Bi- and Te-Bearing Skarn Gold Mineralization on the Geodo Mine, South Korea

Abstract

한국 중동부에 위치한 태백산분지는 선캠브리아의 변성퇴적암류와 고생대 석회질 퇴적층들로 구성되어 있으며, 백악기 동안의 화성활동과 관련하여 수반된 화강암류들은 이들 층들을 관입하고 있다. 고생대 퇴적층들은 강하게 습곡되어 있으며, 수개조의 고각의 쓰러스트 단층들이 잘 발달되어 있다. 거도광산 지역은 장산규암층을 기저로 묘봉, 풍촌, 화절, 동점 및 두무골층으로 구성되며, 화강암류의 관입과 관련하여 그 접촉부를 따라 스카른화작용이 잘 관찰된다. 거도 스카른을 형성시킨 어평화강암체는 소규모의 암주상으로 분포하며, 상대적으로 산화된 석영몬조섬록암과 화강섬록암의 조성을 갖는다. 이들의 관입시기는 105Ma (Farrar, 1978)으로 보고 되었으며, 관입체 내에 녹렴석을 주 구성광물로 하는 자철석이 풍부한 내성스카른이 발달하고 있으며, 묘봉, 화절, 풍촌층에 걸쳐 구리가 풍부한 외성 스카른이 형성되었다. 스카른 광물은 주로 안드라다이트-그로슐라 계열의 석류석, 투휘석-헤덴버가이트 계열의 휘석과 녹렴석 등으로 구성되는 반면에 광석광물로는 자철석, 황동석, 반동석 및 황철석과 소량의 자연금, 휘창연석, 테트라디마이트 등이 관찰된다. 거도 스카른은 초기 중?고온의 환경에서 석류석과 휘석을 포함하는 석회질 규산염광물들이 형성되었으며, 후기의 상대적으로 저온의 환경에서 광석광물들이 형성되었다. 특히, 거도광산의 광화작용은 주로 산출되는 광석광물과 상대적인 침전 시기의 조건에서 크게 Fe-oxide, Cu-sulfide와 Au stage의 세 단계로 세분된다. Fe-oxide stage에서 스카른 광물은 주로 휘석(Hd8.21-32.75Di66.17-91.2), 석류석(Ad51.47-85.22Gr11.37-47.13), 양기석, 녹니석 등이 산출된다. 반면에, 광석광물로는 주로 자철석과 소량의 황화광물들이 수반된다. Cu-sulfide stage에서 스카른 광물은 주로 석류석(Ad44.06-52.3Gr45.63-53.58), 휘석(Hd10.53-24.23Di75.26-89.27), 녹렴석, 녹니석 등이 산출되며, 광석광물로는 황동석, 황철석, 반동석과 소량의 적철석 등이 우세하게 나타난다. 마지막으로 Au stage에서 스카른 광물은 석류석(Ad57.75-95.8Gr1.26-41.01), 휘석(Hd20.06-100.0Di0.0-79.43), 양기석, 녹렴석, 방해석, 석영 등이 산출된다. 특히 이 시기에 산출되는 석류석은 열수교대작용에 의한 진동누대(oscillatory zonation)가 잘 관찰된다. 광석광물로는 주로 황동석, 황철석과 소량의 자연금, 휘창연석 및 테트라디마이트 등이 관찰된다. 거도광산에서 산출되는 자연금은 휘창연석과 테트라디마이트 등이 밀접한 공생관계를 보이며, 높은 Au/Ag비(ave. 94:6)를 갖는다. 휘창연석은 일반적으로 산출되는 휘창연석의 조성에 비해 비스무스의 함량이 상당히 부화되는 경향을 보이며, 유황의 성분이 상당히 결핍되는 경향을 보인다. 테트라디마이트 또한 비스무스의 함량이 크게 부화되는 경향을 보인다. 거도광산에서 산출되는 금은 주로 거도 스카른 형성과정의 최후기에 공극충진의 형태로 산출되며, 동일시기에 침전된 방해석과 석영 결정 내에서 유체포유물들이 잘 관찰된다. 유체포유물의 기원은 Roedder (1984)에 의해 제안된 기준에 따라 분류하였으며, 유체포유물의 충진 정도가 유사한 일차적 기원의 포유물들이 이용되었다. 유체포유물 내에 존재하는 상의 부피비의 조건에서, 방해석 결정내에서 관찰되는 포유물은 vapor-rich (type I)와 liquid-rich (type II)의 두 유형이 관찰되나, 대부분은 liquid-rich (liquid 70-95%) 유형이 주를 이룬다. 방해석 내의 유체 포유물은 181°~281℃ (ave. 245.5℃) 범위에서 모두 액상으로 균질화 되었다. 염도는 Bodnar (1993)에 의해 고안된 방식을 이용하였으며, 최후의 얼음 결정이 용해되는 온도로부터 추정되었다. 얼음의 용해 온도는 -5.1°~-7.3℃이며, 이는 8.74 ~10.9 wt % NaCl 상당(ave. 8.74 wt %)을 갖는 것으로 나타났다. 따라서, 거도광산에서 산출되는 금은 스카른 환경에서 형성된 최후기의 열수유체에 의해 침전되었으며, 금을 침전시킨 광화유체는 온도 181°~281℃, 염도 8.0~10.9 wt % NaCl 상당이며, 유황분압은 -11~-16정도로 추정된다.

The Taebaeksan Basin, located in middle-east Korea, consists of calcareous sedimentary rocks and sandstone-shale of Paleozoic age, which were intruded by the Cretaceous granitic rocks. Sedimentary units of the Taebaeksan Basin are highly folded, well developed numerous high angle thrust faults. The Geodo Au-skarn deposit which developed within the Taebaeksan Basin occurs also adjacent to granite intrusions. The Geodo region consists of the Jangsan, Myobong, Pungchon, Hwajeol, Dongjeom, and Dumugol formations in ascending order. These sedimentary units are intruded by Eopyeong granitoids in Mesozoic age, in which these rocks formed the Au skarn in the Geodo mine. The Eopyeong granitoids are moderately to highly oxidized quartz monzodiorite and granodiorite with Fe2O3/FeO ratios (> 0.5) and distribute as the small dikes. Related to granite intrusions, the Endo-skarn, consists mainly of epidote, formed within granite intrusions, whereas the Exo-skarn, consists mainly of garnet and pyroxene, formed outer zone from contact zone. Skarn minerals consist mainly of andraditic garnet, diopsidic pyroxene, and epidote, while ore minerals are comprised mainly of magnetite, chalcopyrite, pyrite with minor bornite and hematite. Skarn minerals such as garnet and pyroxene were developed during the relatively early stage and form from moderate to high temperature condition, whereas ore minerals belong to later stage. With respect to ore minerals, magnetite is earlier than sulfides and gold, and Cu-sulfides might be slightly earlier than Au. Ore mineralization stages of the Geodo mine are divided into three stages: iron-oxide, copper-sulfide, and Au stage. Garnet composition defines Ad51.47-85.22Gr11.37-47.13 in the Fe-oxide stage, Ad44.06-52.3Gr45.63-53.58 in the Cu-sulfide stage, and Ad57.75-95.8Gr1.26-41.01 in the Au stage. Pyroxene composition shows Hd10.53-24.23Di75.26-89.27 in the Cu-sulfide stage and Hd20.06-100.0Di0.0-79.43 in Au stage. Typically garnet from the study area shows complexly oscillatory zoning in the each stage, and garnet composition varies from Al-rich garnet in core to Fe-rich garnet in rim. It seems to be associated with different oxidation stage. In Au-stage, gold mostly occurs as native gold, and are associated with Bi-bearing minerals such as tetradymite and bismuthinite. Chemical compositions of gold show higher Au/Ag ratios and its average Au/Ag ratio of gold is 94:6. The native gold with Bi-, Te-bearing minerals in the Geodo mine occurs with calcite, precipitated from later hydrothermal fluids. As a result of Fluid inclusion study in calcite, it suggests that the fluid associated with gold mineralization is relatively low temperature (181º - 281℃) and low salinity (8.0 to 10.9 wt percent NaCl equiv.). A range of sulfur activity for gold mineralization can be estimated using sulfide mineral stability fields shown on the activity of S2 vs. T diagram from Toulmin and Barton (1964) and log fS2 show a range from -11 to -16.