인도네시아 동부자바 빠찌딴(Pacitan) 광화대 열수 맥상 광상의 성인 연구

Genetic Environments of Hydrothermal Vein Deposits in the Pacitan District, East Java, Indonesia

인도네시아 빠찌딴 광화대 동-아연 광상은 금 또는 연 광화작용을 수반하여 동부자바 Southern Mountain zone내 제3기 퇴적암류와 화산암류의 열극을 충진한 열수 석영 백상광체로 까시한(Kasihan), 점퐁(Jompong), 금뽈(Gempol) 지역에 밀집 분포한다. 주 광화시기의 광석광물로는 황철석, 황동석, 섬아연석, 방연석 등이 각 지역별로 특징적인 광석광물들과 공생관계로 보이며 산출한다. 즉 까시한 지역의 경우 초기 공생광물군으로써 황철석 자류철석 철함유량이 높은(약 20 mole % FeS) 섬아연석과 Au 함량이 매우높은 (91.4 to 94.0 atomic % Au) 에렉트럼 및 (Cu-)Pb-Bi계 유염광물 등이 산출하며, 점퐁지역은 황철석, 유비철석(29.5~30.3 atomic % As), 섬아연석 등이 공생관계를 보여주며 산출된다. 반면, 금뽈지역의 경우 황철석, 자철석, 적철석 등의 초기 산출이 특징적이다. 광석광물의 침전은 0.8~10.1 wt. % NaCl 상당염농도를 갖는 광화유체로부터 약 $350^{\circ}C$에서 약 $200^{\circ}C$에 걸쳐 진행되었으며, 까시한 및 점퐁지역의 경우 초기 광화유체의 비등현상과 이에 수반된 냉각 회석 작용에 기인한 광액 진화에 의하여, 금뽈지역의 경우 천수의 유입에 의한 냉각 희석작용이 우세하게 진행된 광액 진화에 기인하여 야기되었다. 광화유체의 비등현상 및 유체포유물 연구결과에 근거한 빠찌딴 광화대 주 광화시기의 압력조건은 약 (${\geq}95{\sim}255$ bars로, 까시한($\approx$ 140~255 bar) $\rightarrow$ 점퐁 ($\approx$ 120~170 bar) $\approx$ 금뽈 (${\geq}95$ bar)의 순으로 광화대내 지역별 상대적인 광화심도 차이가 확인된다. 광물공생관계를 이용한 열역학적 연구결과, 온도감소에 따른 유황분압의 변화와 산소분압 조건이 각 지역별로 상이함은 광화대내 각 지역별 열수계에서 상기 광화심도에 관련한 천수의 역할(water/rock 비등)차이에 기인된 결과로 해석된다. 유체내 산소 및 수소안정동위원소 연구결과, 이들 동위원소 값이 광화작용의 진행과 함께 점차 감소함은 상대적으로 낮은 water/rock 비 값은 갖는 환경하에서 동위원소 교환반응을 이뤄 평형상태에 이른 광화초기 열수계내에 광화작용의 진행과 함께 산화상태의 차갑고 동위원소적 교환반응이 적게 이뤄진 천수의 혼입이 점증하였음을 지시하며, 각 지역별 동위원소비 값의 차이는 광화심도에 관련된 water/rock비 및 동위원소 교환반응차 등에 의한 결과로 사료된다.

The hydrothermal vein type deposits which comprise the Kasihan, Jompong and Gempol mineralized areas are primarily copper and zinc deposits, but they are also associated with lead and/or gold mineralization. The deposits occur within the Tertiary sedimentary and volcanic rocks in the Southern Mountain zone of the eastern Java island, Indonesia. Mineralization can be separated into two or three distinct stages (pre-and/or post- ore mineralization stages and main ore mineralization stage) which took place mainly along pre-existing fault breccia zones. The main phase of mineralization (the main ore stage) can be usually classified into three substages (early, middle and late) according to ore mineral assemblages, paragenesis, textures and their chemical compositions. Ore mineralogy and paragenesis of the three areas in the district are different from each other. Pyrite, pyrrhotite (/arsenopyrite), iron-rich (up to 20.5 mole % FeS) sphalerite and (Cu-)Pb-Bi sulfosalts are characteristic of the deposits in the Kasihan (/Jompong) area. On the other hand, pyrite + hematite + magnetite + iron-poor (2.7 to 3.6 mole % FeS) sphalerite assemblage is restricted to the Gempol area. Fluid inclusion data suggest that fluids of the main ore stage evolved from initial high temperatures (near $350^{\circ}C$) to later lower temperatures (near $200^{\circ}C$) with salinities ranging from 0.8 to 10.1 equiv. wt. percent NaCl. Each area represents a separate hydrothermal system: the mineralization at Kasihan and Jompong were largely due to early fluid boiling coupled with later cooling and dilution, whereas the mineralization at Gempol was mainly resulted from cooling and dilution by an influx of cooler meteoric waters. Fluid inclusion evidence of boiling indicates that pressures of ${\geq}95$ to 255 bars (${\geq}95$ bars for the Gempol area: $\approx$ 120 to 170 bars for the Jompong area: $\approx$ 140 to 255 bars for the Kasihan area) during portions of main ore stage mineralization. Equilibrium thermodynamic interpretation indicates that the evolution trends of the temperature versus fS2 variation of ore stage fluids in the Pacitan district follow two fashions: ore fluids at Kasihan and Jompong changed from the pyrite-pyrrhotite sulfidation stage towards pyritehematite- magnetite state, whereas those at Gempol evolved nearly along pyrite-hematite-magnetite reaction curve with decreasing temperature. The sulfur isotope compositions of sulfide minerals are consistent with an igneous source of sulfur with a ${\delta}^{34}S_{{\Sigma}s}$ value of about 3.3 per mil. The oxygen and hydrogen isotopic compositions of the fluids in each area indicate a progressive shift from the dominance of highly exchanged meteoric water at early hydrothermal systems towards an un- or less-exchanged meteoric water at later hydrothermal systems.