광물학 9: 광상과 경제적 광물 9.3: 광상의 종류 3.2: 열수 광석 광상
출처 덱스터 퍼킨스 노스다코타 대학교 소스: EK 이페어케이 플러스
9.3.2: 열수 광석 광상
용융물이 냉각되고 결정화됨에 따라 뜨겁고 물이 풍부한 유체가 방출될 수 있습니다.
이 열수 유체는 황, 나트륨, 칼륨, 구리, 주석, 텅스텐 및 상대적으로 용해도가 높은 기타 원소가 풍부합니다.
열수 유체는 암석을 통해 흐를 때 다른 원소를 용해시키고 결국 냉각되어 열수 퇴적물에 미네랄을 침전시킵니다.
이 퇴적물은 4 개 또는 5 개의 범주로 나뉩니다 : 반암 퇴적물, 스카른 퇴적물, 화산성 대규모 황화물 퇴적물, 퇴적물 호기 퇴적물 및 후성 유전 학적 퇴적물. 우리는 아래 섹션에서 다양한 유형에 대해 논의합니다 –
그들은 분명히 다른 기원을 가지고 있으며 수 평방 킬로미터를 덮는 거대한 정맥 네트워크에서 너비가 센티미터에 불과한 작은 정맥에 이르기까지 크기가 다양합니다.
열수 퇴적물은 일반적으로 대양 중부 능선, 섭입대 또는 심성암 옆에 형성됩니다.
이 모든 설정에는 유체 순환을 구동하는 열원이 있습니다. 예외는 대륙 내부에서 형성될 수 있는 후성유전학적 퇴적물이다.
그림 9.16에 표시된 Nalunaq 금은 열수 금의 한 예입니다. 열수 광물화의 두 가지 다른 예는 아래 그림 9.81 및 9.82에 있습니다: 콜로라도의 키스톤 광산에서 채취한 몰리브데나이트 광석과 시에라 네바다 산맥에서 채취한 금광석.
그림 9.81: 콜로라도주 키스톤 광산에서 채취한 몰리브데나이트의 열수 광맥
그림 9.82: 시에라 네바다 산맥의 마더 로드(Mother Lode)에서 나온 열수 금
많은 광물은 열수 유체의 물방울을 가두어 그 기원에 대한 정보를 얻기 위해 분석할 수 있습니다(Box 9-5).
그러나 열수 유체는 광석을 퇴적하기 전에 먼 거리를 이동할 수 있습니다.
따라서 유체와 광석 원소의 출처를 결정하는 것은 종종 어렵거나 불가능합니다.
그러나 증착을 설명하는 것은 더 쉽습니다. 일반적으로 냉각, 압력 변화 또는 pH 또는 기타 화학적 요인의 변화에 대한 반응으로 발생합니다.
유체 개재물 및 열수 광석 광상
그림 9.83: 인회석 결정의 유체 개재물의 현미경 보기
많은 미네랄에는 일반적으로 직경이 0.1-1mm인 작은 기포인 유체 내포물이 포함되어 있으며, 미네랄이 형성될 때 남은 기포입니다.
일반적으로 우리는 그것들을 보기 위해 현미경이 필요합니다.
내포물은 화성, 퇴적물 및 변성 광물에서 발견되며 열수 광석 퇴적물을 연구할 때 특히 중요합니다. 유체 내포물은 그린란드와 북극의 깊은 얼음 코어에서도 발견됩니다.
기후학자들은 기후 성분을 연구함으로써 과거의 기후 기록을 재구성하는 데 도움이 되는 정보를 얻습니다.
내포물로 갇히면 유체는 상대적으로 높은 온도에 있습니다.
유체가 냉각되면 수축하고 기포가 형성될 수 있습니다. 따라서 많은 유체 개재물에는 액체와 증기 기포가 모두 포함되어 있습니다.
유체에 용해된 이온이 풍부하면 할라이트, 실바이트 또는 적철광과 같은 미네랄도 침전될 수 있습니다.
그림 9.83의 포함물에는 기포, 고체 결정 및 약간의 액체가 포함되어 있습니다.
광석 암석학자들은 개재물을 천천히 가열하고 기포가 사라지고 염이 용해되는 온도를 측정함으로써 광석 퇴적물이 형성되는 조건을 종종 결정할 수 있습니다.
9.3.2.1 반암 퇴적물
그림 9.84: 애리조나 주 모렌시(Morenci)의 광산 작업
반암 퇴적물은 특별한 종류의 열수 퇴적물입니다.
그들은 깊이의 마그마에서 파생 된 열수 유체가 금속을 표면으로 운반하고 광물을 퇴적시켜 확산 된 광석 퇴적물을 만들 때 형성됩니다.
이 광상은 구리, 몰리브덴 및 금의 중요한 공급원입니다. 그들은 또한 텅스텐이나 주석을 산출 할 수 있습니다.
반암 퇴적물에서 광석 광물은 열수로 변경된 호스트 암석 내의 작은 정맥에 있으며, 일반적으로 반암성 펠식에서 중간 조성 관입 암석입니다.
반암 광석은 특별히 고급스럽지는 않지만 일반적으로 매장량이 많기 때문에 수익성이 있습니다.
이 퇴적물은 북아메리카와 남아메리카의 서해안을 따라 있는 산과 오스트레일리아 북쪽의 남서 태평양의 섬들에서 흔히 볼 수 있다.
애리조나에 있는 모렌시 광상은 반암 퇴적물이다.
그림 9.84는 광산의 위성 이미지를 보여줍니다. 모렌시(인구 1,489명)는 사진의 오른쪽 아래에 있습니다.
구리 광물은 1865 년 육군 대대에 의해 Morenci에서 처음 발견되었습니다.
광업은 1872년에 시작되었습니다. 오늘날 총 130 평방 킬로미터에 달하는 구덩이가 있는 이 광산은 북미에서 가장 큰 구리 생산지입니다.
작업은 모렌시 마을 부지 옆에 있는 여러 개의 큰 산 아래와 사이에 뻗어 있습니다.
황화물 광물인 황철석과 칼코피라이트가 주요 구리 광석 광물이지만 크리소콜라(산화구리/수산화물)와 공작석(탄산구리)이 산화된 광석 구역에서 발견되고 채굴됩니다.
구리 광물이 가장 중요한 광석 광물이지만 광산에서는 스팔레라이트(아연 광석), 갈레나(납 광석) 및 몰리브데나이트(몰리브덴 광석)도 적게 생산됩니다.
9.3.2.2 스카른 예치금
Figure 9.85: 캐나다 노스웨스트 준주(Northwest Territories)의 칸퉁 광산(Cantung Mine)의 지하 채굴
챕터 8에서 설명한 바와 같이, 스카른은 침입 주변에서 발생하는 접촉 변성 영역입니다.
그들은 얇거나 두꺼울 수 있으며 형성은 종종 메타 소마티즘을 포함합니다.
스카른은 모든 종류의 암석에서 형성될 수 있지만 대부분은 석회암이나 돌로스톤과 관련이 있습니다.
일반적인 스카른 광물에는 방해석과 백운석, 그리고 많은 Ca-, Mg- 및 Ca-Mg-규산염이 포함됩니다.
그러나 일부 스카른은 구리, 텅스텐, 철, 주석, 몰리브덴, 아연, 납 및 금을 포함하는 귀중한 광물 매장지입니다.
스카른은 전 세계 텅스텐 생산량의 거의 4분의 3을 차지합니다.
드물게 스카른은 망간, 니켈, 우라늄, 은, 붕소, 불소 및 희토류 원소를 생산합니다.
반암 퇴적물과 스카른 퇴적물은 모두 열수 활동의 결과이며, 두 유형 사이에는 연속체가 존재합니다.
그림 9.85의 사진은 텅스텐을 생산하는 주요 스카른(skarn)의 지하 광산, 노스웨스트 준주(Northwest Territories)에 있는 캐나다의 칸퉁 광산(Cantung Mine)을 보여준다.
9.3.2.3 화산성 다량 황화물 및 기타 호기 퇴적물
그림 9.86: 온타리오주 티민스(Timmins) 근처의 키드 광산(Kidd Mine)
열수 유체가 지구 표면 또는 그 근처에서 광석 퇴적물을 생성할 때, 우리는 그 퇴적물을 호기라고 부릅니다.
그림 9.86에 표시된 키드 광산(Kidd Mine)이 그 예입니다.
광산은 온타리오 동부의 Timmins 근처에 있습니다. 세계에서 가장 깊은 비금속(철과 귀금속을 제외한 공업용 금속을 일컫는 용어) 광산으로 수심 3,350m 이상에 이릅니다.
광산의 바닥은 사람이 지구의 중심에 가장 가까이 갈 수 있다고 합니다.
키드 광산은 1966년에 생산을 시작했습니다.
처음에는 노천 구덩이였지만 곧 지하로 내려갔습니다. 돈을 버는 금속은 대부분 구리와 아연이지만 은, 금, 납 및 기타 금속도 중요합니다.
광석 광물(대부분 황철광, 황철광, 칼코피라이트, 스팔레라이트, 갈레나)은 따뜻하고 금속이 풍부한 열수가 해저의 퇴적물과 암석의 바닷물과 결합되었을 때 퇴적되었습니다.
그 결과 퇴적물은 거의 100% 광석을 포함하는 퇴적암층 내의 꼬투리 또는 시트에 있습니다.
키드(Kidd) 광상은 화산성 대규모 황화물(VMS) 광상의 한 예입니다.
그러한 광상은 대부분 작으며, 키드 광산은 크지만 가장 크지는 않습니다.
키드(Kidd)의 약 두 배 크기인 가장 큰 VMS 광상은 1958년에 발견된 브리티시 컬럼비아의 윈디 크래기(Windy Craggy) 광상과 1972년에 발견된 스페인의 리오 틴토(Rio Tinto) 광상이다.
대규모 황화물 광상에 있는 광석의 품질은 높고, 호스트 암석은 일반적으로 60% 이상의 광석 광물이므로 작더라도 대규모 황화물 광상은 매력적인 광산 전망입니다.
아래 그림 9.87의 사진은 리오 틴토 광산의 주요 갱도 중 하나를 보여줍니다.
광산의 이름은 레드 강(Red River)으로 번역되며, 그림 9.88의 사진은 오늘날 강에 색을 입히는 산성 광산 배수를 보여줍니다.
광산에서 흘러나오는 유출수는 심각한 환경 문제를 일으켰습니다.
그림 9.87: 리오 틴토 광산. 전망은 10km 너비입니다.
그림 9.88: 리오 틴토 광산(Rio Tinto Mine)의 산성 광산 배수
그림 9.89: 해저의 검은 흡연자
VMS 예금이 특히 흥미로운 이유는 오늘날 VMS 예금이 생성되는 것을 볼 수 있다는 것입니다.
이 사진(그림 9.89)과 그 아래에 링크된 멋진 유튜브 동영상은 해저에서 담배를 피우는 흑인을 보여준다.
이 흡연자에서는 뜨거운 열수가 바닷물과 섞여 황화물 광물의 미세한 입자를 생성하고 막대한 광석 퇴적물을 생성합니다.
가장 흔한 광물인 황화철은 검은색이기 때문에 이름입니다.
키드(Kidd), 윈디(Windy), 크래기(Craggy), 리오틴토(Rio Tinto) 및 기타 대규모 황화물 매장지에서 채굴된 광석은 여기에서 볼 수 있는 것과 같은 흑인 흡연자에 의해 기원되었습니다.
흡연자들은 해저의 광대한 지역을 커버하며 과거에도 그랬습니다.
형성 후, 그들은 나중에 융기되어 오늘날 우리가 발견하는 대륙에 통합되었습니다.
영상에서 볼 수 있듯이 검은 흡연자는 풍부한 해양 생물의 서식지이기도 합니다.
검은 연기는 모든 대양 중부 능선에서 발생하며 중원 능선 광석은 잠재적으로 채굴 가능합니다.
오늘날 해저 탐사가 진행되고 있으며 일부 광산 회사는 채굴 작업을 위한 잠정 계획을 개발했습니다.
그러나 현재까지 수심은 직접 채굴하기에는 너무 큰 것으로 입증되었습니다.
흑인 흡연자 근처의 일부 지역에는 진공 청소기로 흡입할 수 있는 황화물 진물이 포함되어 있습니다.
파푸아뉴기니(PNG) 정부는 파푸아뉴기니 바로 북쪽의 해저에 있는 광물이 풍부한 열수 분출구를 목표로 하는 계획된 채굴 작업인 솔와라 1 프로젝트에 1억 달러 이상을 투자했습니다.
이 프로젝트는 상당한 자금 조달 문제를 안고 있었고 많은 지역 및 환경 반대에 부딪혔습니다.
2019 년에 취소되었습니다.
Figure 9.90: 독일 Rammelsberg 광상에서 채취한 Chalcopyrite와 bornite
퇴적물 호기(SEDEX) 퇴적물은 VMS 광상과 가까운 사촌입니다.
차이점은 SEDEX 퇴적물의 숙주 암석은 퇴적암이라는 것입니다.
이러한 예금은 이미 논의된 다른 예금 유형에 비해 드뭅니다.
그들은 상당한 양의 아연, 납, 은, 때로는 구리를 생산했습니다.
그러나 대부분은 광산에 경제적이지 않습니다.
그림 9.90은 독일의 Rammelsberg SEDEX 광상에서 나온 구리 광석(대부분 칼코피라이트와 보르나이트)을 보여줍니다.
Rammelsberg에서 열수 광석은 셰일에 있습니다. 람멜스베르크 광산은 한때 은, 구리, 납을 생산했으나 지금은 문을 닫았다.
9.3.2.4 후성유전학적 퇴적물
열수 퇴적물이 심성암과 직접 연관되어 있지 않을 때, 우리는 그것을 후성유전학적 퇴적물이라고 부른다. 종종, 열수 유체는 원래의 출처를 알 수 없을 정도로 멀리 이동했습니다.
예를 들어, 미국 내륙의 일부 평평한 퇴적암에는 광석 광물을 함유한 석회암 지층이 있습니다.
여기에는 남동부 미주리 납 지구의 광물 매장지와 아이오와, 위스콘신 및 일리노이의 관련 매장지가 포함됩니다.
퇴적물은 특히 미주리 주 남동부의 가막살 나무속 추세(Viburnum Trend)라고 불리는 곡선 지대에 집중되어 있습니다.
캐나다의 노스웨스트 준주(Northwest Territories)에 있는 파인 포인트(Pine Point)와 영국 북부, 그리고 전 세계의 몇몇 다른 지역에서도 비슷한 퇴적물이 발견된다.
우리는 이 모든 광상들을 미시시피 밸리 유형(MVT) 광상이라고 부릅니다.
그림 9.91: Galena, 방해석 및 Rogerley Mine, County Durham, England
이 사진(그림 9.91)은 영국의 노스 페나인(North Pennines)에 있는 MVT 광상에서 채취한 박물관 표본을 보여준다.
이 샘플은 대부분 녹색 형석이지만 갈레나와 흰색 및 연어색 방해석의 은회색 큐브도 포함되어 있습니다.
MVT 광상의 주요 광석 광물은 일반적으로 갈레나(PbS)와 스팔레라이트(ZnS)입니다. 형석(CaF2)는 일반적이지만 경제적 가치는 거의 없습니다.
풍화되거나 변형된 MVT 광석에는 앵글사이트(PbSO4), 세루사이트(PbCO3), 스미소나이트(ZnCO3), hydrozincite (탄산 아연의 일종) 및 2 차 galena 또는 sphalerite. 흐르는 지하수는 석회암이 형성된 지 오랜 시간이 지난 후에도 1차 광석과 2차 광석 광물을 모두 퇴적시켰지만, 지하수의 기원은 알려져 있지 않다. 일부 지질학자들에 따르면, 금속이 풍부한 광석 유체는 산화된 쇄설성 철이 풍부한 암석에서 나왔다고 합니다