm $Na-HCO_{3}-SO_{4}$ type water, occurring from peripheral sites), Group III ($Ca-HCO_3$ type water, occurring as surface waters and/or shallow cold groundwaters). The Group I waters are further divided into two SUbtypes: Subgroup Ia and Subgroup lb. The general order of increasing degrees of hydrogeochemical evolution (due to the degrees of water-rock interaction) is: Group III$\rightarrow$Group II$\rightarrow$Group I. The Group II and III waters show smaller degrees of interaction with rocks (largely calcite and Na-plagioclase), whereas the Group I waters record the stronger interaction with plagioclase, K-feldspar, mica, chlorite and pyrite. The concentration and sulfur isotope composition of dissolved sulfate appear as a key parameter to understand the origin and evolution of geothermal waters. The sulfate was derived not only from oxidation of sedimentary pyrites in surrounding rocks (especially for the Subgroup Ib waters) but also from magmatic hydrothermal pyrites occurring in restricted fracture channels which extend down to a deep geothermal reservoir (typically for the Subgroup Ia waters). It is shown that the applicability of alkaliion geothermometer calculations for these waters is hampered by several processes (especially the mixing with Mg-rich near-surface waters) that modify the chemical composition. However, the multi-component mineral/water equilibria calculation and available fluid inclusion data indicate that geothermal waters of the Bugok area reach temperatures around $125^{\circ}C$ at deep geothermal reservoir (possibly a cooling pluton). Environmental isotope data (oxygen-18, deuterium and tritium) indicate the origin of all groups of waters from diverse meteoric waters. The Subgroup Ia waters are typically lower in O-H isotope values and tritium content, indicating their derivation from distinct meteoric waters. Combined with tritium isotope data, the Subgroup Ia waters likely represent the older (at least 45 years old) meteoric waters circuated down to the deep geothermal reservoir and record the lesser degrees of mixing with near-surface waters. We propose a model for the genesis and evolution of sulfate-rich geothermal waters.

Hydrothermal Au-Ag Mineralization of the Oknam Mine in the Northern Sobaegsan Massif

윤성택,지세정,소칠섭,허철호,Yun, Seong-Taek,Chi, Se-Jung,So, Chil-Sup,Heo, Chul-Ho The Korean Society of Economic and Environmental G 1998 자원환경지질 Vol.31 No.5

옥남 금-은 광상은 소백산육괴 선캠브리아기 율리층의 흑운모편암 및 천매암 내에 발달하는 함금-은 능망간석맥으로 산출된다. 광맥의 상호 구조에 근거하여 5회의 광물 침전기 (stage)가 인지되며, 각 시기는 특징적인 광물 조합을 나타낸다. 함금-은 맥(광화 3기)에서의 정출 광물은 맥의 연변부로부터 내측으로 가면서 다음과 같이 변화한다: 유비철석+황철석 (암색 능망간석 밴드 내)$\Rightarrow$섬아연석+황동석+방연석+에렉트럼 (담색 능망간석 밴드 내)$\Rightarrow$ 방연석+함은 광물 (정동 부위). 유체포유물 자료에 의하면, 광화유체의 온도 및 염농도는 시간에 따라 전반적으로 다음과 같이 감소했음을 지시한다: 광화 I기 (석영맥 광화작용), $345^{\circ}{\sim}240^{\circ}C$, 3.4~7.8 wt.% NaCl 상당농도; 함망간 탄산염기 (II 및 III), 3130-2070C, 2.3-8.7 wt.% NaCl; 광화 4기 (석영맥 광화작용), $328^{\circ}{\sim}213^{\circ}C$, 3.6~5.4 wt.% NaCl. 광화유체는 냉각 희석 상태의 순환강우의 혼입과 주기적으로 반복된 버등을 통하여 진화한 것으로 사료되며, 유체포유물 자료와 지질 증거에 의하면 광화작용 중 양력은 90~340 bar이었다. 금은 함은량이 높은 에렉트럼 (21~29 atom.% Au)으로 산출되며 주로 $300^{\circ}{\sim}240^{\circ}C$ 사이의 온도에서 침전되었다. 열역학적 검토에 의하면, 금은 pH의 증가와 더불어 온도, 유황분압 및 산소분압의 감소에 의해 침전하였으리라 사료된다. The Au-Ag deposit of the Oknam mine occurs as gold-silver-bearing rhodochrosite veins in biotite schist and phyllite of the Precambriam Yulri Group. Five stages of ore deposition are recognized, each showing a definite mineral assemblage. General mineral parageneses in veins (stage III) associated with gold and silver vary inwardly from the vein margin: arsenopyrite + pyrite $\Rightarrow$ sphalerite+chalcopyrite+galena+gold $\Rightarrow$ ga1ena+Ag-bearing minerals. Fluid inclusion data indicate that temperature and salinity of ore fluids overally decreased with time: $345^{\circ}{\sim}240^{\circ}C$ and 3.4~7.8 wt. % NaCl equiv during stage I (quartz vein mineralization), $313^{\circ}{\sim}207^{\circ}C$ and 2.3~8.7 wt.% NaCl equiv during manganese-bearing carbonate stages (II and III), and $328^{\circ}{\sim}213^{\circ}C$ and 3.6-5.4 wt.% NaCl equiv during stage IV (quartz vein mineralization). The ore fluids probably evolved through repeated pulses of boiling and later mixing with cooler and more dilute meteoric waters. Fluid inclusion data and geologic arguments indicate that pressures during the mineralization were in the range of 90 to 340 bars. Gold occurs as silver-rich electrums (21 to 29 atom. % Au) and was deposited at temperatures between $300^{\circ}$ and $240^{\circ}C$. Thermochemical calculations suggest that gold was deposited as a combined result of increase in pH and decreases in temperature, $fs_2$ and $fo_2$.

Mesothermal Gold Vein Mineralization of the Seolhwa Mine: Fluid Inclusion and Sulfur Isotope Studies

윤성택,소칠섭,최선규,최상훈,허철호,Yun, Seong-Taek,So, Chil-Sup,Choi, Seon-Gyu,Choi, Sang-Hoon,Heo, Chul-Heo 한국지구과학회 2001 韓國地球科學會誌 Vol.22 No.4

설화 광산의 중열수(中熱水) 금광상은 경기육괴의 화강암류내에 발달된 북동방향 단층 전단대를 충진한 괴상의 단성 석영맥내에 배태되어 있다. 설화 중열수 금광화작용(金鑛化作用)은 쥬라기 화강암류(161Ma)와 공간적으로 관련되어 있다. 맥상 석영은 3개유형의 유체포유물(流體包有物)을 포함하고 있다: 1) 저염농도(<5wt.% NaCl)의 액상 CO$_{2}$를 배태한 type IV 유체포유물; 2) 가스가 풍부(>70vol.%)하고, 기상으로 균질화하는 type II 유체포유물; 3) 소량의 CO$_{2}$를 포함하는 저내지 중염농도(0${\sim}$15 wt.% NaCl)의 type I 유체포유물. H$_{2}$O-CO$_{2}-CH$_{4}$-N$_{2}$-NaCl계 유체포유물은 250${\circ}\;{\sim}$430${\circ}$C 온도와 1kbar 압력에 해당되는 액상선을 따라 초기에 포획된 불혼화 유체를 지시한다. 정밀 유체포유물 연구에의하면, 함금 광화작용중 점진적인 압력감소가 발생했음을 알 수 있다. 수용성 포유물의 유체는 온도 및 압력감소로 인한 균질한 H$_{2}$O-CO$_{2}-CH$_{4}$-N$_{2}$-NaCl계 유체로부터 광역적인 유체의 불혼화(CO$_{2}-CH$_{4}$ 비등)작용을 거쳐 진화된 후기 유체이거나, 광화지역의 융기 및 삭박과 관련된 심부순환천수의 영향을 받았던 것으로 추정된다. 초기 유체는 균질한 H$_{2}$O-CO$_{2}-CH$_{4}$-N$_{2}$-NaCl계 유체로서 다음과 같은 특성을 보인다: >250$^{\circ}$${\sim}$430$^{\circ}$C, 0.16${\sim}$0.62의 X$_{CO}\;_{2}$, 5${\sim}$14mole% CH$_{4}$, 0.06${\sim}$0.31mole% N$_{2}$, 0.4${\sim}$4.9wt.% NaCl의 염농도. 설화 금광산의 온도-조성 자료는 설화 함금열수계가 화강암질 용융체와 인접한 부분에 정치되어 있었음을 지시한다. 이러한 화강암질 용융체는 CH$_{4}$ 형성을 촉진시켜 유체를 환원상태로 변환시킨 것으로 추정된다. 철황화물중 자류철석이 지배적으로 산출됨은 환원유체 상태를 지시하고 있다. 황화광물의 ${\delta}\;^{34}$S값(-0.6 ${\sim}$ 1.4$%_o$)은 황의 심부 화성기원을 지시하고 있다. Mesothermal gold vein minerals of the Seolhwa mine were deposited in a single stage of massive quartz veins which filled the mainly NE-trending fault shear zones exclusively in the granitoid of the Gyeonggi Massif. The Seolhwa mesothermal gold mineralization is spatially associated with the Jurassic granitoid of 161 Ma. The vein quartz contains three main types of fluid inclusions at 25$^{\circ}$C: 1) low-salinity (< 5 wt.% NaCl), liquid CO$_{2}$-bearing, type IV inclusion; 2) gas-rich (> 70 vol.%), aqueous type II inclusions; 3) aqueous type I inclusions (0${\sim}$15 wt.% NaCl) containing small amounts of CO$_{2}$. The H$_{2}$O-CO$_{2}-CH$_{4}$-N$_{2}$-NaCl inclusions represent immiscible fluids trapped earlier along the solvurs curve at temperatures from 430$^{\circ}$ to 250$^{\circ}$C and pressures of 1 kbars. Detailed fluid inclusion chronologies may suggest a progressive decrease in pressure during the auriferous mineralization. The aqueous inclusion fluids represent either later fluids evelved through extensive fluid unmixing (CO$_{2}-CH$_{4}$ effervescence) from a homogeneous H$_{2}$O-CO$_{2}-CH$_{4}$-N$_{2}$-NaCl fluid due to decreases in temperature and pressure, or the influence of deep circulated meteoric waters possibly related to uplift and unloading of the mineralizing suites. The initial fluids were homogeneous containing H$_{2}$O-CO$_{2}-CH$_{4}$-N$_{2}$-NaCl components and the following properties: the initital temperature of >250$^{\circ}$ to 430$^{\circ}$C, X$_{CO}\;_{2}$ of 0.16 to 0.62, 5 to 14 mole% CH$_{4}$, 0.06 to 0.3 mole% N$_{2}$ and salinities of 0.4 to 4.9 wt.% NaCl. The T-X data for the Seolhwa gold mine may suggest that the Seolhwa auriferous hydrothermal system has been probably originated from adjacent granitic melt which facilitated the CH$_{4}$ formation and resulted in a reduced fluid state evidenced by the predominance of pyrrhotite. The dominance of negative ${\delta}\;^{34}$S values of sulfides (-0.6 to 1.4$%_o$o) are consistent with their deep igneous source.

지중환경 오염원인 규명을 위한 환경수사학 통합기술 개발

윤성택(Seong-Taek Yun),유순영(Soonyoung Yu) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11

Fluid Inclusion and Stable Isotope Studies of the Kwangsin Pb-Zn Deposit

최광준,윤성택,소칠섭,Choi, Kwang-Jun,Yun, Seong-Taek,So, Chil-Sup The Korean Society of Economic and Environmental G 1997 자원환경지질 Vol.30 No.6

광신 연-아연 광산은 단층 열극을 충진한 열극 충진 광상으로서 조선계의 삼태산층과 시대미상의 서창리층에 발달된 석영과 탄산엽맥으로 이루어져 있다. 광화작용은 3회에 걸쳐 진행되었으며, 각 광화시기의 특징은 다음과 같다. 광화 I기=barren한 석영의 침전기, 광화 II기=석영과 능망간석에 수반된 연-아연 광물의 주 침전기, 광화 III기=barren한 방해석의 침전기. 특히, 연-아연 광물은 주로 광화 IIb기에 침전하였다. 유체포유물 연구에 의하면, 광화 IIb기 광화유체의 온도와 염농도는 $182^{\circ}{\sim}276^{\circ}C$와 2.7~5.4 wt. % NaCl 상당 염농도였으며, 연-아연 광물의 침전은 주로 비등작용과 더불어 후기의 천수 혼입작용에 기인하였음을 지시한다. 광화작용은 약 600~700 m의 심도에서 이루어진 것으로 판단된다. 섬아연석과 유비철석의 성분 함량을 이용하여 추정한 광화 IIb기의 황분압($log\;fs_2$)은 -15.5~11.8 atm이다. 황화물의 황동위원소 조성 (${\delta}^{34}S_{CDT}=9.0{\sim}14.5$ ‰)에 근거한 열수유체의 전(全) 황동위원소값 (${\delta}^{34}S_{{\Sigma}S}$)은 약 14 ‰로서 매우 높은데, 이는 심부 화성기원의 황이 퇴적암류내의 황산염과 다소 혼합 된 결과로 사료된다. 산소-수소 동위원소 분석 연구에 의하면, 광화유체는 낮은 수-암비 환경 하에서 주로 주변 모암인 삼태산층 (${\delta}^{18}O=20.1{\sim}24.9$ ‰)과 상당히 반응한 심부 순환 천수로부터 형성되었다. 한편, 광화유체의 산소동위원소값 (${\delta}^{18}O_{H2O}$)은 광화작용의 진행과 더불어 체계적으로 감소 (광화 I기, 14.6~10.1 ‰; 광화 IIa기, 5.8~2.2 ‰; 광화 IIb기, 0.8~-2.0 ‰; 광화 IIc기, -6.1~-6.8 ‰)하였다. 이는 열수계 내로의 천수 혼입이 시간 경과와 더불어 점진적으로 증가하였음을 지시한다. Lead and zinc mineralization of the Kwangsin mine was formed in quartz and carbonate veins that filled fault-related fractures in the limestone-rich Samtaesan Formation of the Chosun Supergroup and the phyllite-rich Suchangni Formation of unknown age. A K-Ar date of alteration sericite indicates that the Pb-Zn mineralization took place during Late Cretaceous (83.5 Ma), genetically in relation to the cooling of the nearby Muamsa Granite (83~87 Ma). Mineral paragenesis can be divided into three stages (I, II, III): (I) the deposition of barren massive white quartz, (II) the main Pb-Zn mineralization with deposition of white crystalline quartz and/or carbonates (rhodochrosite and dolomite), and (III) the deposition of post-ore barren calcite. Mineralogic and fluid inclusion data indicate that lead-zinc minerals in middle stage II (IIb) were deposited at temperatures between $182^{\circ}$ and $276^{\circ}C$ from fluids with salinities of 2.7 to 5.4 wt. % equiv. NaCl and with log $fs_2$ values of -15.5 to -11.8 atm. The relationship between homogenization temperature and salinity data indicates that lead-zinc deposition was a result of fluid boiling and later meteoric water mixing. Ore mineralization occurred at depths of about 600 to 700 m. Sulfur isotope compositions of sulfide minerals (${\delta}^{34}S_{CDT}=9.0{\sim}14.5$ ‰) indicate a relatively high ${\delta}^{34}S_{{\Sigma}S}$ value of ore fluids (up to 14 ‰), likely indicating an igneous source of sulfur largely mixed with an isotopically heavier sulfur source (possibly sulfates in surrounding sedimentary rocks). There is a remarkable decrease of calculated ${\delta}^{18}O$ value of water in hydrothermal fluids with increasing paragenetic time: stage I, 14.6~10.1 ‰; stage IIa, 5.8~2.2 ‰; stage IIb, 0.8~2.0 ‰; stage IIc, -6.1~-6.8 ‰, This indicates a progressive increase of meteoric water influx in the hydrothermal system at Kwangsin. Measured and calculated hydrogen and oxygen isotope values indicate that the Kwangsin hydrothermal fluids was formed from a circulating (due to intrusion of the Muamsa Granite) meteoric waters which evolved through interaction mainly with the Samtaesan Formation (${\delta}^{18}O=20.1$ to 24.9 ‰) under low water/rock ratios.

국내 심부 암반지하수에서의 고농도 불소 산출과 관련된 수리지구화학 진화

김경호,윤성택,채기탁,김성용,권장순,고용권,Kim Kyoung-Ho,Yun Seong-Taek,Chae Gi-Tak,Kim Seong-Yong,Kwon Jang-Soon,Koh Yong-Kwon 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.1

국내 심부 암반지하수에서의 고농도 불소의 산출을 지배하는 지질 및 수리지구화학적 환경을 이해하고자, 온천 개발 목적으로 착정한 심부지하수 관정(평균 심도 약 600m)에서 취득된 총 367개의 지하수 분석 자료에 대하여 지구화학적 고찰을 수행하였다. 이들 지하수에서의 불소 농도는 매우 높아 평균 5.65mg/L에 이르며, 특히 연구 대상 지하수 중 $72\%$에서 먹는 물 수질기준(1.5mg/L)을 초과하였다. 불소 함량은 일차적으로 지질 조건의 지배를 강하게 나타냄을 확인하였는데 가장 높은 농도는 화강암류 및 화강편마암 지역에서 산출되는 반면 화산암 및 퇴적암 지역에서는 가장 낮았다. 지하수의 수리지구화학상과 관련하여 보면, 중성 내지 약알칼리성인 $Ca-HCO_3$형 지하수에 비하여 알칼리성의 $Na-HCO_3$형 지하수가 현저히 높은 불소 함량을 나타내었다. 화강암류 및 화강편마암 지역에서 지하수의 심부 순환에 수반되는 장기간의 물-암석 반응이 고농도 불소 산출의 가장 중요한 이유로 생각된다. 방해석 침전 또는 양이온교환에 의한 Ca 이온의 감소, 그리고 뒤따라 발생하는 사장석과 불소 함유 수산화광물(특히 흑운모)의 용해로 특징되는 일련의 수리지구화학 반응이 이러한 환경 하에서의 고불소 지하수 생성의 원인으로 해석된다. 따라서 불소과다에 의한 물 공급 문제의 발생 가능성은 높은 pH 및 매우 높은 Na/Ca농도비를 나타내는 화강암류 및 화강편마암 지역의 지하수에서 가장 높다고 볼 수 있다 To understand the geologic and hydrogeochemical controls on the occurrence of high fluoride concentrations in bedrock groundwaters of South Korea, we examined a total of 367 hydrochemistry data obtained from deep groundwater wells (avg. depth=600 m) that were drilled fur exploitation of hot springs. The fluoride concentrations were generally very high (avg. 5.65mg/L) and exceeded the Drinking Water Standard (1.5 mg/L) in $72\%$ of the samples. A significant geologic control of fluoride concentrations was observed: the highest concentrations occur in the areas of granitoids and granitic gneiss, while the lowest concentrations in the areas of volcanic and sedimentary rocks. In relation to the hydrochemical facies, alkaline $Na-HCO_3$ type waters had remarkably higher F concentrations than circum-neutral to slightly alkaline $Ca-HCO_3$ type waters. The prolonged water-rock interaction occurring during the deep circulation of groundwater in the areas of granitoids and granitic gneiss is considered most important for the generation of high F concentrations. Under such condition, fluoride-rich groundwaters are likely formed through hydrogeochemical processes consisting of the removal of Ca from groundwater via calcite precipitation and/or cation exchange and the successive dissolution of plagioclase and F-bearing hydroxyl minerals (esp. biotite). Thus, groundwaters with high pH and very high Na/Ca ratio within granitoids and granitic gneiss are likely most vulnerable to the water supply problem related to enriched fluorine.

토양 이산화탄소 거동 해석을 위한 다해상도-다변량 시계열분석의 적용

오윤영(Yun-Yeong Oh),윤성택(Seong-Taek Yun),김현준(Hyun-Jun Kim),전성천(Seong-Chun Jun) 대한지질학회 2017 대한지질학회 학술대회 Vol.2017 No.10

Mesothermal Gold-Silver Mineralization at the Bodeok Mine, Boseong Area : A Fluid Inclusion and Stable Isotope Study

소칠섭,윤성택,김세현,염승준,허철호,최선규,So, Chil-Sup,Yun, Seong-Taek,Kim, Se-Hyun,Youm, Seung-Jun,Heo, Chul-Ho,Choi, Seon-Gyu The Korean Society of Economic and Environmental G 1993 자원환경지질 Vol.26 No.4

Electrum (32~73 atom. % Ag)-sulfide mineralization of the Bodeok mine in the Boseong area was deposited in two stages of mineralogically simple, massive quartz veins that fill the fractures along fault shear zones in Precambrian gneiss. Radiometric dating indicates that mineralization is Late Jurassic age ($155.9{\pm}2.3$ Ma). Fluid inclusion data show that ore mineralization was formed from $H_2O-CO_2$ fluids with variable $CO_2$ contents ($X_{CO_2}=0.0$ to 0.7) and low salinities (0.0 to 7.4 wt. % eq. NaCl) at temperatures between $200^{\circ}$ and $370^{\circ}C$. Evidence of fluid unmixing ($CO_2$ effervescence) indicates pressures up to 1 kbar. Gold-silver deposition occurred later than base-metal sulfide deposition, at temperatures near $250^{\circ}C$ and was probably a result of cooling and decreasing sulfur activity caused by sulfide precipitation and/or $H_2S$ loss (through fluid unmixing). Calculated sulfur isotope compositions of ore fluids (${\delta}^{34}S_{{\Sigma}S}=1.7$ to 3.3‰) indicate an igneous source of sulfur in hydrothermal fluids. Measured and calculated O and H isotope compositions of ore fluids (${\delta}^{18}O_{water}=4.8$ to 7.2‰, ${\delta}D_{water}=-73$ to -76‰) indicate that mesothermal auriferous fluids at Bodeok were likely mixtures of $H_2O-rich$, isotopically evolved meteoric waters and magmatic $H_2O-CO_2$ fluids. 전남(全南) 보성(寶城)지역 보덕(寶德) 광산의 에렉트럼 (은(銀)함량=32~73 atom. %)-황화광물 광화작용(鑛化作用)은 선캠브리아기(紀) 편마암(片麻岩)내의 단층(斷層) 열극을 충진한 석영맥(石英脈)으로 산출된다. 석영맥은 광물조성이 단순한 괴상(塊狀)이며, 구조(構造)적으로 2회에 걸쳐 형성되었다. 열수변질대(熱水變質帶) 견운모(絹雲母)에 대한 K-Ar 연령은 $155.9{\pm}2.3$ Ma로서 광화작용(鑛化作用)이 후기 쥬라기(紀)에 일어났음을 지시한다. 유체포유물(流體包有物) 연구에 의하면, 광화작용(鑛化作用)은 다양한 $CO_2$ 함량 ($X_{CO_2}=0.0{\sim}0.7$)과 저염도(低鹽度) (0.0~7.4 wt. % NaCl 상당농도(相當濃度))를 갖는 $H_2O-CO_2$계(系) 유체(流體)로부터 $200^{\circ}{\sim}370^{\circ}C$의 온도(溫度)범위에서 진행되었다. 광화유체(鑛化流體)의 불혼화(不混和) ($CO_2$비등(沸騰)) 증거는 광화용(鑛化用)시의 압력(壓力)이 약 1 kbar에 이르렀음을 지시한다. 금(金)-은(銀) 침전(沈澱)은 base-metal계(系) 황화광물(黃化鑛物) 보다는 후기, 약 $250^{\circ}C$ 근처에서 진행되었고, 유체(流體) 불혼화(不混和)에 따라 황화광물(黃化鑛物) 침전(沈澱) 및 $H_2S$ 일탈이 야기되면서 주로 냉각(冷却) 및 유황분압(硫黃分壓)의 감소에 기인하였다. 광화유체(鑛化流體)의 유황동위원소(硫黃同位元素) 조성 (${\delta}^{34}S_{{\Sigma}S}=1.7{\sim}3.3$‰)은 유황(硫黃)의 화성(火成)기원을 나타낸다. 한편, 광화유체(鑛化流體)의 산소(酸素)-수소(水素) 동위원소(同位元素) 조성 (${\delta}^{18}O_{water}=4.8{\sim}7.2$‰ ; ${\delta}D_{water}=-73{\sim}-76$‰)은, 보덕(寶德)광산의 심부(深部) 중온형(中溫型) 함금(含金) 광화유체(鑛化流體)는 동위원소적(同位元素的)으로 진화된 $H_2O-rich$ 순환천수(循環天水)와 심부(深部) magma 기원의 $H_2O-CO_2$ 유체(流體)와의 혼합물(混合物)로부터 기원했음을 지시한다.

3D-modeling을 이용한 불포화대에서 CO₂의 흐름 및 누출에 관한 연구

김성희(Seong Hee Kim),김순오(Soon-Oh Kim),윤성택(Seong-Taek Yun),전성천(Seong-Chun Jun),최병영(Byoung-Young Choi) 대한지질학회 2016 대한지질학회 학술대회 Vol.2016 No.10