Korean J. Mineral. Petrol. Vol. 34, No. 1, p. 69~81, 2021 https://doi.org/10.22807/KJMP.2021.34.1.69
멕시코 자카테카스 주의 지질 및 광화작용
허철호*·오일환
한국지질자원연구원 광물자원연구본부 자원탐사개발연구센터
Geology and Mineralization in Zacatecas State, Mexico
Chul-Ho Heo* and Il-Hwan Oh
Mineral Resources Development Research Center, Mineral Resources Research Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources
요 약: 멕시코 자카테카스 주의 지질은 주로 중생대 퇴적암 및 화산암, 신생대 화산암 및 심성암으로 구성 된다. 주 북서쪽의 고생대 변성암은 층서적으로 가장 오래된 암석이다. 이 암석은 층서적으로 카오파스층과 일치하며 이 층하부에는 후기 고생대 로데오층이 놓여있다. 중생대 층서는 후기 삼첩기의 해양성 퇴적층서와 삼첩기-쥐라기 나자스층의 적색층이 대표적이다. 상부 쥐라기 해양성 퇴적층은 나자스층 또는 고생대 변성암 상위에 놓여있다. 백악기층은 북쪽 및 북동쪽에 부존하는 해양성 퇴적암과 중앙 및 남동쪽의 화산성 퇴적암 으로 구성된다. 신생대는 화산성 미분화 암석, 산성 및 중성의 조성을 지닌 관입성 화성암 및 증발성 퇴적 물을 지닌 대륙성 역암으로 구성된다. 제4기는 현무암, 산록 퇴적물, 충적층, 증발암 및 염류피각을 포함한 다. 다양한 유형의 금속 및 비금속광상이 자카테카스 주에 분포한다. 이들 광상을 구성하는 암석들은 다양 하며 고생대부터 제3기까지 층들을 포함한다. 광상 생성시기는 90%가 제3기에 해당되며, 광상생성은 주로 후생기원이다. 핵심어: 자카테카스, 멕시코, 지질, 광화작용
Absract: The exposed rocks in the Zacatecas state include mainly Mesozoic sedimentary and volcanic, Cenozoic volcanic and plutonic rocks. Paleozoic metamorphic rocks found in the northwestern portion of the state are considered as the most ancient rocks. These rocks correspond to the Caopas Formation which underlays the Later Paleozoic Rodeo Formation. The Mesozoic sequences are represented by a marine sedimentary sequence of the Later Triassic and the red beds of the Triassic-Jurassic Nazas Formation. The marine sediments of the Upper Jurassic overlay the Nazas Formation or metamorphic rocks from the Paleozoic. The Cretaceous sequences comprises marine sedimentary rocks in the north and northeast, and a volcanosedimentary set in the center and southeast. The Cenozoic is represented by volcanic non-differentiated rocks, intrusive igneous rocks of acid and intermediate composition, and continental conglomerates with evaporitic sediments. The Quarternary sequences includes basalts, piedmont deposits, alluviums and occasionally, layers of evaporites and saltpeter. Furthermore, a great diversity of mineral deposits of both metallic and nonmetallic types occur in Zacatecas state. The rocks composing these deposits are extremely varied and include formations from Paleozoic to Tertiary. The mineralization age of ore deposits corresponds to the Tertiary in approximately 90%, and their genesis is mainly considered as epigenetic.
Keywords: Zacatecas, Mexico, geology, mineralization
*Corresponding author Tel: +82-42-868-3108 E-mail: [email protected]
서
론
멕시코의 광업생산규모는 Business Monitor International에 따르면 2020년 생산규모는 20억 2,000만 달러에 달할 것으로 기대된다. 그리고 멕시코 광물협회(Camara Minera de Mexico)에 따르면 전체 광물 생산 비중은 금 37.42%, 구리 19.04%, 은 18.02%, 아연 6.52%, 철광석 3.27%, 코크스 2.84%, 납 2.38% 등으로 조사된다. 2016년 미국 지질조사국 (USGS) 기준 멕시코는 세계 은 생산량 1위, 납 생산 량 5위, 몰리브덴 생산량 5위, 아연 생산량 6위, 금 생산량 8위, 구리 생산량 10위의 자원 부국이다 (KOMIS, 2021). 멕시코의 광화작용에 대한 기존 연구결과를 보면,
치아파스 주에서는 저반에 배태되어있는 연, 아연, 동, 금-은 광화작용이 특징이다(Heo et al., 2011). 그리 고 미초아칸 주에서는 주로 철, 동 및 아연광상이 부 존하며, 소규모로 금, 은, 연, 아연, 몰리브덴, 텅스텐, 안티모니, 망간 및 주석이 부존하는 것으로 알려져 있다(Heo and Yang, 2012). 또한, 시나올라 주에서 는 주로 몰리브덴, 텅스텐, 비스무스 광상이 부존하며, 소규모로 니켈과 코발트의 부존이 알려져 있다(Nam and Heo, 2013). 그리고 이달고 주에서는 주로 은과 망간이 산출되며 대부분의 주요 광상들은 퇴적암 배 태 은광상에 속한다(Oh and Heo, 2018). 그리고 산 루이스 포토시 주에서는 형석광산개발이 매우 활발하 며 은, 금 및 아연의 생산도 보고된다(Oh and Heo, 2019).
멕시코의 자카테카스 지역은 메사 델 센트로(Mesa del Centro)의 서쪽 경계부에 놓여있다(Fig. 1). 메사 델 센트로는 중부 멕시코에 위치한 고원지대이며, 남 쪽으로 멕시칸 화산벨트와 경계를 이루고 있고 부분적 으로 시에라 마드레 옥시덴탈(Sierra Madre Occidental) 과 중첩된 지역이다(Heo, 2009). 자카테카스 지역에 서 에오세-올리고세 광화작용은 메사 델 센트로의 서 부에서 주로 관찰되며, 이 지역의 지체구조 진화와 밀접하게 연결된다(Ferrari et al., 2007). 자카테카스 지역은 멕시코 은 광화대 내 놓여있으 며, 세계에서 가장 큰 은 산출지를 구성한다. 은 광화 작용은 주로 천열수맥으로 배태되며, 스카른 및 망토 유형의 치환형 광체로도 소규모 부존한다. 특히, 프레 스니요(Fresnillo) 지역은 역사적으로 은, 연 및 아연 생산지로 잘 알려져 있다(Cserna, 1976; MacDonald et al., 1986). 현재 세계에서 가장 중요한 은생산지로 알려져 있으며, 469g/t Ag, 0.67 g/t Au, 2.55% Zn 및 1.82% Pb의 품위를 가지며 확정매장량은 2천9백 만톤이다(Antoni et al., 2009). 이 지역에서 광화작용 은 중생대 해양기원 퇴적암 내지 변성퇴적암에 배태 된 다금속 천열수맥, 침니(chimney), 망토(mantos) 및 산점상 광상으로 구성된다(Zamora-Vega et al., 2018). 본 기술정보는 멕시코 지질조사소를 통해 입수한 자카테카스(Zacatecas) 주의 지질-자원자료의 해석을 통해 금속 및 비금속광화대 부존지 개관 및 유망광화 대 선정의 기본자료로 활용될 것으로 사료된다(Rogers et al., 1957; Cardenas-Vargas et al., 1992; Antoni et al., 2009; Zamora-Vega et al., 2018; Verma et al., 2019).
지질 및 지체구조
자카테카스 주의 지질은 주로 중생대 퇴적암 및 화 산암, 신생대 화산암 및 심성암으로 구성된다(Fig. 2). 주 북서쪽의 고생대 변성암은 층서적으로 가장 오래 된 암석이다. 이 암석은 층서적으로 카오파스층과 일 치하며 이 층하부에는 후기 고생대 로데오층이 놓여 있다. 중생대 층서는 후기 삼첩기의 해양성 퇴적층서 와 삼첩기-쥐라기 나자스층의 적색층이 대표적이다. 상부 쥐라기 해양성 퇴적층은 나자스층 또는 고생대 변성암 상위에 놓여있다. 백악기층은 북쪽 및 북동쪽 에 부존하는 해양성 퇴적암과 중앙 및 남동쪽의 화산 성 퇴적암으로 구성된다. 신생대의 층서는 화산성 미 분화 암석, 산성 및 중성조성을 지닌 관입성 화성암 및 증발성 퇴적물을 지닌 대륙성 역암으로 구성되어 있다. 제4기는 현무암, 산록 퇴적물, 충적층, 증발암 및 염류피각을 포함한다(Amador, 1900; Burckhardt and Saclia, 1906; Lopez Ramos, 1971; Ranson 1975; Cardenas-Vargas et al., 1992). 고생대 변성암 자카테카스 주의 가장 오래된 암석은 고생대에 속 한다. 이층의 연령은 다른 고생대 표식지 암석들과 유사성, 암상 및 층서 위치를 고려하여 결정되었다. 고생대 변성암은 카오파스(Caopas)층과 로데오 (Rodeo)층(후기 고생대)과 같은 공식적으로 명명된 층 들로 구성되며, 삼첩기-쥐라기 나자스(Nazas)층의 적 색층 또는 쥬라기 상부 칼자스 줄로아가(Calzas Zuloaga)층으로 덮여있다. 중생대 중생대의 변성암, 해양성 퇴적암, 대륙성 쇄설암 및 화산성퇴적암은 주로 자카테카스 주의 중부, 북부 및 남동부에 노출되어있다. 이 지리적 위치는 시에라 마 드레 오리엔탈(Sierra Madre Oriental)과 중부 고원 북부의 지형학적 구획과 일치한다. 이 암석들은 고생 대 암석들 상위에 부정합적으로 놓여있다.상부 삼첩기 해양성층: 자카테카스 주에서 상부 삼 첩기 해양성 층서는 타라이(Taray)층과 자카테카스 (Zacatecas)층으로 비야 이달고(Villa Hidalgo) 근처, 오조칼리엔테(Ojocaliente) 동쪽, 피코 데 테이라(Pico de Teyra) 북동쪽 및 자카테카스 주 북쪽에서 분포한 다(Amador, 1908).
자카테카스 주의 북쪽에서 발견된 타라이(Taray)층 은 돌로마이트 및 잡사암과 협재된 노배큐라이트 (novaculite)층, 잡사암 및 견운모질 천매암들로 구성 된다. 타라이층의 퇴적시기는 상부 삼첩기로 추정된 다. 자카테카스층의 암석들은 자카테카스 광화대에 노 출되어 있으며, 부존하는 화석(juvavite 및 sirenite)에 근거할 때 상부 삼첩기(Carnic)로 추정되었다. 암상학 적으로, 자카테카스층은 천매암, 슬레이트, 규암 및 석 회암으로 구성된다. 이 지역에서는 저변성작용과 약 한 엽리를 보이는 변성받은 역암 및 화산암들도 역시 관찰된다. 오조깔리엔떼(Pastoria Ranch) 지역에서는, 저변성 작용을 받은 셰일 및 사암이 산출한다. 상기층은 하 부 백악기 칠리토스(Chilitos)층 하부에 놓여있고, 점 이적인 변성작용을 받아서 상부 삼첩기 해양성층으로 고려될수 있으며, 이 층은 자카테카스층과 대비되기 도 한다. 층서적 위치와 변성작용의 정도를 고려하면, 비야 이달고(Villa Hidalgo) 변성암은 삼첩기 암석으로 추 정된다. 이들은 암상학적으로 천매암과 슬레이트로 구 성되며, 자카테카스층과 대비된다. 대륙성 상부 삼첩기층: 대륙성 상부 삼첩기층은 자 카테카스 주의 북부에 있는 마자필(Mazapil)시에서 발 견되며, 산 훌리안 시에라(San Julian Sierra)에 노출 되어있는 나자스(Nazas)층이 대표적이다. 암상학적으 로 나자스층은 녹색, 회색 및 적색의 화성기원 루타 이트(lutite) 및 갈철석질 암석 쇄설물을 함유하는 역 암으로 구성된 대륙성 적색층이다. 본 층의 층후는 155~180 m 사이이고 삼첩기 후기로 간주된다. 해양성 상부 쥬라기층: 해양성 상부 쥬라기층은 줄 로아가(Zuloaga) 석회암 및 라 카자(La Caja)층에 속 하는 석회암과 셰일층으로 구성된다. 줄로아가 (Zuloaga) 석회암은 자카테카스 주의 북부에 널리 분 포하며 거의 항상 배사구조의 축에서 발견된다. 이들 은 담회색 내지 중간정도 회색 및 크림색에 이르는 암색을 보이는 박층 내지 두꺼운 층(0.3~4.0 m)의 석 회암으로 구성되어있으며, 풍화로 인한 노출 때문에 암색이 적색 내지 황색을 띤 상태에서 진담회색으로 변화한다. 또한, 이층들은 점토질층 또는 각진 쇄설물 층으로 부존하거나 일부 지역에서는, 이층들은 은미 정질 돌로마이트로 부존하기도 한다. 줄로아가 (Zuloaga) 석회암 상부에는 정합적으로 라 카자(La Caja) 층이 놓여있다. 그리고 줄로아가 석회암은 연체 동물과 산호 조각을 함유하고 있기 때문에 상부 옥스 포디안(Oxfordian) 시기로 고려된다. 라 카자층은 배 사축에서 칼리자스 줄로아가(Calizas Zuloaga)에 인접 한 평행층의 형태로 자카테카스 북쪽 연장대에 부존 된다. 라 카자(La Caja)층은 주로 석회질 점토암으로 구성되며, 층내 중부 및 상부단면에서 흑색 플린트가 박층으로 협재된다. 이층은 석회암, 셰일, 석회질 셰 일 및 점토질 석회암을 포함한다. 또한, 이 층은 지 름이 최대 1 m의 석회질 점토암 결핵체 및 인산염이 풍부한 수평층을 배태한다. 이 층은 깨지기 쉬워 침 식에 취약하며, 층에 평행한 계곡의 형성을 가속화시 킨다. 이 층의 화석함량에 근거해서, 연령은 상부 옥 스포디안(Oxfordian), 키메리지안(Kimerigdian), 포트 랄디안(Portlandian), 티토니안(Titonian)으로 해석된다. 이 층에서 암모나이트가 풍부한 것은 연안 내 환경에 서 퇴적된 것으로 판단된다. 하부 백악기 화산퇴적층: 자카테카스 주의 중앙 및 남동부 지역에는, 삼첩기 암석들 상위에 놓여있는 두 개의 암층으로 구성된 화산퇴적암들이 관찰된다. 두 층은 비공식적으로 노리아 데 안겔레스(Noria de Angeles) 층군과 칠리토스(Chilitos) 층으로 알려져 있 다. 그리고 두 암층중 가장 오래된 것은 저변성된 플 리쉬 유형의 층이다. 노리아 데 안겔레스(Noria de Angeles) 층군의 지리적 분포는 세밀하게 도면화되지 는 않았으나, 추정컨대 자카테카스 주의 중남부 및 남동부 지역으로, 아마도 산 루이스 포토시(San Luis Potosi) 및 아구아스 깔리엔떼(Aguas Calientes)에 인
접한 수km2를 차지하고 있다. 이 암상에서는, 화분 및 포자 뿐만아니라 보존상태가 불량한 암모나이트가 발견되어 연령의 정확한 결정이 가능하지 않지만 하 부백악기에 해당하는 것으로 사료된다(Bose, 1923). 중생대 화산퇴적암은 오조깔리엔떼(Ojocaliente) 및 레알 데 안겔레스(Real de Angeles) 사이의 지역 일 부분, 미니야(Minilla), 자카테카스 시에라(Zacatecas Sierra)의 일부분, 프란시스코 I 마데로(Francisco I. Madero) 지역, 프레스니요(Fresnillo) 광업지역, 자카 테카스 중앙 및 남동부 지역에 노출되어있는 칠리토 스층에 잘 나타나있다. 그리고 칠리토스층은 때때로 저변성작용을 보이는 화산퇴적암층으로 구성되어있다. 본 층은 해양성퇴적암, 화산쇄설암 및 석회질암석이 협재된 현무암질-안산암질 용암으로 구성된다. 프레스 니요(Fresnillo)에서, 본 층은 칠리토스 하천퇴적층 및 광산 내부에서 관찰되는 것처럼 플리쉬 유형의 해양
층 상위에 정합적으로 놓여있다. 칠리토스층이 광역 적인 배사구조의 측면을 차지하고 있는 프란스시스코 I. 마데로 및 탐사시추를 통해 칠리토스층이 해양성 쇄설층을 절단하는 밀라그로스에서 동일한 현상이 관 찰된다. 칠리토스층의 연령은 화석 함량에 근거해 결 정되었는데, 칠리토스 하천에서 수집한 암모나이트 및 엘 사우시토(Panfilo Natera)에서 수집한 방산충을 고 려하여 본 층을 하부 백악기로 추정된다. 하부 백악기 해양성층: 자카테카스 주의 북부에 넓 게 분포하는 하부 백악기층은 해양성 퇴적암이다. 이 층서는 네오코미안(Neocomian)으로부터 알비안(Albian) 까지의 5개 암층을 포함하며, 일반적으로 박층 내지 괴상의 층리를 지닌 석회암들로 구성된다. 그리고 석 회암이 협재된 셰일 내지 석회질 셰일로 구성된 일부 층준들은 불규칙하게 존재한다. 타라이세스(Taraises)층은 자카테카스 주 북부에 넓 게 노출되어 있고, 정상부에는 근처에 매우 얇은 셰 일로 구성된 층과 세립질 또는 중립질인 석회암층들 로 구성된다. 암색은 담회색에서 청색을 띤 암회색이 다. 이층의 상부에는 흑색 또는 크림색의 플린트 및 노듈이 부존한다. 이들 암석들은 산점상 또는 노듈상 으로 황철석을 함유하며, 산화가 진행된 곳에서는 암 색이 노란색을 띤 황토색으로부터 벽돌색을 띤 적색 으로 변해간다. 이 층의 연령은 화석 함량(암모나이트) 에 근거하여 네오코미안(Neocomian)으로 동정되었다. 쿠피도(Cupido) 석회암은 자카테카스 주 북부에서 발 견되며, 중립질의 층후가 두텁다. 암색은 담회색에서 중간회색으로 변하며, 풍화작용으로 인하여 부분적으 로 진한색으로 변한다. 이 석회암은 타라이세스 층보 다 많은 플린트 렌즈 및 노듈을 함유한다. 그러나 층 간 접촉부는 점이적인 특징 때문에 쉽게 구분할 수 없다. 황철석 결핵체는 하부층보다 더 풍부하며, 크기 가 크다. 한편, 협재된 셰일층은 매우 드물게 산출되 며, 박층으로 산출한다. 이 층에서 발견된 화석은 주로 암모나이트이며, 보 존 상태가 좋지않다. 그러나 층서적 위치를 고려할 때, 상부 하우테리비안(Upper Hauterivian)과 바레미 안(Barremian) 사이의 시기에 속하는 것으로 사료된 다. 라 페냐(La Pena) 층은 자카테카스주의 북쪽에서 발견되며, 하부에서 정합적이고 점이적으로 쿠피도 석 회암이 부존한다. 쿠피도 석회암은 라 뻬냐 층의 하 부로 연속되는 두꺼운 층을 형성하고 층의 중부에서 는 감소한다. 이 층에서, 플린트 노듈의 수는 지속적 으로 증가하나, 황철석 결핵체는 플린트 노듈이 거의 사라질때까지 감소하는 경향을 보인다. 또한, 이 층은 암색이 노란색에서 회색인 규질 점토암이 협재된 것 이 특징이다. 이 층의 정상부 근처에서, 석회암층의 두께는 크게 감소하며, 점토질 성분은 계속 증가한다. 이 층에서 화석의 산출은 매우 드물며, 보존상태가 좋지 않다. 층서적 위치를 고려하면, 연대는 압티안 (Aptian)으로 추정된다. 아우로라(Aurora) 석회암은 자 카테카스 주 북부에 제한적으로 산출한다. 암상학적 으로, 회색 또는 암회색을 띠는 중립질의 두꺼운 층 리를 지닌 석회암들로 구성되며, 암회색 층리를 지닌 석회암들이 협재되어 있고, 얇은 띠의 플린트를 수반 한다. 이 층의 정상부 근처에는 기저부를 향해서 가 장 큰 각력을 지닌 역암질 석회암으로 구성된 두꺼운 층이 부존한다. 화석 함량 및 암상특징을 고려하여, 이 석회암은 암초상을 지닌 천부 환경에서 퇴적되었 음을 추정할 수 있다. 고생물학적 증거 및 층서적 위 치를 고려하여, 이 층은 알비안 중기로 추정된다. 쿠 에스타 델 쿠라(Cuesta del Cura) 석회암은 자카테카 스 북쪽에 광활하게 노출되어 있으나, 자카테카스 주 의 남동쪽에도 일부 고립된 노두가 부존한다. 자카테 카스 주 북부 및 북서부에서 이 층은 박층이며, 중립 질의 층리를 지니고, 흑색 플린트 협층 및 일부 황철 석 결핵체를 지닌 담회색 내지 흑색의 석회암들로 구 성된다. 이 층은 풍부한 연흔구조의 발달이 특징이다. 이 층의 화석 함량은 부족하나, 층의 상부에 수 개의 암 모나이트가 관찰된다. 층서적 위치를 고려하면, 연대 는 알비안으로 추정된다. 상부 백악기 해양성층: 상부 백악기층은 자카테카스 주의 중부 및 북부 지역에 넓게 노출되어 있으며, 남 동부에서도 일부 노두가 관찰된다. 암상학적으로, 석 회암, 석회질 셰일, 셰일 및 사암들과 같은 해양성 퇴적암들로 구성되어 있으며 연대는 세노마니안 (Cenomanian)부터 세노니안(Senonian)까지에 해당한 다(Fig. 2). 인디두라(Indidura)층은 주로 자카테카스 주 북부 및 북서지역 구아다루뻬 데 라스 코리엔테스 시에라 (Guadalupe de las Corrientes Sierra)에 노출되어있 는 암석들로 구성된다. 층의 두께는 불규칙적이며, 암 색은 회색에서 암회색으로 변화한다. 정상부에서는 암 회색 셰일이 매우 잘 쪼개지고 쉽게 침식 받을 수 있는 박층으로 협재된 점토질 석회암 및 석회질 셰일
Fig. 2. General geologic columnar section in Zacatecas state (modified from Lopez Ramos, 1971; Ranson, 1975; Cardenas-Vargas et al., 1992).
로 구성되어 있다. 따라서 이층들은 지상에서 함몰대 를 형성하기 쉽다. 이 함몰대는 쿠에스타 델 쿠라 (Cuesta del Cura) 층의 아우로라(Aurora) 석회암 상 위에 정합적으로 놓여있으며, 상부 알바니안(Albanian) 부터 투로니안(Turonian) 시기의 화석을 함유하고 있 다. 카라콜(Caracol)층은 향사곡 및 준평원의 중앙부를 차지하는 자카테카스 주 북부 지역에 넓게 분포한다. 이 층의 암상은 협재된 셰일 및 렌즈상의 석회암을 수반한 잡사암이 율동적으로 교호하는 플리쉬층으로 구성된다. 암색은 암회색에서 거의 흑색으로 변하며, 풍화로 인해 황색 및 황토색을 띤다. 화석함량은 일 반적으로 매우 부족하나, 층서적 위치를 고려하면 코 니아시안(Coniacian) 및 산토니안(Santonian)사이로 연 대가 추정된다. 루티타스 파라스(Lutitas Parras)는 백악기 층서중 가장 연대가 젊은 층이다. 이 층은 유일하게 자카테카 스 주의 북부 지역에서 발견되며, 층후는 약 1300 m 이며 보난자 계곡에서 발견된다. 암상학적으로, 암색 이 암회색 내지 흑색인 석회질 셰일로 구성된다. 이 셰일들은 쪼개진 단열들을 보이며 풍화로 인해 녹색 내지 황색을 띤다. 카라콜층의 사암층과 매우 유사한 고립된 사암층이 부존한다.
콘셉시온 델 오로(Concepcion del Oro) 지역에 위 치한 본 층의 미화석들은 유공충으로 연대는 산토니 안(Santonian)으로 추정된다. 신생대 자카테카스 주에서, 신생대층은 근본적으로 화강섬 록암질 및 화강암질 조성의 관입암들, 유문암질 조성 의 분출성 화성암, 역암 및 자갈로 구성되어있다. 제 4기층은 현무암, 호성 퇴적층, 충적층 및 염류피각을 포함한다. 제3기 대륙성층: 대륙성 쇄설성 퇴적층은 자카테카 스 주의 북부 및 중부 지역에서 주로 노출된다. 북쪽 으로, 이층들은 석회암, 셰일, 천매암, 편암 및 화산암 쇄설물을 함유한 박층 내지 매우 두꺼운 치밀질 적색 석회암 역암으로 구성된 아후이실라(Ahuicila) 층으로 나타난다. 자카테카스의 적색 역암은 자카테카스 시에라 (Zacatecas Sierra)의 남동부 지역에 노출되어있다. 이 암석은 점토질-석회질 교질물을 지닌 조약돌, 천매암, 안산암, 현무암, 유문암질암, 화강암질암, 사암, 석회 암 및 플린트의 쇄설물로 구성된다. 오조깔리엔떼 (Ojocaliente) 남동쪽 5 km에 위치한 라스 아드준타스 (Las Adjuntas) 하천의 남부 둑에서, 자카테카스의 역 암과 유사한 적색 역암이 3 km 정도 연장되어 노출 된다. 제3기 관입화성암: 자카테카스의 관입 화성암은 약 230 km2 면적을 차지하며, 자카테카스 주면적의 0.3% 를 차지한다. 자카테카스 주의 북부에서는, 화강암, 석 영몬조니암 및 섬장암들중 주로 화강섬록암으로 구성 된 15개 관입화성암체가 콘셉시온 델 오로(Concepcion del Oro), 프로비덴시아(Providencia), 노체 부에나 (Noche Buena), 산타 로사(Santa Rosa), 마테후아필 (Matehuapil) 및 피코 데 테이라(Pico de Tetra)에 주 로 노출되어있다. 이들 관입체의 모양은 일반적으로 불규칙하며, 반원형 내지 타원형이며, 중생대 암층을 관입하고 있는 심성암과 같거나 매우 유사한 화학조 성을 지닌 암지, 암맥 및 암상을 수반하는 암주를 형 성한다. 콘셉시온 델 오로의 화강섬록암질 암주는 중 생대 퇴적암과의 접촉부를 따라서 발달하는 동광화작 용과 직접적으로 관계가 있다. 가장 중요한 관입체들중 나머지는 북서쪽으로부터 남동쪽으로 연장하는 중앙 산맥에 분포된다(Fig. 3). 솜브레레떼(Sombrerete)에 위치하고 있는 산 마르틴 (San Martin) 광구에서는 라 글로리아(La Gloria) 언 덕을 구성하는 화강섬록암이 쿠에스타 델 쿠라(Cuesta del Cura)층의 석회암을 관입하고 있다. 이 관입체는 일련의 암지와 암맥을 형성했다. 동일조성의 일부 암맥 뿐만 아니라 화강섬록암과 석영몬조니암 사이에서 화학조성이 변하는 암주가 찰 치후이테스(Chalchihuites) 광구가 위치한 찰치후이테 스 시에라(Chalchihuites Sierra) 중부-북부 지역을 관 입하고 있다. 프레스니요(Fresnillo) 지역에서는, 소규 모 관입체가 매우 제한된 지역에서 발견된다. 지표면 에서 관입체는 북서 주향의 암맥이며, 경사는 수직으 로 심부에서는 불규칙하다. K-Ar 방사성 연대측정 결 과 프레스니요(Fresnillo) 반암질 석영몬조니암의 연령 은 29 Ma이며, 플라테로스(Plateros) 지역에서 발견된 유사한 암체의 연령은 30.8 Ma이다(Cardenas-Vargas et al., 1992; Verma et al., 2019). 자카테카스 주에서 가장 큰 지표면 노출을 보이는 관입체는 판필로 나테 라(Panfilo Natera) 지대에서 발견되며, 약 100 km2의
면적을 차지한다. 본 관입체의 모양은 평면도로 보면 절반은 직사각형이며, 거의 북-남 주향이고, 연장은
20 km 폭은 6 km이며, 대부분의 화성암은 관입체이다. 관입체는 주로 칼크 알카린 몬조암질 화강암이며, 섬 록암 및 석영몬조니암도 일부 관찰된다. 분출성 화성암: 자카테카스 지역의 약 40%는 화산 암으로 덮여있다(Fig. 4). 암상으로 보면 용결응회암, 유문암, 유문암질 석영안산암, 부분적으로 용결된 응 회암 및 Ca-래타이트로 구성되며 연대는 올리고세 중 기로부터 마이오세(16~33 Ma)로 추정된다(Cardenas-Vargas et al., 1992). 이 층은 현무암질 조성의 다양 한 후기 암맥들에 의해 절단된다. 시에라 마드레 옥시 덴탈의 올리고세 및 하부 마이오세의 전형적인 칼크-알카리 화산작용은 활동성 섭입대와 관련이 있으며 태평양의 멕시코 해안까지 계속된다. 유문암질 용결응회암과 유문암은 자카테카스 주의 남동부 지역에 노출된다. 이 층서내의 피노스(Pinos), 로테로(Loreto) 및 프레스니요(Fresnillo)에서는 황옥 및 주석광화작용을 수반한 유문암질 용암이 동정되었다. 제4기 화산암층: 감람석 현무암류는 자카테카스 주 의 다른 지역들에 노출된다. 이들은 거의 항상 메세 타(meseta)를 형성한다. 그리고 주상절리의 발달과 함 께 편도상 구조가 관찰된다. 현무암의 연대는 홍적세 로 추정된다.
Fig. 3. Distribution map of intrusive igneous rocks in Zacatecas state (modified from Cserna, 1956; Cardenas-Var-gas et al., 1992).
제4기 대륙성층: 대륙성 쇄설암은 석회질 기질(초석) 과 고화되어있는 자갈, 테일러스 또는 충적성 퇴적층 으로 구성되며 고화과정에서 쇄암질 퇴적층을 포함한 다. 가장 두꺼운 쇄암질 물질은 산사면에서 발견된다. 광역적 지체구조 자카테카스 주의 주요 지형학적 특징은 지체구조적 대륙진화의 결과이다. 이 지역에서, 제3기 하부시기 동안 생성된 다양한 관입암체는 다양한 유형의 광화 작용과 관계가 있다. 자카테카스 주에서는 라라미드 이전 구조는 명확하 게 남아 있지 않다. 그러나 카오파스(Caopas)층에서 동서주향의 중생대 이전 지체구조 정향을 지시하는 압쇄암이 동정되었다는 것은 주목해야한다. 그러나 콘 셉시온 델 오로(Concepcion del Oro), 노체 부에나 (Noche Buena) 및 멜초로 오캄포(Melchor Ocampo) 광구에서 볼 수 있는 습곡의 정향 및 정향간 평행관 계는 명백하지 않다. 자카테카스 주의 삼첩기 암석을 대상으로 광역적인 지체구조는 파악되지 못했으며, 발 달 및 정향상태가 매우 복잡한 국지적 구조들만 관찰 되었다. 이토질 암석들은 최대 3개의 엽리를 가지고 있는데, 층리에 평행하거나 평행하지 않다. 매우 비스 듬한 정단층 및 충상단층만큼 다양한 유형 및 크기의 습곡들도 역시 발견된다. 자카테카스 광구의 서부지 Fig. 4. Distribution map of extrusive rocks in Zacatecas state (modified from Cserna, 1956; Cardenas-Vargas et al.,
역에서 관련 특징들이 관찰된다.
자카테카스의 지배적인 지체구조는 하부 신생대(팔 레오세) 동안 주로 발달된 라라미드 또는 이달고 변 혁과 직접적으로 관련된 것들이며, 이때 일련의 배사 및 향사 습곡들이 역시 발달되었다(Fig. 5).
시에라 마드레 오리엔털(Sierra Madre Oriental)에 서, 라라미드 지체구조 형성은 소위 멕시코 지향사의 발달이 끝날 무렵 시작되며, 실질적으로 동서방향의 긴 습곡이 팔레오세 동안 생성된 것과 관련된다. 마지막 지체구조 형성은 상부 에오세-올리고세의 대 륙기원 역암에 영향을 미쳤으며, 북북서-동남동방향의 압축에 의해 기저습곡이 발달되었다. 이들 중 화강섬 록암질 심성암이 관입한 시에라 데 테이라(Sierra de Teyra) 및 시에라 데 산 훌리안(Sierra de San Julian) 은 제3기 동안에 형성된 화성암체와 스카른 유형의 광상을 포함한다. 올리고세 동안 칼데라가 자카테카스 광구의 남부지 역에 발달했을 것으로 추정되며, 일부 유사한 지체구 조들이 자카테카스 주에 부존한다고 추정된다. 최근 시기(Plioquaternary)에는 일련의 팽창단층이 생성되었다. 이 신지체구조는 자카테카스 주의 남부 에서 발견되는 것들과 같은 지체구조 함몰대의 형성 과 관련이 있으며, 이들중 일부는 프레스니요 (Fresnillo), 비야 데 코스(Villa de Cos) 및 판필로 Fig. 5. Simplified tectonic map in Zacatecas state (modified from Cserna, 1956; Cardenas-Vargas et al., 1992).
나테라(Panfilo Natera), 즉, 자카테카스 주의 중부 및 동부에 있는 반사막지대에 위치하는 것들로 리튬, 칼 륨, 붕소 및 나트륨염을 함유하고 있는 경제적으로 중요한 광상들을 함유할 가능성이 있는 산간 호소지 역에 부존된다. 이 팽창 지체구조는 역시 충적층, 자 갈, 호수퇴적물, 현무암류 및 응회암으로 구성된 지체 구조 함몰대의 형성과 관련이 있다. 이들 구조들은 자카테카스 주의 남서부에 위치한다(Fig. 5).
광화작용
매우 다양한 금속 및 비금속광상 유형이 자카테카 스 주에 존재한다. 이들 광상을 구성하는 암석들은 극히 다양하며 고생대부터 제3기까지 층들을 포함한 다. 광상 생성시기는 거의 9 0%가 제3기에 해당하며, 광상생성은 주로 후생기원이다(Rogers et al., 1957; Cardenas-Vargas et al., 1992)(Fig. 6).금속광상 자카테카스 주는 은이 주로 생산되며, 대부분의 은 광상들은 열적 또는 동력열적 변성작용에 의해 퇴적 암, 관입화성암, 화산 및 변성암 내에 배태된 함은 맥들로 구성되어있다. 맥들은 맥폭이 수 cm에서 20 m(판필로 나테라의 산호세)에 이르며 단층과 단열
을 충진하고 있으며, 맥의 연장이 최대 10 km를 넘 는 경우도 있다(자카테카스 지역의 라 칸테라맥). 관입화성암과 접촉하고 있는 중생대 석회질 암석에 서 스카른 형태로 배태된 은, 연, 아연, 금 및 동 광 상이 있다. 이로 인해 중생대 해양성 쇄설암(예. 프레 스니요 및 프란시스코 I. 마데로)으로 구성된 층상광 체 및 침니(예. 컨셉시온 델 오로, 프로비덴시아, 노 페 부에나, 산 마르틴)와 같은 거대한 규모의 광체를 만들었다(Canet et al., 2009). 또한, 변성광상(예. 레 퓨지오 델 오로), 괴상 광화작용, 망상세맥(예. 레알 데 안겔레스) 및 산점상(예. 프레스니요 및 레알 데 안겔레스)과 같은 다양한 유형의 광상들도 부존하고 있다. 또한, 제3기의 유문암질 화산암에 배태되어 있는 망상세맥, 맥 및 산점상의 주석광상도 부존한다. 그리 고 1차 광상으로부터 유래된 사광상(예. 피노스 시에 라, 차풀테펙 시에라 및 후안 알다마), 중생대 석회질 암석의 단층, 단열 및 층리를 충진하는 수은광상(예. 누에보 메르쿠리오), 제3기 유문암질 조성의 화산각 력암(예. 부에나 수에르테 및 카노아스) 광체, 중생대 석회질 암석에 배태된 안티모니 광체(구아다루뻬 데 라스 코리엔테스 시에라)도 부존한다. 비금속광상 자카테카스 주에서는 비금속광상의 공식적인 채광 실적은 없었던 것으로 알려져있다. 그러나 자카테카 스 주에는 다양한 비금속광물의 부존이 확인되었으며 다음과 같이 열거할수 있다. 해양기원 인산염으로 구성된 층상 동시성 광상은 자카테카스주의 북부에 넓게 분포하는 로카몬테스 (Rocamontes), 줄로아가(Zuloaga), 라 카자(La Caja), 산타 로사(Santa Rosa), 산타 리타(Santa Rita), 엘 트레볼(El Trebol), 엘 카누티요(El Canutillo) 등과 같은 산맥에서 주로 산출된다. 이들 인산염 광상의 평균 품위는 인산오산화물로 약 15%로 평가되며 추 정자원량은 19 61년 Rogers 등과 1976년 Segura에 의해 평가된 바에 따르면 약 1억톤을 초과하는 것으 로 사료된다. 자카테카스 주의 동부 및 중부지역에서 나트륨염을 지닌 염호가 부존하고 있고, 판필로 나테 라시의 엘 툴레(El Tule), 프레스니요의 라 살라다(La Salada)와 같은 염호에서 리튬, 붕소 및 칼륨을 함유 한 경제성 광체가 부존할 가능성이 큰 것으로 사료된 다. 프레스니요, 자카테카스, 구아다루뻬, 로레토와 마 찬가지로 찰치후이테스시의 산 호세 데 란초스 지역 에서는, 유문암질 화산암으로부터 기원한 고령토 광 상이 부존한다. 푸에르토 마르몰 및 라 칸달라리아, 마자필시, 엘 살바도르의 엘 마르몰 및 비야 데 코스 의 사르테네자 및 피노스를 포함한 자카테카스 주의 북부 및 남동지역에서는, 다양한 광물조직과 색채를 지닌 줄마노 광상이 부존한다. 그리고 자카테카스 주 의 대리석 광상의 위치는 북부 및 남동부 지역에 부 존하는 줄마노 광상들의 위치와 유사하다. 주 전체 면적의 약 40%가 화산암으로 덮여 있기 때문에, 다양한 암석조직 및 색채를 지닌 채석장들이 많이 분포하며, 다양한 건축 목적으로 채굴되고 있다. 화산암에서는, 형석 및 방해석과 같은 다양한 비금속 광물들이 있으며, 이들은 맥폭이 좁고 연장은 부실하 지만, 진주암, 벤토나이트 및 규질모래가 산출되고, 불 석 광체의 규모는 불규칙하지만 매장량은 클 것으로 사료된다. 판필로 나테라에서 중생대 석회암과 몬조 니질 화강암과의 접촉부에 풍부한 규회석이 부존한다. 오조깔리엔떼 시의 사우세다 데 물라토스의 화강섬록 암질 관입암은 판필로 나테라보다 부족한 인프라 환 경때문에 채굴하기 어려운 규회석광상이 부존되어있 다. 또다른 규회석광상은 중생대 석회암과 소규모 화 강섬록암질 관입체가 접촉하고 있는 산 페드로 피에 드라 고르다 시에서 소규모로 채굴되고 있다. 자카테카스 주의 북동부에는, 소규모로 간헐적으로 가행되고 있는 일부 중정석 및 엽납석 광상이 존재한 다. 동시에, 엘 솔리타리오 데 테이라 산맥에서는 활 석과 석면의 광징이 관찰된다.
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이 연구는 한국지질자원연구원에서 2021년 수행중 인 “국내 바나듐(V)등 에너지 저장광물 정밀탐사기술 개발 및 부존량 예측(21-3211)” 과제의 지원으로 수 행되었다.REFERENCES
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Review started February 24, 2021 Accepted March 10, 2021 [ 저 자 정 보 ]
• 허철호 : 한국지질자원연구원/책임연구원; 과학기술연합 대학원 광물·지하수자원학과/교수
