동남 스카른 광상에 대한 납 동위원소 연구

Lead Isotopic Study on the Dongnam Fe-Mo Skarn Deposit

동남 스카른 광상은 백악기에 고생대 퇴적암류를 관입한 섬록암에 의해 형성되었다. 스카른의 모암은 섬록암과 묘봉 슬레이트인데 스카른 누대구조에서 모암의 종류에 따라 각각 특징적인 광물공생군의 체계적 변화를 관찰할 수 있다. 섬록암, 화강반암, 석영반암으로 구성된 화성암류들은 플룸보텍토닉 모델의 조산대에 비해 높은$^{207}Pb/^{204}Pb$ 비를 보이는데 이러한 현상은 하부지각 (또는 맨틀)에서 유래된 마그마가 상부지각물질에 의해 심히 혼화되어진 것으로 해석되며 이는 영남육괴와 옥천계에 분포하는 화강암류가 보여주는 특징과 유사하다. 현재의 납 동위원소 비와 우라늄, 토륨, 납 농도로부터 구한 광화작용 당시(76 Ma)의 황성암 및 풍촌석회암의 납 동위원소 비는 비교적 일정하지만 광화작용 후기로 갈수록 광석광물들의 납 동위원소 비가 높아진다. 초생 스카른 시기에 형성된 자철석과 방연석의 납 동위원소 비는 화성암류의 것과 거의 유사하지만 후기 열수변질시기에 형성된 휘수연석, 황철석, 그리고 열수변질된 석영반암의 납 동위원소 비는 풍촌석회암의 비에 접근하고 있다. 이는 서로 다른 기원을 가진 납들이 열수 변질시기에 따라 그 혼화의 정도가 달라지게되어 광석광물들의 납 동위원소 비에 차이가 있게 된 것으로 여겨진다. 광석광물의 납 동위원소 비의 변화특징에 의하여 섬록암과 화강반암을 형성한 마그마로부터 분화된 낮은 납 동위원소 비를 갖는 열수용액과 높은 납 동위원소 비를 갖는 주변모암(풍촌석회암)이 혼화의 기원물질로 판단된다.

In Dongnam area, Cretaceous igneous rocks, such as diorite, porphyritic granite, and quartz porphyry intruded Paleozoic sedimentary rocks, such as Myobong slate and Pungchon limestone. The Dongnam Fe-Mo skarn deposits were imposed on the diorite(endoskarn) and the Myobong slate(exoskarn). The ore deposits consist mainly of magnetite and molybdenite with small amounts of sulfides, such as galena, sphalerite, pyrite, chalcopyrite, and pyrrhotite. The igneous rocks show nearly constant $^{206}Pb/^{204}Pb(18.80{\sim}19.06)$ and $^{207}Pb/^{204}Pb(15.71{\sim}15.72)$ ratios. Their $^{207}Pb/^{204}Pb$ ratios higher than the typical ratios of orogene suggest that the igeneous rocks were formed from lower crust(or mantle) - derived magma excessively contaminated by upper crustal materials such as high radiogenic Precambrian basement rocks. The lead isotopic compositions of the igneous rocks, the Pungchon limestone, and the ore minerals show a well defined linear in $^{206}Pb/^{204}Pb$ - $^{207}Pb/^{204}Pb$ plot. The lead isotopic compositions of the igneous rocks are similar to those of magnetite and galena, which were formed at early skarn stage and significantly lower than those of altered quartz porphyry, molybdenites, and pyrite, which were formed at late epithermal alteration stage. Considering the systematic variation of the lead isotopic compositions in the ore minerals according to hydrothermal stages, the variation may be due to a relative variation in surrounding rock(Pungchon limestone) involvement in hydrothermal ore solution leaching the surrounding rock. Therefore, the variation of the lead isotopic compositions in ore minerals can be modeled in terms of the mixing of the leads derived from the igneous rocks as low radiogenic source and the surrounding rock(Pungchon limestone) as high radiogenic source.