Research Paper

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Econ. Environ. Geol. 2021; 54(1): 49-60

Published online February 28, 2021

https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

© THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY

Genetic Environments of Au-Ag-bearing Geumhwa Hydrothermal Vein Deposit

Sunjin Lee, Sang-Hoon Choi*

Department of Earth and Environmental Sciences, Chungbuk National University, Cheongju 28644, Korea

Correspondence to : cshoon@cbnu.ac.kr

Received: January 18, 2021; Revised: January 21, 2021; Accepted: January 21, 2021

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

The Geumhwa Au-Ag deposit is located within the Cretaceous Gyeongsang basin. Mineral paragenesis can be divided into two stages (stage I and II) by major tectonic fracturing. Stage II is economically barren. Stage I, at which the precipitation of major ore minerals occurred, is further divided into three substages(early, middle and late) with paragenetic time based on minor fractures and discernible mineral assemblages: early substage, marked by deposition of pyrite with minor wolframite; middle substage, characterized by introduction of electrum and base-metal sulfides with Cu-As and/or Cu-Sb sulfosalts; late substage, marked by hematite and Bisulfosalts with secondary minerals. Changes in vein mineralogy reflect decreases in temperature and sulfur fugacity with a concomitant increase in oxygen fugacity. Fluid inclusion data indicate progressive decreases in temperature and salinity within each substage with increasing paragenetic time. During the early portion of stage I, high-temperature (≥410°C), high-salinity fluids (up to ≈44 equiv. wt. % NaCl) formed by condensation during decompression of a magmatic vapor phase. During waning of early substage, high-temperature, high-salinity fluids gave way to progressively cooler, more dilute fluids associated with main Au-Ag mineralization (middle) and finally to ≈180°C and ≥0.7 equiv. wt. % NaCl fluids associated with hematite and sulfosalts (± secondary) mineralization (late substage). These trends are interpreted to indicate progressive mixing of high- and medium to low-salinity hydrothermal fluids with cooler, more dilute, oxidizing meteoric waters. The Geumhwa Au-Ag deposit may represent a vein-type system transitional between porphyry-type and epithermal-type.

Keywords Geumhwa Au-Ag deposit, hydrothermal, fluid inclusion, vein deposits, halite

함 금-은 금화 열수 맥상광상의 생성환경

이선진 · 최상훈*

충북대학교 지구환경과학과

요 약

금화광상은 백악기 경상퇴적분지 내에 분포하는 진주층 퇴적암 내에 발달한 열극을 충진하여 생성된 함 금-은 열수 맥상광상으로, 괴상, 각력상 및 호상 및 정동 조직 등 복합적인 조직적 특성을 보여준다. 금화광상 맥상 광화작용은 지구조적 운동(tectonic break)에 의하여 광화 1기(stage I)와 광화 2기(stage Ⅱ)로 구분된다. 광화 1기는 금-은 광화작용이 진행된 주 광화시기로, 석영맥 내에 주된 함 금·은 광물인 에렉트럼과 함께 황화광물, 산화광물 및 황염광물 등이 산출한다. 광화 2기는 주 광화작용 이후 금속 광화작용이 이루어지지 않은 방해석맥의 생성 시기이다. 광화 1기는 광물 광생관계와 산출하는 광물 조합 특성 등에 의하여 3개의 세부 광화시기(초기, 중기, 후기)로 구분된다. 광화 1기의 초기에는 주로 황철석, 황동석 등의 황화광물이 철망간중석, 자철석 등의 산화광물을 수반하여 산출한다. 광화 1기 중기는 주된 금·은 광화작용이 광화 1기의 초기 말부터 계속하여 진행된 시기이다. 주로 에렉트럼과 함께 황동석, 섬아연석 등의 황화광물과 자철석 등의 산화광물이 산출되며, 텐난타이트 및 테트라히드라이트 등의 황염광물이 소량 수반되어 산출된다. 광화 1기 후기에는 방연석, 적철석과 함께 소량의 함 비스무스 황염광물이 산출하며 풍화작용 관련 이차광물의 생성이 진행되었다.
금화광상 광물 공생관계 변화는 열수계의 온도와 황 분압 조건의 감소 및 이에 수반된 산소 분압 조건의 증가 등의 환경변화가 반영된 결과이다. 유체포유물 실험·연구 결과를 종합하면, 초기 금화 열수계는 ≥410°C 온도 조건에서 하부 마그마로부터 용리된 고 염농도(≥44 wt. % NaCl)를 갖는 유체와 금화광상 생성 심도 하부까지 순환하여 물-암석 반응이 진행된 천수 기원의 중내지 저 염농도(≈7.0 wt. % NaCl)의 열수가 함께 유입되어 형성되었다. 그 이후 금화 열수계는 유체의 냉각, 비등작용 및 천수혼입 등에 의하여 진화되었으며, 이들 진화기구에 수반된 냉각작용 및 화학성 변화 등에 의하여 온도 감소(≤200°C)와 염농도 변화(≤1.0 equiv. wt. % NaCl)가 야기되었다. 이러한 금화 열수계의 형성 및 진화 특성은 함 금-은 열수 맥상광상인 금화광상이 초기 천부 관입 마그마의 영향으로 마그마 우세 열수계로 부터 광화 후기 천수의 유입이 우세해지는 천열수계로 변환되는 점이적인 생성환경에서 생성된 맥상광상임을 지시한다.

주요어 금화 금-은 광상, 열수, 유체포유물, 맥상광상, 암염

Article

Research Paper

Econ. Environ. Geol. 2021; 54(1): 49-60

Published online February 28, 2021 https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

Copyright © THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY.

Genetic Environments of Au-Ag-bearing Geumhwa Hydrothermal Vein Deposit

Sunjin Lee, Sang-Hoon Choi*

Department of Earth and Environmental Sciences, Chungbuk National University, Cheongju 28644, Korea

Correspondence to:cshoon@cbnu.ac.kr

Received: January 18, 2021; Revised: January 21, 2021; Accepted: January 21, 2021

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

The Geumhwa Au-Ag deposit is located within the Cretaceous Gyeongsang basin. Mineral paragenesis can be divided into two stages (stage I and II) by major tectonic fracturing. Stage II is economically barren. Stage I, at which the precipitation of major ore minerals occurred, is further divided into three substages(early, middle and late) with paragenetic time based on minor fractures and discernible mineral assemblages: early substage, marked by deposition of pyrite with minor wolframite; middle substage, characterized by introduction of electrum and base-metal sulfides with Cu-As and/or Cu-Sb sulfosalts; late substage, marked by hematite and Bisulfosalts with secondary minerals. Changes in vein mineralogy reflect decreases in temperature and sulfur fugacity with a concomitant increase in oxygen fugacity. Fluid inclusion data indicate progressive decreases in temperature and salinity within each substage with increasing paragenetic time. During the early portion of stage I, high-temperature (≥410°C), high-salinity fluids (up to ≈44 equiv. wt. % NaCl) formed by condensation during decompression of a magmatic vapor phase. During waning of early substage, high-temperature, high-salinity fluids gave way to progressively cooler, more dilute fluids associated with main Au-Ag mineralization (middle) and finally to ≈180°C and ≥0.7 equiv. wt. % NaCl fluids associated with hematite and sulfosalts (± secondary) mineralization (late substage). These trends are interpreted to indicate progressive mixing of high- and medium to low-salinity hydrothermal fluids with cooler, more dilute, oxidizing meteoric waters. The Geumhwa Au-Ag deposit may represent a vein-type system transitional between porphyry-type and epithermal-type.

Keywords Geumhwa Au-Ag deposit, hydrothermal, fluid inclusion, vein deposits, halite

함 금-은 금화 열수 맥상광상의 생성환경

이선진 · 최상훈*

충북대학교 지구환경과학과

Received: January 18, 2021; Revised: January 21, 2021; Accepted: January 21, 2021

요 약

금화광상은 백악기 경상퇴적분지 내에 분포하는 진주층 퇴적암 내에 발달한 열극을 충진하여 생성된 함 금-은 열수 맥상광상으로, 괴상, 각력상 및 호상 및 정동 조직 등 복합적인 조직적 특성을 보여준다. 금화광상 맥상 광화작용은 지구조적 운동(tectonic break)에 의하여 광화 1기(stage I)와 광화 2기(stage Ⅱ)로 구분된다. 광화 1기는 금-은 광화작용이 진행된 주 광화시기로, 석영맥 내에 주된 함 금·은 광물인 에렉트럼과 함께 황화광물, 산화광물 및 황염광물 등이 산출한다. 광화 2기는 주 광화작용 이후 금속 광화작용이 이루어지지 않은 방해석맥의 생성 시기이다. 광화 1기는 광물 광생관계와 산출하는 광물 조합 특성 등에 의하여 3개의 세부 광화시기(초기, 중기, 후기)로 구분된다. 광화 1기의 초기에는 주로 황철석, 황동석 등의 황화광물이 철망간중석, 자철석 등의 산화광물을 수반하여 산출한다. 광화 1기 중기는 주된 금·은 광화작용이 광화 1기의 초기 말부터 계속하여 진행된 시기이다. 주로 에렉트럼과 함께 황동석, 섬아연석 등의 황화광물과 자철석 등의 산화광물이 산출되며, 텐난타이트 및 테트라히드라이트 등의 황염광물이 소량 수반되어 산출된다. 광화 1기 후기에는 방연석, 적철석과 함께 소량의 함 비스무스 황염광물이 산출하며 풍화작용 관련 이차광물의 생성이 진행되었다.
금화광상 광물 공생관계 변화는 열수계의 온도와 황 분압 조건의 감소 및 이에 수반된 산소 분압 조건의 증가 등의 환경변화가 반영된 결과이다. 유체포유물 실험·연구 결과를 종합하면, 초기 금화 열수계는 ≥410°C 온도 조건에서 하부 마그마로부터 용리된 고 염농도(≥44 wt. % NaCl)를 갖는 유체와 금화광상 생성 심도 하부까지 순환하여 물-암석 반응이 진행된 천수 기원의 중내지 저 염농도(≈7.0 wt. % NaCl)의 열수가 함께 유입되어 형성되었다. 그 이후 금화 열수계는 유체의 냉각, 비등작용 및 천수혼입 등에 의하여 진화되었으며, 이들 진화기구에 수반된 냉각작용 및 화학성 변화 등에 의하여 온도 감소(≤200°C)와 염농도 변화(≤1.0 equiv. wt. % NaCl)가 야기되었다. 이러한 금화 열수계의 형성 및 진화 특성은 함 금-은 열수 맥상광상인 금화광상이 초기 천부 관입 마그마의 영향으로 마그마 우세 열수계로 부터 광화 후기 천수의 유입이 우세해지는 천열수계로 변환되는 점이적인 생성환경에서 생성된 맥상광상임을 지시한다.

주요어 금화 금-은 광상, 열수, 유체포유물, 맥상광상, 암염

    Fig 1.

    Figure 1.Geologic map of the Geumhwa deposit area (after Kim et al., 1981). Simplified geologic map of Korea shows the location of the Geumhwa deposit.
    Economic and Environmental Geology 2021; 54: 49-60https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

    Fig 2.

    Figure 2.Photographs of the Au-Ag bearing hydrothermal vein outcrops (A and B) and the products of hydrothermal mineralization (C) at the Geumhwa deposit. Abbreviations: ank=ankerite, qtz-v or Quartz=quartz vein, Calcite=calcite vein.
    Economic and Environmental Geology 2021; 54: 49-60https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

    Fig 3.

    Figure 3.Vein mineral paragenesis of the Geumhwa Au-Ag deposit.
    Economic and Environmental Geology 2021; 54: 49-60https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

    Fig 4.

    Figure 4.Photomicrographs of mineral occurrence and assemblages at the Geumhwa deposit. Irregular electrum grain in pyrite (A and B) or within chalcopyrite (C). Subhedral tetrahedrite (and/or) tennantite in pyrite (A and B). Subhedral wolframite in early pyrite grain (D). Abbreviations: cp=chalcopyrite, el=electrum, mt=magnetite, py=pyrite, sl=sphalerite, tn=tennantite, tt=tetrahedrite, wf=wolframite.
    Economic and Environmental Geology 2021; 54: 49-60https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

    Fig 5.

    Figure 5.Photomicrographs of type I (A, C, D), II (B) and III (E, F, G, H) fluid inclusions in vein quartz, Geumhwa deposit.
    Economic and Environmental Geology 2021; 54: 49-60https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

    Fig 6.

    Figure 6.Histogram of homogenization temperatures(Th) of fluid inclusions in vein quartz of the Geumhwa deposit.
    Economic and Environmental Geology 2021; 54: 49-60https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

    Fig 7.

    Figure 7.Histogram of salinities of fluid inclusions in vein quartz of the Geumhwa deposit.
    Economic and Environmental Geology 2021; 54: 49-60https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

    Fig 8.

    Figure 8.Homogenization temperature versus salinity diagram for type I and III fluid inclusions in vein quartz of the Geumhwa deposit.
    Economic and Environmental Geology 2021; 54: 49-60https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

    Fig 9.

    Figure 9.Sulfur fugacity versus temperature diagram for stage I of Geumhwa Au-Ag deposit with sulfidation reactions. Abbreviations: As=arsenic, Asp=arsenopyrite, Cp=chalcopyrite, Hm=hematite, Mt=magnetite, NAg=atomic fraction of Ag in electrum, Py=pyrite, Po=pyrrhotite, Thd=tetrahedrite.
    Economic and Environmental Geology 2021; 54: 49-60https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

    Fig 10.

    Figure 10.Log fo2fs2 diagram calculated at 250°C showing stability relationship of the late main Au-Ag mineralization temperature at Geumhwa deposit. The ranges in fs2 were calculated from the FeS contents in sphalerite (Scott and Barnes, 1971) and mineral assemblages.
    Economic and Environmental Geology 2021; 54: 49-60https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.1.49

    Table 1 . Chemical composition of electrum from Geumhwa deposit.

    Sample No.Weight %Atomic %
    AuAgTotalAuAgAg/Au
    G6-11-182.0319.04101.0770.2429.760.42
    79.3920.71100.1067.7332.270.48
    79.0521.11100.1667.2332.770.49
    82.9717.50100.4772.2027.800.39
    81.9918.31100.3071.0328.970.41
    82.1818.33100.5171.0628.940.41
    79.0319.7898.8168.6431.360.46
    80.0420.41100.4568.2331.770.47
    77.2021.9799.1665.8134.190.52
    72.8426.9599.7959.6840.320.68
    72.2228.76100.9857.9042.100.73
    92.189.20101.3884.5915.0410.18
    G6-11-281.8617.0798.9372.4227.580.38
    87.5612.4199.9779.4420.560.26
    86.7812.8299.5978.7621.240.27
    85.8212.7598.5778.6621.340.27
    86.4412.7199.1578.8321.170.27
    88.4411.4099.8480.9519.050.24
    99.901.30101.2097.682.320.02
    G6-11-383.6517.90101.5571.9128.090.39
    82.7918.35101.1571.1928.810.40
    81.4819.70101.1869.3730.630.44
    81.5218.1999.7171.0528.950.41
    80.5418.6199.1670.3229.680.42
    81.8718.66100.5370.6129.390.42
    76.6021.8598.4565.7534.250.52
    90.6210.43101.0582.6317.370.21
    G6-7-284.1914.8099.0075.7024.300.32
    88.7810.1698.9482.7117.290.21
    90.009.6199.6083.6916.310.19
    87.2312.5699.8079.1820.820.26
    G6-6-273.1326.4599.5860.2239.780.66
    73.5726.85100.4260.0139.990.67
    G6-6-172.3525.0597.4061.2738.730.63

    Table 2 . Chemical composition of sphalerite from Geumhwa deposit.

    Sample No.Weight %Mole %
    ZnFeCdSTotalZnSFeSCdSTotal
    G6-11-164.900.151.1132.8199.0898.60.31.0100.0
    64.970.321.6132.7999.8397.80.61.4100.0
    64.170.302.0232.7999.4997.40.51.8100.0
    62.880.692.3833.2199.3696.31.22.1100.0
    63.830.901.4132.91100.1695.51.61.2100.0
    64.730.911.0733.12100.5296.41.60.9100.0
    63.641.240.8832.9099.7295.42.20.8100.0
    63.921.441.0333.22100.7294.92.50.9100.0
    63.070.732.9332.84100.0795.41.32.6100.0
    62.420.623.2131.8498.7695.01.12.8100.0
    62.660.862.8832.3899.3395.11.52.5100.0
    G6-11-260.630.912.3632.4097.1194.91.72.2100.0
    G6-11-363.471.591.2833.21100.4894.72.81.1100.0
    62.401.271.2932.7598.3895.52.31.1100.0
    62.851.731.3633.0199.9994.23.01.2100.0
    63.291.051.3332.6499.0095.91.91.2100.0
    63.441.002.0332.9199.9195.61.81.8100.0
    64.140.841.1333.53100.0496.91.51.0100.0
    63.181.401.7633.65100.7694.82.51.5100.0
    63.221.221.6333.51100.4395.12.21.4100.0
    63.711.411.2033.1099.8895.82.51.0100.0
    63.431.381.3332.9199.6795.52.41.2100.0
    62.901.382.5333.66100.8094.82.42.2100.0
    63.051.911.5832.7199.4594.93.41.4100.0
    64.170.981.1332.9899.8896.31.71.0100.0
    63.920.921.0332.3798.8396.61.60.9100.0
    63.820.861.3832.7899.3296.51.51.2100.0
    62.630.921.0432.3397.5296.51.70.9100.0
    62.561.131.4332.7199.0994.82.01.3100.0
    62.631.081.9132.7999.2695.11.91.7100.0
    G6-7-260.691.600.9233.1697.3494.72.90.8100.0
    59.882.541.1132.6298.1491.44.51.0100.0
    61.581.290.9032.5897.1795.52.30.8100.0
    62.001.030.8433.0497.3496.71.90.8100.0
    61.710.791.1733.0297.2096.71.41.1100.0
    61.321.590.7733.2197.0496.12.90.7100.0
    G6-6-263.260.321.0132.7897.6398.10.60.9100.0
    65.350.271.6533.00100.4797.80.51.4100.0
    64.130.281.2632.8798.6498.20.51.1100.0
    64.190.340.9033.4099.2398.00.60.8100.0
    64.440.341.6632.9399.5897.60.61.5100.0
    64.430.170.8833.2598.9098.60.30.8100.0
    64.330.151.3033.0999.0998.20.31.2100.0
    64.220.361.5133.1799.5697.60.61.3100.0
    63.840.301.4133.1698.9997.80.51.3100.0
    64.180.221.2432.8998.6898.30.41.1100.0
    63.920.211.3732.9998.7398.00.41.2100.0
    65.280.200.7333.0099.3498.80.40.6100.0
    G6-6-164.390.631.4233.39100.1897.11.11.2100.0
    63.680.661.3633.3899.5996.81.21.2100.0
    63.620.052.1032.4899.5896.00.11.8100.0
    63.710.142.5732.5899.6596.50.22.3100.0
    64.840.141.8232.7299.9697.50.21.6100.0
    65.460.451.5931.7899.9096.90.81.4100.0
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    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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