연천 함티타늄 자철광상의 성인

Abstract

Titanomagnetite ore bodies in the Yonchon iron mine are embedded in the alkali gabbroic rocks which were intruded Precambrian metasedimentary rocks of Yonchon system. The orebodies can be divided into massive ores in gabbroic rocks, skarn ores of calcareous xenolith and roof-pendant and banded ores concordant with folintion of gneissic gabbro. Hornblende K-Ar ages for equigranula gabbroic rock and gleissic gabbro were obtained to be 1021.8 ± 14.5 Ma and 1468.4 ± 20.8 Ma, respectively. Based on occurrence of orebodies, the titanomagnetite mineralization at Yonchon iron mine occurred in middle Proterozoicage. (1) Foid-bearing gabbroic rocks from the Yonchon iron mine have high content of TiO_(2) ranging from 0.88 to 6.03 wt.% with an average value of 3.46 wt.% compared to normal gabbroic rock with 1.32 wt.% in TiO_(2) (2) Amphibole minerals from gabbroic rock and magnetite orebodies belong to calcic amphibole group such as ferroan pargasite, pargasite, and ferro-pargasite. Garnets are represented by almandine-pyrope group. (3) Ba and Sr of imcompatible elements are negatively correlated with SiO_(2). Meanwhile Co and Cr have a positive correlation with SiO_(2) which indicates differentiation trend of gabbroic magma. Linear trend between La and Ce suggest that gabbroic rocks with the different lithology were originated from identical source of gabbroic magma. (4) Iron ores are ilmenite(42.25 - 51.56 wt.% in TiO_(2)) and titanomagnetite(1.29 - 6.57 wt.% in TiO_(2)) and the former is dominant. Small amount of magnetite, hematite, sphene and sulfide minerals are associate with iron ores. (5) Horblendes from ores and gabbroic rocks have a relatively homogeneous isotopic compositions with δD between -110.0 and -133.9Titanomagnetite ore bodies in the Yonchon iron mine are embedded in the alkali gabbroic rocks which were intruded Precambrian metasedimentary rocks of Yonchon system. The orebodies can be divided into massive ores in gabbroic rocks, skarn ores of calcareous xenolith and roof-pendant and banded ores concordant with folintion of gneissic gabbro. Hornblende K-Ar ages for equigranula gabbroic rock and gleissic gabbro were obtained to be 1021.8 ± 14.5 Ma and 1468.4 ± 20.8 Ma, respectively. Based on occurrence of orebodies, the titanomagnetite mineralization at Yonchon iron mine occurred in middle Proterozoicage. (1) Foid-bearing gabbroic rocks from the Yonchon iron mine have high content of TiO_(2) ranging from 0.88 to 6.03 wt.% with an average value of 3.46 wt.% compared to normal gabbroic rock with 1.32 wt.% in TiO_(2) (2) Amphibole minerals from gabbroic rock and magnetite orebodies belong to calcic amphibole group such as ferroan pargasite, pargasite, and ferro-pargasite. Garnets are represented by almandine-pyrope group. (3) Ba and Sr of imcompatible elements are negatively correlated with SiO_(2). Meanwhile Co and Cr have a positive correlation with SiO_(2) which indicates differentiation trend of gabbroic magma. Linear trend between La and Ce suggest that gabbroic rocks with the different lithology were originated from identical source of gabbroic magma. (4) Iron ores are ilmenite(42.25 - 51.56 wt.% in TiO_(2)) and titanomagnetite(1.29 - 6.57 wt.% in TiO_(2)) and the former is dominant. Small amount of magnetite, hematite, sphene and sulfide minerals are associate with iron ores. (5) Horblendes from ores and gabbroic rocks have a relatively homogeneous isotopic compositions with δD between -110.0 and -133.9‰, and δ^(18)O_(H2O) of +4.5 to +6.5‰, and calculated to have formed in fluids with δ^(18)O^(H2O) of +6.7 to +.8.7 ‰ and δD_(H2O) of -87.9 to -111.8‰, which has a similar isotopic value of primary magmatic water. Based on intrusive age occurrence, mineral chemistry and isotopic compositions, alkalic gabbroic rocks are responsible for the titaniferous magnetite mineralization. The titaniferous magnetite melt was immisciblely separated from the high titaniferous gabbroic melts of Proterozoic age.;남한의 함티타늄 자철광상은 연천, 소연평도, 보름도 등지에서 산출되고 있다. 이들은 모두 선캠브리아기 변성퇴적암류를 관입한 반려암 또는 각섬암과 밀접한 관련성을 가지고 있다. 본 연구에서는 경기도 연천군 삼율리에 위치하고 있는 연천 함티타늄자철광상의 성인과 광물화학의 특징, 광화환경, 광화시기, 모암과의 성인적 관련성둥을 해석하기 위하여 반려암과 광체의 수반광물의 전자현미분석, 주성분원소, 미량원소, 희토류원소(REE)분석과 산소및 수소 안정동위원소비 분석, K-Ar절대연령측정등을 실시하였다. 그 결과는 다음과 같다. (1) 연천 함티타늄 자철광상은 선캠브리아기의 변성퇴적암류를 관입한 알칼리 반려암내애 발달하고 있으며 광체는 반려암체내에 발달하는 맥상·렌즈상· 괴상 광체, 변성퇴적암류와 반려암과의 접촉부에 발달하는 스카른형 광체와 반려암의 엽리구조와 평행하게 배태된 충상철광체로 구분된다. (2) 함티타늄 자철광체와 성인적으로 밀접한 반려암의 K-Ar연령은 조립등립질 반려암 1468.4 ± 20.8 Ma, 편마상 반려암 1021.8 ± 14.5 Ma이며 관인 흑운모-각섬석 화강암은 116.4 ± 1.7 Ma로 얻어졌다. 광체의 산출상태와 각섬석의 K-Ar연령에서 연천 함티타늄자철석 광화작용은 Middle Proterozoic (1021 - 1468 Ma)에 일어난것으로 해석된다. (3) 함티타늄자철광상의 모암은 Foid - bearing gabbro에 해당하는 알카리 반려암으로서 조립·중립 등립질 반려암과 편마상 반려암으로 구분되며 전암의 TiO_(2)함량은 0.88 - 6.03 wt.% (평균 3.46 wt.%)로 보통의 반려암이 갖는 1.32 wt.%보다 대단히 높은 TiO_(2)를 함유하고 있다. 또한 V는 284 - 332 ppm으로 TiO_(2)와 함께 높은 함량을 나타낸다. (4) 반려암의 구성광물 중 각섬석은 calcic amphibole군에 속하며 Ferroan pagasite, Pargasite, Ferro-pargasite에 해당한다. 각섬석내의 TiO_(2)의 함량은 0.005 - 0.069 wt.%로 TiO_(2)의 함량이 대단히 낮다. 휘석은 Salite와 Titanaugite에 해당된다. 자철광체와 인접한 석회석 스카른에서의 석류석은 그로슈라(Grossular, 63.57-77.07 %), 안드라다이트(Andradite, 20.30-33.86 %)로 그란다이트(Grandite)계열에 속하며 반려암체내의 자철광석과 스카른 자철광체내의 석류석은 알만딘(Almandin)이 우세한 알만딘-파이로프(Almandine-Pyrope)계의 석류석으로 철광체와 관련된 석류석은 스카른 광체와 충상철광층 모두 탄산염암의 교대보다도 반려암질암의 교대 영향을 더 받고 있음을 알 수 있다. (5) 반려암증의 Ba, Sr 과 같은 불호정 원소(incomatible element)는 SiO_(2)와 부의 상관관계를 나타내고 호정원소(compatible element)인 Co, Cr등은 SiO_(2)와 정의 상관성을 나타내어 반려암질 마그마 분화 과정을 나타내고 있다. 조립 중립질 반려암과 편마상 반려암등의 La-Ce의 직선적인 상관성은 이들이 동원마그마 기원임을 지시하고 있다. (6) 철광체의 주구성광물은 TiO_(2) 42.25 - 51.56 wt.%과 Total FeO 51.14 - 43.98 wt.%인 일메나이트( Ilmenite )계열과 TiO_(2) 1.29 - 6.57 wt.% Total FeO 85.88 - 77.83 wt.%인 함티타늄자철석( Titanomagnetite )계열로 대분되며 그외 자철석, 적철석, 스펜(sphene) 등으로 구성되며 황동석과 황철석등의 황화광물이 소량 수반된다. (7) 동일지역에서 산출되는 자철광체내에 반려암질암 또는 화강암질암의 포획암이 산출되고 반려암질암에 보통의 반려암보다 TiO_(2)의 함량이 2.14 wt.% 정도 높게 나타나는 점과 광체와 수반되는 석류석의 성분이 반려암체의 것에 영향을 받고 있는 점에서 함티타늄 자철광체의 광화용액의 기원이 광체를 배태하고 있는 반려암질암과 관련이 깊은 것으로 해석이 된다. (8) 반려암내와 자철광체에서 산출되는 각섬석의 δD = -110.0 ∼ -133.9‰, δ^(18)0 = +4.5 ∼ 6.5‰로서 각섬석은 대단히 균일한 동위원소조성을 가지며 자철광체와 반려암내의 각섬석 형성시 규산염멜트(melt)의 수소 및 산소 동위원소 조성은 마그마수 기원에 해당되는 δD = -87.9 ~ -111.8‰과 δ^(18) = +6.7 ~ +8.7‰이다. 함티타늄자철석에서 계산된 광화용액의 δ^(18)0 값도 +10.6 ∼ +10.8로 반려암멜트와 유사한 값을 가진다. 이상의 반려암의 관입시기, 암석화학, 자철광체의 산출상태, 자철석 광물과 각섬석및 스카른 광물의 광물화학및 안정동위원소비의 특징에서 연천 함티타늄자철광상의 철광화작용은 고농도의 함티타늄 반려암 멜트에서 규산염멜트와 함티타늄자철석 멜트의 불혼화로 선캠브리아기에 형성된 정마그마기원의 광상으로 해석이 된다.