볼음도 함티타늄자철광상의 암석 지구화학적 연구

Abstract

남한의 함티타늄자철광상은 연천, 소연평도, 볼음도 둥지에 분포하고 있으며 모두 선캠브리아기 연천계 변성암지층내에 발달하고 있다. 연천 고남산 지역의 함티타늄자철광상은 알카리 반려암질암과 밀접히 수반되며 소연평도와 볼음도광상은 각섬암질암과 밀접히 수반되고 있다. 본 연구대상인 볼음도 함티타늄자철광상은 인천에서 북서쪽으로 약 43 km 거리에 위치한 섬인 볼음도에 위치하고 있다. 볼음도 함티타늄자철광상의 성인과 광물화학적 특징, 모암인 각섬암질암의 기원 및 각섬암질암과 자철광화와의 성인적 관련성을 연구하기 위하여 야외지질조사, 각섬암의 암석화학연구, 광석과 각섬암의 광물화학분석등을 실시하였다. 볼음도 함티타늄자철광상은 연천계의 변성퇴적암류를 관입한 각섬암질암내에 층상으로 발달하고 있으며 각섬암질암은 크게 광체와 인접하여 감람석을 함유하고 있는 함감람석각섬암질암과 보통의 각섬암으로 대분되며 산출상태에 따라 각섬암을 조립, 중립등립질 각섬암과 편마상 각섬암으로 구분된다. Niggli값을 이용한 각섬암의 기원 규명에서 볼음도 지역의 각섬암은 암상에 관계없이 화성기원에 해당되며 REE의 해석에서 Ce - Nd의 직선적인 상관성은 이들이 동원마그마 기원임을 지시하고 있다. 특히 각섬암내 감람석의 잔존은 염기성마그마의 분화산물임을 의미한다. 각섬암 전암의 TiO_(2)함량은 2.12 ~ 4.59 wt.% (평균 3.43 wt.%)로 우리나라에 분포하고 있는 기타 화성기원의 각섬암에 비하여 2% 내외로 높은 TiO_(2)를 함유하고 있다. 미량성분 중 V은 152 ~ 415 ppm으로 TiO_(2)와 함께 높은 함량을 나타낸다. 이같은 지화학적 특징은 연천 소연평도 함티타늄자철광상과 수반되어 산출되는 염기성암류와 유사한 특징을 나타내고 있다. 각섬암의 구성광물증 각섬석은 hornblende와 Ferroan pargasitic hornblende, tremolite로써 calcic amphibole group에 속하며 대부분이 hornblende에 해당된다. 함감람석각섬암내 TiO_(2)함량이 0.00 ∼ 0.24 wt. % 로 낮은 것은 광상생성시 고티타늄각섬암으로부터 Ti이 이동되어 광석일메나이트를 형성했기 때문으로 사료된다. 사장석의 조성은 An 40.85 ∼ 51.21%로 calcic사장석 (An>25)인 Andesine(An_(30-50)에 해당된다. Calcic amphibole과 사장석을 이용한 지질온도계와 지질압력계에 의하면 볼음도 지역의 각섬암은 537.1˚c ~ 579.3˚c (평균 555.2˚c)의 온도와 2.9 - 6.6Kbar(평균 4.45 Kbar)의 관입심도에서 형성된 중압변성단계의 각섬암상(Amphibolite facies)의 변성상에 해당된다. 함티타늄자철광상의 주 구성광물은 TiO_(2) 50.67 ~ 53.88 wt.% , total Fe0 39.23 ~ 43.07 wt.% 인 일메나이트(Ilmenite)계열과 TiO_(2) 0.16 - 7.39 wt.% , total Fe0 77.12 ~ 95.03 wt.% 인 함티타늄자철석(Titanomagnetite)계열로 대분되며 스펜, 미립의 크롬철석 및 금흥석둥이 수반된다 광석광물의 부성분원소 중 Cr의 함량은 연천, 소연평도 함티타늄자철광체의 일메나이트나 함티타늄자철석에서보다 이상적으로 높게 나타난다. 이것은 볼음도 광상의 함티타늄자철석과 일메나이트내에 미립의 크롬철석이 존재하기 때문으로 추정되며 상기 두 광상과의 광석광물조성의 차이점이다. 광석내의 일메나이트와 각섬암내 일메나이트에 대한 화학성분비교에서 Ti0_(2)와 total Fe0의 함량에는 차이점이 없으나 부성분원소인 Mg0와 Mn0의 함량이 매우 대조적인 분포를 나타낸다. Mn0의 함량은 광석에서 0.61 ~ 1.03 wt.%(평균0.86 wt.%), 각섬암내 일메나이트에서 0.61 ~ 3.59 wt.%(평균 1.67 wt.%)이며 Mg0는 각각에서 1.96 - 4.05 wt.%(평균 2.96 wt.%), 0.8 - 2.08 wt.%(평균 1.26 wt.%)로 각섬암내 일메나이트의 Mn0함량이 높은 반면 광석일메나이트에서는 Mg0의 함량이 광석의 그것보다 훨씬 높다. 이러한 성분의 함량차이는 볼음도 변성퇴적암류를 관입한 염기성마그마로부터 자철광체를 형성한 Fe-Ti부화melt와 각섬암을 형성한 규산염melt가 볼혼화과정에 의하여 분리 정출분화되었음을 뜻하며 각섬암내 일메나이트의 Mn양이 현저하게 높은 사실은 각섬암내 일메나이트가 광석일메나이트에 비해 결정화단계가 더 후기임을 지시한다. 이상의 볼음도 함티타늄자철광상의 산출상태, 각섬암질암의 암석화학과 광석의 광물화학특징에서 함티타늄자철광체의 광화용액의 기원은 광체를 배태하고 있는 각섬암질암에 둘 수 있다. 따라서 볼음도 함티타늄자철광상은 고농도의 함티타늄 염기성melt에서 규산염melt와 Fe-Ti부화melt의 불혼화로 형성된 정마그마 기원의 광상으로 해석이 된다.;Lens shaped and stratiformed titanomagnetite ore bodies occurring in the Boreumdo are closely associated with amphibolites, which intruded into Precambrian metasediments. Mineralogical and petrochemical analyses for the amphibolites and titanomagnetite ores were carried out in order to interpret the origin of amphibolite and the genesis of titanomagnetite ore deposits. Amphibolites belongs to orthoamphibolite in terms of Niggli value and mineralogy, and are characterized by the occurrence of relict olivine. The amphibolites responsible for titanomagnetite mineralization have unusally high content of TiO_(2), ranging from 2.12 to 4.59 wt.% with the average value of 3.43 wt.%. Amphibole minerals in amphibolites are consist mainly of calcic amphiboles such as hornblende, ferroan pargasitic hornblende and tremolite. Plagioclase belongs to a andesine(An_(30-50)). The metamorphic temperature and geobarometric pressure calculated by the calcic amphibole - plagioclase geothermometer are estimated as 537.1℃~ 579.3℃(average 555.2℃) and 2.9 ~ 6.6 Kbar(average 4.45 Kbar), respectively. It shows typical amphibolite facies. The Boreumdo iron ores are composed mainly of titanomagnetite and ilmenite. The genesis of the Boreumdo titanomagnetite ore deposits are similar to the Soyeonpyeong and Yonchon iron ore deposits in terms of their mineralogy, mineral chemistry and geologic setting. Based on the mineral chemistry and petrochemistry of amphibolites and iron ores from the Boreumdo iron mine, the titaniferous oxide melt could be immisciblely seperated from the titaniferous basic magma.