Occurrence and Chemical Composition of W-Bearing Rutile from the Unsan Au Deposit

운산 금 광상에서 산출되는 함 텅스텐 금홍석의 산상과 화학조성

The Unsang gold deposit has been one of the three largest deposits (Daeyudong and Kwangyang) in Korea. The deposit consists of Au-bearing quartz veins filling fractures along fault zones in Precambrian metasedimentary rock and Jurassic Porphyritic granite, which suggests that it might be an orogenic-type. Based on its mineral assemblages and quartz textures, quartz veins are classified into 1)galena-quartz, 2)pyrrhotite-quartz, 3)pyrite-quartz, 4)pegmatic quartz, 5)muscovite-quartz, and 6)simple quartz vein types. The pyrite-quartz vein type we studied shows the following alteration features: sericitization, chloritization, and silicification. The quartz vein contains minerals including white quartz, white mica, chlorite, pyrite, rutile, calcite, monazite, zircon, and apatite. Rutile with euhedral or medium aggregate occur at mafic part from laminated quartz vein. Two types of rutile are distinguishable in BSE image, light rutile is texturally later than dark rutile. Chemical composition of rutile has 89.69~98.71 wt.% (TiO₂), 0.25~7.04 wt.% (WO₃), 0.30~2.56 wt.% (FeO), 0.00~1.71 wt.% (Nb₂O₅), 0.17~0.35 wt.% (HfO₂), 0.00~0.30 wt.% (V₂O₃), 0.00~0.35 wt.% (Cr₂O₃) and 0.04~0.25 wt.% (Al₂O₃), and light rutile are higher WO₃, Nb₂O₅ and FeO compared to the dark rutile. It indicates that dark rutile and light rutile were formed at different stage. The substitution mechanisms of dark rutile and light rutile are suggested as followed : dark rutile [(V³⁺, Cr³⁺) + (Nb⁵⁺, Sb⁵⁺) ↔ 2Ti⁴⁺, 4Cr³⁺ (or 2W⁶⁺) ↔ 3Ti⁴⁺ (W⁶⁺ ↔ 2Cr³⁺), V⁴⁺ ↔ Ti⁴⁺], light rutile [2Fe³⁺ + W⁶⁺ ↔ 3Ti⁴⁺, 3Fe²⁺ + W⁶⁺ ↔ Ti⁴⁺ + (V³⁺, Al³⁺, Cr³⁺) +Nb⁵⁺], respectively. While the dark rutile was formed by cations including V³⁺, V⁴⁺, Cr³⁺, Nb⁵⁺, Sb⁵⁺ and W⁶⁺ by regional metamorphism of hostrock, the postdating light rutile was formed by redistribution of cations from predating dark rutile and addition of Fe²⁺ and W⁶⁺ from Au-bearing hydrothermal fluid during ductile shear.

운산 금 광상은 한반도의 3대(대유동 광상, 광양 광상) 금 광상중의 하나이었다. 이 광상 주변지질은 선캠브리아기의 변성퇴적암류와 중생대의 반상화강암으로 구성된다. 이 광상은 선캠브리아기의 변성퇴적암류와 중생대의 반상화강암내에 발달된 단층대를 따라 충진한 함 금 석영맥 광상으로 조산형 금 광상에 해당된다. 이 광상의 석영맥은 광물조합에 따라 1)방연석-석영맥형, 2)자류철석-석영맥형, 3)황철석-석영맥형, 4)페크마틱 석영맥형, 5)백운모-석영맥형 및 6)단순석영맥형으로 분류된다. 연구된 석영맥은 황철석-석영맥형이며 견운모화작용, 녹니석화작용 및 규화작용이 관찰된다. 이 석영맥은 백색 석영, 백색 운모, 녹니석, 황철석, 금홍석, 방해석, 모나자이트, 저어콘 및 인회석 등이 산출된다. 금홍석은 엽리상 석영맥내 유색대에서 자형내지 중립질 입단으로 어두운 금홍석과 밝은 금홍석으로 산출된다. 금홍석의 화학조성은 89.69~98.71 wt.% (TiO₂), 0.25~7.04 wt.% (WO₃), 0.30~2.56 wt.% (FeO), 0.00~1.71 wt.% (Nb₂O₅), 0.17~0.35 wt.% (HfO₂), 0.00~0.30 wt.% (V₂O₃), 0.00~0.35 wt.% (Cr₂O₃) 및 0.04~0.25 wt.% (Al₂O₃)으로 밝은 금홍석이 어두운 금홍석보다 WO₃, Nb₂O₅ 및 FeO 원소들의 함량이 높게 산출되며 서로 다른 시기에 형성된 것으로 생각된다. 어두운 금홍석과 밝은 금홍석내 미량원소들은 어두운 금홍석 [(V³⁺, Cr³⁺) + (Nb⁵⁺, Sb⁵⁺) ↔ 2Ti⁴⁺, 4Cr³⁺ (or 2W⁶⁺) ↔ 3Ti⁴⁺ (W⁶⁺ ↔ 2Cr³⁺), V⁴⁺ ↔ Ti⁴⁺], 밝은 금홍석 [2Fe³⁺ + W⁶⁺ ↔ 3Ti⁴⁺, 3Fe²⁺ + W⁶⁺ ↔ Ti⁴⁺ + (V³⁺, Al³⁺, Cr³⁺) +Nb⁵⁺]로써 치환관계가 있었다. 이들 자료를 근거로, 어두운 금홍석은 광역변성작용 동안 모암광물들의 변질 시 광물내 존재했던 V³⁺, V⁴⁺, Cr³⁺, Nb⁵⁺, Sb⁵⁺, W⁶⁺과 같은 양이온들의 재 농집에 의해 형성되었으나 밝은 금홍석은 ductile shear 시 높은 함량의 Fe²⁺ 및 W⁶⁺ 양이온들을 함유한 열수용액의 유입에 따른 어두운 금홍석과 반응에 의해 어두운 금홍석에 존재하였던 V³⁺, V⁴⁺, Al³⁺, Cr³⁺ 및 Nb⁵⁺과 같은 양이온들의 재 농집에 의해 형성된 것으로 생각된다.