Alteration Zoning, Mineral Assemblage and Geochemistry of the Hydrothermal Clay Deposits Related to Cretaceous Felsic Magmatism in the Haenam Area, Southwest Korea

한국 서남부, 해남지역에서 백악기 산성마그마티즘에 관련된 열수점토광상의 누대분배, 광물조합의 지구화학적 연구

In the present study, three clay deposits, named the Seongsan, Ogmaesan and Haenam deposits, were investigated. The altered zones are recognized in the hydrothermally altered rocks of the clay deposits from the center of the alteration to the margin: Kaolin, Kaolin-Quartz, Quartz, Sericite and Chlorite zones in the Seongsan deposits; Quartz zone, Alunite zone, Kaolin zone, Sericite zone and Chlorite zone in the Ogmaesan deposits; Quartz zone, Pyrophyllite zone, Sericite zone and Chlorite zone in the Haenam deposits. These zones can be grouped into two types of alteration: Acidic alteration such as Pyrophyllite zone, Alunite zone, Quartz zone, Kaolin zone, Kaolin-Quartz zone and a part of Sericite zone; Propylitic alteration such as Chlorite zone and a part of Sericite zone. All clay deposits belong to high-sulfidation (acid-sulfate) system. The rocks of the acidic alterations are composed of pyrophyllite, alunite, kaolin minerals, sericite, quartz and pyrite. On the basis of bulk chemical compositions, it was found that some components such as $SiO_2$, $TiO_2$, $Fe_2O_3$, FeO, MgO, CaO, $K_2O$ and $Na_2O$ were mobilized considerably from the original rocks. The mobility of these major elements is related to, and controls, mineral assemblages in each altered zone. Polytypes of sericite are determined as $2M_1$ and 1M by X-ray diffraction method. The amount of $2M_1$ is nearly equal to that of 1M in the Seongsan deposits whereas $2M_1$ is less and higher than that of 1M in the Ogmaesan and the Haenam deposits. These facts indicate that formation temperature of sericite is relatively high in the Haenam deposits, moderate in the Seongsan deposits, and low in the Ogmaesan deposits. The ratios of Na/(K+Na) for alunite in the Ogmaesan deposits determined by electron microprobe analyzer (EPMA) are higher than those in the Seongsan deposits. Thus, the alunite of the Ogmaesan deposits must have been formed from the solutions with relatively high aqueous Na/(K+Na) ratios and low pH at a high temperature rather than that of the Seongsan deposits. From all data, it is clarified that alunite is hypogene in origin, and has been formed by oxidation of hydrogen sulfide in the steam-heated environment, and that alunite has been produced by the spectacular solfataric alteration observed at the surface of some present-day hydrothermal systems.

본 논문에서는 해남지역의 점토광상인 성산, 옥매산 및 해남광상을 연구대상으로 하였다. 열수변질을 받은 각 점토광상은 중심으로부터 주변부로 감에 따라 변질대를 형성하고 있는데, 성산광상의 경우 카올린대, 카올린-석영대, 견운모대 및 녹니석대의 변질대가, 옥매산광상의 경우 석영대, 명반석대, 카올린대, 견운모대 및 녹니석대의 변질대가, 그리고 해남광상의 경우 석영대, 납석대, 견운모대 및 녹니석대의 변질대가 각각 나타나고 있다. 이같은 변질대들은 두 종류의 변질작용으로 구분될 수 있는데, 하나는 납석대, 명반석대, 석영대, 카올린대 및 카올린-석영대와 같은 산변질작용 (acidic alteration)이고, 다른 하나는 녹니석대와 일부 견운모대와 같은 프로필리틱 (prophylitic alteration) 이다. 모든 점토광상은 high sulfidation (acidic-sulfate) 계에 속한다. 산변질작용의 암석은 납석, 명반석, 카올린광물, 견운모, 석영 및 황철석 등으로 구성되어 있다. 전암화학분석의 결과 $SiO_2$, $TiO_2$, $Fe_2O_3$, MgO, CaO, $K_2O$ 및 $Na_2O$와 같은 원소들은 원암의 조성과 상당한 차이를 보여주고 있는데, 이같은 주원소들의 유동성은 각 변질대의 광물조합과 관련되어 이들에 영향을 주고 있다. 견운모의 폴리타잎(polytype) 은 X-선 회절분석결과, $2M_1$ 및 1M 형으로 밝혀졌다. 성산광상의 경우 $2M_1$ 및 1M 형이 거의 같은 비율로 나타나고, 옥매산광상의 경우 1M 형이 우세한 반면, 해남광상의 경우 $2M_1$ 형이 우세하게 나타나고 있다. 이같은 현상은 견운모의 형성온도를 반영하는 것으로, 해남광상이 가장 고온에서, 성산광상은 중간온도에서, 그리고 옥매산광상이 가장 저온에서 형성되었음을 지시해 준다. 전자현미 분석결과, 면반석의 Na/(K+Na)의 비율이 옥매산광상의 것이 성산광상의 명반석이 성산광상의 것보다 높은 것으로 나타났는데, 이는 옥매산광상의 것보다 상대적으로 고온에서 높은 Na/(K+Na) 값과 낮은 pH 값을 갖는 용액에서 형성되었음을 시사해 준다. 모든 분석결과를 종합하여 볼 때, 명반석은 hypogene 기원이며, steam-heated 환경에서 hydrogen sulfide의 산화작용에 의하여, 그리고 오늘날의 열수계에서 관찰할 수 있는 solfataric alteration의 결과로 형성되었음을 알 수 있다.