장군광산산(將軍鑛山産) 망간광물의 성인(成因)에 관(關)한 연구(硏究)

Origin of Manganese Carbonates in the Janggun Mine, South Korea

장군(將軍) 연(鉛) 아연(亞鉛) 망간 광상(鑛床)은 캠브로-오도뷔스기(紀)의 장군석회암(將軍石灰岩)과 춘양화강암(春陽花岡岩)과의 접촉부에 발달(發達)하는 접촉교대광상(接觸交代鑛床)이다. 광체(鑛體)는 맥상(脈狀) 및 광통형광체로 상부에는 산화(酸化)망간 및 탄산(炭酸)망간석을 주로 하는 망간광물이 우세하고 하부에는 섬아연석(閃亞鉛石)-방연석(方鉛石)-황철석(黃鐵石)-유비철석(탄산망간석)등의 황화광물(黃化鑛物)이 우세하게 발달하고 있다. 그중 망간광상의 성인에 대하여 열수교대(熱水交代)와 동시퇴적기원(同時堆積起源)으로 그 해석을 달리하고 있으며 탄산(炭酸)망간석(rhodochrosite)이 동시 퇴적기원이란 근거에서 장미암(rhodochrostone)으로 명명된 퇴적암(堆積岩)이 제안되었다(김, 1975). 본 연구에서는 탄산망간석의 기원을 규명하고 이들 광물(鑛物)의 침전환경을 추정하기 위하여 모암인 탄산염암류와 탄산망간석, 산화망간, 방해석 등의 탄소안정동위원소(炭素安定同位元素)(${\delta}^{13}C$)와 산소(酸素)동위원소(${\delta}^{18}O$)를 분석하고 이에 수반되는 황화광물(黃化廣)의 황동위원소(黃同位元素)(${\delta}^{34}S$)를 분석검토하였다. 모암인 석회암 및 돌로마이트질석회암은 ${\delta}^{13}C$=-2.6~+0.1‰ (평균 -1.5‰), ${\delta}^{18}O$=+10.9~+21.9‰ (평균 +17.5‰)이고 탄산망간석은 ${\delta}^{13}C$=-4.2~-6.3‰(평균 -5.3‰), ${\delta}^{18}O$=+7.6~+12.9‰(평균 +10.7‰)로 이들 사이에는 현저한 동위원소값의 차이를 나타내고 있다. 이는 광화용액(鑛化溶液)의 탄소(炭素) 및 산소(酸素)가 모암(母岩)인 탄산염암(炭山鹽岩)의 것과는 동일기원(同一起源)이 아님을 가르킨다. 황동위원소(黃同位元素)(${\delta}^{34}S$)의 값도 +2.0~+5‰로 좁은 범위를 나타내며 화성기원(火成起源)의 황(黃)으로 해석된다. 황동위원소지질온도계(黃同位元素地質溫度計)에 의해 추정된 광상생성온도(鑛床生成溫度)는 $288{\sim}343^{\circ}C$이다. 탄산(炭酸)망간석을 침전시킨 광화용액(鑛化溶液)의 ${\delta}^{18}O_{H_2O}$=+6.6~+10.6‰, ${\delta}^{13}C_{CO_2}$=-4.0~-5.1‰로 심부기원(深部起源)(화성기원(火成起源))으로 해석된다. 따라서 탄산(炭酸)망간석은 마그마성 열수기원에서 침전된것이다. 그러나 망간산화물은 모두 지하수면(地下水面) 상부에서 탄산망간석의 산화(酸化)에 의해 2차적(二次的)으로 형성된 표성산화(表成酸化)망간이며 산화망간광물의 산소는 순환수의 산소보다 석회암(石灰岩)의 산소와 동위원소교환(同位元素交換)이 우세하게 일어난 것으로 해석된다.

Mn-Pb-Zn-Ag deposits of the Janggun mine are hosted in the Cambro-Ordovician Janggun limestone mostly along the contacts of the Jurassic Chunyang granite. The deposits are represented by several ore pipes and steeply dipping lenticular bodies consisting of lower Pb-Zn-Ag sulfide ores and upper manganese carbonate and oxide ores. The former consists mainly of arsenic, antimony, silver, manganese, and tin-bearing sulfides, whereas the latter are characterized by hypogene rhodochrosite, and superficial manganese oxides including todorokite, nsutite, pyrolusite, cryptomelane, birnesite and janggunite. Origin of the upper manganese ore deposits has been a controversial subject among geologists for this mine: hydrothermal metasomatic vs. syngenetic sedimentary origin. Syngenetic advocators have proposed a new sedimentary rock, rhodochrostone, which is composed mainly of rhodochrosite in mineralogy. In the present study, carbon, oxygen and sulfur isotopic compositions were analayzed obtaining results as follows: Rhodochrosite minerals, (Mn, Ca, Mg, Fe) $CO_3$, from hydrothermal veins, massive sulfide ores and replacement ores in dolomitic limestone range in isotopic value from -4.2 to -6.3‰ in ${\delta}^{13}C$(PDB) and +7.6 to +12.9‰ in ${\delta}^{18}O$(SMOW) with a mean value of -5.3‰ in ${\delta}^{13}C$ and +10.7‰ in ${\delta}^{18}O$. The rhodochrosite bearing limestone and dolomitic limestone show average isotopic values of -1.5‰ in ${\delta}^{13}C$ and +17.5‰ in ${\delta}^{18}O$, which differ from those of the rhodochrosite mentioned above. This implies that the carbon and oxygen in ore fluids and host limestone were not derived from an identical source. ${\delta}^{34}S$ values of sulfide minerals exhibit a narrow range, +2.0 to +5.0‰ and isotopic temperature appeared to be about $288{\sim}343^{\circ}C$. Calculated initial isotopic values of rhodochrosite minerals, ${\delta}^{18}O_{H_2O}=+6.6$ to +10.6‰ and ${\delta}^{13}C_{CO_2}=-4.0$ to -5.1 ‰, strongly suggest that carbonate waters should be deep seated in origin. Isotopic data of manganese oxide ores derived from hypogene rhodochrosites suggest that the oxygen of the limestone host rock rather than those of meteoric waters contribute to form manganese oxide ores above the water table.