울산철광산의 사문암과 탄산염암의 지구화학

Abstract

울산철산 주위에 분포하는 사문암과 탄산염암의 성인을 규명하기 위해 야외 지질조사와 이들 암석의 광물학적·지구화학적·안정동위원소 조성연구를 실시하였다. 야외조사에서 화강암이 사문암을 관입하였음이 관찰되어 사문암화작용이 화강암 관입 이전에 일어났을 가능성을 시사하여 주고 있다. 사문암은 주로 고토감람석, 사방휘석, 사문석, 자철석 등으로 구성되어 있으며 사문석화작용정도에 따라 이들 광물조성이 현저하게 변화하고 있다. 사문암의 화학조성은 MgO 36.87∼41.99 wt%, total FeO^(*) 5.06∼8.45 wt%, MnO 0.11∼0.32 wt%이며 Co, Ni, Cu 의 함량이 대단히 높고 사문암화과정에 의해 CaO, Al_(2)O_(3), total FeO, MgO 등에서 성분변화를 보인다. 사문암의 화학조성은 초염기성암 중에서 특히 페리도타이트로 사료된다. 사문암의 군집분석 결과 +0.7 이상의 좋은 상관관계를 보이는 원소군은 Nb-Zn-MnO-CaO-P_(2)O_(5), Cr-V, Al_(2)O_(3)-Y-TiO_(2), FeO-Zr, Co-Ni 로 나타났다. 탄산염암의 경우는 Al_(2)O_(3)-K_(2)O, Co-Sc, Zr-Na_(2)O-V-MgO, FeO-Y, P_(2)O_(5)-Cu, Cr-Zn-Nb 원소군에서 상관계수 +0.9 이상의 상당히 좋은 상관관계를 나타내는 반면에 Carbonatite 는 CaO-P_(2)O_(5), K_(2)O-Zn-V-Na_(2)O-Al_(2)O_(3), Co-Li, MgO-Sc-FeO 원소군에서 좋은 상관성을 보였다. 이는 울산 탄산염암과 carbonatite 의 생성환경이 다름을 제시해 준다. 울산철산의 탄산염암은 동위원소비가 δ^(l3)C = -2.3 ∼ +4.7 ‰, δ^(18)O = +11.8 ∼ +2.6 ‰ 인 해성기원의 석회암으로 해석되었고 화학분석에서도 탄산염암의 조성은 이 결과와 조화적으로 나타났다. 그러나 자철광체와 공존하는 거정질 방해석은 심부기원으로 해석되었다. 사문암의 산소동위 원소비(δ^(18)O)는 +3.4 ∼ +6.8 ‰ 로 초염기성암 영역에 해당되며 사문암화과정으로 δ^(18)O의 변화폭이 크다. 이는 열수작용에 의한 사문암화과정 동안에 동위원소 교환반동이 일어났기 때문으로 생각된다.;Geochemical analyses including chemical composition and stable isotope ratios of th serpentinites and carbonate rocks were carried out to interpret the peetrogenesis of the rocks from the Ulsan iron mine. Ulsan serpentinites formed from ultramafic rock(pridotite) mainly composed of Mg-olivine, orthopyroxene, serpentine, diopside, talc, cholrite-hornblende and magnetite. Chemical composition of Ulsan serpentinites indicate MgO 36.87 ∼ 41.99 wt%, total FeO 5.06 ∼ 8.45 wt%, MnO 0.11 ∼ 0.32 wt% and high content of Cr, Co, Ni and Cu. Geochemical variation by CaO, Al_(2)O_(3), total FeO, MgO occurs during the serpentinization process. Ulsan serpentinites have a similar chemical composition of peridotite. The serpentinite shows high content of silica and depleted iron due to serpentinization of peridotite. In the result of cluster analysis, Ulsan serpentinites have the group of multi-elements of Nb-Zn-MnO-CaO-P_(2)O_(5), Cr-V, A1_(2)O_(3)-Y-TiO_(2), FeO-Zr, Co-Ni. And Ulsan carbonate rocks have the group of multi-elements of Al_(2)O_(3)-K_(2)O, Co-Sc, Zr-Na_(2)O-V-MgO, FeO-Y. P_(2)O_(5)-Cu, Cr-Zn-Nb. Otherwise, the group of multi-elements by cluster analsis in the carbonatite is CaO-P_(2)O_(5), K_(2)O-Zn-V-Na20-Al_(2)O_(3), Co-Li, MgO-Sc-FeO. Wide variation of oxygen isotopic composition of serpentinite showing +3.4 to +6.8‰ in δ^(18)O indicates the isotopic fractionation with hydrothermal water during serpentinization processes. The isotopic composition of the carbonate rocks repersented by crystalline limestone range from -2.3 to +4.7‰ in δ^(13)O and from +11,8 to +22.6‰ in δ^(18)O which belong to marine limestone. Chemical composition of carbonate rocks are identical to those of average marine limestone. The calcite coexisting with magnetite ore have relatively homogeeneous and light isotopic composition(δ^(13)C = -9.7 ∼ -8.4‰, δ^(18)O = +9,8 ∼ +12.4‰) suggesting the deep seated source of carbon.