Original Article

Econ. Environ. Geol. 2019; 52(1): 107-118

Published online February 28, 2019

https://doi.org/10.9719/EEG.2019.52.1.107

© THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY

Verification of Genetic Process for the High-purity Limestone in Daegi Formation by Oxygen-carbon Stable Isotope Characteristics

Chang Seong Kim1*, Seon-Gyu Choi1, Gyu-Bo Kim1,2, Jeonggeuk Kang1, Sang-Tae Kim3, Jonghyun Lee1 and Jaeho Jang4

1Department of Earth and Environmental Sceinces, Korea University, Seoul 02841, Korea, 2Seojin Quary, Omya Korea, Gangwon 26243, Korea, 3School of Geography and Earth Sciences, McMaster University, Ontario, L8S 4L8, Canada, 4School of Earth and Environmental Sciences, Seoul National University, Seoul, 08826, Korea

Correspondence to : *cskim72@korea.ac.kr

Received: October 1, 2018; Revised: December 2, 2018; Accepted: January 21, 2018

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

Two assertions about the process the formation of the high-purity limestone in the Taebaeksan Basin, categorized into syngenetic and epigenetic origin, are verified on the basis of its oxygen-carbon stable isotopic characteristics. The carbonate rocks sampled from the selective six high-purity limestone mines and several outcrops in the Daegi formation are featured by various colors such as the gray, light gray and dark gray. They show a wide range of oxygen stable isotope ratios (4.5 ~ 21.6 ‰), but a narrow range of carbon stable isotope ratios (-1.1 ~ 0.8 ‰, except for vein calcite), which means that they had not experienced strong hydrothermal alteration. In addition, there is no difference in the range of the oxygen stable isotope ratios by mine and color, and it is similar to the range from surrounding outcrop samples. These results indicate that the effect of the hydrothermal alteration were negligible in the generation of high-purity limestone in deposit scale. Whereas, the carbonate rocks can be divided texturally into two groups on the basis of an oxygen isotope ratio; the massive-textured or well-layered samples (>15 ‰), and the layer-disturbed (or layer-destructed) and showing over two colors in one sample (<15 ‰). In the multi-colored samples, the bright parts are characterized by the very low oxygen stable isotope ratios, compared to the dark parts, implying the increase in brightness of the carbonate rocks could be induced by the interaction between hydrothermal fluid and rock. However, these can be applied in a small scale such as one sample and are not suitable for interpretation of the generation of high-purity limestone as a deposit scale. In particular, the high oxygen isotope ratios from the recrystallized white limestone suggest that hydrothermal fluids are also rarely involved during recrystallization process. In addition, the occurrences of the high-purity limestone orebody strongly support the high-purity limestone in the area are syngenetic rather than epigenetic; the high-purity limestone layers in the area show continuous and almost horizontal shapes, and is intercalated between dolomite layers. Consequently, the overall reinterpretation based on the sequential stratigraphy over the Taebaeksan basin would play an important role to find additional reserves of the high-purity limestone.

Keywords high-purity limestone, Daegi Formation, Taebaeksan Basin, oxygen-carbon stable isotope, carbonate factory

산소-탄소 안정동위원소 특성을 이용한 대기층 고품위 석회석의 생성기작 해석

김창성1* ·최선규1 ·김규보1,2 ·강정극1 ·김상태3 ·이종현1 ·장재호4

1고려대학교 지구환경과학과, 2오미아코리아 서진광업소, 3맥매스터대학교 지리지구과학부, 4서울대학교 지구환경과학부

요 약

태백산분지 북익부 고품위 석회석의 생성은 크게 동생적(syngenetic)과 후생적(epigenetic) 관점으로 나뉘어 있으며, 산소-탄소 안정동위원소 비 특성을 이용하여 이들의 생성환경을 고찰하였다. 북익부의 4개 광산(GMI, 정선, 백운, 백광)과 남익부의 상동(오미아)광산, 그리고, 삼척지역의 쌍용동해광산을 대상으로 하였으며, 이들과의 비교를 위해 정선지역 대기층 노두시료를 포함하였으며, 이들을 색상에 따라 암회색, 회색, 담회색, 백색으로 구분하였다. 산소 안정동위원소 비는 4.5 ~ 21.6 ‰의 넓은 범위의 변화를 보이지만, 탄소 안정동위원소 비는 -1.1 ~ 0.8 ‰ (방해석 맥 제외)로 매우 좁은 범위를 보여, 열수의 작용이 크지 않았음을 지시한다. 또한, 광산별, 색상별 산소-탄소 안정동위원소 비의 분포범위의 차이는 없으며, 주변 노두에서 채취된 탄산염암과 유사한 범위를 보이는 것으로 보인다. 이와 같은 결과는 고품위 석회석의 생성에 있어서 열수의 영향은 거의 없었다는 것을 지시한다. 산소 안정동위원소 비 값은 암석의 색상변화(백색화)보다는 조직의 변화와 관련되는데, 산소 안정동위원소 비 15 ‰ 전후를 기준으로 탄산염암의 산상을 구분할 수 있다. 이보다 높은 경우 괴상 또는 층리가 잘 보존된 특징을 보이는 반면, 낮은 경우 하나의 시료 내에서 두 가지 이상의 색상이 나타나고 있으며, 층리는 교란되거나 거의 소멸하여 흔적만 확인된다. 두 가지 이상의 색상이 나타나는 경우 밝은 부분이 어두운 부분에 비해 현저히 낮은 산소 안정동위원소 비를 보이는 경우가 다수 관찰되며, 이는 열수와의 반응에 의한 현상으로 해석된다. 다만, 이와 같은 현상은 소규모로 나타나고 있으며, 광상 전체적인 고품위 석회석의 생성에 대한 해석으로는 적당하지 않다. 특히, 재결정화한 백색의 탄산염암에서 높은 산소 안정동위원소 비 값을 보이는 것은 이 지역 탄산염암의 재결정화에 열수의 작용이 매우 적었음을 지시하며, 주변 마그마에 의한 열적 영향만을 받은 결과로 해석된다. 또한, 고품위 석회석광상 내 광체의 분포가 수평으로 연속적이며, 고품위 석회석 상하 주변에 백운석이 층상으로 협재되는 등의 산상을 고려할 때, 연구지역 고품위 석회석의 생성은 동생적(syngenetic) 해석이 보다 더 타당할 것으로 판단된다. 따라서, 태백산분지 전반적으로 순차층서적 관점에 의한 퇴적상의 해석이 필요할 것으로 사료되며, 이는 추가적인 고품위 석회석 광체의 확보에 매우 중요한 요소가 될 것이다.

주요어 고품위석회석, 대기층, 태백산분지, 산소-탄소 안정동위원소, 탄산염공장

Article

Original Article

Econ. Environ. Geol. 2019; 52(1): 107-118

Published online February 28, 2019 https://doi.org/10.9719/EEG.2019.52.1.107

Copyright © THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY.

Verification of Genetic Process for the High-purity Limestone in Daegi Formation by Oxygen-carbon Stable Isotope Characteristics

Chang Seong Kim1*, Seon-Gyu Choi1, Gyu-Bo Kim1,2, Jeonggeuk Kang1, Sang-Tae Kim3, Jonghyun Lee1 and Jaeho Jang4

1Department of Earth and Environmental Sceinces, Korea University, Seoul 02841, Korea, 2Seojin Quary, Omya Korea, Gangwon 26243, Korea, 3School of Geography and Earth Sciences, McMaster University, Ontario, L8S 4L8, Canada, 4School of Earth and Environmental Sciences, Seoul National University, Seoul, 08826, Korea

Correspondence to:*cskim72@korea.ac.kr

Received: October 1, 2018; Revised: December 2, 2018; Accepted: January 21, 2018

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

Two assertions about the process the formation of the high-purity limestone in the Taebaeksan Basin, categorized into syngenetic and epigenetic origin, are verified on the basis of its oxygen-carbon stable isotopic characteristics. The carbonate rocks sampled from the selective six high-purity limestone mines and several outcrops in the Daegi formation are featured by various colors such as the gray, light gray and dark gray. They show a wide range of oxygen stable isotope ratios (4.5 ~ 21.6 ‰), but a narrow range of carbon stable isotope ratios (-1.1 ~ 0.8 ‰, except for vein calcite), which means that they had not experienced strong hydrothermal alteration. In addition, there is no difference in the range of the oxygen stable isotope ratios by mine and color, and it is similar to the range from surrounding outcrop samples. These results indicate that the effect of the hydrothermal alteration were negligible in the generation of high-purity limestone in deposit scale. Whereas, the carbonate rocks can be divided texturally into two groups on the basis of an oxygen isotope ratio; the massive-textured or well-layered samples (>15 ‰), and the layer-disturbed (or layer-destructed) and showing over two colors in one sample (<15 ‰). In the multi-colored samples, the bright parts are characterized by the very low oxygen stable isotope ratios, compared to the dark parts, implying the increase in brightness of the carbonate rocks could be induced by the interaction between hydrothermal fluid and rock. However, these can be applied in a small scale such as one sample and are not suitable for interpretation of the generation of high-purity limestone as a deposit scale. In particular, the high oxygen isotope ratios from the recrystallized white limestone suggest that hydrothermal fluids are also rarely involved during recrystallization process. In addition, the occurrences of the high-purity limestone orebody strongly support the high-purity limestone in the area are syngenetic rather than epigenetic; the high-purity limestone layers in the area show continuous and almost horizontal shapes, and is intercalated between dolomite layers. Consequently, the overall reinterpretation based on the sequential stratigraphy over the Taebaeksan basin would play an important role to find additional reserves of the high-purity limestone.

Keywords high-purity limestone, Daegi Formation, Taebaeksan Basin, oxygen-carbon stable isotope, carbonate factory

산소-탄소 안정동위원소 특성을 이용한 대기층 고품위 석회석의 생성기작 해석

김창성1* ·최선규1 ·김규보1,2 ·강정극1 ·김상태3 ·이종현1 ·장재호4

1고려대학교 지구환경과학과, 2오미아코리아 서진광업소, 3맥매스터대학교 지리지구과학부, 4서울대학교 지구환경과학부

Received: October 1, 2018; Revised: December 2, 2018; Accepted: January 21, 2018

요 약

태백산분지 북익부 고품위 석회석의 생성은 크게 동생적(syngenetic)과 후생적(epigenetic) 관점으로 나뉘어 있으며, 산소-탄소 안정동위원소 비 특성을 이용하여 이들의 생성환경을 고찰하였다. 북익부의 4개 광산(GMI, 정선, 백운, 백광)과 남익부의 상동(오미아)광산, 그리고, 삼척지역의 쌍용동해광산을 대상으로 하였으며, 이들과의 비교를 위해 정선지역 대기층 노두시료를 포함하였으며, 이들을 색상에 따라 암회색, 회색, 담회색, 백색으로 구분하였다. 산소 안정동위원소 비는 4.5 ~ 21.6 ‰의 넓은 범위의 변화를 보이지만, 탄소 안정동위원소 비는 -1.1 ~ 0.8 ‰ (방해석 맥 제외)로 매우 좁은 범위를 보여, 열수의 작용이 크지 않았음을 지시한다. 또한, 광산별, 색상별 산소-탄소 안정동위원소 비의 분포범위의 차이는 없으며, 주변 노두에서 채취된 탄산염암과 유사한 범위를 보이는 것으로 보인다. 이와 같은 결과는 고품위 석회석의 생성에 있어서 열수의 영향은 거의 없었다는 것을 지시한다. 산소 안정동위원소 비 값은 암석의 색상변화(백색화)보다는 조직의 변화와 관련되는데, 산소 안정동위원소 비 15 ‰ 전후를 기준으로 탄산염암의 산상을 구분할 수 있다. 이보다 높은 경우 괴상 또는 층리가 잘 보존된 특징을 보이는 반면, 낮은 경우 하나의 시료 내에서 두 가지 이상의 색상이 나타나고 있으며, 층리는 교란되거나 거의 소멸하여 흔적만 확인된다. 두 가지 이상의 색상이 나타나는 경우 밝은 부분이 어두운 부분에 비해 현저히 낮은 산소 안정동위원소 비를 보이는 경우가 다수 관찰되며, 이는 열수와의 반응에 의한 현상으로 해석된다. 다만, 이와 같은 현상은 소규모로 나타나고 있으며, 광상 전체적인 고품위 석회석의 생성에 대한 해석으로는 적당하지 않다. 특히, 재결정화한 백색의 탄산염암에서 높은 산소 안정동위원소 비 값을 보이는 것은 이 지역 탄산염암의 재결정화에 열수의 작용이 매우 적었음을 지시하며, 주변 마그마에 의한 열적 영향만을 받은 결과로 해석된다. 또한, 고품위 석회석광상 내 광체의 분포가 수평으로 연속적이며, 고품위 석회석 상하 주변에 백운석이 층상으로 협재되는 등의 산상을 고려할 때, 연구지역 고품위 석회석의 생성은 동생적(syngenetic) 해석이 보다 더 타당할 것으로 판단된다. 따라서, 태백산분지 전반적으로 순차층서적 관점에 의한 퇴적상의 해석이 필요할 것으로 사료되며, 이는 추가적인 고품위 석회석 광체의 확보에 매우 중요한 요소가 될 것이다.

주요어 고품위석회석, 대기층, 태백산분지, 산소-탄소 안정동위원소, 탄산염공장

    KSEEG
    Jun 30, 2024 Vol.57 No.3, pp. 281~352

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    Economic and Environmental Geology

    pISSN 1225-7281
    eISSN 2288-7962
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