열수 광상
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- 1. 개요
- 2. 열수 광상의 형성
- 3. 열수 광상의 분류
- 3.1. 반암 광상 (Porphyry Ore Deposits)
- 3.2. 스카른 광상 (Skarn Mineral Deposits)
- 3.3. 천열수 광상 (Epithermal hydrothermal vein deposits)
- 3.4. 화산성 괴상 황화물 광상 (Volcanogenic massive sulfide mineral deposits, VMS)
- 3.5. 퇴적 분출 광상 (Sedimentary Exhalative Mineral Deposits, SEDEX)
- 3.6. 미시시피 밸리형 광상 (Mississippi Valley type mineral deposits, MVT)
- 참조
1. 개요
열수 광상은 지하의 열수에 의해 형성되는 광상으로, 산업 활동에 중요한 역할을 한다. 열수 용액은 마그마, 변성 작용, 운수, 맨틀 탈가스 작용 등을 통해 생성되며, 금, 은, 구리, 납, 아연 등 유용한 원소를 포함할 경우 채굴 대상이 된다. 열수 광상은 형성 시기에 따라 동시성, 속성 작용, 후생성으로 분류되며, 반암, 스카른, 화산성 괴상 황화물, 퇴적성 증발, 천열수, 미시시피 밸리형 광상 등으로 세분화된다. 반암 광상은 구리와 몰리브덴 생산의 대부분을 차지하며, 스카른 광상은 경제적 가치가 높다. VMS 광상은 아연 생산량의 상당 부분을 차지하며, SEDEX 광상은 납과 아연의 주요 공급원이다. MVT 광상은 탄산염암에 형성되며, 광석 광물이 공동과 균열을 채우는 특징을 보인다.
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| 열수 광상 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 광상 |
| 형성 과정 | 뜨거운 물에 녹아 있던 성분이 식으면서 침전 |
| 관련 활동 | 화산 활동 |
| 상세 정보 | |
| 형성 깊이 | 지표면에서 수 km 깊이 |
| 온도 | 50 ~ 400℃ |
| 주요 성분 | 물, 염소, 황 |
| 금속 운반 | 염소와 결합: 금, 아연, 구리, 납 황과 결합: 철, 몰리브데넘, 비소, 안티모니, 수은 |
| 침전 기작 | 온도 감소 압력 감소 pH 변화 산화-환원 반응 물의 증발 주변 암석과의 반응 |
| 분류 | |
| 형태에 따른 분류 | 충전 광상 (vein type deposit) 교대 광상 (replacement deposit, metasomatic deposit) 스톡워크 광상 (stockwork deposit) 분화 광상 (disseminated deposit) |
| 온도에 따른 분류 | 천열수 광상 (epithermal deposit): 비교적 얕은 심도, 낮은 온도 중열수 광상 (mesothermal deposit): 중간 심도, 중간 온도 심열수 광상 (hypothermal deposit): 깊은 심도, 높은 온도 |
| 퇴적 환경에 따른 분류 | 화산암 관련 열수 광상 (volcanic-hosted hydrothermal deposit) 심성암 관련 열수 광상 (plutonic-hosted hydrothermal deposit) 해저 열수 광상 (seafloor hydrothermal deposit) |
| 주요 광물 | |
| 금속 광물 | 황동석 (chalcopyrite) 황철석 (pyrite) 방연석 (galena) 섬아연석 (sphalerite) 자유금 (native gold) 자유은 (native silver) |
| 맥석 광물 | 석영 (quartz) 방해석 (calcite) 형석 (fluorite) 중정석 (barite) |
| 경제적 중요성 | |
| 주요 생산 광물 | 금, 은, 구리, 납, 아연, 수은, 안티모니 등 |
| 활용 | 금속 자원 지열 발전 온천 |
| 추가 정보 | |
| 관련 용어 | 광맥 (vein) 광화작용 (mineralization) 유체 포획물 (fluid inclusion) |
| 연구 분야 | 광상학 |
2. 열수 광상의 형성
열수 광물 광상은 현대 산업에서 중요한 역할을 한다. 열수 광상은 지하의 마그마에 의해 가열된 열수가 암석을 통과하며 광물이나 원소를 녹이고, 온도나 압력 변화에 따라 광물이 암석 틈새에 결정화되어 형성되는 광맥이다. 주로 석영 등 흔한 광물로 구성되지만, 금속 광물이나 희소 광물이 생성되기도 한다.
열수 광상은 다음과 같이 분류할 수 있다.
| 화성암 | 마그마로부터 광석 광물이 직접 침전된다. |
|---|---|
| 퇴적암 | 퇴적 과정을 통해 광석 광물이 농축되거나 형성된다. |
| 변성암 | 변성 작용 동안 광석 광물이 형성된다. |
| 열수 | 모암의 입자 사이 공간, 층리면, 균열을 통해 침투하는 열수 용액에 의해 광석 광물이 침전된다. |
열수 용액은 일반적으로 네 가지 기원을 가지지만, 단일 열수 용액은 보통 두 가지 이상 유형의 혼합물이다.[10]
열수 광상의 하위 범주는 다음과 같다.
2. 1. 열수 용액의 기원
열수 용액은 일반적으로 다음 네 가지 기원을 가지는 것으로 알려져 있다. 그러나 단일 열수 용액은 보통 두 가지 이상 유형이 혼합된 것이다.[10]# 마그마가 결정화되는 후기에 마그마에서 나오는 후마그마성 유체[10]
# 지역 변성 작용 과정에서 열수 유체가 점진적으로 제거되어 생성되는 변성 유체[10]
# 지표면에서 아래로 내려가는 운수[10]
# 핵과 맨틀의 탈가스 작용으로 형성된 유체[10]
기저 담수 또한 열수 유체의 가능한 공급원으로 여겨지는데, 이 유체는 퇴적물이 압축되거나 지각 변동에 의해 배출된 공생수로 추정된다.
2. 2. 광석 광물 침전
광석 광물은 모암이 형성될 때와 같은 시기에, 같은 과정을 통해 형성될 수 있는데, 이를 동시성이라고 한다. 모암 형성 후 약간의 시간이 흐른 뒤, 예를 들어 풍화 작용이나 압축 작용 중에 형성될 수도 있는데, 이를 속성 작용이라고 한다. 모암보다 훨씬 늦게 형성되는 경우는 후생성이라고 한다.[11] 모암은 광석 광상을 둘러싼 암석이다.[12][13]지하에서 상승한 열수에 금, 은, 구리, 납, 아연 등의 유용 원소가 포함되어 있는 경우, 형성된 열수 맥은 열수 광상으로 채굴 대상이 된다. 가고시마현의 히시카리 광산(금)이나 아시오 구리 광산(구리) 등 많은 금속 광산은 암석 내를 통과하는 열수가 침전되어 맥을 이룬 것이다. 히시카리 광산, 도이 광산처럼 온천이 용출하는 광산도 많다.
해저 화산 근처의 해저에서는 주변의 해수가 열수의 기원이 되어 해저 열수 광상을 형성한다. 이러한 열원이 풍부한 중앙 해령 부근은 대부분 심해저에 있으며, 높은 온도와 수압으로 인해 해수의 온도는 300℃에 가깝지만 끓지 않는다. 이러한 초임계 상태의 해수는 주변의 기반암으로부터 염류를 고농도로 용출하여 열수 분출공으로부터 해수 중으로 분출되지만 (블랙 스모커 등), 그 주변의 0℃에 가까운 해수에 접촉하면서 염류가 즉시 석출 침전되어, '''치니'''라고 불리는 분출탑이 형성되기도 한다.[45] 또한 주변에 대량의 금속 염류가 침전되어 광상을 형성한다. 이러한 광상은 '''퇴적 광상'''이라고 불린다. 연망간광은 이렇게 얻어지는 광물의 대표적인 예이다.
3. 열수 광상의 분류
열수 광상은 모암의 입자 사이 공간, 층리면, 균열을 통해 침투하는 열수 용액에 의해 광물이 침전되어 형성된다. 열수 용액은 다음 네 가지 유형의 혼합물로 구성될 수 있다.[10]
# 마그마에서 파생된 후마그마성 유체
# 변성 작용으로 생성된 변성 유체
# 지표면에서 하강하는 운수
# 핵 및 맨틀의 탈가스 작용으로 형성된 유체
# 퇴적물의 압축과 지각 변동으로 배출된 공생수 (기저 담수)
광석 광물은 모암과 동시에 형성될 수도 있고(동시성), 모암 형성 이후 풍화 작용이나 압축 작용 중에 형성될 수도 있으며(속성 작용), 모암보다 훨씬 늦게 형성될 수도 있다(후생성).[11]
열수 광상은 다음과 같이 하위 범주로 분류할 수 있다.[9]
해저 화산 근처의 해저에서는 주변의 해수가 열수의 기원이 되어 해저 열수 광상을 형성하기도 한다. 중앙 해령 부근은 대부분 심해저이며, 높은 온도와 수압으로 인해 해수는 300℃에 가까운 초임계 상태가 된다. 이러한 초임계 해수는 주변 기반암에서 염류를 용출하여 열수 분출공 (블랙 스모커 등)을 통해 분출되는데, 주변의 차가운 해수와 접촉하면서 염류가 즉시 석출 침전되어 '''치니'''를 형성하기도 한다.[45] 또한 주변에 대량의 금속 염류가 침전되어 광상을 형성하며, 연망간광이 대표적인 예이다.
3. 1. 반암 광상 (Porphyry Ore Deposits)
반암 광상은 전 세계 구리와 몰리브덴 생산의 대부분을 차지하며, 각각 공급량의 60%와 95%를 차지하는 중요한 광상이다.[1] 이 광상은 고준위의 반심성암에서 산성 내지 중성 마그마 방이나 냉각 플루톤 주변에 발달된 열수 유체 순환 시스템에서 형성된다. 광석은 시간적, 생성론적으로 관입암과 관련이 있지만, 마그마에서 직접 침전되지는 않았다.[1]반암 광상의 특징은 다음과 같다.
| 특징 | 설명 |
|---|---|
| 시대 | 평균 1,300만 년으로, 제3기 및 제4기 대륙 및 해양 호에 해당한다.[18] |
| 규모 | 특히 반암형 광상에서 세계 최대 규모에 속한다.[19] |
| 위치 | 25개의 가장 큰 반암 광상은 남서 태평양과 남아메리카에서 발견된다.[20] |
| 모암 | 광석은 화강암, 화강섬록암 또는 섬록암과 같은 산성 내지 중성 조성의 하나 이상의 반심성 관입암과 관련이 있다.[21] |
| 경제적 금속 | 모암 플루톤이 전형적으로 안산암 조성을 띠는 호상 열도 환경에서는 구리와 금이 주된 관심 대상이다. 대륙 조산대에서는 유문암 조성을 띠며 구리, 몰리브덴, 금, 그리고 때로는 주석이나 텅스텐을 함유한다.[21] |
| 품위 | 일반적으로 품위가 낮고 상대적으로 낮은 가치를 갖는다.[21] |
| 균열 | 광석 광물은 모암 내 균열을 채운 작은 세맥과 드물게 더 큰 맥에 국한된다.[21] 열수 각력암이 종종 발생하며, 때로는 자갈 암맥 형태로 나타난다.[22] |
| 열수 변질 | 각 세맥 양쪽의 모암은 일반적으로 다양한 정도로 변질된다. 장석 및 각섬석과 같은 주요 규산염 광물은 약 400℃ 이하의 온도에서 안정적인 녹니석, 녹렴석, 백운모, 석영과 같은 열수 광물로 대체된다.[21] 변질대는 근접 칼륨 변질, 중간 필릭 (QSP), 원거리 프로필리틱, 점토질 변질을 포함한다.[23] 세맥이 가까우면 변질대가 겹쳐 전체 암석이 열수적으로 변질된다.[24] |
| 채광 활동 | 빙엄 광산, 추키카마타, 엘 테니엔테, 헨더슨 광산 등이 대표적이다. |
3. 1. 1. 반암 광상의 형성
반암 광상은 전 세계 구리와 몰리브덴 생산량의 대부분을 차지하며, 각각 공급량의 60%와 95%를 차지한다.[1]반암형 광상은 고준위, 반심성암의 산성 내지 중성 마그마 방과/혹은 냉각 플루톤 위와 주변에 발달된 열수 유체 순환 시스템에서 형성된다. 광석은 시간적으로나 생성론적으로 관입암과 관련이 있지만, 마그마로부터 직접적으로 침전되지 않았다.[1]
열수 광상은 두 개의 판이 진화된 섭입대에서 충돌하여 형성되며, 이후 기존 암석과 반응하면서 냉각되어 구리 광상을 형성한다. 변위 수준은 일반적으로 활동적인 화산 지역에서 지표면 아래 2km 미만으로 얕다.
전형적인 호상 열도 열수 광상의 예는 다음과 같이 설명된다:[1]
# 해양-해양 충돌대에서 섭입대 위에 있는 해저에서의 초기 화산 활동 중에 형성이 시작된다.[1]
# 마그마가 결정화되면서 물, 이산화 탄소, 이산화 황과 같은 휘발성 물질의 농도가 마그마의 액체상에서 증가한다.[1]
# 결국, 결정화의 아주 늦은 단계에서 휘발성 물질의 농도가 너무 커져 규산염 마그마에서 분리된 별도의 열수 유체상이 형성된다.[1]
# 열수 유체의 양이 증가함에 따라 증기압이 증가한다.[1]
# 어느 시점에서 증기압이 상부 암석의 강도를 초과하여 화산 폭발이 일어나 상부 암석에 균열이 생긴다.[1]
# 남은 마그마에 대한 갑작스러운 상재압 감소는 더 많은 휘발성 물질이 분리되면서 마그마의 즉각적인 격렬한 비등을 초래한다.[1]
# 결과적으로, 광물의 침전에 의해 상부 암석의 균열이 닫히면서 다시 구속 압력이 증가할 수 있다.[1]
# 시간이 지남에 따라 점점 더 고철질 마그마가 화산의 핵으로 상승한다. 이러한 후기 마그마 중 일부는 표면에서 분출하여 침식에 의해 나중에 제거될 새로운 화산암 층을 형성할 것이다.[1]
화산 활동이 멈추고 침식으로 인해 화산의 상부가 제거되어 이전에 내부에 있던 관입암과 스톡워크 광화 작용이 노출된다.[17]
3. 2. 스카른 광상 (Skarn Mineral Deposits)
스카른 광상은 규모는 작지만 광물 품위가 높은 경향이 있어, 수익성 있는 스카른 광상을 찾는 것은 균형과 도전이 따른다.스카른 광상은 여러 금속과 산업 응용 광물의 원천이므로 경제적 가치가 있다.[25]
3. 2. 1. 스카른 광상의 형성
스카른 광상은 관입암의 접촉 변성대에서 탄산염암의 변성 교체에 의해 형성된 광석과 규산염 광물의 집합체이다. 일반적인 규산염 광물은 가넷, 녹렴석, 휘석, 녹니석, 각섬석, 석영이며, 백운석이 교체되는 경우 마그네슘 광물이 우세하고, 석회암이 교체되는 경우 석회질 광물이 우세하다.[25]
스카른 형성은 오른쪽 그림과 같이 세 단계로 설명할 수 있다:[26]
1. 휘발성 성분이 풍부한 산성 내지 중성 마그마체의 관입. 접촉 변성 작용과 미량의 변질 작용, 스카른 형성이 유리한 위치에서 발생한다.[26]
2. 마그마의 지속적인 결정화와 열수 유체로서 휘발성 물질의 광범위한 방출로 인해 광범위한 스카른 형성과 국부적인 각력암화가 발생한다.[26]
3. 온도와 열수 활동이 감소하는 특징을 보이며, 이 기간 동안 정맥에서 황화물 침전이 일어나고 후퇴 변질 작용이 흔하게 발생한다.[26]
화강암과의 매우 밀접한 공간적 연관성이 있으며, 스카른은 반응성이 매우 높은 암석 유형으로 알려진 대리암 내에서만 발생하며, 스카른은 알려진 어떤 화성암 또는 퇴적암 유형과도 다른 화학 조성을 가지고 있다. 또한, 접촉부의 굴곡이나 불투수성 혼펠스 층과 같은 다양한 구조가 스카른 구역의 분포와 광석 등급에 영향을 미쳤다.[27]
3. 3. 천열수 광상 (Epithermal hydrothermal vein deposits)
열수 광상은 얕은 깊이에서 형성되며,[32] 전형적으로 판상(2차원) 형태를 띤다.[33]해저 화산 근처의 해저에서는 주변의 해수가 열수의 기원이 되어 해저 열수 광상을 형성한다. 중앙 해령 부근은 대부분 심해저에 있으며, 높은 온도와 수압으로 인해 해수의 온도는 300℃에 가깝지만 끓지 않는다. 이러한 초임계 상태의 해수는 주변의 기반암으로부터 염류를 고농도로 용출하여 열수 분출공으로부터 해수 중으로 분출되지만 (블랙 스모커 등), 그 주변의 0℃에 가까운 해수에 접촉하면서 염류가 즉시 석출 침전되어, '''치니'''라고 불리는 분출탑이 형성되기도 한다.[45] 또한 주변에 대량의 금속 염류가 침전되어 광상을 형성한다. 이러한 광상은 '''퇴적 광상'''이라고 불린다. 연망간광은 이렇게 얻어지는 광물의 대표적인 예이다.
3. 3. 1. 천열수 광상의 형성
열수 맥상 광상은 암반 내 불연속면을 따라 이동하는 열수 용액에 의해 침전된 것으로, 상대적으로 높은 지각 수준과 중저온에서 형성되는 천열수 기원이다.[9] 이는 모암 형성 이후에 형성되므로 후성적이다.[9] 지하에서 상승한 열수에 금, 은, 구리, 납, 아연 등의 유용 원소가 포함되어 있는 경우, 형성된 열수 맥은 채굴 대상이 된다. 가고시마현의 히시카리 광산(금)이나 아시오 구리 광산(구리) 등 많은 금속 광산은 암석 내를 통과하는 열수가 석출되어 맥을 이룬 것이다. 히시카리 광산, 도이 광산처럼 온천이 용출하는 광산도 많다.광석의 기원에 대해 두 가지 주요 가능성이 있으며, 둘 다 열수 작용과 관련이 있다.[30]
- 작은 규모의 페르시 마그마 덩어리가 상승하여 후생 열수 유체를 방출하거나, 뜨거운 화성암 관입에 의해 구동되는 대류성 대기수 시스템을 형성했을 수 있다. 원소들은 이미 굳어진 화성암 관입 부분에서 용출되어 위쪽과 바깥쪽으로 이동하여 굳어진 화강암 화성암 관입 부분의 균열을 따라가며 정맥에 광석 광물을 침전시키고 주변 암석을 변질시켰을 것이다.
- 지각에서 발생하는 광역 전단 현상은 약 300~400℃의 온도에서 발생한다. 따라서 전단 현상은 지각이 전진 탈휘발화에 노출됨에 따라 열수 유체의 생성 및 이동을 동반했을 수 있다.[31] 이 유체는 화강암 화성암 관입의 한 부분에서 광석 원소를 용출하여 같은 화성암 관입의 다른 부분의 정맥에 재침전시켜 효과적으로 농축했을 수 있다.[31]
좋은 예시로는 미국 네바다 북서부의 금-은 맥, 뉴펀들랜드의 세인트 로렌스 광산에 있는 형석 맥[34]과 노바스코샤 남서부의 이스트 켐트빌 광산을 구성하는 주석 함유 맥과 같은 대형 이온 맥이 있다.[35]
3. 4. 화산성 괴상 황화물 광상 (Volcanogenic massive sulfide mineral deposits, VMS)
화산성 괴상 황화물(VMS) 광상은 전 세계 아연 생산량의 상당 부분을 차지하며, 납, 은, 구리 생산에도 기여한다. VMS 광상은 오랜 기간에 걸쳐 형성되고 귀금속 함량이 비교적 높아 규모가 큰 경향이 있다. 주요 광물은 황철석, 섬아연석, 황동석, 방연석과 같은 황화물이다.
"괴상 황화물" 광상은 50% 이상의 황화물을 함유하는 모든 광상을, "화산성"이라는 수식어는 황화물 침전 시점에 진행 중이던 화산 활동과 유전적으로 관련이 있다고 여겨짐을 나타낸다. 따라서 VMS 광상은 모암인 화산암에 비해 동생성적 또는 약간의 속성 작용을 거친 것으로 여겨진다.
지하에서 상승한 열수에 금, 은, 구리, 납, 아연 등의 유용 원소가 포함된 경우, 형성된 열수 맥은 채굴 대상이 된다. 가고시마현 히시카리 광산(금), 아시오 구리 광산(구리)처럼 암석 내를 통과하는 열수가 석출되어 맥을 이룬 금속 광산들이 이에 해당한다. 히시카리 광산, 도이 광산처럼 온천이 용출되는 광산도 많다.
해저 화산 근처 해저에서는 주변 해수가 열수의 기원이 되어 해저 열수 광상을 형성한다. 이러한 열원이 풍부한 중앙 해령 부근은 대부분 심해저에 있으며, 높은 온도와 수압으로 해수 온도는 300℃에 가깝지만 끓지 않는다. 이러한 초임계 상태 해수는 주변 기반암으로부터 염류를 고농도로 용출하여 열수 분출공으로부터 해수 중으로 분출되는데 (블랙 스모커 등), 그 주변의 0℃에 가까운 해수에 접촉하면서 염류가 즉시 석출 침전되어, '''치니'''라고 불리는 분출탑 형성[45]도 보인다. 또한 주변에 대량의 금속 염류가 침전되어 광상을 형성한다. 이러한 광상은 '''퇴적 광상'''이라고 불린다. 연망간광은 이렇게 얻어지는 광물의 대표적인 예이다.
3. 4. 1. VMS 광상의 형성
화산성 괴상 황화물 광상(VMS 광상)은 전 세계 아연 생산량의 거의 4분의 1을 차지하며, 납, 은, 구리 생산에도 기여한다. VMS 광상은 오랜 기간에 걸쳐 형성되고 귀금속 함량이 비교적 높기 때문에 규모가 큰 경향이 있다. 이 광상의 주요 광물은 황철석, 섬아연석, 황동석, 방연석과 같은 황화물 광물이다.[36]"괴상 황화물" 광상은 50% 이상의 황화물 광물을 함유하는 모든 광상을 지칭한다. "화산성"이라는 수식어는 괴상 황화물이 황화물 침전 시점에 진행 중이던 화산 활동과 유전적으로 관련이 있다고 여겨진다는 것을 나타낸다. 따라서 VMS 광상은 모암인 화산암에 비해 동생성적 또는 약간의 속성 작용을 거친 것으로 여겨진다.[36]
VMS의 형성은 주로 다음 두 가지 이유로 발생한다:[36]
# 상승하는 고온의 광물 함유 유체와 차가운 하강수의 혼합.
# 상승하는 고온 용액의 냉각.
VMS 광상은 확장과 활발한 화산 활동이 있는 지역에서 형성된다. 원래의 유체는 주로 차갑고, 알칼리성이며, 금속이 부족한 해수이며, 경우에 따라 마그마 유체의 소량도 포함될 수 있다.[36] 광물의 주된 공급원은 해수가 흘러 들어가는 화산암이며, 해수는 화산암의 광물을 함께 가져간다.[36] 해수는 가열되고, 대류가 형성되어 광물을 운반하며, 광물은 해저 또는 해수면 바로 아래에 블랙 스모커 형태로 배출된다.[37]
마그마는 맨틀에서 상승하여 지각에서 냉각된 후, 금속을 함유한 휘발성 유체를 방출하며, 이 유체는 결국 표면으로 운반되어 시간이 지남에 따라 이 축적물이 광상으로 변한다.[36] 마그마에서 나오는 고온 휘발성 유체가 균열과 단층을 통해 아래로 이동하는 해수와 같은 저온 액체와 접촉하면 온도와 화학적 성질의 큰 차이로 인해 광물 침전이 발생하여 블랙 스모커에서 검은색을 띠게 되며, 이는 해저에서 나타난다.[36]
모암은 주로 화산암이며, 페르시암 화산암은 섬호 또는 조산대와 같은 수렴 환경을 나타낸다. 처트와 점판암과 같은 소량의 퇴적층이 VMS 광상에서 발견되며, 이는 파동 기준면 아래의 해양 퇴적을 나타낸다.[36]
VMS 광상은 오늘날 현대 해저 열수 분출공이 형성되는 방식과 유사하게 해저에서 형성되었다. 육상 VMS 광상에 대한 가장 최근의 편집본에는 50개 이상의 국가와 150개의 서로 다른 광산 캠프 또는 지구에 약 1,100개의 광상이 포함되어 있다.[38]
3. 5. 퇴적 분출 광상 (Sedimentary Exhalative Mineral Deposits, SEDEX)
퇴적 분출 광상(SEDEX)은 해저 화산 근처 해저에서 주변의 해수가 열수의 기원이 되어 형성되는 해저 열수 광상의 일종이다. 중앙 해령 부근에서 많이 발견되며, 대부분 심해저에 위치한다. 높은 온도와 수압으로 인해 해수의 온도는 300℃에 가깝지만 끓지 않는 초임계 상태가 된다. 이러한 초임계 상태의 해수는 주변 기반암에서 염류를 고농도로 용출하여 열수 분출공을 통해 해수로 분출한다. 분출된 열수는 주변의 0℃에 가까운 차가운 해수와 접촉하면서 염류가 즉시 석출 침전되어, '''치니'''라고 불리는 분출탑을 형성하기도 한다.[45] 또한 주변에 대량의 금속 염류가 침전되어 광상을 형성하는데, 연망간광이 대표적인 예이다.SEDEX 광상은 거의 모든 시대에 걸쳐 형성될 수 있으며, 가장 오래된 열수 광상은 34억 년 전의 것이다.[39] 개별 렌즈는 수백 미터 두께에 파행 방향으로 수백 미터까지 뻗어 있을 수 있지만, 중앙값 광상 규모는 약 7만 톤에 불과하다.[36]
3. 5. 1. SEDEX 광상의 형성
SEDEX(Sedimentary Exhalative, 퇴적 분출) 광상은 대륙 내 열곡 분지에서 열수 유체가 해저로 분출되어 형성되는 납-아연 황화물 광상이다. 층상, 판상, 렌즈형을 띠며, 일반적으로 셰일에서 발견되지만 퇴적물이나 탄산염암이 모암이 될 수도 있다.[41]
SEDEX 광상은 전 세계 아연 생산량의 40%, 납의 60%, 그리고 상당량의 은을 차지한다. 경제적인 중요성에도 불구하고, SEDEX 광상은 비교적 드물게 발견된다. 전 세계적으로 약 70개의 SEDEX 광상이 알려져 있으며, 그 중 24개가 채굴되었거나 현재 채굴 중이다. 대부분은 등급이 낮거나 입자가 매우 작아 제련 회수율이 낮기 때문에 채굴 경제성이 떨어진다.[41]
SEDEX 광상에서 발견되는 황화 광석은 세 가지 유형으로 나타난다.[40]
| 유형 | 설명 |
|---|---|
| 맥상 광석 | 석영-황동석-황철석 맥은 광석의 층서학적 기저에서 두드러진다. |
| 괴상 황화 광석 | 국부적으로 층상 및 입도와 같은 1차 층상 특징을 보인다. |
| 각력암 광석 | 광석 상단 부근에서 흔하며, 황화물 파편의 직경이 10m 이상이다. 수압 파쇄나 해저 열수구에서의 슬럼핑의 결과일 수 있지만, 단층과 같은 구조적 요인도 배제할 수 없다. 광석은 상단에서 아연이 풍부하고 하단에서 구리가 풍부하다. |
SEDEX 광상은 일반적으로 판상에서 렌즈상 형태를 띠며, 크기는 100만 톤 미만에서 1억 5천만 톤 이상까지 다양하다. 종종 무리 지어 발생하는 경향이 있다.[36] 주요 경제성 광물로는 황동석(Cu), 섬아연석(Zn), 방연석(Pb), 은, 금 등이 있다. 주요 맥석 광물은 석영, 황철석, 자류철석이다. 일부 광상에서는 중정석(BaSO4), 석고 또는 경석고 렌즈가 황화물과 함께 발견되기도 한다.[39]
SEDEX 광상은 거의 모든 시대에 걸쳐 형성될 수 있으며, 가장 오래된 것은 34억 년 전의 것이다.[39] 개별 렌즈는 수백 미터 두께에 파행 방향으로 수백 미터까지 뻗어 있을 수 있지만, 중앙값 광상 규모는 약 7만 톤에 불과하다.[36] 대표적인 채광 활동 지역으로는 캐나다 매니토바의 플린 플론(Flin Flon)과 온타리오의 키드 크릭 광산(Kidd Creek Mine)이 있다.
3. 6. 미시시피 밸리형 광상 (Mississippi Valley type mineral deposits, MVT)
미시시피 밸리형 광상(Mississippi Valley type mineral deposits, MVT)은 SEDEX 광상과 비교될 수 있다. 홍해 황화물 광상의 기원 모형을 보면, 차가운 해수가 깊은 곳의 균열을 통해 해저로 들어가고, 하강하면서 가열되어 해저 현무암에서 규소, 금속 및 기타 용질을 침출한다.[42] 황의 기원은 해양 황산염의 세균적 환원, 하부 계열의 세척, 해양 황산염의 열화학적 환원 등에 의한 것일 수 있다. 황화물 광물의 침전은 무기 침전 및/또는 세균 침전에 의해 유발될 수 있다.[42]3. 6. 1. MVT 광상의 형성
MVT(미시시피 밸리형) 광상은 지각적으로 안정된 판내 환경의 얕은 해양 플랫폼에 퇴적된 석회암이나 백운암에서 발견된다. 이러한 환경에서는 화산암, 습곡, 광역 변성 작용이 거의 나타나지 않는다. MVT 광상은 주로 증발암 근처나 부정합 아래에 위치한다.[43]
MVT 광상은 광상 규모에서 층리에 어긋나며, 특정 층서적 지평선에 국한되는 경향을 보인다. 광석을 포함하는 구조는 주로 심하게 각력화된 백운암 영역에서 나타난다. 이러한 구조는 침강을 고각으로 가로지르며 수직에 가깝거나, 층리와 같은 방향으로 뻗어 있는 렌즈 형태를 띨 수 있다.
일반적인 MVT 광상의 생성 모델은 다음과 같다.
# 광석 광물은 백운암의 빈 공간과 균열을 채우고 있어, 열수 기원이자 후성적인 기원임을 알 수 있다.
# 관련된 열수 유체는 주변 암석을 변성시키지 않았기 때문에 온도가 비교적 낮았을 것으로 추정된다.
# 많은 빈 공간의 존재는 암석이 얕은 곳에 위치하여 갇힌 압력이 빈 공간을 붕괴시킬 만큼 충분하지 않았음을 의미한다.
# 섬아연석은 보통 옅은 노란색을 띠는데, 이는 아연이 풍부하고 철이 적은 저온 섬아연석임을 나타낸다.
# 광석 퇴적은 카르스트 지형이 발달하는 동안 또는 직후에 지표면 근처에서 발생했다.
MVT 광상은 광상 규모에서 층리에 어긋난다. 광석을 포함하는 구조는 주로 심하게 각력화된 백운암에서 나타난다. 이러한 구조는 침강을 고각으로 가로지르며 수직에 가깝거나, 층리와 같은 방향으로 뻗어 있는 렌즈 형태를 띨 수 있다.
| 규모 | 일반적으로 각각 1천만 톤 미만이며, 여러 개의 군집을 이루는 경향이 있다. 어퍼 미시시피 밸리 광산 지구에만 400개에 달하는 개별 광상이 존재한다.[44] |
|---|---|
| 품위 | 일반적으로 아연(Zn)과 납(Pb)을 합하여 5%에서 15% 사이이다. 황철석과 황동석이 존재할 수 있고, 일부 광상에서는 풍부하게 나타나기도 하지만, 일반적으로 철 황화물은 미량이다.[43] |
| 모암 | 지각적으로 안정된 판내 환경의 얕은 해양 플랫폼에 퇴적된 석회암과 백운암 |
| 광석 광물 | 섬아연석과 방연석 |
| 채광 활동 | 파인 포인트 광산, 노스웨스트 준주 |
MVT 광상은 고대 퇴적-수성 엑스할레이션 광상(sedex deposits)의 현대적 유사물인 홍해 광상과 비교되기도 하지만, 다음과 같은 몇 가지 차이점이 있다.[44]
- MVT 광상은 탄산염암에서 발견되는 반면, sedex 광상은 해양 셰일에서 발견된다.
- MVT 광상은 수심 50m 미만의 매우 얕은 수심에서 형성되는 것으로 추정되는 반면, sedex 광상은 비교적 깊은 해양 환경에서 형성될 수 있다.
- MVT 광상의 광화 작용은 조립질 입자, 빈 공간, 각력 파편, 자형 결정을 특징으로 하는 반면, sedex 광화 작용은 일반적으로 세립질이며 층상 구조를 이룬다.
- MVT 광상은 층상으로 나타나지만, sedex 광상은 층상 형태를 띤다.
- MVT 광상에서는 일반적으로 구리 및 황철석/자류철석이 없거나 미량으로 존재하는 반면, SEDEX 광상에서는 더 풍부하게 나타날 수 있다.
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