대규모 열수변질작용에 따른 황산 화산암복합체의 지구화학적 변화특성

김의준,홍영국,지세정,Kim, Eui-Jun,Hong, Young-Kook,Chi, Se-Jung 대한자원환경지질학회 2011 자원환경지질 Vol.44 No.2

모이산-은산 천열수 금-은광상을 배태하고 있는 황산 화산암들은 성산지구 전반에 널리 분포하며, 대규모 열수변질작용을 수반한다. 열수변질작용에 따른 지구화학적 변화특성을 파악하기 위해 모이산과 주변 화산암으로 구분하여 분석되었으며, 이들은 대체적으로 석영안산암질 내지 유문암질 조성을 갖는다. 천열수계에서 수반되는 열수변질작용은 모암으로부터 알카리원소들을 쉽게 유동시키기 때문에, 일정한 지구화학적 변화를 보인다. 이러한 특성은 열수변질작용의 정도를 정량화하는데 적용될 수 있다. 모이산 화산암들의 AI지수에 따른 $Na_2O$ 함량변화는 미약한 정도에서부터 상당히 강한 변질작용을 수반하는 단계로 정량화 될 수 있다. $K_2O$ 함량의 증가에 따른 $CaO+Na_2O$ 함량의 감소는 열수유체로부터 지속적인 $K^+$의 유입과 모암 내 장석류들의 $Ca^{2+}$와 $Na^{2+}$성분들이 제거되는 견운모화작용의 결과로 이해된다. 일부 모이산 화산암들의 선적인 변화는 강산 열수유체로부터 모든 알카리 성분들이 완전히 제거되는 강고령토변질작용의 결과로 이해될 수 있다. 또한 AI지수와 CCPI지수의 변화양상은 함금-은 석영맥을 형성시킨 광화유체의 유입으로 모이산 화산암들의 장석류가 일라이트로 교대되는 견운모변질작용과 Mg와 Fe의 활동도 증가에 따른 견운모+녹니석+황철석 변질작용에 해당하는 두 가지 변질양상을 갖는다. 미량원소 및 희토류원소들에서도 열수변질작용과 관련된 지구화학적 변화특성을 보인다. 친지각원소인 $Sr^{2+}$ 의 상당한 결핍은 열수변질작용동안 장석류들이 알루미나 규산염광물 혹은 충상규산염광물들로 변질되는 과정에서 $Ca^{2+}$가 제거되면서 이를 치환하고 있는 $Sr^{2+}$이 함께 제거된 것으로 보인다. 상대적으로 낮은 총 희토류함량(모이산: 119-182 ppm; 성산지구:111-209 ppm)과 완만한 부의 기울기는 열수변질작용동안 상당한 LREE원소들이 제거되었음을 지시된다. The Hwangsan volcanic rocks, hosting the Moisan epithermal Au-Ag deposit arc widely distributed throughout the Seongsan district, and associated with large hydrothermal alteration. They were analyzed as the Moisan and around voleanic rocks, and most of them show dacitic to rhyolitic compositions. Hydrothermal alteration related to epithermal system causes the host rocks to show the geochemical variation due to high mobility of alkali elements. These features can be applied for quantitative estimates of alteration intensity. Alteration intensity of volcanic rocks from the Moisan ranges from subtle to intense, based on AI vs. $Na_2O$ diagram. The pattern that ($CaO+Na_2O$) content decrease with increasing $K_2O$ content results from sericitic alteration, in which hydrothermal fluids continually provide $K^+$ into country rocks but remove $Ca^{2+}$ and $Na^{2+}$ of feldspars within country rocks. The decrease of ($CaO+Na_2O$) with decreasing $K_2O$ in some samples from the Moisan may be caused by advanced argillic alteration that all alkali elements are entirely removed from country rocks by acid hydrothermal fluids. Two alteration trends, based on Al and CCPI alteration indices suggest both sericitic alterations of feldsaprs to illite and sericite+chlorite$^{\circ}{\ae}$pyritc alteration of high Mg and Fe activities. Trace and Rare Earth Elements patterns show the similar geochemical variation related to hydrothermal alteration. Of LIL elements, strong depletion of $Sr^{2+}$, substituting for $Ca^{2+}$ in feldspars, appears to be resulted from removal of $Ca^{2+}$, during replacement of feldspars to alumino-silicates or phyllo silicates minerals by hydrothermal fluids. Relatively low total REEs contents (Moisan: 119-182 ppm; Seongsan: 111-209 ppm) and gently negative slopes suggest that significant mobility of LREEs appear to occur during hydrothermal alteration.

울산단층대의 단층활동에 수반된 열수변질작용시기

조규환,다카기히데오,이와무라아키라,아와지도타,장태우,손승완,이타야테츠마루,오카다도시노리 대한자원환경지질학회 2001 자원환경지질 Vol.34 No.6

단층비지의 주성분인 점토광물은 K-Ar 연대측정법으로 단층활동 시기를 구하는데 이용되어 왔다. 이 논문은 울산 단층대의 주요 단층활동에 수반된 열수변질작용 시기를 연구하기 위하여 단층비지 세 시료를 각각 5-2 $\mu$m , 2-1 $\mu$m, 1-0.35 $\mu$m, 0.35-0.05 $\mu$m 입자 크기로 분리하여 각각의 시료에 대해 X선 회절분석과 K-Ar 연대측정을 하였다. 연구결과 단층비지는 석영, 장석류로 구성되며, 점토광물은 스멕타이트, 일라이트, 녹니석, 카올리나이트가 확인된다. 운모점토광물의 일라이트 곁정도지수는 작은 입자 크기에서 큰 값(0.58-1.08)을 보이고 저온에서 안정한 일라이트(IM)가 우세하게 나타내는 것으로 보아 열수변질작용을 수반한 단층활동 동안에 생성된 운모점토광물이 작은 입자 크기에 농집되었을 가능성이 높음을 시사한다. 각 시료의 K-Ar 연령은 46-35 Ma(330-2), 45-39 Ma(16Ww) 및 32-15 Ma(102Ws)이며, 작은 입자 크기로 갈수록 연대값이 젊어진다. 이 결과는 울산단층대의 주요 단층활동에 수반된 열수변질작용이 39-35 Ma와 15 Ma에 있었던 것으로 나타난다. Clay minerals are common component of fault gouge and have been used to determine the fault activity age using K-Ar dating technique. We carried out XRD and K-Ar analyses of the mica clay minerals from the fault gouge along the Ulsan Fault Zone, southeastern Korea to estimate the timing of the major fault activity. Mica clay minerals for four grain size fractions of 5-2 Um, 2-1 $\mu$m, 1-0.35$\mu$m, and 0.35-0.05 $\mu$m were separated from the gouge samples in the three locations by the hydraulic elutriation and contrifugal separator. Fault gouges are composed of smectite, mica clay minerals, kaolinite, chlorite, quartz, and feldspar. The illite crystallinity of mica clay minerals is the highest in the finest grained fraction with lM polytype, indicating that the aulhigenic mica clay minerals have been concentrated in the fraction. K-Ar ages give some variation from 46 to 35 Ma (330-2), 45 to 39 Ma (16Ww), and 32 to 15 Ma (102Ws) and are the youngest in the finest grained fraction. These results suggest that the hydrothermal alteration associated with the major fault activities along the Ulsan fault Zone took place twice at 39-35 Ma and 15 Ma.

열수변질에 의한 깊은 풍화대 발달지역 도시철도 설계사례 연구

김승철(Kim Seung Chul),송용규(Song Yong Kyu),문홍년(Mun Hong Nyeon),최성순(Choi Sung Soon) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.5

화강암은 우리나라에 분포하는 주요 암석이며, 생성 이후 추가로 화성활동의 영향을 받은 부분은 열수변질 작용에 의해 깊은 풍화대를 형성하기도 한다. 열수변질은 마그마 분화과정에서 생기는 뜨거운 물이 주변에 존재하는 화강암 내의 일부 광물에 대해 용탈작용으로 입자간의 결합력을 약화시켜 암석의 강도를 저하 시킨다. 이로 인해 일부 토목 현장에서는 깊은 심도에서도 지층의 급변현상과 강도저하로 지반조건이 불량해져 터널 굴착시 안정성에 문제가 발생할 수 있다. 본 논문은 김포 도시철도 화강암 분포 구간 중 열수변질에 의한 깊은 풍화대가 발달한 지역을 통과하는 도시철도 터널설계 사례로서 지반조사를 통해 파악한 열수변질 풍화대의 분포 및 공학적 특성을 분석하고, 이를 고려한 보조공법 적용 및 지보재 강성증대 등의 터널안정성 확보방안에 대하여 기술하고자 한다. Granite is one of the major rock in Korea. The portion of the granitic rock affected by additional volcanic activity may be translated into deep weathered zone on account of hydrothermal alteration which is that hot water formed in the magma’s differential process leaches some minerals of the nearby rocks, so weakens the coherence between the grains and finally lower the strength of the rock. In some civil engineering fields, we frequently meet the deep weathered zones having severe variations in ground condition due to hydrothermal alteration. Such a poor ground may cause safety problems in tunnel excavation. This paper is a case study of Kimpo subway tunnel design which go through the alteration zone. We study the distribution and characteristics of that zone, and the adoption of auxiliary tunnel reinforcement method and use of stiffer material for securing of safety.

벤토나이트의 열수변질특성에 따른 중금속의 거동 특성

김선옥(Seon-ok Kim),왕수균(Sookyun Wang) 대한자원환경지질학회 2023 자원환경지질 Vol.56 No.3

전통적인 광물성 약재로서 활용되어온 석지의 한 종류인 벤토나이트는 다양한 약리 활성을 가지고 있어 한의학에서는 황달, 설사, 지혈 등의 치료제로 쓰이며, 현대 의학에서는 제산제, 위장관보호제, 지사제 등의 의약품 원료 및 의약품 첨가제로 활용하고 있다. 국내에서 생산되는 벤토나이트는 포항, 경주 일대에 분포하는 제3기 화산쇄설물이 속성작용 또는 열수변질작용을 받아 생성되었다. 주로 제지용, 페인트용, 토목용, 주물용, 동물사료용 등의 산업적 용도로 사용하고 있으며, 최근 화장품 및 의약품으로 활용하기 위해 기술을 개발하고 있다. 이 연구에서는 경주 감포 지역과 포항 영일 지역에서 산출되는 벤토나이트 40종와 21종을 대상으로 주성분, 미량원소 분석을 실시하여, 산지별 벤토나이트의 지구화학적 특성을 파악하였고, 포항, 경주 일대에 분포하는 벤토나이트 광상의 생성환경별 유형을 분류하였다. 연구 결과, 연구 지역의 벤토나이트는 현무암질 암석이 열수 유체로부터 알칼리 성분들이 제거되는 이질화작용을 받아 생성되었으며, 이는 AI-CCPI 변질지수에서도 확인할 수 있었다. 또한 산지별 벤토나이트의 열수 변질과 중금속 원소(Pb, Cr, As)의 거동 특성과에는 상관관계가 있음을 알 수 있었다. Bentonite is a type of rock that has been used as a traditional mineral medicine. It has a variety of pharmacological activities, and is used in traditional Korean medicine to treat jaundice, diarrhea, and hemostasis. In modern medicine, it is used as a raw material and additive for medicines such as antacids, gastrointestinal protective agents, and laxatives. Bentonite produced in Korea was produced through diagenesis or hydrothermal alteration of tertiary volcanic debris distributed in the Pohang and Gyeongju areas. It is mainly used for industrial purposes such as papermaking, paint, civil engineering, casting, and animal feed. Recently, technology is being developed to use it in cosmetics and pharmaceuticals. In this study, the geochemical characteristics of bentonite were identified by analyzing the main components and trace elements of 40 and 21 types of bentonite produced in the Gampo Gyeongju and Yeonil Pohang area. Also it were classifed by formation envrionment of bentonite deposits in the Gampo and Yeonil. As a result of the study, bentonite from the reserch area may be cased by argillic alteraton that alkali elements are removed form basaltic rocks by hydrothermal fluids and AI-CCPI alteration indices wrere also indentified argillic alteraton. It was found that there is a correlation between the behavior characteristics of heavy metal elements (Pb, Cr, As) and the hydrothermal alteration of bentonite in the reserch area.

밀양납석광상의 열수변질 특징

문동혁 ( Dong Hyeok Moon ),곽경윤 ( Kyeong Yoon Kwak ),이부영 ( Bu Yeong Lee ),구효진 ( Hyo Jin Koo ),조현구 ( Hyen Goo Cho ) 한국광물학회 2015 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.28 No.3

밀양납석광상의 지표시료와 시추시료의 광물조성과 화학조성 분석결과를 통하여 열수변질양상과 형성 환경을 연구하였다. 밀양납석광상의 열수변질대는 광물조합을 근거로 주로 엽납석-딕카이트(석영) 광물조합을 가지며 납석광체에 해당하는 강이질변질대와 견운모-석영-딕카이트를 주로 수반하는 필릭변질대 및 녹니석-석영이 주된 광물조합으로 수반되는 프로필라이트변질대 등 세 가지로 구분된다. 지표 및 시추시료의 수평적·수직적 변질양상 및 지화학적 특성을 통하여 연구지역 내 납석광체는 수차례의 열수변질작용을 통하여 형성되었으며, 현재 채광이 이루어지고 있는 지표광체로부터 남쪽-남동쪽 심부에 이르기까지 대규모로 연장되어 있을 것으로 여겨진다. 납석광체의 광물조합 및 엽납석의 다구조형(2M) 등을 통하여 밀양납석광상의 형성온도는 약 300-350℃ 내외일 것으로 추측된다. Hydrothermal alteration patterns and environment are studied by mineral assemblages and chemical analyses of surface and core samples from Miryang pyrophyllite deposit. The alteration zones of this deposit can be divided into three zones on the basis of mineral assemblage; advanced argillic, phyllic, and propylitic zone. Advanced argillic zone mainly consists of pyrophyllite-dickite (-quartz) and corresponds to principal mining ore. The common mineral assemblage of phyllic zone and propylitic zone are sericite-quartz-dickite and chlorite-quartz, respectively. Horizontal and vertical alteration patterns and major element geochemistry indicate that pyrophyllite ores have been formed several times by hydrothermal alteration. And it also suggests that the huge ore bodies may be extended from the deeper part of recent quarries to the south-southeastern direction. The paragenesis of ore minerals and polytype (2M) suggest that ore deposit was formed at about 300-350℃.

충남 예산지구 활석광상의 기원암과 활석화작용

우영균,이동우,Woo, Young-Kyun,Lee, Dong-Woo 한국지구과학회 2001 한국지구과학회지 Vol.22 No.6

충남 예산지구 활석광상지역에는 선캄브리아기의 유구편마암을 관입하고 쥬라기 흑운모화강암과 백악기의 산성 및 염기성 암맥의 관입을 받은 시대미상의 초염기성암체가 있다. 이 초염기성암체는 주로 사문암이고, 소량의 각섬암과 주로 사문암으로부터 형성된 활석광체를 포함한다. 이 사문암들은 사문석 반정과 layering의 발달정도에 따라 S1 ${\sim}$ S5의 5개 암석단위로 구분된다. 그러나 이들의 구성광물 및 화학조성들이 유사한 것으로 보아 사문암의 기원암은 동일마그마 기원의 감람암(dunite와 pyroxene peridotite)으로 해석된다. 사문암의 기원암인 감람암은 유구편마암이 받은 각섬암상의 광역변성작용시에 사문석화작용을 받아 사문암으로 되었고, 이 사문암으로부터의 주 활석화작용은 파쇄대를 따라 상승한 열수에 의한 열수변질작용으로 해석된다. Ultramafic rocks in the Yesan talc ore deposits area are unknown age plutonic rocks which intruded PreCambrian Yoogoo gneiss, and were intruded by Jurassic biotite granite, and Cretaceous acidic and mafic dykes. The ultramafic rocks consist mainly of serpentinite with some amphibolite and talc ore body. The serpentinites are divided 5 rock types (S1${\sim}$S5) on the basis of the developed degree of serpentine phenocrysts and layerings. It seems that the original rocks of the serpentinites were co-magmatic peridotites (dunite and pyroxene peridotite). Main serpentinization from the original rocks was occurred during amphibolite facies regional metamorphism in Choongnam area which Yoogoo gneiss was affected. Main steatitization from the serpentinites was hydrothermal alteration by ascended hydrothermal fluid through crush zones.

충남 부여-명흥-태원-남양 활석광상 사문암의 변질작용

우영균,오세원 공주대학교 과학교육연구소 2003 과학교육연구 Vol.34 No.-

이 활석광상의 사문암은 각섬석편암내에 NW-NS-NS 방향의 렌즈상암체로 산출된다. 사문암은 주로 SiO₂와 MgO로 구성되었고, Cr과 Ni값이 높다.감람석, 휘석 및 사문석도 주로 SiO₂와 MgO로 구성되었으며 감람석은 포스터라이트, 휘석은 오자이트와 피조나이트이다. 이 사문암의 기원암은 더나이트와 휘석감람암과 같은 맨틀기원 초염기성암이고, 이 기원암으로부터의 주사문석화작용은 녹색편암상 내지 각섬암상의 광역변성 작용시에 일어났으며, 주활석화작용은 사문암내의 열극과 사문암과 주변암과의 경계열극을 통한 열수변질작용으로 이루어졌다고 해석된다. Serpentinites of these talc ore deposits occur mainly in amphibole schists as NW-NS-NE trending lenticular bodies. The serpentinites have high SiO_2 and MgO and have high Cr and Ni. Serpentines in serpentinites composed mainly of SiO_2 and MgO. All olivines belong to forsterite and pyroxenes belong to augite and pigeonite. It is considered that the original rocks of these serpentinites were mantle origin ultramafic rocks such as dunite and pyroxene peridotite, and main serpentinhization from these original rocks was formed by the regional metamorphism of greenschist to amphibolite facies, and main steatitization have been regional metamorphism of greenschist to amphibolite facies, and main steatitization have been formed by hydrothermal alteration of serpentine through fissures in serpentinite and the boundary cracks between serpentinite and gneiss or pegmatite.

용유도 을왕산 자연기원 불소의 부화기작 규명: 단층대 연구를 중심으로

이종환,김순오,전지훈,이승현 한국광물학회 2022 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.35 No.3

불소는 인위적 기원 외에 마그마 분화작용, 열수변질작용, 광화작용, 단층 활동과 같은 지질학적 기원에 의해 자연적으로 암석 내 부화될 수 있다. 일반적으로 화성암 및 변성암이 분포하는 지역에서 고농도의 불소가 산출되는 것으로 알려져 있으며, 연구지역은 흑운모화강암이 주로 분포하는 지역이다. 그러나 선행연구에서 자연기원 불소의 부화기작에 대한 규명이 부족했고 이를 보다 명확히 규명하기 위해 단층대에 대한 연구를 수행하였다. 을왕산 흑운모화강암과 단층대 암석의 구성 광물은 동일하지만 정량적인 차이가 나타난다. 석영과 불소함유광물(형석, 견운모 등)은 높은 함량으로 존재하며, 사장석과 알칼리장석은 낮은 함량으로 존재한다. 이러한 차이는 열수에 의한 광물의 변질작용 때문인 것으로 판단된다. 현미경 관찰 결과 또한 열수에 의한 불소함유광물의 생성이 대부분의 시료에서 관찰된다. 따라서 용유도 등지에 넓게 분포하는 동일한 연령의 흑운모화강암의 암석·광물학적인 차이는 소규모 지질학적 사건에 의한 열수변질작용에 의한 것으로 해석할 수 있다.

인도네시아 자바 땅긍지역의 금광상에 대한 트렌치탐사

김인준,이재호,이사로,서정률,김유봉,이규호 대한자원환경지질학회 2004 자원환경지질 Vol.37 No.3

인도네시아 자바 땅긍지역의 석영맥에 대한 정밀광상조사를 실시하여 그 연장부에 대한 트렌치 탐사를 수행하였다. 트렌치탐사와 주변 정밀광상조사에서 채취된 석영맥의 금ㆍ은 분석 등의 결과는 (1) Celak지역 :Au 21∼17,400ppb, Ag 2∼190 ppm, Cu 9∼3,340 ppm, Pb 60∼52,900 ppm, Zn 12∼13,950 ppm, (2) Cilangkap지역 : Au 24∼91,100 ppb, Ag 2∼41ppm, Cu 2∼l,600ppm, Pb 16∼2,960ppm, Zn 14∼1,520ppm이다. 또한 정밀지표지질조사를 실시하였으며, 석영맥에 대한 정밀광상조사를 실시하여 그 연장부에 대한 트렌치 탐사를 수행한 결과와 인공위성과 수치지형도해석 등의 모든 결과를 종합한 결과 금번 조사 지역 중 두 곳인 Mt. Subang 지역의 서남부에 위치하는 Celak 지역과 Mt. Cilankap 지역의 서남부에 해당하는 Cilangkap 지역에서 금광화작용이 있는 것으로 확인되었으며, 이 들 두지역의 금 품위가 아주 높게 나타나 이들 두 지역을 시추유망지역으로 선정하였다. The trench exploration was carried out on the quartz veins of the Tanggung area of Java, Indonesia. The chemical values of quartz vein samples for hydrothermal alteration zones in this area are defined such as over values of Ag : 2∼190ppm(Celak); 2∼41 ppm(Cilangkap), Au : 21∼17,400 ppb(Celak); 24∼91,100 ppb(Cilangkap), Cu : 9∼3,340 ppm(Celak); 2∼l,600 ppm(Cilangkap), Pb : 60∼52,900 ppm(Celak); 16∼2,960 ppm(Cilangkap), Zn : 12∼13,950 ppm(Celak); 14∼1,520 ppm(Cilangkap), respectively. Two drilling areas, Mt. Subang area(Celak area) and Mt. Cilangkap area(Cilangkap area), have been chosen based on the factors such as, geologic settings associated with gold mineralizations, highly anomalous areas revealed by geochemical survey such as chemical analysis of ore and soil, trench exploration, statistical processing of the chemical analysis, and petrographic studies of igneous rocks related to its mineralization, and graphic presentation of anomalous areas.

양산단층을 통과하는 복안터널구간의 열수변질작용과 공학적 특성

이창섭 ( Chang Sup Lee ),이효민 ( Hyo Min Lee ) 한국광물학회 2009 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.22 No.1