The Geochemistry of Copper-bearing Hydrothermal Vein Deposits in Goseong Mining District (Samsan Area), Gyeongsang Basin, Korea

경상분지내 삼산지역 열수동광상에 관한 지화학적 연구

Copper-bearing hydrothermal vein mineralization of the Samsan area was deposited in two stages (I and II) of quartz-calcite-sulfide veins which fill fissures in Cretaceous volcanic and sedimentary rocks of the Gyeongsang basin. The major ore minerals, chalcopyrite and sphalerite, together with pyrite, galena, hematite, and minor sulfosalts, occur with epidote and chlorite as gangue minerals in stage I quartz veins. Chlorite geothermometry, fluid inclusion and stable isotope data indicate that copper ore was deposited mainly at temperatures between $330^{\circ}C$ and $280^{\circ}C$ from fluids with salinities between 12 and 3 equiv. wt % NaCl. Evidence of fluid boiling indicates a range of pressures from ${\leq}100$ to 200 bars bars. Within ore stage I there was an apparent decrease in ${\delta}^{34}S$ values of $H_{2}S$ with paragenetic time, from 8.0 to 2.3 per mil. This pattern was likely achieved through progressive increases in activity of oxygen accompanying boiling and mixing. In the early part of the first stage, the high temperature, high salinity fluids gave way to progressively cooler and more dilute fluids of the late parts in the first stage and of the second stage. There is a systematic decrease in calculated ${\delta}^{18}O_{water}$ values with decreasing temperature in the Samsan hydrothermal system, from values of -86 per mil for early portion of stage I through -5.9 per mil for late portion of stage I to -6.3 per mil for stage II. The ${\delta}D$ values of fluid inclusion waters also decrease with paragenetic time from -76 per mil to -86 per mil. These trends combined with mineral paragenesis and fluid inclusion data are interpreted to indicate progressive cooler, more oxidizing meteoric water inundation of an early exchanged meteoric hydrothermal system.

경상분지 백악기 퇴적암류와 화산암류내 열극을 충진한 열수 맥상광체들로 구성된 삼산지역 동광상들은 구조운동에 수반되어 2회에 걸쳐 형성된 석영 및 방해석맥들로 구성된다. 변질대에 산출되는 견운모에 대한 K-Ar 연령은 약 82Ma로서, 지역주변에 암주상으로 산출되는 화강섬록암의 관입활동 등 후기 백악기 화성활동과 관련된 것임을 지시한다. 주 광화시기인 광화 I기 석영맥내에는 황철석, 유비철석, 황동석, 섬아연석, 방연석, 적철석 및 Pb-Bi-Ag-Sb계 유염광물등의 광석광물들이 녹렴석, 녹니석 등의 맥석광물들과 함께 산출되며, 광화 I기는 광물들의 산출조직과 공생관계 등에 의하여 3개의 substage (early, main, late)로 구분된다. 본역내 광상들에서의 주된 동광화작용은 약 12~3wt. % NaCl 상당 염농도를 갖는 광화유체로 부터 약 $330^{\circ}C$에서 약 $280^{\circ}C$ 에 걸쳐 진행되었으며, 초기 광화유체의 비등현상으로부터 ${\leq}100{\sim}200bar$의 광화작용시 압력이 확인된다. 주광화시기인 광화 I기중 광화유체의 ${\delta}^{34}S_{H_2S}$값이 초기 8‰에서 후기 2.3‰로 점차 감소함은 광화유체의 비등과 천수혼입에 수반되어 산소분압이 점진적으로 증가한 결과로 해석된다. 유체내 산소 및 수소 안정동위원소 연구결과, 이들 동위원소 값이 광화작용의 진행과 함께 점차 감소함은 상대적으로 낮은 water/rock 비값을 갖는 환경하에서 동위원소 교환반응을 이뤄 평행상태에 이른 광화초기 열수계내에 광화작용의 진행과 함께 산화상태의 차갑고 동위원소적 교환반응이 거의 이뤄지지 않은 천수의 혼입이 점증 하였음을 지시한다.