Element Dispersion and Wallrock Alteration Analysis Using Portable XRF and SWIR in the Samgwang Au Deposit
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(2) 260. 김준겸 · 신동복 · 유봉철 · 임헌경 · 김일규. 미량원소는 0.65로서 현장측정결과보다 높게 나타난다. 석영맥 변질대 분석결과 As는 Fe, Zn, Rb와 양의 상관관계를 보이며, V과는 음의 관계를 나타낸다. 컨투어맵 분석결과에서 As는 Zn, Rb, Fe, Ti, Cr, Ni 등과 함께 석영맥 부근에 서 함량이 증가하는 것으로 나타나 상호 유사한 경향성을 보인다. 휴대용 SWIR을 이용한 현장측정결과 편암 및 편 마암에는 운모, 일라이트, 녹니석, 견운모, 각섬석, 녹염석 등의 조합을 보이고, 석영맥과 접한 변질대에서는 일라이트, 견운모, 석고 및 운모 등이 검출된다. 컨투어맵 작성결과 녹니석은 대부분 모암에서 산출되는 반면, 견운모는 석영맥 부근에서 높게 나타난다. 휴대용 분석기기를 이용한 이러한 결과는 기존의 원소분산 및 열수변질 연구결과와 유사하 며 조산형 금광상 탐사에 효과적으로 사용가능할 것으로 여겨진다. 주요어 : 휴대용 X선 형광분석, 휴대용 단파장적외선 분광분석, 원소분산, 모암변질, 삼광광상. 1. 서. 론. 광상은 성인에 따라 다양한 유형으로 분류되며 흔히 모암과 열수유체간의 반응에 의한 모암변질작용과 광 석광물 침전 등이 수반된다(Evans, 1992). 모암변질의 종류는 모암과 열수유체의 조성 및 물리화학적 조건 등에 좌우되며, 광석광물의 침전에 영향을 준다. 과거 광상을 탐사하기 위해 많은 탐사법이 제시 및 개발되 어왔으나 기존 지화학분석 및 물리탐사 방법들은 많은 시간과 비용을 할애해야만 했다. 이를 해결하기 위한 휴대용 분석기기의 보급으로 많은 수의 시료를 빠르게 분석이 가능해졌으며, 비용 또한 저렴해졌다. 이에 따 라 휴대용 분석기기를 이용하여 금광상을 비롯한 여러 열수광상 등 다양한 광상 유형에 따른 광물 및 변질대 탐사 등의 연구가 진행되어왔다(Yang et al., 1998, 2000; Thompson et al., 1999; Bierlein et al., 2000; Herrman et al., 2001; Gazley et al., 2011, 2014; Chang and Yang, 2012). 과거 휴대용 분석기 기의 정밀도에 대한 이견이 제시되었으나, 최근까지 정 밀도 및 성능향상이 지속적으로 이루어졌으며, 이를 이 용하여 광물뿐만 아니라 수질, 토양 등 다양한 연구분 야에서 사용되어왔다. 국내의 경우 단파장 적외선 분 광분석법(Short-wavelength infrared spectroscopy; SWIR)을 이용한 열수변질대 시료의 표면상태에 따른 광물의 구분 및 변질대 지시 가능성에 대한 연구가 보 고된 바 있다(Kim et al., 2017). 또한, 미얀마 크롬철 석광상을 대상으로 휴대용 X선 형광분석기(Portable X-ray fluorescence analyzer; pXRF)를 이용한 분석을 통해 크롬철석 광화대 탐사에 활용 가능한 지화학적 인 자에 대한 연구가 수행된 바 있다(Park et al., 2018). 금광상은 다양한 성인에 의해 생성되며 조산형, 천 열수형, 칼린형 등으로 분류된다(Groves et al., 1998; Lang et al., 2000; Cline et al., 2005; Williams et al., 2005; Goldfarb et al., 2007). 삼광광상은 조산형. 금광상에 해당하며, 석영맥의 관입에 의해 모암변질 및 광석광물의 침전이 이루어졌다(Choi et al., 2005, 2006; Yoo et al., 2010). 이와 관련하여 광석광물 종 류, 유체포유물, 안정동위원소 및 모암변질 등 금광상 의 생성환경을 밝혀내기 위한 연구가 수행되어왔다(Lee et al., 1995, 1998; Yoo et al., 2002, 2009, 2010; Lee, 2018). 본 연구에서는 pXRF 및 SWIR 등의 휴 대용 분석기기를 이용하여 삼광광상을 대상으로 열수 유체와 모암의 반응에 의한 원소분산과 모암변질광물 의 특성을 해석하고 기존 연구결과와 비교함으로써 향 후 삼광광상과 유사한 조산형 금광상 탐사에 활용가능 성을 제시하고자 한다.. 2. 지질 및 광상 2.1. 지질 청양일대 지질은 선캄브리아기 편마암복합체를 기반 암으로 하며 상부로 가면서 쥬라기 대보관입암류, 백 악기 퇴적암과 불국사관입암류로 구성된다(Fig. 1). 선 캄브리아기 편마암복합체는 광역적으로 분포하며, 화강 암질편마암, 호상편마암, 혼성편마암 및 편암류 등이 있다(Kang and Im, 1974; Kim et al., 1977). 쥬라 기 대보관입암류는 주로 화강암에 해당하며, 연구지역 의 북서부와 남동부에서 관찰된다. 대동누층군에 속하 는 남포층군은 쥬라기 퇴적암으로 북동-남서 내지 북 북동-남남서 방향의 단층을 따라 발달한 공주분지에 퇴 적되어 형성되었다. 남포층군의 구성암석은 월명산층, 하조층, 조계리층, 성주리층 등에서 주로 역암과 사암 이, 아미산층, 백운사층 및 운곡리층 등은 사암과 흑색 셰일이 주로 관찰된다(Suh et al., 1980; Choi et al., 1988). 불국사관입암류는 백악기말 상기 암석들을 관입 하며 형성되었으며, 불국사관입암류의 암상은 석영반암, 미문상화강반암, 장석반암 및 규장암으로 구성된다(Lee et al., 2011)..
(3) 휴대용 XRF와 단파장적외선 분광분석을 이용한 삼광 금광상의 원소분산 및 모암변질 분석. 261. Fig. 1. Regional geologic map of the Cheongyang gold field area. NM = Nangrim Massif, PB = Pyongnam Basin, IB = Imjingang Belt, GM = Gyeonggi Massif, OB = Ogcheon Basin, TB = Taebaegsan Basin, YM = Yeongnam Massif, GB = Gyeongsang Basin.. 연구지역인 삼광광상 일대에는 편마암복합체가 넓게 분포하며 백악기 산성암맥이 이를 관입한다(Fig. 2a). 남포층군에 속하는 운곡리층은 광상의 서쪽에 분포하는 퇴적암류로, 사암, 역질 사암, 역암, 흑색 셰일 및 탄층 으로 구성된다. 편마암의 엽리는 대체로 N45~70°E, 40~70°SE를 이루는 반면, 남포층은 NS방향으로 발달 하며 배사구조를 형성한다. 광상 북부에는 소규모 활 석광상이 분포한다. 2.2. 광상 청양일대에는 조산형 금광상인 구봉광상과 대봉광상 그리고 삼광광상이 분포한다(Fig. 1). 이 가운데 삼광광 상은 선캄브리아기 편마암복합체내 형성된 열극을 충 진한 석영맥상광상으로 행정구역상 청양군 운곡면 신 대리(36°31’11’’N, 126°52’58’’E)에 위치한다. 1928년 광업권이 등록되어 1933년 미쯔비시공업㈜에 의해 개 발이 시작되었으며, 이후 조선광업진흥㈜, 일신산업, 영. 화기업사 등에 의해 운영되었고 1995년까지 간헐적으 로 채굴되었다. 1985년부터 1991년 사이 생산된 금은 약 877kg이며, 품위는 8.4g/t Au로 보고된 바 있다 (Yoo et al., 2010). 삼광광상의 석영맥은 광맥방향에 따라 국사맥, 상반맥, 국성맥, 대흥맥, 봉가리맥 및 신 리맥으로 구성된다(Lee et al., 1995, 1998). 각 광맥을 대상으로 갱을 굴진하였으며, 본 연구의 대상인 본항 갱은 국사맥을 개발하기 위해 굴진한 갱도이다(Fig. 2). 본항갱의 모암은 운모편암내지 편마암이며, 이를 관 입한 석영맥이 발달한다(Fig. 2b). 호상편마암은 갱구로 부터 67~89m 지점에 분포하고, 편마암 내부에 소규 모 석영맥을 따라 일부 굴진한 흔적이 남아있다. 주 석영맥은 편암 내에서 확인되는데 갱구로부터 112m 지점에 위치하며 0.3~0.7m 폭과 N60°E의 주향을 갖 는다. 이밖에도 NW 또는 EW 주향의 소규모 석영맥 이 발달하며, 이들은 풍화가 진행되어 쉽게 부서진다. 편광현미경 관찰결과 운모편암은 백운모, 녹니석, 금운.
(4) 262. 김준겸 · 신동복 · 유봉철 · 임헌경 · 김일규. Fig. 2. Geologic map of the Samgwang deposit area. (a) Samgwang deposit, (b) Bonhang adit.. Fig. 3. Representative rock slab images and photomicrographs of thin section from Bonhang adit. (a, d, g) mica schist, (b, e, h) banded gneiss, (c, f, i) altered wallrock contacted with quartz vein. Cc: calcite, Chl: chlorite, Fsp: feldspar, Ms: muscovite, Phl: phlogopite, Qz: quartz, Se: sericite..
(5) 휴대용 XRF와 단파장적외선 분광분석을 이용한 삼광 금광상의 원소분산 및 모암변질 분석. 263. Fig. 4. Photomicrographs of polished ore samples from the Samgwang deposit. Asp: arsenopyrite, Cp: chalcopyrite, El: electrum, Gn: galena, Py: pyrite, Sph: sphalerite.. 모, 석영 및 변질을 받은 장석이 주를 이루며(Fig. 3a, d, g), 호상편마암은 견운모, 백운모, 녹니석, 석영, 방 해석 및 변질을 받은 사장석이 관찰된다(Fig. 3b, e, h). 석영맥에 의해 변질을 받은 모암에는 견운모, 백운 모 및 석영이 주로 산출된다(Fig. 3c, f, i). 삼광광상의 광화작용을 수반한 석영맥은 모암과 석 영맥이 전이대를 형성하는 호상구조석영맥과 전이대가 관찰되지 않는 괴상백색석영맥으로 이루어진다(Yoo et al., 2002; Yoo et al., 2010). 석영맥의 반사현미경 관 찰결과 유비철석, 섬아연석, 황철석, 황동석, 방연석 및 에렉트럼이 산출되며, 유비철석은 대부분의 광체에서 산출빈도와 산출량이 높은 거정질의 광석광물로 반자 형내지 타형을 이루며 발달한다(Fig. 4). 에렉트럼은 크 게 황철석 내, 황철석과 유비철석의 사이 및 유비철석 내에서 확인되며, 황철석과 공존하는 경우는 섬아연석 을 수반하고, 유비철석과 공존하는 경우 방연석을 수 반하는 특징을 보인다. 또한, 유비철석과 공촌하는 경 우는 유비철석 내에 포유물로 산출하거나, 유비철석의 파쇄 균열대를 따라 충진하는 경우로 세분할 수 있다 (Fig. 4a~c). 황동석과 방연석은 유비철석, 황철석 및 섬아연석내 균열을 따라 배태되거나 교대하며 산출된 다(Fig. 4d~f).. 3. 연구방법 3.1. 분석기기 모암변질에 따른 미량원소의 거동과 모암변질광물의. 분포를 파악하기 위해 현장에서 측정 가능한 휴대용 X 선 형광분석기와 휴대용 단파장적외선 분광분석기 (Portable Short-wavelength Infrared Spectrum Analyzer: pSWIR)를 이용하였다. 휴대용 XRF는 Olympus 사 DELTA Professional XRF DPO-6000을 이용하였 으며, 광원은 40kV miniature X-ray tube를 통해 조 사되며, 검출기는 Silicon Drift Detector(SDD)을 사 용하였다. 분석 전 보정은 Docking Station에 포함된 316 Stainless Steel Calibration Check Reference Coin을 활용하였으며, 측정한 자료는 Innov-X Delta Advanced PC Software를 통해 획득하였다. 휴대용 SWIR은 Malvern PANalytical사 ASD TerraSpec Halo Mineral Identifier를 이용하였으며, 350-2500nm 파장의 적외선을 이용하여 광물을 양이온과 작용기의 결합에 따른 흡수스펙트럼을 측정하여 광물의 종류를 분석한다. 파장에 따른 해상도는 700nm에서 3nm, 1400nm에서 9.8nm, 2100nm에서 8.1nm이다. 분석 전 보정은 입사된 적외선이 모두 반사되어 흡수파장이 나타나지 않는 백색의 Calibration Coin을 이용하였으 며, 측정한 자료는 Halo Manager PC Software를 통 해 획득하였다. 또한, 휴대용 XRF를 이용한 측정값을 평가하기 위 해 8개 현장측정시료를 대상으로 한국기초과학지원연 구원의 PHILIPS사 PW2404를 이용한 XRF 분석과 Perkin Elmer사 Optima 8300DU ICP-AES와 Thermo Fisher Scientific사 Neptune ICP-MS를 이용한 정량 분석결과와 대조하였다. 이밖에, 휴대용 SWIR을 통해.
(6) 264. 김준겸 · 신동복 · 유봉철 · 임헌경 · 김일규. 측정한 자료와의 비교를 위해 일부 석영맥 변질대 시 료에 대해 X선 회절분석을 실시하였다. 분석은 공주대 학교 공동실험실습관의 Rigaku사 DMAX2000을 이용 하였으며, 분석조건은 전압 40.0kV, 전류 100.0mA, 스 캔속도 4°/min이고, Cu target을 사용하였다. 3.2. 현장측정 및 자료처리 휴대용 분석기기를 이용한 현장측정은 삼광광상 본 항갱을 대상으로 진행하였으며, 본항갱의 갱내가 일부 붕괴되어 갱구로부터 112m 부근의 석영맥이 위치한 지점까지 측정을 실시하였다(Fig. 2b). 측정은 갱이 무 너진 지점에서 갱구방향으로 1m 간격씩 이동하며 좌, 우 측벽과 천장의 풍화된 면을 깨뜨려 신선한 면을 측 정하였고, 측정거리는 총 112m이다. 측벽은 바닥면을 기준으로 수직 0.5m, 1m, 1.5m 지점을, 천장은 중앙 을 기준으로 좌우측 각각 0.5m 떨어진 지점을 측정하 였다. 천장은 수직고가 높아 측정이 가능한 지점만을 측정하였으며, 측정범위는 갱구를 기준으로 11m에서 76m 까지이다. 분석기기당 전체 804개 지점을 측정하 였다. 측정값의 정확도를 높이기 위해 한 지점 당 3회 측정하여 총 4,824회 측정하였으며, 각 지점마다 평균 하여 사용하였다. 측정한 자료들을 이용해 본항갱 내 원소와 모암변질 광물의 공간적인 분포를 알아보기 위해 컨투어맵을 작 성하였으며, 컨투어맵은 갱구에서 바라볼 때 좌측벽-천 장-우측벽 순서로 갱내를 평면으로 펼쳐 작성하였다. 평면으로 펼친 갱내도에 x,y 좌표를 설정하였고, x축 좌표는 갱구에서 112m 지점을 바라볼 때 천장의 중앙 을 기준으로 좌측 50cm 지점을 기준으로 하였으며, 갱이 진행됨에 따라 기준점에서 우측으로 50cm 이동 시 1, 좌측으로 50cm 이동시 –1씩 증감한다. 이에 따 라 좌측벽 수직 50cm, 1m, 1.5m 지점의 x축 좌표는 –3, -2, -1, 천장의 좌측은 0, 우측은 1이며, 우측벽 1.5m, 1m, 50cm 지점은 2, 3, 4이다. x축 좌표는 갱 구에서 갱의 끝으로 갈수록 갱의 진행방향이 회전하여, 갱이 1m 진행할 때 삼각함수를 이용해 회전정도에 따 른 x축 좌표 변화를 계산하여 설정하였다. y축 좌표는 갱구로부터 112m 지점까지 1m 간격으로 수직거리를 계산하여 설정하였다. 휴대용 XRF는 방출한 X선이 시료의 표면에 도달하 여 발생하는 2차 X선을 측정한다. 이에 시료의 표면상 태에 따라 현장측정결과와 다른 측정결과가 관측될 가 능성이 있다. 따라서 시료의 표면상태에 따른 측정결 과를 비교하기 위해 본항갱 현장에서 측정한 동일 지. 점의 석영맥 변질대 1개, 편암 3개, 편마암 3개 시료 를 채취하여 600mesh로 연마한 뒤 추가적인 측정을 진행하였다.. 4. 분석결과 4.1. 휴대용 XRF 및 정량분석 모암에 분포하는 원소들은 열수유체의 의한 모암변 질시 모암과 열수유체 사이의 성분이 이동하여 함량변 화가 발생한다. 모암변질에 따른 원소의 종류, 함량변 화 및 분산의 정도를 파악하기 위해 휴대용 XRF를 이용하여 본항갱 내 모암과 석영맥 접촉변질대의 현장 측정을 수행하였다. 석영맥 변질대의 측정결과는 K 2.22~11.96 at%, Fe 1.81~7.32 at%, As 2.00~37.67 ppm, Zn 34.33 ~98.67 ppm, V 188.00~438.00 ppm, Rb 72.67~ 213.33 ppm 등의 함량을 보인다. 본항갱의 모암은 편 암과 편마암으로 구분되며, 편암은 K 0.38~28.67 at%, Fe 0.26~13.31 at%, As 1.67~127.33 ppm, Zn 3.33~298.00 ppm, V 187.33~844.67 ppm, Rb 33.33~430.33 ppm, 편마암은 K 0.39~21.59 at%, Fe 0.56~14.69 at%, As 1.67~29.00 ppm, Zn 4.67 ~234.33 ppm, V 279.33~922.00 ppm, Rb 34.33~ 307.33 ppm을 나타낸다(Table 1, Fig. 5). 시료의 표면상태에 따른 측정결과 차이를 알아보기 위해 일부시료를 연마한 후 현장측정결과와 비교하였 다. 분석결과 석영맥 변질대 연마시료는 K 4.59 at%, Fe 2.77 at%, As 14.00 ppm, Zn 56.00 ppm, V 382.30 ppm, Rb 116.70 ppm 등으로 나타나고, 모암 의 연마시료는 K 1.99~10.21 at%, Fe 1.13~3.94 at%, As 7.00~10.00 ppm, Zn 16.88~72.40 ppm, V 446.90~615.50 ppm, Rb 113.60~181.50 ppm 등 으로 나타난다(Table 2). 또한, 현장 및 연마시료 측정결과의 정확도를 평가 하기 위해 일부 시료에 대해 XRF 및 ICP-AES/MS를 이용한 주원소 및 미량원소의 정량분석을 진행하였다. 분석결과 석영맥 변질대의 조성은 K 2.89~3.38 at%, Fe 3.38~3.48 at%, As 12.79~17.05 ppm, Zn 42.59 ~54.83 ppm, V 31.56~46.35 ppm, Rb 131.3~188.6 ppm이며, 모암은 K 2.11~4.11 at%, Fe 1.26~4.05 at%, As 1.61~6.56 ppm, Zn 26.86~90.60 ppm, V 12.60~60.73 ppm, Rb 134.56~213.51 ppm 등으로 나타난다(Table 3)..
(7) 휴대용 XRF와 단파장적외선 분광분석을 이용한 삼광 금광상의 원소분산 및 모암변질 분석. 265. Table 1. Summary of portable XRF analysis for outcrops in Bonhang adit (at%). Quartz vein. Schist. Gneiss. n Min Max Average STDEV n Min Max Average STDEV n Min Max Average STDEV. (ppm). Quartz vein. Schist. Gneiss. n Min Max Average STDEV n Min Max Average STDEV n Min Max Average STDEV. (ppm). Quartz vein. Schist. Gneiss. n Min Max Average STDEV n Min Max Average STDEV n Min Max Average STDEV. N.D. = Not Detected. Al 9 2.60 5.93 4.05 0.94 643 1.07 8.57 4.67 1.22 151 0.45 7.34 4.13 1.41 Pb 9 5.67 135.33 44.96 40.73 643 2.33 253.33 20.70 24.52 151 2.67 142.33 20.78 20.02 Zr 9 46.67 192.00 111.41 45.20 643 2.33 505.00 128.70 67.35 151 16.67 446.00 140.32 64.27. Ca 9 0.55 3.55 1.53 0.84 643 0.02 29.76 1.41 1.91 151 0.07 27.06 2.58 3.09 U 9 N.D. N.D. N.D. N.D. 643 5.67 5.67 5.67 0.00 151 N.D. N.D. N.D. N.D. As 9 2.00 37.67 19.56 11.54 643 1.67 127.33 8.09 9.28 151 1.67 29.00 6.43 5.43. Fe 9 1.81 7.32 3.89 1.81 643 0.26 13.31 3.36 1.88 151 0.56 14.69 3.32 1.99 Co 9 N.D. N.D. N.D. N.D. 643 N.D. N.D. N.D. N.D. 151 N.D. N.D. N.D. N.D. Sr 9 112.67 765.67 324.44 184.81 643 1.33 1303.67 114.93 80.72 151 23.67 2658.00 216.84 218.20. K 9 2.22 11.96 6.72 2.85 643 0.38 28.67 8.91 5.60 151 0.39 21.59 9.06 5.28 Cr 9 42.67 152.33 96.04 36.31 643 31.00 454.33 122.56 57.83 151 33.00 390.33 138.15 74.14 Rb 9 72.67 213.33 121.19 42.61 643 33.33 430.33 135.30 47.94 151 34.33 307.33 130.39 47.55. Mg 9 N.D. N.D. N.D. N.D. 643 1.06 1.90 1.44 0.28 151 0.91 1.83 1.28 0.31 Cu 9 7.00 52.67 22.44 15.35 643 6.00 1483.67 25.40 68.96 151 6.67 111.67 20.00 16.30 Y 9 2.00 15.00 6.07 4.72 643 1.67 95.33 8.97 10.08 151 1.67 64.33 8.40 10.68. Mn 9 0.01 0.04 0.02 0.01 643 0.00 0.24 0.03 0.02 151 0.01 0.24 0.04 0.02 Ni 9 7.67 47.33 25.79 12.03 643 6.33 183.00 32.37 25.94 151 6.33 260.00 28.25 26.93 Mo 9 3.67 3.67 3.67 0.00 643 3.67 11.33 7.50 3.83 151 4.33 22.00 13.17 8.83. P 9 N.D. N.D. N.D. N.D. 643 0.01 0.82 0.11 0.13 151 0.02 1.45 0.14 0.21 V 9 188.00 438.00 351.30 78.89 643 187.33 844.67 445.55 78.00 151 279.33 922.00 473.43 92.57 Cd 9 11.67 15.33 13.53 1.34 643 11.00 45.67 15.94 6.10 151 10.67 40.67 15.28 5.81. Si 9 6.96 16.69 11.44 3.23 643 4.26 40.84 23.31 6.63 151 5.84 38.91 21.08 6.40 Zn 9 34.33 98.67 61.70 20.62 643 3.33 298.00 52.12 33.65 151 4.67 234.33 53.36 31.24 Sn 9 16.67 17.33 17.00 0.33 643 13.33 55.33 20.14 7.76 151 14.00 150.00 23.69 19.48. Ti 9 0.17 0.51 0.27 0.10 643 0.08 1.37 0.33 0.18 151 0.11 1.26 0.36 0.18.
(8) 266. 김준겸 · 신동복 · 유봉철 · 임헌경 · 김일규. Fig. 5. Box-whisker diagram of portable XRF analysis of outcrops in Bonhang adit. (a, d) schist (b, e) gneiss (c, f) quartz vein.. 4.2. 휴대용 SWIR 본항갱의 모암변질에 따른 산출광물을 파악하기 위 해 휴대용 SWIR을 이용한 현장측정결과 카올리나이트 (kaolinite), 일라이트(illite), 펜자이트(phengite), 몬모릴 로나이트(montmorillonite), 사포나이트(saponite), 버미. 큘라이트(vermiculite), 흑운모, 백운모, 방해석, 녹니석, 녹염석, 각섬석, 석고, 견운모, 액시나이트(axinite) 및 디옵테이즈(dioptase) 등이 측정되었다. 이들 광물들은 일라이트, 운모군, 녹니석, 녹염석, 각섬석군, 탄산염군, 석고 및 견운모로 분류하였다(Deer et al., 1992). 편 암에서 측정되는 광물은 운모, 일라이트, 녹니석, 각섬 석, 녹염석, 소량의 탄산염광물, 견운모 등이 있으며, 편마암에서는 운모, 일라이트, 녹니석, 견운모, 각섬석, 녹염석, 석고, 탄산염광물 등이 산출된다. 그리고 석영 맥 변질대에서는 일라이트, 견운모, 석고 및 운모가 검 출된다(Fig. 6). 각 암상에서 측정된 광물은 편광현미경 관찰 결과와 유사하게 나타난다.. 5. 휴대용 분석기기의 신뢰도 평가. Fig. 6. Frequency of measured minerals using portable SWIR analysis according to lithofacies in Bonhang adit.. 5.1. 휴대용 XRF 신뢰도 평가 휴대용 XRF를 이용한 측정값의 신뢰도를 평가하기 위해 XRF 및 ICP의 정량분석결과와 비교하였다. 비교 는 Yoo et al. (2009)에서 모암변질에 따라 원소증감이 보고된 Al, Ca, Fe, K, Mn, Ti 등의 주원소와 Pb, Cr, Cu, Ni, Zn, Zr, As, Sr, V, Rb 등의 미량원소를 대상으로 하였다. pXRF를 이용한 현장측정자료와 XRF를 이용한 정량분석 결과에서 주원소의 회귀분석.
(9) p.BHV-4. 3.85 1.35 6.21 8.99 <1 0.03 N.D. <0.007 7.83 0.33. 4.89 0.39 2.77 4.59 <1 0.01 N.D. <0.007 41.97 0.32. Quartz vein. BHV-4. (ppm) Pb 15.33 10.00 U <3 <3 Co N.D. N.D. Cr 105.78 154.75 Cu 30.78 32.50 Ni 33.33 32.20 V 282.44 382.30 Zn 87.89 56.00 Zr 135.56 166.80 As 32.89 14.00 Sr 231.44 80.70 Rb 162.44 116.70 Y 2.78 22.00 Mo <1 <1 Cd 8.67 43.00 Sn <5 55.50 N.D. = Not Detected; Polished rock. Adit Sample No. Rock type (at%) Al Ca Fe K Mg Mn Na P Si Ti 6.79 1.07 3.81 1.99 <1 0.04 N.D. <0.007 40.02 0.33. p.BH-13. 5.34 0.97 2.55 9.86 <1 0.03 N.D. 0.05 23.06 0.27. p.BH-75. 8.98 1.32 2.06 6.19 <1 0.03 N.D. <0.007 36.97 0.18. Schist. BH-75. 8.11 24.86 22.44 88.30 <3 <3 <3 <3 N.D. N.D. N.D. N.D. 123.33 136.70 126.11 120.43 6.56 28.71 13.56 59.89 28.56 31.57 14.22 49.80 413.33 446.90 432.89 479.00 56.22 50.90 43.78 35.30 129.78 115.10 89.22 30.60 <1 7.00 5.67 <1 123.78 130.90 121.11 293.10 117.33 126.90 144.33 118.60 4.11 12.50 11.33 6.00 <1 <1 <1 <1 5.89 42.00 <8 39.00 <5 <5 5.44 41.00 slabs are denoted with p in a sample name.. 3.62 2.36 3.61 6.70 <1 0.04 N.D. <0.007 19.64 0.37. BH-13. 5.33 <3 N.D. 159.78 16.67 39.00 469.33 80.11 206.56 7.44 48.56 165.44 10.44 <1 <8 16.89. 5.41 0.30 4.34 12.73 <1 0.02 N.D. 0.05 22.19 0.46. BH-91. 20.00 <3 N.D. 157.20 25.67 29.90 509.70 40.80 108.80 8.50 124.70 181.50 16.00 <1 63.00 41.00. 7.54 1.00 3.29 4.54 <1 0.04 N.D. <0.007 39.86 0.28. p.BH-91. Bonhang. Table 2. Comparison between portable XRF analysis for outcrops and polished rock slabs from Bonhang adit. 9.44 <3 N.D. 113.67 25.22 31.11 448.89 83.89 283.11 9.67 186.33 103.22 2.78 <1 4.00 11.44. 4.45 3.70 3.73 1.81 <1 0.03 N.D. 0.01 25.18 0.48. BH-23. 20.75 <3 N.D. 144.10 42.17 25.60 465.10 72.40 87.90 <1 303.80 121.20 10.00 <1 49.14 <5. 8.14 3.50 3.94 <0.0025 <1 0.04 N.D. <0.007 35.30 0.32. p.BH-23. p.BH-32. 30.33 <3 N.D. 79.89 5.33 13.00 539.00 41.67 139.11 1.22 194.33 145.89 1.00 <1 4.33 <5. 3.96 0.82 2.72 16.09 <1 0.02 N.D. <0.007 18.57 0.28. 30.60 <3 N.D. 123.63 28.57 20.50 580.00 26.63 121.00 <1 394.40 113.60 51.50 <1 43.60 53.00. 7.42 1.31 1.38 5.59 <1 0.02 N.D. <0.007 36.36 0.23. Gneiss. BH-32. 19.22 <3 N.D. 81.33 8.11 4.67 435.89 28.11 166.89 <1 492.56 103.00 3.67 <1 3.67 13.89. 4.33 5.88 2.35 7.76 <1 0.06 N.D. 0.01 20.12 0.38. BH-33. 44.10 <3 N.D. 130.00 27.67 21.00 615.50 16.88 135.40 10.00 263.50 134.50 6.00 <1 38.00 <5. 6.51 1.05 1.13 10.21 <1 0.02 N.D. <0.007 34.13 0.21. p.BH-33. 휴대용 XRF와 단파장적외선 분광분석을 이용한 삼광 금광상의 원소분산 및 모암변질 분석 267.
(10) 268. 김준겸 · 신동복 · 유봉철 · 임헌경 · 김일규. Table 3. Major and trace element analysis using XRF and ICP for selected rock samples from Bonhang adit Adit Sample No. Rock type (wt%) Al2O3 CaO Fe2O3* K2O MgO MnO Na2O P2O5 SiO2 TiO2 L.O.I Total (at%) Al Ca Fe K Mg Mn Na P Si Ti (ppm) Pb U Co Cr Cu Ni V Zn Zr As Sr Rb Y Mo Cd Sn *Fe2O3=total Fe. Bonhang BH-91. BH-23. BH-32 Gneiss. BH-33. 12.86 1.13 5.79 3.20 1.79 0.05 1.39 0.05 69.76 0.54 2.96 99.50. 13.91 1.41 4.98 4.03 1.70 0.04 1.43 0.10 68.34 0.45 3.31 99.70. 15.40 2.48 5.48 2.55 1.69 0.05 3.20 0.07 63.60 0.51 3.42 98.44. 13.82 1.47 1.99 4.48 0.60 0.02 3.22 0.23 71.26 0.21 1.62 98.91. 13.53 1.03 1.80 4.95 0.52 0.02 2.69 0.09 74.09 0.18 1.36 100.26. 6.57 0.82 3.38 3.38 1.13 0.02 0.19 0.04 33.35 0.20. 6.81 0.81 4.05 2.65 1.08 0.04 1.03 0.02 32.61 0.32. 7.36 1.01 3.48 3.34 1.02 0.03 1.06 0.04 31.94 0.27. 8.15 1.77 3.83 2.11 1.02 0.04 2.38 0.03 29.73 0.30. 7.31 1.05 1.39 3.72 0.36 0.02 2.39 0.10 33.31 0.12. 7.16 0.74 1.26 4.11 0.31 0.02 2.00 0.04 34.63 0.11. 30.67 4.90 8.56 414.9 18.59 33.09 31.56 42.59 42.40 12.79 233.9 131.3 10.79 1.14 0.08 1.26. 18.91 3.31 14.69 417.38 16.04 61.40 58.61 90.60 14.88 5.35 101.50 161.11 9.13 1.19 <0.1 0.75. 25.52 4.54 11.63 384.78 18.88 53.13 58.70 71.99 30.08 6.56 103.80 213.51 9.14 1.14 0.14 1.08. 28.47 3.98 11.79 338.37 19.01 54.14 60.73 89.60 27.59 5.49 240.80 134.56 13.38 1.33 0.15 1.66. 39.95 7.72 4.05 356.04 7.45 26.25 12.60 28.69 70.72 2.31 353.60 148.49 15.29 1.01 0.22 2.22. 78.26 7.15 6.14 372.69 6.99 35.58 14.76 26.86 97.40 5.90 218.80 143.55 5.67 1.23 0.26 5.24. BHV-3 BHV-4 Quartz vein. BH-13. 12.54 1.30 4.97 3.48 2.05 0.02 0.03 0.07 69.56 0.42 5.24 99.71. 12.42 1.15 4.83 4.07 1.87 0.03 0.26 0.09 71.34 0.33 3.91 100.29. 6.64 0.93 3.48 2.89 1.24 0.02 0.02 0.03 32.51 0.25. 23.85 4.28 11.13 316.4 24.19 43.89 46.35 54.83 36.88 17.05 185.9 188.6 10.69 0.72 0.06 0.60. Schist. 결정계수는 0.88로 높게 나타나며(Fig. 7a), pXRF와 ICP의 미량원소 결정계수는 오차가 큰 V를 제외하면. 0.56(Fig. 7b)으로 나타난다. 연마를 진행한 동일 지점 시료의 pXRF와 XRF 정량분석결과의 회귀분석 결정.
(11) 휴대용 XRF와 단파장적외선 분광분석을 이용한 삼광 금광상의 원소분산 및 모암변질 분석. 269. Fig. 7. Quantitative XRF-ICP data vs. portable XRF data for outcrops in Bonhang adit. (a) XRF vs. portable XRF for major elements, (b) ICP vs. portable XRF for trace elements.. Fig. 8. Quantitative XRF-ICP data vs. portable XRF data for polished rock slabs from Bonhang adit. (a) XRF vs. portable XRF for major elements, (b) ICP vs. portable XRF for trace elements.. 계수는 0.97로 현장측정값보다 높고(Fig. 8a), pXRF와 ICP 측정값의 결정계수 또한 0.65로 상대적으로 높다 (Fig. 8b). 정량분석결과와 비교할 때 연마를 진행한 시 료에서 현장측정시료보다 오차가 줄어들었다. 하지만, V의 경우 현장측정 결과는 282.44~539.00ppm, 연마 시료는 382.30~615.50ppm로서 정량분석결과인 12.60~60.73ppm과 비교하여 약 10~20배 높게 나타 난다(Table 2, 3). 기존 보고된 조산형 금광상의 미량 원소 분석결과에 따르면 V 함량은 대체로 Ni, Zn와과 유사하며(Bierlein et al., 2001, Large et al., 2011, Pasava et al., 2013), 본 연구의 분석결과와도 일치한 다(Table. 3). 따라서 V의 함량이 10배 이상의 차이를 보이는 것은 해당 휴대용 분석기기의 한계로 여겨진다. 휴대용 분석기기를 이용한 측정시 주원소의 경우 상 대적으로 정확하게 나타나며, 미량원소의 경우 함량이 적어 오차가 큰 것으로 해석된다. 휴대용 분석기를 이. 용한 현장측정결과보다 연마를 진행한 시료의 정확도 가 높으나, 둘 사이 차이가 크지 않으며, 현장측정자료 사용 시 시료처리를 위한 비용절약 및 시간단축의 이 점이 있다. 다만 V과 같은 일부 원소에 대해서는 해석 에 주의를 요한다. 5.2. 휴대용 SWIR 신뢰도 평가 휴대용 SWIR을 이용한 측정결과 중 석영맥 변질대 에서 일라이트/스멕타이트로 불확실한 광물이 측정되 어 이를 확인하기 위해 해당 시료에 대한 XRD 분석 을 진행한 결과 견운모로 나타났다(Fig. 9). SWIR을 이용한 측정은 측정광물을 구성하는 작용기의 흡수스 펙트럼을 측정하여 입력된 자료 내에서 해당 스펙트럼 과 유사한 광물을 나타낸다. 따라서 광물을 구성하는 작용기가 유사할 경우 이를 흡수스펙트럼만으로 판별 하기 어려울 것으로 생각된다. 기존 연구에서 백운모,.
(12) 270. 김준겸 · 신동복 · 유봉철 · 임헌경 · 김일규. 면상태에 따른 흡수-반사의 차이 또한 결과에 영향을 주기 때문에 현장측정 시 주의할 필요가 있다(Kim et al., 2017). 따라서 SWIR을 이용한 분석 시 광물화학 및 암석기재학적 연구 등을 병행하여 측정결과를 검증 할 필요가 있다.. 6. 광화작용의 지시원소 및 지시광물. Fig. 9. XRD patterns for altered wallrocks contacted with quartz veins in Bonhang adit.. 견운모 및 스멕타이트의 흡수스펙트럼이 2,180~ 2,230nm으로 유사하게 나타난다고 보고한 바 있다 (Kim et al., 2017). 본 연구에서 일라이트/스멕타이트 로 측정된 결과는 중복된 흡수스펙트럼으로 인해 나타 난 것으로 이는 SWIR의 한계로 생각되며, 시료의 표. 6.1. 광화작용 지시원소 해석 Yoo et al. (2009)에 따르면 삼광광상에서 관찰되는 모암변질작용은 견운모화작용, 녹니석화작용, 황철석화 작용, 탄산염화작용 및 규화작용 등이 있으며, 이 가운 데 견운모대는 석영맥의 주변부를 따라 수 내지 수십 cm 이내에서 관찰되고, 녹니석대는 모암의 유색광물대 가 산출되는 부분 및 석영맥에서 멀어짐에 따라 발달 한다고 보고하였다. 또한, 삼광광상의 모암에 비해 변 질 받은 시료에서 Na2O, K2O, Ba, Sr, Th, Be 등의 원소는 감소하며 TiO2, Fe2O3, CaO, MgO, As, Ag,. Fig. 10. Correlation diagrams for As and other representative elements from portable XRF analysis for outcrops in Bonhang adit..
(13) 휴대용 XRF와 단파장적외선 분광분석을 이용한 삼광 금광상의 원소분산 및 모암변질 분석. Fig. 11. Contour maps of element dispersion from portable XRF analysis for outcrops in Bonhang adit.. 271.
(14) 272. 김준겸 · 신동복 · 유봉철 · 임헌경 · 김일규. Pb, Cu, Zn, Ni, Co, W, Cr, Zr, V, Sb 및 Rb 등의 원소는 증가한다고 보고하였다. 특히 일반적으로 금광 상에서 As는 Au와 높은 양의 상관성을 보이며 함께 거동하는 특성을 갖는 원소로 석영맥의 관입에 의해 함량이 증가하는 원소이다(Cathelineau et al., 1989; Arehart et al., 1993). 따라서 As의 원소분산은 Au의 원소분산을 지시할 가능성이 높다. 측정에 사용된 휴 대용 XRF는 Au 검출이 되지 않아 함께 거동하는 As 의 거동양상을 통해 변질작용의 특성을 해석하였다. 이와 같은 원소분산 특성을 파악하기 위해 휴대용 XRF를 이용한 측정결과에서 Yoo et al. (2009)에서 보고한 모암변질에 따른 특징적인을 원소분산을 보이 는 원소를 대상으로 As와의 상관도를 제시하고 컨투어 맵을 작성하였다(Fig. 10, 11). 석영맥 변질대 시료에 대한 상관도 도시결과 Zn, Rb, Fe는 As 함량이 증가 함에 따라 함께 증가하는 경향을 보이고, V는 다소 감 소한다. Ca, Ti, Pb, Cr, Ni는 As 함량 증가에 따른 함량변화 양상이 뚜렷하지 않다. 모암시료에서도 이들. 암에서 발달한다. 견운모가 발달된 지점에는 폭 2~30cm 규모의 석영맥이 발달하며, 이는 석영맥의 관 입에 의한 모암변질산물로 여겨진다. 휴대용 SWIR을 이용한 광상탐사 및 광화작용 특성 해석연구는 지속적으로 이루어져왔다. Merry and Pontual (1996)은 휴대용 SWIR을 이용하여 Fostervile 금광상의 열수변질 시스템 내 광물 변질양상을 제시하 였으며, 풍화된 암석에서 금의 유무와 백운모 또는 일 라이트와 카올리나이트와의 관계를 제시했다. 또한, Harraden et al. (2013)은 SWIR을 이용하여 반암형 동광상의 열수변질대에서 층상규산염 광물 및 변질광 물 조합을 통해 변질양상을 구분하였으며, 층상규산염 광물과 견운모가 관찰되는 변질대에서 많은 광석광물. 원소들의 상관관계가 뚜렷하지 않다. 컨투어맵 작성결과 As는 112m 지점의 석영맥과 일 부 석영세맥 부근에서 높은 함량을 보이며, Zn, Rb, Fe, Ti는 As와 유사한 경향성을 보인다. V는 As와의 유사성이 미약한 편이며, Ca는 뚜렷한 경향성이 나타 나지 않는다. Pb는 기존 모암변질에 따라 현저히 증가 하는 원소로 보고되었으나(Yoo et al., 2009) 본항갱 내 함량변화는 미미하게 나타난다. Cr과 Ni는 소규모 석영맥 부근에서 함량이 증가하는 경향을 보인다. 갱 도 입구 부근의 BH-91 시료 지점에서 Zn, Rb, Fe, Ti, Ni의 함량이 증가하는 것으로 보아 부근에 확인되 지 않은 석영맥이 있을 것으로 예상된다(Fig. 11). 컨 투어맵 작성결과 As, Zn, Rb, Fe, Ti, Cr, Ni의 함량 은 모암변질에 따라 증가하는 경향을 보이며, 기존 연 구결과와 일치한다(Yoo et al., 2009). 다만, V의 경우 함량이 현저하게 증가하는 원소로 보고되었으나(Yoo et al., 2009), 본 연구결과 함량변화가 미미하거나 오히려 감소하는 경향이 나타나고 있으며, 이는 전술한 바와 같이 V원소의 분석오류와 관계된 것으로 추정된다. 6.2. 광화작용 지시광물 해석 삼광광상의 대표적 모암변질광물인 견운모와 녹니석 을 대상으로 분포특성을 알아보기 위해 컨투어맵을 작 성하였다(Fig. 12). 도시결과 견운모는 본항갱 입구로부 터 112m와 약 65~75m 지점에서 우세하게 산출되며, 녹니석은 해당 지점을 제외한 본항갱 내 대부분의 모. Fig. 12. Contour maps for sericite and chlorite from portable SWIR analysis for outcrops in Bonhang adit..
(15) 휴대용 XRF와 단파장적외선 분광분석을 이용한 삼광 금광상의 원소분산 및 모암변질 분석. 의 침전을 보고하였다. 삼광광상은 경기육괴편마암 내 발달한 열극을 충진하며 형성된 맥상광상으로 다양한 열수변질작용 및 광석광물의 침전이 이루어졌다. 녹니 석화작용은 모암을 중심으로 넓게 발달된 변질작용이 며, 견운모화작용은 석영맥과 관련되어 발달한다. 따라 서 견운모의 산출양상은 석영맥의 관입에 의한 광화작 용을 지시할 가능성이 있으며, 휴대용 SWIR을 이용한 통한 변질대 조사결과는 일차적인 광화작용 여부를 판 단하는데 사용할 수 있을 것으로 생각된다.. 7. 결. 론. 삼광광상 본항갱에 대한 휴대용 XRF와 정량분석결 과 주원소에 대한 상관계수는 0.88, 미량원소는 0.56을 보이고, 연마처리를 한 시료는 주원소 0.97, 미량원소 0.65로 상대적으로 높게 나타나는 등 주원소에서 높은 상관관계를 이룬다. 휴대용 XRF 현장분석 결과를 대 상으로 상관도표 작성 결과 As 함량에 따라 Fe, Zn, Rb 등이 증가하고, V는 감소한다. 컨투어맵 분석결과 에서 As는 Zn, Rb, Fe, Ti, Cr, Ni 등과 함께 석영맥 부근에서 높은 함량을 보이며, 상호 유사한 경향성이 확인된다. 휴대용 SWIR를 이용한 현장분석결과 편암에서 운모, 일라이트, 녹니석 및 각섬석이 두드러지며, 편마암은 운모, 일라이트, 녹니석, 견운모, 각섬석 등이 측정된다. 석영맥 변질대에서는 일라이트, 견운모, 석고 및 운모 의 광물조합을 보이는데, 현미경 관찰결과와 유사하게 나타난다. 컨투어맵 분석결과 석영맥이 관찰되는 지점 에 견운모의 산출이 두드러지며, 녹니석은 모암 내에 서 골고루 발달하는데 이는 삼광광상의 주변질작용 특 성을 잘 반영한다. 휴대용 분석기기를 이용한 원소분 산 및 모암변질 연구결과는 기존 연구와 대체로 유사 하며 금광상 탐사에 효과적으로 사용가능할 것으로 여 겨진다.. 사. 사. 이 연구는 한국지질자원연구원 융합연구단 사업인 “정보융합형 북한광물자원 잠재성평가 및 자원기술구 축(17-8901)” 및 “북한광물자원 탐사기술실증 및 잠재 성평가(18-8901)” 과제로 수행되었습니다. 논문의 미비 점을 지적하고 유익한 비평을 주신 심사위원께 감사드 립니다.. 273. References Arehart, G.B. and Chryssoulis, S.L. and Kesler, S.E. (1993) Gold and arsenic in iron sulfides from sediment-hosted disseminated gold deposits; Implications for depositional processes. Econ. Geol., v.88, p.171-185. Bierlein, F.P., Arne, D.C., McKnight, S., Lu, J., Reeves, S., Besanko, J., Marek, J. and Cooke, D. (2000) Wallrock petrology and geochemistry in alteration haloes associated with mesothermal gold mineralization, Central Victoria, Australia. Econ. Geol., v.95, p.283311. Bierlein, F.P., Hughes, M., Dunphy, J., McKnight, S., Reynolds, P. and Waldron, H. (2001) Tectonic and economic implicaions of trace element, 40Ar/39Ar and Sm-Nd data from mafic dykes associated with orogenic gold mineralisation in central Victoria, Australia. Lithos. v.58, p.1-31. Cathelineau, M., Boiron, M.C., Holliger, P., Marion, P. and Denis, M. (1989) Gold in arsenopyrites: Crystal chemistry, location and state, physical and chemical conditions of deposition. 328-341 in: The Geology of Gold Deposits: The Perspective in 1988, Econ. Geol. Monograph 6, Econ. Geol. Publishing Co., New Haven, 667p. Chang, Z. and Yang, Z. (2012) Evaluation of interintrument variations among short wavelength infrared (SWIR) devices. Econ. Geol., v.107, p.1479-1488. Choi, H.I., Kim, D.S. and Seo, H.G. (1988) Stratigraphy, depositional environment and basin evolution of the Daedong strata in the Chungnam Coalfield. Korea Inst. Energy Resources, KR-87-(B)-3, 97p. Choi, S.G., Kwon, S.T., Ree, J.H., So, C.S. and Pak, S.J. (2005) Origin of Mesozoic gold mineralization in South Korea. Isl. Arc, v.14, p.102-114. Choi, S.G., Park, S.J., Kim, S.W., Kim, C.S. and Oh, C.W. (2006) Mesozoic gold-silver mineralization in South Korea: metallogenic provinces reestimated to the geodynamic setting. Econ. Environ. Geol., v.39, p.567581. Cline, J.S., Hofstra, A.H., Muntean, J.L., Tosdal, R.M. and Hickey, K. (2005) Carlin-type deposits in Nevada: Critical geological characteristics and viable models. Econ. Geol. 100th Anni. Vol., p.451-484. Deer, W.A., Howie, R.A. and Zussman, J. (1992) An introduction to the rock- forming minerals. Longman Scientific & Technical, New York, 720p. Evans, A.M. (1992) Ore geology and industrial minerals. 3rd (ed.) Blackwell Science. 389p. Gazley, M.F., Duclaux, G., Fisher, L.A., de Beer, S., Smith, P., Taylor, M., Swanson, R., Hough, R.M. and Cleverley, J.S. (2011) 3D visualisation of portable Xray fluorescence data to improve geological understanding and predict metallurgical performance at Plutonic Gold Mine, Western Australia. Applied Earth Sci., v.120, p.88-96. Gazley, M.F. and Fisher, L.A. (2014) A review of the reliability and validity of portable X-ray fluorescence spectrometry (pXRF) data, Monograph 23, 2nd (ed.) Mineral Resource and Ore Reserve Estimation..
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