Interpretations of the Geological Structures and Characteristics of the Hydrothermal Quartz Vein in Gasa island, SW Korea

Abstract

Gasa island is located at the end of the southwestern part of the Kwangju-Yeongdong depression zone bounded by the Kwangju and Sunchang shear zones. Geology of the study area is consist of tuffaceous sedimentary rock, pyroclastic breccia and agglomerate, lapilli tuff, andesitic rock, dacitic rock, and rhyodacitic tuff related with Bulkuk volcanism in the Late Cretaceous. However, previous studies show some differences because their interpretations depend on each research purpose. The aims of this study are mainly 1) to establish the geological distribution of Gasa island and 2) to understand fluid flow mechanisms related with geological structures based on data for vein and dike. In this study, the lowest rock unit of Gasa island is tuffaceous sandstone-silt stone-shale series based on contact relationship, attitude of bedding, and distribution area. Pyroclastic breccia and lapilli tuff in the western part of the island have welded textures, and the western part indicates more powerful explosion than the eastern part. It indicates that the vent was closer to the western coast than the eastern coast. NNW to NE trending lineament are dominant in the study area, and EW to WNW lineament are next. Almost all of the lineaments are developed as ridges of mountain, coastal lines and valleys. Coastal lines and ridges of mountain in southeastern part of the study area consistent with the NE trending lineaments developed, because quartz veins are strong to weathering. Dominant direction of lineament is NE, NNE, but length and sharpness of EW/WNW lineament are much clearer. This means that these lineament is the youngest one. NE striking veins fill the NE striking sinistral normal faults and secondary fractures. More quartz veins are developed in the hanging wall than footwall indicating higher fluid flow. This phenomena may be caused by anisotropical deformation between hanging wall and footwall. The intensity of deformation and alteration increases closer to the center of the fault (fault core) This indicates that the main control factor of fluid flow is fault related structures. This study shows that important control factors for fluid flow are fault geometry, slip-sense and opening direction.

가사도는 전라남도 진도의 북서쪽에 위치한 작은 섬으로, 중생대 백악기의 응회질 퇴적암 및 응회암류로 구성되어 있다. 가사도에는 중생대 백악기의 화성작용과 연관된 열수작용에 의해 다양한 변질대가 형성되어 있으며, 북부에는 납석광상이 형성되어 있고, 남부에는 천열수 금은광상이 형성되어 있다. 광상의 연구를 위해서는 암석학적 구조적 발달요소에 대한 이해가 반드시 선행되어야 한다. 하지만 가사도에 대한 연구자료가 부족하고, 기존에 제작된 지질도는 너무 단순하거나 연구자에 따라 많은 차이가 있어서, 가사도의 지질을 이해하는데 충분하지 않다. 본 연구에서는 이러한 점을 보완하기 위하여 먼저 가사도의 지질분포와 지질구조의 발달양상 등에 대한 기본정보를 바탕으로 가사도의 지질도를 새롭게 작성하고자 하였다. 선형구조분석을 바탕으로 주요한 구조선을 추정하였으며, 야외조사를 통해 각 암층간의 접촉관계 및 단층 등 구조선의 방향을 추정하였다. 본 조사결과 응회질 사암과 셰일이 교호하는 층을 기저로 그 위를 화산쇄설 각력암/집괴암이 분포한다. 특히 폭발적인 화산활동을 지시하는 응결응회암(ignimbrite)이 가사도 서부에 위치한 카클해변을 따라 발달하고 있다. 그 위를 라필리응회암이 정합적으로 발달하고 있다. 안산암질암이 일부 고지대에 분포하며, 그 상위를 유문석영안산암질응회암이 덮고 있다. 선형구조 분석결과 북동방향의 선형구조가 가장 우세하며, 그 뒤를 동서 내지 서북서 방향의 선형구조가 뒤따르고 있다. 함금 석영맥은 가사도 남부와 남동부의 해안선 및 산능선을 형성하며 주로 판상 내지 망상으로 발달하고 있다. 주요 조직으로는 옥수질(chalcedony), 호상(banded) 및 정동(vuggy) 조직이 관찰된다. 보통 수 mm에서 최대 14 m의 판상 석영맥이 발달하며, 기하학적 발달양상으로 비춰봤을 때, 북동방향으로 발달한 정단층 및 좌수향의 주향이동단층과 그에 수반된 이차단열을 충전하고 있다. 가사도에는 크게 두 종류의 암맥이 관입하고 있으며, 규질화되어 있는 산성질의 암맥과 신선하고 일정한 방향성을 보이는 중성암맥이 발달하고 있다. 특히 중성암맥은 등대동맥을 비롯한 북동방향으로 발달하는 석영맥을 절단하고 있어, 시기적으로 북서방향의 인장환경과 북동방향의 인장환경의 발달순서를 수립하는데 주요한 열쇠가 된다. 북동방향으로 발달하는 정단층 및 주향이동단층 내에는 두꺼운 석영맥이 발달하고 있어 광화시기의 응력조건을 짐작할 수 있다. 가사도 광맥을 형성한 유체가 이러한 지질구조의 영향을 받았음을 지시하는 다양한 증거들을 통해 유체유동의 제어요소를 추정할 수 있는데, 정단층운동의 결과 단층대를 중심으로 상반의 파쇄대에 더 많은 유동이 있었음을 알 수 있다. 단층의 굴곡(bending)현상과 같은 기존의 기하학적 모양이 유체유동을 제어하는 요소로 작용하며, 확장방향 역시 주요한 유체제어 요소이다.