[AI논문요약/분석/번역][Mineralium Deposita][지질학] 조산 금: 마그마 작용과의 유전적 연관성이 현실적인가?

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🟥📺 관련 유튜브 영상

• 채널: 보다 BODA
• 영상 제목: 인류가 지구에 남아있는 99%의 금을 절대 쓸 수 없는 이유ㅣ🥤콜라보다 (곽민수x장홍제 1부)
• 영상 링크: https://www.youtube.com/watch?v=T5MPrMi_Y9Y

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🗂️ 논문 정보

• DOI: 10.1007/s00126-022-01146-8
• ISO 690: GOLDFARB, Richard J.; PITCAIRN, Iain. Orogenic gold: is a genetic association with magmatism realistic?. Mineralium Deposita, 2023, 58.1: 5-35.
• 저자: Richard Goldfarb, Iain Pitcairn
• 카테고리: 지질학, 지구과학

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📄 논문 대표 이미지

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✨ 논문 핵심 요약

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서론

금 광상의 형성에 대한 연구는 오랫동안 지질학자들 사이에서 논란의 주제였습니다. 특히, 금 광상이 변성암 내에서 어떻게 나타나는지에 대한 이해는 지난 수십 년 동안 상당히 발전했습니다. 그러나 금 광상의 유체와 금속의 근원 및 그들의 생성 모델에 대한 이해는 여전히 불완전합니다. 이 연구는 금 광상 형성에 있어 변성수와 마그마수의 역할을 조명함으로써, 광상 형성에 대한 이해를 심화시키는 데 기여합니다.

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방법론

본 연구는 금 광상 형성에 대한 변성 모델과 마그마-열수 모델을 비교 분석하였습니다. 이를 위해 지화학적, 광물학적 데이터와 지각 변동 과정에서 발생하는 다양한 유형의 금 광상 형성 조건을 탐구하였습니다. 또한, 유체 생산에 관한 연구는 지각의 변성작용과 오로지닉 금의 연관성을 탐구하였으며, 슬랩 탈기화로 인한 유체 생성과 산화된 마그마에서 유체가 분리되는 과정을 분석하였습니다.

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결과

연구 결과, 오로지닉 금 매장 형성 과정은 주로 중등급 변성 조건 하에서 발생하며, 변성되는 암석 내에 충분한 양의 전변성 황철석 입자가 널리 분포하고 있을 때, 오로지닉 금 매장 형성은 변성 작용의 필연적 결과로 나타납니다. 또한, 슬랩 탈기화로 인한 유체 생성은 하강하는 슬랩을 따라 온도와 압력이 증가함에 따라 발생하며, 이로 인해 상부 리소스피어 판이나 아스테노스피어 쐐기 아래에서 변성 유체 상이 생성될 수 있음을 보여줍니다. 산화된 마그마에서 유체가 분리되는 과정은 마그마나 마그마 덩어리로부터 상당한 양의 유체가 약 6km 이하의 심도에서 고체 상태의 암석으로 방출될 가능성을 시사합니다.

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결론

본 연구는 오로지닉 금과 침입체 간에 유전적 연관성이 없음을 결론짓습니다. 대부분의 오로지닉 금 광상은 변성암 지대에서 발견되며, 이는 변성 지각 과정의 결과로 분류됩니다. 변성작용은 주로 그린슈이스트-암피볼라이트 경계에서 일어나며, 이 과정에서 메타퇴적암과 마피성 메타화산암이 H2O-CO2-H2S 유체를 생성하여 금을 운반할 수 있는 능력을 갖추게 됩니다. 이 연구는 금 광상 형성에 있어 변성수와 마그마수의 역할을 조명함으로써, 광상 형성에 대한 이해를 심화시키는 데 기여합니다.

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📚🔄 논문 전체 번역

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조산 금: 마그마 작용과의 유전적 연관성이 현실적인가?

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초록

많은 연구자들은 조산 금광석 형성에 대한 변성 모델을 받아들이고 있으며, 여기서 금을 함유한 수성-탄산성 유체는 녹색편암-각섬암 경계의 탈휘발성 과정에서 본질적으로 생성되며, 대부분의 광상이 6–12 km 깊이의 지진 발생대 내에서 형성된다고 보고 있다. 유체와 금속을 공급하는 비옥한 해양암은 변형되는 상부 지각(깊이 ≤ 20–25 km)에 영향을 미치는 다양한 구조적 시나리오를 통해 가열될 수 있다. 덜 일반적으로, 하강하는 판의 해양 덮개와 지각은 25–50 km 깊이에서 수성-탄산성 변성 유체를 방출할 수 있으며, 이는 밀봉된 판 경계를 따라 상향으로 이동하여 유체 이동과 상부 지각 환경에서의 금 침전을 촉진하는 수직 구조와 교차할 때까지 이동할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 많은 세계적 수준의 조산 금광상은 모호한 지구화학적 및 광물학적 데이터에 기반하거나 단순히 노출되었거나 가설된 관입체와의 공간적 연관성에 기반하여 마그마-열수 과정의 산물로 대안적으로 주장된다. 산화된 관입체는 지각 상부 3–4 km에서 금을 함유한 포피리 및 열수광상을 형성할 수 있지만, 중간대(≈ 6–12 km) 및 하부대(≈ > 12 km) 깊이에서 경제적인 금 자원을 형성할 수 있는 능력은 제한적이다. 휘발성 포화는 깊이 10–15 km까지의 마그마 시스템에서 도달할 수 있지만, 그러한 포화는 마그마-열수 유체 방출을 나타내지 않는다. 휘발성 물질은 일반적으로 마그마와 머쉬에서 상부로 채널링되어 에피조널 수준(≈ < 6 km)의 취성 첨단 지붕 구역으로 이동한 후 큰 압력 구배에 도달하여 집중된 유체를 빠르게 방출한다. 또한 금과 황의 용해도 관계는 마그마-열수 금 시스템의 상대적으로 얕은 형성을 선호한다; 마그마 시스템에서 6 km 이하에서 수성-탄산성 유체 방출이 일반적으로 확산적일지라도, 그것이 어떻게든 더 잘 집중되었다 하더라도 상당한 금을 포함할 가능성은 낮다. 탄소질 지각 물질의 동화 과정을 통해 환원된 관입체가 형성되는 경우, 이후 높은 유체 압력과 수압파쇄는 3–6 km 깊이에서 시트형 맥과 그라이젠의 발달로 이어지는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 환원된 마그마-열수 시스템의 산물은 일반적으로 Sn 및/또는 W 광석을 형성하며, 경제적으로 낮은 등급의 금 발생(< 1 g/t Au)은 드물게 형성된다. 따라서 대부분의 중간-고온 조산대가 조산 금과 관입체를 포함하고 있지만, 유전적 연관성은 없다.

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서론

변성암에서의 금 광상, 즉 소위 광상 금 광상의 지배적인 특성들은 30년 이상 동안 잘 기술되고 요약되었습니다(예: Robert et al. 1991; Groves et al. 1998; Goldfarb et al. 2005). 그러나 유체와 금속의 공급원(Fig. 1), 그리고 따라서 유전적 모델들은 오랫동안 논쟁의 대상이었습니다(예: Sillitoe and Thompson 1998). 많은 연구들은 광상 금으로 분류되는 광상들이 지각 변성 과정의 결과라는 사실을 인정하고 있습니다. 다른 연구들은 광상 금의 특성을 가진 많은 광상들에 대해 마그마적 기원을 선호하고 있습니다. 실제로 지난 20년 동안 변성작용 과정에서 마그마-열수 과정으로 다시 주목할 만한 변화가 있었습니다. 이는 페너로조익 추가층대와 선캄브리아 녹색암대 모두에서 금 생성을 위한 마그마적 유전적 연결을 지지하는 증거들이 상당히 약할 수 있지만 말입니다(예: Groves et al. 2009).

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어떤 경우에는 이러한 금 광상들이 여전히 광상 금 광상이라고 불리지만 가정된 마그마 기원을 가지고 있으며, 다른 경우에는 저자들이 동일한 광상들을 광상-관련 광상으로 분류합니다. 거의 모든 변성대의 세계 최대 금 광상들이 이제 이 마그마 대 변성작용 유전적 논쟁으로 특성화되는 것처럼 보입니다. Sillitoe(2020)가 지적했듯이, 이러한 논쟁적인 광상들은 최근 경제 지질학 문헌의 다양한 연구들에 의해 축소된 광상들(Pogo, Murontau, Zarmitan) 또는 산화된 광상들(Canadian Malartic, Kirkland Lake, Jiaodong, Golden Mile)과 유전적으로 관련이 있다고 제안되었습니다.

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화강암질암과의 시간적 또는 단순히 공간적 관계는 유전적 관계의 표시로 자주 받아들여집니다. 그러나 이 개요에서 보여드릴 바와 같이, 암석학 문헌의 많은 부분은 광상 금의 마그마-열수 기원과 불일치합니다. 융용에서 탈출한 유체들은 얕은 지각에서 반암(porphyry), 스카른(skarn), 치환(replacement), 그리고 열수 금 광상을 형성할 것입니다(Fig. 2A, B); 이는 문제가 되지 않습니다. 왜냐하면 대부분의 광상 유형들이 지각의 위쪽 5~6 km에서 형성되기 때문입니다(Skinner 1997; Seedorff et al. 2005). 그러나 우리는 약 5~6 km 아래의 깊이에서 형성된 금-함유 광상들이, 대부분의 광상 금 광상이 형성되는 깊이인 위 5~6 km 아래에서 형성된다면, 마그마에서 공급되는 유체나 금속을 함유할 가능성이 매우 낮다고 주장합니다. 상층 광상 금 광상들(Fig. 1)은 지각의 위쪽 6 km에서 형성되기도 합니다만, 더 풍부한 대형 중층 광상들은 취성-연성 경계 근처인 6~12 km 깊이에서 형성되며, 초층 광상들은 아마도 15~20 km 깊이의 연성 영역에서 형성됩니다(Gebre-Mariam et al. 1995; Groves et al. 1998). 수십 년 전에 Giggenbach(1992)가 웅변적으로 표현했듯이, 지질학자들은 흔히 "마그마 유체로 표시된 거의 예술적으로 실행된 마법의 화살표들, 또는 심지어 덜 구체적인 마그마적 입력이 어딘가 모를 하부 지역에서 아무것이든 일어날 수 있는 곳으로 가리키는" 화살표들을 가진 광상 형성에 대한 마그마 기여도를 지지합니다. 30년 후, 금 광상에 대한 우리의 문헌의 많은 부분이 여전히 Giggenbach의 관찰들을 지지하고 있습니다. 우리는 많은 새로운 기술을 가지고 있으며 많은 새로운 매개변수들을 측정하고 있고, 결과 데이터는 일반적으로 동등하지만(Goldfarb and Groves 2015), 여전히 깊은 곳의 숨겨진 화강암을 유체와 금속 공급원으로 가리키는 화살표들이 광상 금 문헌의 많은 부분에서 널리 퍼져 있습니다.

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지각의 위쪽 15~20 km에 존재하는 것으로 널리 인정되는 다양한 유체 유형들이 있습니다. 이들은 해수, 분지 소금물, 기상 수, 마그마 유체, 그리고 변성 유체를 포함합니다(Yardley and Bodnar 2014). 전자의 세 가지 얕은 유체 유형의 광상 금 형성 관여에 대한 증거는 거의 없습니다(Goldfarb and Groves 2015). 따라서 변성 수(water)와 마그마 수 둘 다가 광상 금 형성에 잠재적으로 기여하는 것으로 다양한 연구들에서 가장 일관되게 함축되어 있습니다.

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변성 유체와 마그마 유체는 모두 현장에서 생성되므로 높은 유체 압력을 생성하는 경향이 있으며(Steele-McInnis and Manning 2020), 이는 채널화된 유체 이동, 대량 운송, 그리고 열수-유도 광물의 침전을 야기합니다. 지각 가열로부터의 변성 유체(Goldfarb et al. 1991)와 빠르게 상승하는 마그마로부터 방출된 마그마 유체(Tosdal and Richards 2001)는 모두 압축 체제에서 더 중립적인 원거리 응력 체제로의 변화 동안 광상대를 통해 움직이고 있을 가능성이 높습니다. 따라서 그들은 광성대 동안 광범위한 시간적 중복을 보여줄 수 있습니다(Figs. 1 and 2C). 마그마 유체들은 결정화하는 화성체의 지붕 지역에서 방출되는 경향이 있으며, 광상-형성 변성 유체들은 대규모 단층 시스템으로의 압력 구배를 따라 수평으로 이동한 후 지진-관련 압력 주기 사건 동안 위쪽으로 이동하는 경향이 있습니다. 마그마 유체의 H₂O, CO₂, 그리고 H₂S는 섭입하는 슬래브의 용해탈휘발화로부터 공급되며, 이는 위쪽 맨틀 쐐기에서의 융용을 초래하고/또는 기원적 현무암질 마그마의 상승 중 지각 암석의 국지적 융용으로부터 공급됩니다. 이 동일한 휘발성들은 중간 정도의 온도에서의 지각 전진행 변성 사건의 산물들일 수 있으며, 가장 흔하게 350~500°C 사이에서, 수소-함유 규산염, 유기물, 그리고 석성 황화철의 붕괴로부터 기여될 수 있습니다(Tomkins 2010; Evans and Tomkins 2020). 더 높은 변성 P-T 조건들이 도달될 때, 수소-함유 광물들은 덜 안정적이며, 중간 각섬암과 그래뉼라이트 조건 사이에서 생성되는 유체들은 제한된 H₂O와 H₂S을 가진 높게 탄산염화될 가능성이 높습니다. 하부 지각 그래뉼라이트 상 환경들로부터의 유체 포유물 관찰들은 일관되게 거의 순수한 CO₂ 유체들과 고도로 염분인 염수들의 공존을 보여줍니다(Touret et al. 2016); 후자의 H₂O의 공급원은 잘 이해되지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 H₂O-부족 유체들은 광상 금 광상의 특성을 나타내지 않으며, 광상 금 광상은 특성적으로 약 80~95 몰% H₂O 사이에서 변합니다(Goldfarb and Groves 2015). 이는 광상 금 광상들이 높은-등급 변성암에서 호스팅되지 않는 이유를 설명하는 데 도움이 됩니다. 단, 광성대가 높은-등급 암석들을 낮은-등급 암석들 위에 추력시킨 후 광상 광물화가 그 후 위쪽 할로체에서 일어나는 경우는 제외합니다.

그림 1. 광상 금 광상들은 첫 번째 순서 구조에 인접하여 위치하며, 3~6 km만큼 얕은 깊이에서 형성된 각력암과 광맥상(stockwork), 일반적으로 6~12 km에서 취성-연성 영역에 형성된 단층-충전(fault-fill) 및 신장 맥 네트워크, 그리고 더 깊은 연성 지각에서 치환식 광석이 형성됩니다. 많은 유전적 모델들은 수성-탄산염 광상-형성 유체의 생성을 해양 지각 암석의 전진행 변성작용을 선호합니다. 그럼에도 불구하고, 일부 모델들은 다양한 깊이에서의 마그마 시스템 유체 방출 또는 심지어 대륙하부 암석권 맨틀 저수지로부터의 주장합니다. 도형은 Groves et al. (1998) 및 Fossen and Cavalcante (2017) 이후로 수정되었습니다.

그림 2. A 지열 구배와 광상 구조에 따라, 광상 금 광상들은 약 200~500°C 사이의 온도에서 3~15~20 km 깊이 사이에서 형성될 수 있으며, 광물화 양식과 광물학의 변화는 온도와 모암의 차이를 반영합니다(예: Groves 1993). 산화된 광상-관련 금 광상들은 보통 표면으로부터 3~4 km 이내에서 형성되며, 금-함유 열수광(epithermal), 스카른(skarn), 그리고 반암(porphyry) 광상들을 포함합니다(도형은 Simmons et al. 2020 이후). 금에 대해 경제적인 반암 광상들은 금-빈약한 광상들보다 얕은 깊이에서 발달합니다(Sillitoe 1997; Chiaradia 2020). B 산화된 광상-관련 Cu-Au 및 Au 광상들은 융용(± 기상수)으로부터 탈출한 마그마-열수 유체로부터 표면으로부터 5 km 이내에서 형성되며, 특성적으로 수성 성질을 가집니다. 반암 Mo 광상들은 유사한 방식으로 Cu와 Cu-Au 반암들보다 1~2 km 더 깊은 깊이에서 형성되는 경향이 있습니다(도형은 Audétat and Simon 2012 이후). 융용의 어떤 CO₂든지 보통 더 깊은 지각 수준에서 탈기되며, 그리고 융용에서의 H₂O 포화로 이어지는 광상-관련 Au의 형성에 선행합니다. C 광상 금은 활동적인 대륙 여백의 전-호 및 후-호 변성 환경에서 수성-탄산염 유체로부터 형성되는 경향이 있으며, 대부분 흔하게 6~12 km 깊이에서 형성되지만, 지역적 열 구조에 따라 다소 얕고 더 깊은 위치에서도 형성될 수 있습니다. 어떤 금 지역에서는 그들이 마그마작용과 시간적 및/또는 공간적 관계를 보여줄 수 있습니다. 그들은 많은 섭입-관련 호(arcs)의 위쪽 3 km에서 형성되는 산화된 광상-관련 금 광상들(예: 열수광 맥, Au-풍부 반암)과의 시간적 중복을 보여줄 수 있습니다.

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지각 변성 용해탈휘발화로부터의 유체 생성

변성암 내의 광상과 광상 금의 관계는 40년 이상 동안 널리 인정되었습니다(Henley et al. 1976; Kerrich and Fyfe 1981; Phillips and Groves 1983). 지각 암석의 변성작용이 광상 금 광상을 형성할 수 있는 유체를 야기한다는 점에 대해 거의 이의가 없습니다(Fig. 3). 메타퇴적암과 염기성 메타화산암 모두에서 녹색편암-각섬암 경계를 가로질러 용해탈휘발화는 금 운송이 가능한 H₂O-CO₂-H₂S 유체를 생성할 것입니다. 이는 대부분의 유체 방출을 암석 집합체를 겪고 있는 전진행 사건에 따라 350~500°C 사이의 어딘가의 온도에 위치시킬 것입니다(Fig. 3A). 탈황화는 선성/석성 황화철이 전진행 변성작용 동안 자철광으로 변환되는 것과 관련이 있습니다(Tomkins 2010). 유기물이 암석 내에 공급원으로 존재하면 변성 유체 내에서 더 큰 금-운송 S 성분을 용이하게 합니다(Finch and Tomkins 2017). 그 결과로서, 메타퇴적암 암석 서열은 그들의 용해탈휘발화 역사 동안 금-부유 유체를 생성하는 데 특히 효과적일 수 있습니다(예: Pitcairn et al. 2015). 유체의 우세 성분을 구성하는 물은 주로 수소함유 광물들의 비용으로 거열석 성장 동안 방출되며, 가장 자주 녹니석입니다(Dragovic et al. 2018). 많은 광상대에서, 상승은 수천만 년 동안 거의 등온 조건 하에서 일어나며, 암석권 하중이 유체 압력에 상대적으로 감소하므로 금-함유 H₂O-CO₂-H₂S 유체는 역진행 PTt 곡선을 따라 이동합니다(Fig. 3B; Goldfarb et al. 1986; Stuwe et al. 1993).

그림 3. A 광상 금에 대한 변성작용 모델은 메타퇴적암 및 화산암에서 황화철, 녹니석, 탄산염, 금홍석, 철옥화물, 및 기타 광물들의 전진행 붕괴를 반영하며, 이들은 녹색편암/각섬암 경계 영역에서 불안정하게 되어 H₂O, CO₂, S, Au, As, 및 W를 포함하는 열수 성분을 방출하기 위해 중간 P-T 경로를 따릅니다. 따라서 광상 금은 대부분의 Barrovian 변성 벨트에 내재되어 있습니다. 남조석(blueschist) 벨트의 낮은 열 구배는 이러한 벨트들이 일반적으로 광상 금을 부족하다는 이유를 설명합니다.B 광물 집합체에 따라, 광상 금은 유체/금속 공급원 암석의 최대 매장 깊이로부터 그들의 열적 변성 피크의 수천만 년 후까지 언제든지 형성될 수 있습니다. 응력 변화와 관련된 빠른 상승은 감소하는 암석권 하중과 비교하여 증가된 유체 공극 압력을 허용하며, 따라서 균열 형성과 대형 근-수직 봉합선 또는 단층 시스템으로의 수평 흐름을 야기합니다(Goldfarb et al. 1991). 활동적인 광상대에서의 초기 근-등온 감압 동안(예: Vry et al. 2009), 온도들은 여전히 초기 감압 동안 수십 도 상승할 것이며, 이는 이미 방출되고 있는 갇힌 변성 유체에 대해 추가적인 대량 유체 부피의 기여를 초래할 수 있습니다.

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뉴질랜드와 스코틀랜드의 메타퇴적암, 그리고 캐나다의 녹색암 벨트에서의 연구들은 광상 금 광상에서 흔히 풍부해지는 다양한 원소들이 상승하는 변성 온도 동안 초기에 동원된다는 것을 확인했습니다(Fig. 4). 금과 비소는 퇴적 황화철의 농축으로부터 방출됩니다(Pitcairn et al. 2006), 그리고 텅스텐은 쇄설질 금홍석으로부터 방출됩니다(Cave et al. 2017). 결정적인 연구들이 여전히 부족하지만, 텔루르과 비스무트는 흑색 셰일의 탈탄산화 반응 동안 유기 물질로부터 방출되거나, 또는 셰일에서 황화철 노드(nodule)의 자철광으로의 변환으로부터 방출될 가능성이 있습니다(Large et al. 2011; Thomas et al. 2011; Gregory et al. 2015). 어떤 단일 유전적 모델도 모든 광상 금 지역에 적용 가능하지 않습니다. 오히려 모든 광상 벨트는 전-호(fore-arc) 또는 후-호(back-arc) 구조적 환경 중 어느 것이든 처음으로 젊은 암석이 가열되게 하는 독특한 시나리오를 특징으로 합니다. 예를 들어, Goldfarb et al. (2001)은 지각 두께증가, 슬래브 롤백 및 지각 얇아짐, 슬래브 윈도우의 섭입, 그리고 플룸 충돌을 광상의 열 구조를 조절할 수 있는 구조 사건으로 설명합니다. 이러한 변성작용은 또한 "광상-관련"로 간주될 수 있으며, 여기서 지역적으로 광범위한 접촉 변성작용이 녹색편암 및 각섬암 상의 광범위한 지역들을 형성할 수 있고(예: Barton et al. 1991), 원소들 예를 들어 As, Au, Bi, Sb, 그리고 W가 관련 유체 단계에서 농축됩니다(Finch and Tomkins 2017). 금속 동원화에 관한 대부분의 연구들이 전-호 및 후-호 지역의 페너로조익 환경에 집중되어 있지만, Pitcairn et al. (2021)은 금-부유 Abitibi 부성 내의 밑으로 추력된 고생대 메타퇴적암에서 유체 및 금 공급원의 증거를 제공합니다(Fig. 4). 대조적으로, Patten et al. (2020)은 캐나다의 Superior Province 다른 곳의 광상 금 광석과, 그리고 Central Lapland 녹색암 벨트의 고생대 중기에서, 변성된 메타화산암으로부터 공급되었다는 증거를 보여줍니다. 광상의 흔적 원소 특성과 금 함량은 회색와케(graywacke), 흑색 셰일, 그리고 화산암의 상대적 비율에 따라 변할 것입니다.

그림 4. A 맥의 사진입니다. B Otago, Canadian Cordillera, 및 Western Australia로부터 광상 금 광상의 금속 동원화, 변성 유체 생성, 및 농축의 수직적 층화의 요약입니다(Barnes et al. 1978; McKeag and Craw 1989; Nesbitt et al. 1989; Goldfarb et al. 1991; Hagemann et al. 1994; McCuaig and Kerrich 1998; Groves et al. 1998). 변성 온도에 대해 도표화된 변성암의 평균 Au, As, 및 Sb 농도는 세 가지 다른 광상대입니다. 즉, Otago Schists(뉴질랜드), Dalradian(스코틀랜드), Abitibi Belt의 Pontiac 테라인입니다. 평균값은 각 변성 등급에서의 복수 표본 분석을 기반으로 합니다(Pitcairn et al. 2006, 2015, 2021). 파란 막대는 변성 유체 생성의 창을 나타냅니다.

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요약하면, 중급 변성 조건을 통해 처음으로 가열되고 대륙 블록에 추가된 어떤 새로운 물질이든 결과 유체가 잘 집중된다면 광상 금 광상을 형성할 수 있습니다. 다시 말해, 광상 금 광상 형성은 변성작용의 본질적 결과이며, 변성작업을 받고 있는 암석들이 광상-형성 이전 황화철 입자들로 광범위하게 퍼져 있는 충분한 양들을 함유하고 있다면, 배경 농도가 수십에서 수백 ppb 금입니다. 더 지역적으로 퍼져 있거나 거대 황화철이 존재한다면, 이는 층상 금 형성을 위해 더욱 유리한 시나리오를 제공할 수 있습니다(예: 신원생대 동부 아프리카 및 고생대 Abitibi 부성). 퇴적 황화철과 유기물이 풍부한 메타퇴적암은 특히 유리한 공급원 암석이지만, 화산암의 마그마 황화물도 허용 가능한 공급원입니다. 이 광상-형성 변성작용은 전형적으로 10±5 km에서 일어나며, 지각 지진성 구역의 밑부분에서 특히 잘 국지화됩니다(Sibson 2004). 어떤 광상 금 광상들은 15~20 km만큼 깊게 형성되며, 500°C보다 높은 온도에서 형성됩니다(Groves 1993; Kolb et al. 2015). 올바른 광물 집합체가 주어진다면, 이러한 경우에도 녹색편암-각섬암 경계 위에서 상당한 C-O-H-S 유체 생성이 여전히 발생할 수 있습니다(예: Evans and Tomkins 2020). 이러한 더 깊은 연성 지각 환경들에서, 광범위한 균열 형성과 실리카 침전은 큰 압력 강하 부족으로 인해 방해받을 것이며, 따라서 대부분의 금 광석들은 주로 철-풍부 암석에서 광범위한 치환식 광물화로서 보일 것입니다(Figs. 1 and 2A).

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슬래브 용해탈휘발화로부터의 유체 생성

상승하는 슬래브를 따라 증가하는 온도-압력 체제는 용해탈휘발화를 야기할 수 있으며, 상부 암석권 판 아래 또는 비정현권 쐐기에서 변성 유체 단계를 생성할 수 있습니다(Fig. 5). 이러한 휘발성들은 H₂O-지배적일 뿐만 아니라, 상당한 양의 CO₂뿐만 아니라 일부 N₂를 함유할 수 있으며, 전체 유체 부피는 아마도 밑으로 추력된 판의 맨 위에 있는 퇴적물과 변질된 현무암의 양으로 조절될 것입니다(예: Epstein et al. 2021). 이러한 유체가 위에 설명된 추가된 메타퇴적암 및 메타화산암의 용해탈휘발화 동안 생성되는 것과 조성이 유사할 이유가 없습니다. 그리고 그들은 똑같이 금과 관련된 금속을 운반할 가능성이 있습니다. 유체 용해탈휘발화는 압축이 먼저 섭입하는 퇴적물 내에서 대부분의 공극수를 수 킬로미터의 위쪽 깊이에서 방출한 후, 슬래브 인터페이스를 따라 상대적으로 깊은 수준에서 일어날 것입니다. 이러한 초기 메탄-풍부 공극 유체들과 유기물의 초기 붕괴로부터 마이그레이션하는 어떤 석유든 가까운 표면 Hg 광상 형성을 야기할 수 있습니다(Fig. 5). 예를 들어, California Coast Ranges에서 관찰되는 것처럼, 이는 또한 Sb와 Au와 같은 원소들로 농축될 수 있습니다. 깊은 용해탈휘발화가 융용이나 맨틀 쐐기 비옥화를 유발할 열적 조건들은 일반적으로 약 50 km으로 간주됩니다. 예를 들어, 그들의 슬래브 섭입 모델링에서 Grove et al. (2006)은 맨틀 온도들이 슬래브 인터페이스 깊이에서 최소한 55 km에서만 수증기-포화 융용에 충분할 정도로 뜨겁다고 가정합니다. 중간 깊이 유체 탈출, 아마도 25~50 km 깊이에서는 고도로 채널화될 가능성이 높습니다(예: Plumper et al. 2017). 유체들은 하부 판과 상부 판 사이의 인터페이스를 따라 상향으로 마이그레이션하다가 주요 횡-지각 단층대를 포함하는 더 수직적인 구조적 이질성과 만날 때까지 이동합니다(Fig. 5). 현대 섭입대의 지진 연구들은 추가층 지역에서 테라 경계를 정의하는 가파르게 경사진 단층들이 중요한 유체 탈출 경로를 제공한다는 것을 나타냅니다(Tauzin et al. 2017). 상당한 유체 운송 상향-경사는 밀폐된 판 경계를 따라 전-호 행잉월을 통과하는 단층들과 만날 때까지, 대륙 여백 거대-역단층의 지진 연구들로부터 일반적으로 제시됩니다(Audet et al. 2009; Sibson 2013; Halpaap et al. 2018; Egbert et al. 2022).

그림 5. 광상 금을 위한 광상-형성 유체가 추가층 프리즘과 상부 판에 추가된 암석의 가열로부터가 아니라, 오히려 하부 밑으로 추력된 판의 맨 위로부터의 변성으로부터 생성될 수 있는 모델입니다. 약 50 km 아래에서, 어떤 용해탈휘발화든 맨틀 쐐기의 융용과 호 플루톤을 초래할 수 있습니다. 약 20~50 km 깊이 사이에서, 낮은 온도 수성-탄산염 유체들이 판 인터페이스를 따라 채널화될 수 있으며, 일반적으로 테라 봉합선인 깊은 지각 단층들이 상부 판의 밑부분과 교차할 때까지 이동하고, 지진 사건들 동안 위쪽으로 이동하여 광상 금 광상을 형성합니다. 더 앞바다쪽으로, 추가층 프리즘에서의 압축-관련 H₂O-CH₄ 공극수의 방출과 내려가는 판 위의 퇴적물들로부터, 뿐만 아니라 매장 변성으로부터의 초기 석유 마이그레이션이, 얕은 Hg-부유 광상들(Sb와 아마도 Au를 가진)을 형성할 수 있습니다.

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이러한 광상 금을 위한 유체 및 금속 공급원이 허용 가능하지만, 대부분의 추가층 광상대들이 복잡한 열 역사를 겪는다는 점을 주목하는 것이 매우 중요합니다. 이는 흔히 섭입-후 테라 합병, 추가층 암석 서열의 역시-추력, 그리고 역전된 Barrovian 변성 사건과 관련이 있습니다. 활동적인 대륙 여백에 추가된 해양 물질의 대부분은 따라서 성장하는 상부 판(추가된 테라)에서 가열되고 용해탈휘발화될 것입니다. 섭입하는 슬래브의 상부 부분으로부터 변성을 통해 광상 금을 형성하는 것은 광상 형성을 드문 경우에만 설명하는 단순한 기하학입니다(예: 동부 중국). 예를 들어, Goldfarb et al. (1998, 그들의 Fig. 3)은 Pacific 판이 North American 여백에 이전에 추가된 해양 테라 아래로 추력될 때 섭입하는 Pacific 판으로부터 생성되는 유체의 단순한 모델을 보여줍니다. 그러나 실제로, 내려가는 판의 맨 위에 있는 퇴적물들의 대부분이 일련의 테라로서 전-호 여백에 추가되며, 그리고 비옥 해양 퇴적 암석 부피의 오직 작은 백분율만이 백스탑 아래로 섭입됩니다. 따라서 녹색편암-각섬암 경계에서 생성된 유체들이 방출되고 광상대 사건 내에서 주요 테라-경계선 단층 시스템으로 마이그레이션했습니다. 다시 말해, 공급원 물질은 더 이상 섭입하는 하부 판의 일부가 아니라, 상부 판의 일부들이 될 것이며, 대부분 흔하게 성장하는 여백을 따라 상부 판에 최근에 추가된 물질 내에서 초기 등온 상승 단계 내에서 광상대입니다(예: Fyfe and Kerrich 1985; Goldfarb et al. 1986).

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섭입하는 하부 판으로부터 공급원된 유체 및 금속을 통해 광상 금 광상 형성을 위한 단순한 모델은 비-추가층 활동적 여백에서 가장 적용 가능할 수 있습니다. 예를 들어, 동부 중국의 거대한 Jiaodong 광상 지역은 아마도 이러한 구조 사건의 산물일 수 있습니다(Goldfarb and Santosh 2014). 여기서 Mesozoic Paleo-Pacific 슬래브 섭입이 North China 크래톤 블록 아래로 기록되며, 구조적으로 재활성화된 Precambrian 암석들이 여전히 동아시아 대륙 여백을 구성합니다. Sibson (2013)은 슬래브 인터페이스를 따라 전단 응력 완화가 큰 광상 금 광상들의 드문 예제인 신장 맥 떼로 형성되는 광상 금을 초래할 수 있다고 지적합니다. 이는 Jiaodong 지역의 경우입니다. Groves et al. (2020)은 이러한 초지각 모델이 일반적으로 광상 금을 특징으로 한다고 강조합니다. 그러나 메타퇴적암 및 아마도 메타화산암 해양 암석의 변성작용에 관한 작업은 이론적으로(Tomkins 2010)와 실제 현장 연구들(Pitcairn et al. 2006)로부터 분명히 하며, 광상-형성 과정이 광상 금의 온건한 온도 변성작용이 모델에 상관없이 어떤 비옥 해양 암석 서열의 반영한다는 것이 명백합니다. 이 과정은 초지각 환경에서 일어날 필요가 없으며, 실제로, 용해탈휘발화 사건으로부터 생성되는 필요한 대량의 유체는 일반적으로 상부 판의 대부분의 활동적인 여백의 상부 지각 지역에서 방출될 것입니다. 왜냐하면 그것은 약 5에서 15 km 깊이에서 필요한 녹색편암-각섬암 상 발달을 선호할 중간에서 높은 열 구배를 가진 곳이기 때문입니다. 게다가, 많은 광상 금 지역들이 압축 반전 동안 변성된 후-호 서열에서 형성되며(예: Sibson and Ghisetti 2018), 반면 이러한 구조적 설정 아래 내려가는 슬래브로부터 방출된 어떤 유체든 호(arc) 또는 후-호 맨틀 융용에서 용해 가능하게 될 것입니다(예: Hyndman et al. 2015). 그리고 광상 금 광상을 직접 생성할 수 없을 것입니다. 따라서 요약하면, 알려진 광상 금 부존량의 대부분을 생성하기 위해 변성되고 있는 암석들은 실제로 원래 섭입하는 슬래브의 일부이지만, 용해탈휘발화될 때, 그러한 암석들은 잘 어떤 포함된 가까운 전-호 또는 후-호 분지들뿐만 아니라, 이미 상부 판의 일부가 되었습니다(Fig. 5).

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산화된 마그마로부터의 유체 탈출

마그마 챔버의 맨 위 근처의 제한된 쿠폴라 지역으로 유의미한 유체 부피를 집중시키고, 취성 금속-함유 균열 시스템을 형성하기 위해 유체를 방출하는 능력은 많은 경제적 마그마-열수 광상 시스템의 형성에 필수적인 것으로 잘 인정됩니다(Shinohara and Hedenquist 1997; Cloos 2001). 그러나 중요한 질문은 광상 금 광상처럼 큰 금-만의 광상을 형성할 수 있는 탈출된 유체의 유의미한 부피와 특히 일관된 휘발성 조성(XH₂O = 0.80–0.95, XCO₂[± CH₄, N₂, H₂S] = 0.05–0.20)이 약 6 km 아래의 깊이에서 마그마 또는 머시로부터 아고결질(sub-solidus) 암석으로 방출될 가능성이 있는지입니다. 변성암 지역의 많은 대형 금 광상을 포함하는 마그마 모델들이 유효한 것으로 수용된다면, 이는 필수적인 과정이 될 것입니다.

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활동적인 대륙 여백 설정에서 마그마 시스템들이 전형적으로 중부 지각까지 최소한 결정-부유 머시의 네트워크 내에서 연속적으로 아래쪽으로 확장하지만, 대부분의 마그마들은 지각에서 적어도 4~6 km의 깊이까지 상승하며, 그들은 휘발성 탈기의 유의미한 양을 겪기 이전입니다. 4~6 wt% H₂O를 가진 어딘가 사이의 화강암 융용은 융용 압력이 약 1~2 kbar까지 감소할 때까지 유의미한 휘발성 탈출을 시작하지 않습니다(Fig. 6). 초기 물 조성이 6% H₂O를 초과하는 조건들에서만 포화가 약 6 km보다 깊은 수준에서 큰 휘발성 부피를 언마이스할 것입니다. CO₂이 융용에서 H₂O에 상대적으로 매우 불용이기 때문에, 포함된 CO₂의 많은 부분이 마그마로부터 손실될 것입니다. 초기에 약 3.5~5 wt% H₂O를 가정하는 모델들을 사용하여 초기 결정화 동안 더 많은 양의 더 용해성인 H₂O가 탈기되기 시작하기 이전에 보여졌습니다(Hedenquist and Lowenstern 1994; Newman and Lowenstern 2002; Lesne et al. 2011). 이러한 경우들에서, 광상 금 광상의 그것을 닮은 수성-탄산염 마그마-열수 유체의 방출은 약 5 km보다 깊은 깊이에서 가능하지 않을 것 같습니다. 최소한 6~8 wt% H₂O를 가진 더 함수로운 충석질 마그마들은 합리적인 제약들을 고려하면, 이론적으로 중층 및 초층 깊이에서 탈기 및 금-함유 유체 방출이 가능할 수 있으며, 5~20 mol% CO₂를 가진 광상 금 광상에서 일관되게 보이는 것과 유사합니다(Fig. 7). 그러나 일부 계산들이 이러한 높은 초기 H₂O 함량을 소환하지만(Blundy et al. 2010; Urann et al. 2022), 초수함유 융용(> 4~6 wt% H₂O)이 광상 금 광상의 광범위한 분포를 설명하기에 충분할 정도로 흔할 가능성은 낮으며, 광상 금 광상에서 관찰되는 놀랍도록 일관된 휘발성 조성을 생성할 수 있습니다. 게다가, 아래에서 설명된 바와 같이, 많은 다른 주장들도 금-함유 마그마-열수 유체의 깊은 방출과 불일치합니다.

그림 6. A 초기 5 wt% H₂O와 0.2 wt% CO₂을 가진 대표적인 류올라이트 융용이 약 17 km에서 상승하는 마그마 탈기를 Lowenstern (2001)으로 모델링합니다. 거의 모든 CO₂이 융용으로부터 손실되며, 개방 대 폐쇄 시스템에 대해 약 3~5 km(1~1.5 kb)에서 시작하는 유의미한 H₂O의 손실 이전입니다. 융용으로부터 방출된 휘발성 조성은 마그마가 표면으로부터 약 5 km 깊이에 도달할 때까지 대부분의 광상 금 광상의 그것을 근사하지 않습니다. 원 내의 숫자들은 수성-탄산염 유체 단계의 mol% H₂O와 관련됩니다. B 초기 3.4 wt% H₂O와 0.3 wt% CO₂을 가진 대표적인 현무암질 융용이 약 15 km에서 상승하는 마그마 탈기를 Spilliaert et al. (2006) 이후 Audétat and Simon (2012)로부터입니다. 광상 금을 닮은 유의미한 수성-탄산염 유체 방출(XH₂O = 80–95%)은 매우 얕은 깊이까지 가능하지 않습니다. 점선들은 0.2~0.8의 몰 비율을 가진 XH₂O와 같습니다.

그림 7. 초기 6–8 wt% H₂O를 가진 함수로운 마그마들은 VolatileCalc를 사용하여 모델링될 수 있으며, 대부분의 광상 금 광상을 특징짓는 것과 유사한 수성-탄산염 유체들이 중층 및 초층 깊이에서 어떻게 생성될 수 있는지를 보여줍니다(Jon Blundy에 의한 제공). 예를 들어, 충석질 융용들은 표시된 대로 초기 조성들로 모델링되며, 약 8 kb(8 wt% H₂O)와 4 kb(6 wt% H₂O)의 압력에서 처음 포화에 도달합니다. 광상 금에 전형적인 유체들(80–95 mol% H₂O)은 이러한 모델링된 마그마-열수 시스템들을 7–19 km 깊이에서 특징지을 수 있으며, 따라서 금-함유 반암 및 열수광 광상들의 그것보다 현저히 깊습니다. 그러나 이러한 깊이에서 광상 금 광상을 형성하기 위해, (1) 압력 > 2 kb에서 융용으로부터 분리된 유체가 유의미한 S와 Au를 함유할지 여부, 그리고 (2) 큰 유체 부피가 집중되고 방출될 수 있을지 여부는 마그마와 머시 내에서 위쪽으로 채널화되는 것에 대비하여 불확실한 상태로 남아있습니다.

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많은 자연적 마그마 시스템들이 지진성 지역의 밑부분, 전형적으로 9~12 km 깊이에서부터 거의 표면까지 휘발성 포화된 것으로 인정되었습니다(Baker and Alletti 2012; Edmonds and Woods 2018). 그러나 포화가 여러 이유로 유체 방출을 의미하지 않는다는 것이 매우 중요합니다. 얕은 광상 시스템들을 형성하는 함수로운 마그마들이 실제로 중부 지각에서 H₂O 탈출의 유의미한 양들을 겪을 수 있습니다(Urann et al. 2022). 많은 반암 광상들에서 마그마-열수 시스템들의 PTX 특성들이 5~10 km 깊이에서 유체 포화를 보여주는 것으로 주장되었지만, 탈출된 휘발성들은, 흔히 초임계 유체로 존재하며, 방출 이전에 마그마 시스템 내에서 더 얕은 지각 영역으로 위쪽으로 채널화됩니다(Richards 2011). 이 상대적으로 부력있는 유체는 융용의 밀도있는 결정 머시 내의 굽은 채널들 또는 "손가락들" 위를 빠르게 상승하며, 얕은 광상-형성 수준에서 집중됩니다(Parmigiani et al. 2016, 2017; Degruyter et al. 2019; Blundy et al. 2021). 폐쇄 시스템의 높은-물 함량들은 흔히 마그마 자체의 가속된 상승을 초래할 것입니다(Annen et al. 2006; La Spina et al. 2022). 어떤 경우들에서, 휘발성들이 결정화하는 머시 내 액체-부유 층들로 한 기간 동안 남아있을 수 있으며, 그런 지붕 지역으로 상승하기 이전입니다(Christopher et al. 2015; Parmigiani et al. 2016). 마그마 시스템의 맨 위에서의 휘발성들의 강제적 배출은 전형적으로 결정화하는 침입의 가장 높은 지점 내에서 도달된 상층석 조건들과 화성체 지붕 위의 암석들의 거의 정수압 조건들 사이의 압력 구배에 의해 구동됩니다(Lamy-Chappuis et al. 2020). 주변 암석들과 도관들로의 대량 및 집중된 유체 흐름을 위해 필요한 이러한 구배들은 주로 가장 위의 지각에서 예상될 것이며, 중층 광상 금 광상이 광범위한 6~12 km의 지진성 지역 내에서는 아닙니다. 약 1.5~2 kb보다 큰 폐쇄 압력을 가진 중층 깊이에서(4~6 km보다 깊음), 결정-함유 마그마 또는 머시의 거의 변형이 없으며, 이는 깊이에서 마그마 휘발성 투과성을 제한한다고 주장됩니다(Parmigiani et al. 2016). 이는 더 수동적이고 확산된 휘발성 방출을 제시하며, 만약 주변 모암으로의 방출이 있다면 말입니다. 머시의 변형이 제한적일 수 있지만, 이러한 상대적으로 더 높은 압력 영역들에서 마그마 시스템들을 둘러싼 모암들은 강한 연성 변형을 겪을 수 있으며, 주변 투과성 도관들의 제한된 발달을 야기하며, 따라서 깊이에서 마그마 머시 시스템으로부터의 집중된 휘발성 탈출을 위한 제한된 환경을 더욱 제시합니다(Christopher et al. 2015).

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일부 마그마들이 결정화되고, 차별화되었으며, 깊이에서 유체의 큰 부피를 방출했다고 주장되었음에도 불구하고, Rasmussen et al. (2022)는 100개 이상의 호 마그마들에 관한 225개 연구로부터 데이터를 요약하며, 섭입-관련 마그마들에 대해 4~6 km의 물 포화 깊이 최빈값을 추정합니다. 이는 마그마로부터의 큰 유체 방출의 가장 흔한 지역을 나타내는 것으로 해석되었으며, 이는 증가된 융용 점도 및 그 깊이에서 마그마 상승의 광범위한 정체를 초래합니다(Plank et al. 2013; Rasmussen et al. 2022). 정체는 금속 농축에 필수적입니다. 왜냐하면 마그마 배관 시스템이 개방 시스템에서 거의 표면에 도달한다면, 탈기의 많은 부분이 주변 대기로의 금속 손실을 야기할 것이기 때문입니다. 따라서 산화된 광상-관련 금 광상들(예: Sillitoe 1991; Hart 2007), 반암, 스카른, 및 열수광 광석들을 포함하여(Fig. 2A, B), 표면 아래 수 킬로미터에서 예상되는 큰 유체 방출이 가장 많은 얕은 지각 수준에서 형성됩니다. 광범위한 광상 금의 더 깊은 수준 형성은 대부분의 마그마 시스템들이 대규모 휘발성 방출을 겪는 깊이들과 불일치합니다.

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수치 모델들은 가장 효율적인 유체 흐름과 마그마-열수 광상 형성의 대부분이 화성체의 정점부 부분에서 그리고 위에 집중되는 것을 보여줍니다. 마그마로부터의 큰 량의 유체 방출은 흔히 반염질 조직으로 지원됩니다. 왜냐하면 유체-부유 마그마는 결정 성장을 증가시킬 것이고, 급격한 유체 방출은 빠른 핵생성 및 세밀한 기질을 야기하기 때문입니다. 대조적으로, 침입 내의 광범위한 미롤리틱 공동들은 제한된 유체 집중을 나타내며(Lerchbaumer and Audétat 2013), 따라서 침입 자체가 큰 광상을 형성하는 데 어려움이 있습니다. 전형적으로, 약 10 km보다 깊은 깊이의 마그마실들 또는 상대적으로 평평한 침입 물체들은 유체 방출을 용이하게 하는 취성 유체 도관을 발달시켜야 하기 때문에 광상들을 형성할 가능성이 낮습니다(Audétat 2019). 상대적으로 가장 깊은(6~7 km) 반암 시스템들 내에서 Mo 지배적인 것들에서, 지붕 지역의 광석 아래의 열수 유체에 대한 공급원 주식들은 유의미한 변질을 부족하며(Audétat and Li 2017), 따라서 깊이에서 탈출된 유체들이 침입성 복합체들의 녹은 깊은 부분들을 통해 위쪽으로 이동하고, 고결된 쿠폴라 지역들에서 방출됨을 나타냅니다.

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광상 금 광상 문헌에서 널리 인정되는 것은 금-부유 마그마-열수 광석들이 금-부족한 광석들보다 더 얕은 수준에서 형성된다는 것입니다. 열수광 금 광상들은 관련된 Cu-부유 반암 광석들 위에 위치합니다(Fig. 2A, B). 큰 금-부유 반암 광석들은 섭입 설정에 배치된 칼크-알칼리 물체들과 관련되든, 더 중립적인 지동역학 설정에 배치된 알칼리 물체들과 관련되든, 금-부족한 반암들보다 현저히 더 얕은 수준에서 형성됩니다(Sillitoe 1997; Murakami et al. 2010; Chiaradia 2020). 이는 부분적으로, 더 얕은 마그마 물체들이 상대적으로 늦은 황화물 포화를 겪고, 더 깊은 수준에서 차별화되는 그것들보다 금의 더 높은 농축을 유지한다는 것을 반영할 수 있습니다(Hao et al. 2022). 금속 운송이 황 착화와 관련된 시스템들에서 약 3 km 아래의 깊이에서, 탈출된 유체의 빠른 냉각은 일반적으로 3~5 km의 깊이에서 쿠폴라의 균열 동안 Cu 침전을 초래합니다. 반면 금 용해도는 냉각의 영향을 거의 받지 않는 것으로 보이며, 금은 밀도있는 수증기 단계 내에 남아있습니다(Heinrich et al. 2004; Murakami et al. 2010). 더 얕은 유체 방출은 탈출된 수증기 단계의 확장 동안 Cu와 Au의 빠른 동시 침전에 의해 지배되며, 결과 큰 광상-관련 금 광상들의 형성은 주로 표면의 3 km 이내에서 발생합니다.

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열수광 및 반암 금 광상-형성 마그마-열수 수성 유체들이 지각의 위쪽 몇 킬로미터에 방출되는 것이 일관되게 높은 CO₂ 함량들을 부족한다는 것을 주목할 가치가 있습니다. 대조적으로, 3~6 km 깊이에서 형성될 수 있는 상층 광상 금 광상들(Groves et al. 1998), 뿐만 아니라 흔히 더 얕은 관련된 Hg-Sb 광석들은 원인성 침입과의 명확한 관계 없이(예: Studmeister 1984; Goldfarb et al. 1990; Hart and Goldfarb 2017), 액체 탄화수소의 지역적 농축들을 가진 수성-탄산염 유체로부터 형성되었다고 주장됩니다. 이 차이는 아마도 마그마 시스템으로부터 CO₂의 초기 탈출 때문일 수 있으며, 아마도 수동적 확산 탈기 기간에 의해, 그리고 특히 마그마 휘발성 단계 내의 압도적인 H₂O 볼륨에 의해, H₂O 포화가 거의 모든 탈기 경로에서 도달될 때입니다(Figs. 6 and 7). 상부 지각 마그마 저수지들로의 CO₂ 플러싱에 의한 마그마 시스템의 불안정화는 Caricchi et al. (2018)에 의해 제안되었습니다. 그러나 그럼에도 불구하고 이러한 반암 또는 열수광 환경들에서 > 1–2 mol% CO₂를 가진 원인성 마그마-열수 광상-형성 유체를 갖는 것은 극히 드뭅니다(예: Ridley and Diamond 2000).

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게다가, 광상 금 시스템들에서 금을 운송하기 위해 일반적으로 불리는 황은 Cl과 대조적으로 H₂O를 따르는 경향이 있으며, 일반적으로 깊은 탈기 동안 산화된 융용으로부터 방출되지 않으며, 오히려 CO₂-부족한 금-형성 유체의 얕은 탈기 동안 방출됩니다(Fig. 8; Spilliaert et al. 2006). 위의 깊이-관련 특징들의 결과로서, 대부분의 Cu- 및 Au-부유 반암 광상들과 관련된 스카른 광석들은 약 2~5 km보다 깊지 않게 형성됩니다(Sillitoe 2010; Richards 2018). 유체 탈출은 Au-부족한 반암 Mo 광상들과 관련된 고도로 분화된 충석질 및 점성 산화된 마그마들에 대해 약간 더 깊을 수 있습니다(Fig. 2B). 그러나 이러한 더 깊은 그리고 더 드문 마그마-열수 시스템들은 여전히 대부분의 광상 금 광상들보다 더 얕은 수준에서 형성되며; 풍부한 고도로 염분인 염수 집합체들을 가진 광상-관련 유체 유포물들을 함유하며(Audétat and Li 2017), 이는 어떤 광상 금 광상과 관련된 것으로 보기에 극히 드뭅니다; 그리고, Climax-형 광상들로부터의 융용 유포물 데이터에 의해 보여지듯이, 거의 CO₂이 pluton 배치의 깊이에서 광물화된 규산염 융용에 남아있습니다(Audétat and Li 2017). 따라서, 심지어 그러한 상대적으로 깊게 배치된 진화된 융용들도 광상 금 광상들과 관련된 유체들과 구별되는 Mo-함유 마그마-열수 광상-형성 유체를 방출합니다. 게다가, Graney and Kesler (1995)에 의해 지적된 바와 같이, 마그마 수증기에서의 유의미한 CH₄과 N₂의 존재, 흔히 어떤 지각 수준에서 광상 금을 형성하는 광석 유체에서 퍼센트 수준에서 감지되며, S-형 융용에 제한되며, 따라서 산화된 마그마 시스템의 특성이 될 가능성은 낮습니다. 위의 특징들은 이 유체가 1.5~2.0 kbar보다 큰 압력에서 탈기되었다는 것이 큰 광상 금 광상을 형성하기에 충분한 황과 금을 함유하도록 하기 위해서는 특별한 조건들을 요구할 것임을 나타냅니다. 어떤 최근 모델들은 깊은 지각 수준에서 방출된 마그마 유체들이 그들의 흐름 경로를 따라 비옥한 암석들의 침출을 통해 Au와 S를 집을 수 있다고 제시했습니다(예: Smithies et al. 2018). 그러나 큰 부피의 마그마 유체가 큰 깊이에서 방출된 비정상적인 시나리오에서, 그러한 유체가 큰 광상 금 광상을 형성하기에 충분할 정도로 Au과 S로 충분히 농축될 수 있을 가능성은 의문스럽습니다. 필요한 유체의 큰 깊은 지각 단층 지역으로의 집중은 광상 금의 특성인 높은 물:암석 흐름 시스템을 선호할 것입니다. 이러한 흐름 체제 하에서, 채널화된 초임계 유체는 작은 볼륨의 암석과 상호작용할 것이며, 따라서 도관 벽암으로부터 감상할 만한 양의 금과 황을 얻기 위해 전단 지역을 따라 초-Au-부유 모암을 필요로 하며, 이는 극히 가능성이 낮은 시나리오입니다. 따라서 잘 인식된 큰 중층 또는 초층 광상 금 광상들을 마그마 탈기의 어떤 모델을 통해 형성하기는 어려울 것입니다.

그림 8. 이탈리아의 Mt. Etna로부터 Spilliaert et al. (2006)의 압력-관련 탈기 동안 a) S와 b) Cl에 대한 여러 가지 분출 사건들(서로 다른 기호)로부터의 융용 유포물 데이터입니다. Cl과는 달리, S는 H₂O를 따르는 경향이 있으며, 본질적으로 모든 CO₂이 시스템으로부터 손실된 후에 탈출되며, 따라서 약 5.5 km(1.5 kb) 이상의 깊이에서입니다. 따라서 취성-연성 전환 지역의 위쪽(중층) 그리고 아래쪽(초층)의 광상 금 형성을 책임지는 금-황 결합이 마그마 과정과 관련될 가능성이 어려울 것입니다.

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금-형성 산화된 마그마에서의 맨틀 관여는 어떨까?

이제 많은 모델들은 광상 금 광석들을 형성하는 유체와 금속의 공급원으로서 농축된 SCLM(대륙하부 암석권 맨틀)의 필요성을 소환합니다. 흔히 산화된 맨틀 마그마로부터의 유체 방출이 다시 광상-형성 성분들의 최종 공급원이 되는 형태입니다. 예를 들어, Hronsky et al. (2012)는 맨틀 내의 금-농축 지역들이 모든 광상 유형들의 금 광상학에 중요할 수 있으며, 금은 규산염 융용들과 맨틀 유체 모두에서 동원된다고 추측합니다. 수십억 년 동안 대륙 아래 보존된 고갈된 맨틀의 재비옥화와 산화는 음의 열적 부력과 함께 존재하는 양의 화학적 부력의 결과이며, 이는 슬래브 섭입으로 인한 변성작용의 결과입니다. Tassara et al. (2020)은 그러한 농축된 SCLM을 통해 상승하는 규산염 융용의 산화가 상승 이전에 마그마의 S와 Au 농축으로 이어질 수 있고, 얕은 지각 수준에서의 마그마-열수 과정이 어떻게 이어질 수 있는지를 기술합니다. 새로 농축된 맨틀의 후속 융용, 흔히 슬래브 박리 또는 롤백으로 인한 천정권 상승으로 인해, 쇼쇼나이트식 또는 최소한 고-K 칼크-알칼리 마그마작용으로 표현됩니다(Feeley 2003). North American 대륙 아래 Farallon 판 섭입과 관련된 이 상대적으로 알칼리식 마그마작용은, 예를 들어, Cripple Creek와 같은 알칼리식 마그마-열수 광상들 및 Laramide Rocky Mountains 지역의 기타 금 광상들과 가장 직접적으로 관련될 수 있습니다. 그러나, 광상 금과 공간적으로 그리고 시간적으로 관련된 마그마작용의 지배적인 형태가 일관되게 K-부유 융용이라는 증거는 없습니다.

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금은 재비옥화된 SCLM의 지역들에서 국지적으로 농축될 수 있습니다(예: González-Jiménez et al. 2020). 그러나 이는 그러한 농축된 맨틀이 광상 금 광상의 유전적 전제 조건이라는 것을 나타내지 않습니다. 맨틀 기원의 크세놀리스와 염기성 암맥은 금으로 농축될 수 있습니다. 그러나 유사하게 이는 경제적 금 광상을 직접 형성할 능력을 제시하지 않습니다. 광로파이르(lamprophyres)는 많은 큰 광상 금 광상들의 내 또는 근처에서 일반적이며, 한 시점에는 광상-형성 과정에서 중요한 것으로 제시되었습니다(Rock et al. 1989). 특히 맨틀에서 상부 지각 암석과 상호작용하여 금-부유 충석질 융용을 생성하는 모델들에서입니다. 다시, 그러한 충석질 융용이 탈출되어 많은 거대 광상 금 광상에 대해 추정되는 형성 깊이에서 상당한 Au-과 S-함유 유체를 방출할 것이라는 증거의 부족이 있습니다. 게다가, 그러한 고립된 암맥의 직접적인 탈기는 큰 금 축적에 필요한 유체 부피를 생성할 가능성이 낮으며, 많은 그러한 암맥들은 금 사건 이전이거나 이후이며, 순전히 유체 마이그레이션을 용이하게 한 동일한 구조를 따라 배치되었습니다(Kerrich 1991; Goldfarb and Groves 2015). Smithies et al. (2018)은 Yilgarn craton의 금-호스팅 횡-암석권 구조를 따라 물-부유 섬장암(diorites)과 화강섬록암들이 광로파이르 맨틀 마그마로부터의 더 큰 부피의 누적체 산물인 진화된 사누키토이드(sanukitoids)로 분류될 수 있다고 보여줍니다. 그러나 그들의 주장된 "중간 정도로 깊은" 배치가 큰 유체 부피를 방출하고, 상승 동안 상당한 금을 제거한 후 더 얕은 수준에서 소위 근처 광상-관련 금 광상을 형성할 것이라는 것은 문제가 있습니다(예: Witt et al. 2020). 위에서 언급한 대로, 큰 유체 부피가 깊이에서 방출되더라도, 큰 금 광체를 형성하기 위해 높은 W:R 비율 조건 하에서 주요 흐름 도관을 따라 충분한 금의 필요한 후속 침출은 설명하기 어렵습니다.

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중국 동부의 North China 블록의 Jiaodong 금 지역은 변성작용된 SCLM으로부터 유래된 풍부한 금 공시(syn-gold) 광로파이르 암맥들을 함유합니다. Saunders et al. (2018)은 이러한 세계적 규모의 금 광상들과 관련된 휘발성과 금속들도 농축된 암석권 맨틀에서 유래되었으며, 금은 천정권 융용들로부터 기여되었고, 아고결질화하는 고-태평양 슬래브로부터는 아니라고 제시합니다. 금 광상들은 상대적으로 얕은 수준에서 형성된 것으로 제시되며, 이는 이론적으로 융용들이 큰 S-과 Au-부유 유체 부피를 탈출할 수 있는 곳입니다. Wang et al. (2021)은 금 사건과 함께 분출한 SCLM-유래 함수로운 현무암들이 금 광상들을 형성한 원인성 마그마를 나타낼 수 있다고 제시합니다. 그들은 또한 그러나 상당히, SCLM의 크세놀리스들이 고갈되었으며, 1차 맨틀에 상대적으로 Au에서 농축되지 않았으며, 그들의 가정된 원인성 마그마들이 금으로 농축된 것은 오직 현무암들의 휘발성-부유 성질이라고 주장합니다. 그러나 게다가, 다시 그러한 얕은 현무암질 마그마작용은 광범위한 쌍정(hypabyssal) 침입 배치 및 열수광-양식 귀금속 맥들의 형성을 광범위하게 보여주도록 예상될 가능성이 높습니다. 이는 Jiaodong 지역에서 관찰되는 것이 아닙니다. 어떤 작업자들은 SCLM 공급원이 광상 벨트 전체에서 광상-관련 광물들의 일관된 S와 O 동위원소 비율로 정의될 수 있다고 주장합니다(예: Zhao et al. 2021). 그러나 보고된 값들은 전 세계 광상 금 광상들과 일관되며, 어떤 유형의 "맨틀 특성"도 나타내지 않습니다.

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맨틀로부터의 직접적인 금 광상-형성 유체 방출에 대한 설득력 있는 증거도 부족합니다. 아마도 40~50 km의 깊이들로부터 거의 표면까지 마이그레이션하는 그러한 깊은 유체들에 대한 어떤 주장들이 있습니다. 그러나 대부분의 이들은 귀가스 동위원소의 해석을 기반으로 합니다(예: Chen et al. 2019). 많은 광상 금 광상들이 횡-지각 단층들과 공간적으로 관련되어 있기 때문에, 맨틀-유래 마그마들 및 일부 휘발성들이 암석권의 더 깊은 부분들로부터 상부 지각으로 운송될 수 있을 이유가 없습니다. 그러나 대부분의 하부 지각 또는 상부 맨틀의 H₂O는 수소함유 광물 단계 또는 융용에 용해된 형태로 저장될 것입니다(예: Touret et al. 2016). CO₂ 맨틀 탈기가 특정 구조적 설정에서 발생할 수 있지만(Newton et al. 1980, 2019), 광상 금-형성 유체들과 보편적으로 관련된 H₂O와 H₂S 농축은 그러한 유체 공급원에서 부족할 것입니다. 암석권 맨틀의 크세놀리스로부터의 보존된 유포물 연구들은 일관되게 H₂O가 종속적 또는 감지되지 않는 CO₂ 탈기를 나타냅니다(예: Roedder 1965; Frezzotti and Touret 2014; Sandoval-Velasquez et al. 2021). 유사하게, 광상 금 광상에 관한 많은 연구들은 광상-관련 광물들로부터 추출된 유포물 물의 헬륨 동위원소 비율에 기초하여 맨틀 유체를 포함시킵니다(예: Jiaodong Peninsula 광상들: Mao et al. 2008). 그러나, 헬륨이 횡-지각 단층 지역을 따라 위쪽으로 움직이더라도, H₂O, CO₂, S, 또는 금속들이 초-지각 저수지로부터 운송되고 있다는 수반하는 증거는 없습니다.

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아마도 더 중요한 것은, 많은 페너로조익 광상 금 지역들이 어떤 방식으로든 농축된 SCLM과 관련될 수 없다는 사실입니다. 왜냐하면 그러한 대륙 기저부는 광상-호스팅 추가된 해양 암석들 아래에 존재하지 않기 때문입니다. 이는 광상대의 해안 쪽을 구성합니다. North America의 Cordilleran 광상대에서, 남부 알래스카의 금 지역들(Fig. 9)과 California Foothills 벨트의 금 지역들 모두는 선행하는 지각으로 추가되었을 때 지각 여백으로 건설되었던 순수히 해양 암석권 위에 위치합니다(Goldfarb and Groves 2015). 더 오래된 광상대의 구조적 진화는 훨씬 덜 이해되고 있습니다. 그러나 Oliver et al. (2020)는 West Africa의 거대한 고생대 중기 Obuasi 광상으로부터의 데이터에는 광상 형성에 초-지각 마그마 공급원으로부터의 어떤 유형의 기여도 지원하는 증거가 없다고 나타냅니다.

그림 9. 남부 중앙 알래스카의 지각 구조는 Brocher et al. (1994) 이후입니다. 광상 금 지구들은 전-호(Chugach Mountains)와 섭입-관련 화성체 여백(Willow Creek)에서 North American 대륙 암석권의 외측으로 해양 지각과 암석권 맨틀의 밑부분에 위치합니다. 유사한 암석권 프로파일들이 Juneau Gold Belt와 North American Cordillera를 따라 더 남쪽에 있는 Mother Lode를 특징짓습니다. 젊은 활동적 대륙 여백을 따라 이러한 관찰들은 농축된 대륙하부 암석권 맨틀이 광상 금 시스템을 생성하기 위한 필수적인 중요 요소가 아니라는 것을 나타냅니다.

요약하면, (1) 공간과 시간에 걸쳐 대부분의 광상 금 광상들과 관련된 제한된 부피로운 칼리 마그마작용; (2) 젊은 광상 금-함유 지역들 아래 대륙 암석권의 부재; (3) 위에서 기술한 대로, 6~15 km 깊이에서 마그마 시스템으로부터의 부피로운 S-과 Au-함유 유체 방출에 대한 증거의 부재; 그리고 (4) H₂O > CO₂를 가진 유체의 맨틀 스트리밍에 대한 거의 지원은 모두 광상 금과 농축된 대륙하부 암석권 맨틀 사이의 유전적 관계에 대해 강한 주장을 제공합니다.

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축소된 관입 관련 금 광상

산화된 마그마와 관련된 대부분의 제안된 마그마-열수 기원의 금 광상이 있지만, 축소된 마그마와 유전적으로 관련되어 있다고 표시되는 훨씬 더 작은 금 광상 그룹이 있습니다(Thompson and Newberry 2000). 산화된 금-부유 마그마-열수 광상이 고대 표면 3 km 내에서 형성되는 것과 대조적으로, 축소된 관입 관련 금 광상(RIRGD)은 유의미하게 더 깊이에서 형성되는 것으로 보고됩니다(Baker 2002; Sillitoe 2020). 이들은 전형적으로 화강암 천정권 영역에서 3~6 km의 깊이에서 퇴적된 것으로 추정되는 금을 함유한 박층 맥 또는 그라이젠으로 설명되며, 따라서 더 깊은, 금은 빈약한 광공 시스템의 동일한 깊이에 있습니다. 유체들은 수성-탄소질입니다(예: Fort Knox: McCoy et al. 1997; Dublin Gulch: Maloof et al. 2001) 따라서 모든 지각 수준에서 형성된 광상 금 광상에 공통인 변성작용 기원의 유체들과 유사합니다. CO₂-부유 마그마-열수 광석 유체의 성질은 강한 지각 퇴적암 성분이 먹이에 동화되어 더 높은 압력에서 유체-융용 분리를 강화하고 그 결과적인 관입 천정권의 파괴를 강화한다는 것을 반영합니다(Thompson et al. 1999; Baker 2002).

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일반적으로 수용된 RIRGD 그룹이 산화된 관입과 관련된 그룹보다 훨씬 더 작은 이유는 축소된 융용에서 더 낮은 금 함유량과 더 깊이 빠져나간 마그마 유체에서 금의 더 큰 용해도를 반영하는 것 같습니다. Thompson et al. (1999)에 의해 처음 설명한 것처럼, RIRGD 광석은 일반적으로 대륙호 육지의 Sn 또는 W 지역에 위치합니다; Bi, W, As, Sn, Mo, Te, and Sb에서 풍부할 수 있습니다; 매우 낮은 황화물 함유량을 가질 수 있습니다; 자주 석영, 정장석, 사장석, 운모, 그리고 탄산염을 변성광물로 가집니다; 많은 다양한 광화 스타일을 나타내지만 가장 일관되게 박층 맥들입니다; 그리고 변수 염도를 가진 수성-탄소질 광석 유체로 특성화됩니다. 많은 이들 특성들 또한 광상 금 광상과 관련되어 있으며, 따라서 일부 광상의 판별을 어렵게 만듭니다. 많은 호 관련 산화된 마그마 시스템과 유사하게, RIRGD 마그마들도 농축된 암석권 맨틀로부터 부분적으로 공급될 수 있습니다. Mair et al. (2011)의 암석유전학 연구는 Tintina Gold Belt의 동부에서 원인적 축소된 마그마 시스템이 광범위한 지각 용융을 통해 형성될 수 없었고 대신 맨틀-유래 마그마에 의한 분별 결정화 및 지각 동화의 생성물이라는 것을 나타냅니다.

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이들 광상의 가장 대표적인 예들은 Tintina Gold Belt의 동부에 있으며, 현재 알래스카의 Fort Knox와 인접한 Yukon의 Dublin Gulch에서 채굴되고 있습니다. 추정된 형성 깊이는 약 3~5 km 사이이며, 광상들은 축소된 및 변수 포르피르식 ca. 92 Ma 칼크-알칼리 화강암에서 자알칼리 화강섬록암 관입 복합체의 천정권 영역에 있는 박층 석영-정장석 맥(때때로 페그마타이트 맥이라고 불림)으로 발생합니다. 이들 광상에서 마그마에서 열수 전환을 대표하는 특징들은 페그마타이트, 유반석 암맥, 미롤리식 공동들, 그리고 일방향성 고결화 조직들의 존재를 포함합니다. Fort Knox의 금-함유 맥들은 < 1% 황화물을 함유하며 금은 주로 Bi-함유 광물들 및 몰리브덴석과 관련되어 있는 반면, Dublin Gulch에서 맥들은 최대 5%까지 황철광-비소황철광-자류철광을 함유할 수 있습니다.

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California의 Sierra Nevada 배담암 복합체의 화강암에 대한 연구들은 화강암 천정권의 수직 냉각 절리들이 단일-통로 유체들의 자기-밀봉 부위들이 될 수 있으며 RIRGD의 것과 유사한 열수 맥들을 형성한다는 것을 나타냅니다(Bartley et al. 2020). 더 큰 파이프 같은 통로들은 내부 결정화되는 머시 내에서 상승하는 물질들로부터 열수 맥들과 함께 유반석 및 페그마타이트 암맥들을 수용할 수 있습니다(Bartley et al. 2018) Tintina Gold Belt 광상에서 관찰되는 것처럼. 그들의 복잡한 조합은 따라서 공간적일 수 있고 반드시 유전적일 필요는 없습니다. 결정화된 관입 부분과의 유체 상호작용 및 (또는) 수압 파괴로 이어지는 과도 압력화의 부족은 허용된 통로를 따라 공극 광석 스타일의 발달보다는 그러한 박층 맥 스타일의 광화 형성을 설명할 수 있습니다.

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이들 박층 맥 시스템의 중요한 특징은 광상 금 광상의 많은 맥 유형 광석과 비교하여 그들의 더 낮은 품질입니다. Fort Knox에서, 부피 톤수 박층 맥들의 품질(그림 10H)은 평균적으로 약 0.6 g/t Au입니다. 교차-절단 어떤이들, 아마도 광범위하게 동시대 주변의 광상 금 사건과 관련되어, 역사적으로 생산된 8 Moz 광석을 약 0.9 g/t Au로 업그레이드했습니다(그림 10J) 그리고 약 1 Moz의 현재 남은 자원은 가장 최근에 평균 0.3 g/t Au로 추정되었습니다. Dublin Gulch의 주요 광화는 또한 평균 0.6 g/t Au입니다(그림 10I). 이들 유형의 박층 맥 시스템은 Sn-W 지역의 많은 축소된 관입체에 존재할 수 있습니다(예: 호주 NSW, Timbara: Mustard 2001), 성분들이 휘발성-부유 퇴적암의 상당한 부피를 포함하지만, 그들의 낮은 품질 때문에 그들은 좋은 기반구조가 존재하고 금 가격이 높을 때 부피 톤수 목표들만 가능할 뿐입니다.

그림 10. 변성작용 지역으로부터의 금-함유 석영 맥 스타일들. 많은 고전적이고 고-품질의 광상 금 광상들(E–G)과의 유사성이 있지만, 이들 맥 광상들(A–D)의 많은 것들이 세계적 규모의 관입 관련 광석 시스템으로 주장되어왔습니다. A Muruntau, Uzbekistan으로부터의 고-품질 주식 맥 네트워크는 정장석- 그리고 흑운모-변성된 각섬암(Seltmann et al. 2020으로부터). B 광로파이르로부터 취성-연성 염소화 어떤, 거대한 금을 함유한 석영 맥, 그리고 관련된 각력암, Peru의 Pataz 금 벨트(Haeberlin 2000으로부터). C Segovia 배담암 및 인접한 변성 퇴적암, Colombia에 수용된 각력화된(위) 그리고 층상(아래) 금-함유 맥들(Universidad Nacional de Colombia 부산 Geociencias의 Juan Carlos Molano 그리고 Camilo Dorado 제공). D 이전 얕은 흑운모-그리고 석영-부유 어떤들을 따라 형성된 초기-단계, 얕은-경경 취성 금-함유 확장 석영 맥, 폐쇄된 황화물 대역들과 함께, 다중 유체 펄스를 반영하며, Pogo deposit, Alaska. E Bralorne, Bridge River district, British Columbia로부터의 층상 결함-채우기 맥(Hart and Goldfarb 2017으로부터). F Red Lake, Canada로부터의 취성 주식-각력암 맥들(사진은 Benoit Dubé의 제공). G 취성-연성 결함-채우기 맥-각력암 시스템 대부분의 금 자원이 텔루라이드들로 나타나는 Kensington deposit, Alaska. H 전형적인 좁은 박층 금-함유 석영-정장석 맥 < 1% 황화물 그리고 매우 얇은 변성 후광 화강암 천정권. 함께 그러한 맥들은 약 0.6 g/t Au에서 평균하는 부피-채광 자원을 이루며 Fort Knox 축소된 관입 관련 금 광상(RIRGD), Alaska. 포르피르식-스타일 마그마-열수 광상들과 달리, RIRGD는 광원 영역을 반영하는 광범위한 변성 지역의 부족을 보입니다. I 부피 채광 0.6 g/t Au 자원을 정의하는 플루톤 천정권의 전형적인 RIRGD 박층 맥 배열, Dublin Gulch, Yukon, Canada. J 평균 0.5-m 너비를 가진 더 높은-품질, 초과 성문 후기 NE-향 어떤들은 Fort Knox에서 광상 금 초과 가압을 나타낼 수 있습니다. 그들은 역사적 품질을 약 0.9 g/t Au로 증가시켰습니다.

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변성암의 논란이 되는 세계급 광상들

메타모르픽 지층에서 대부분의 거대 금 광상들은 최근 문헌에서 다른 연구자들에 의해 변성작용 또는 마그마 기원을 가진다고 주장됩니다. 이들은 신신생대(Neoarchean), 고원생대(Paleoproterozoic), 그리고 후기 신원생대-현생대의 많은 최고 수준의 연구된 사례들을 포함하며, 마그마작용과의 명확한 관련성이 있는지 여부와 관계없이 많은 동일한 특징들을 나타냅니다(그림 10A–G). 위에서 강조한 대로, 대부분의 증거들이 해양 암석의 변성작용에 내재된 광석 기원을 강하게 나타내지만, 광석 기원에 관한 논란을 초래한 많은 중요한 인자들이 있습니다. 첫째, 금 광석 형성이 마그마작용, 특히 산화된 마그마 시스템과의 관련성에서 지각의 상부 3–5 km 내에서 잘 증명됩니다(그림 2A). 따라서 많은 연구자들에 의해 동일한 융용 유형들이 단순히 더 깊은 깊이에서 더 많은 CO₂-부유, CO₂ 함유이지만 Cu-빈 대량의 유체를 방출하여 구조적으로 제어된 금 광화의 매우 다른 양식을 형성할 것이라고 가정됩니다(그림 2B). 이러한 가정들은 마그마 시스템의 연구로부터 인식된 위에서 설명한 많은 문제들을 무시합니다. 이들 더 깊은 마그마-열수 모델들은 일반적으로 연구된 금 광석의 지구화학적 및 광물학적 측면들을 마그마 유체 공급원의 문서로서 강조하며, 이 추론은 그 다음 유체들과 금속들이 영역에서 인식되거나 인식되지 않을 수 있는 깊이 배치된 관입 유형으로부터 유출되었다는 결론에 사용됩니다. 둘째, 광상 금 광상 및 많은 마그마-열수 광석 모두에서 특정 온도에서의 안정성을 지시하는 일부 규산염 변성 광물들의 존재는, 백운모 또는 흑운모-K-장석을 포함하며, 이들 광물들이 금 광상 유형을 판별하는 데 사용될 수 없음을 나타냅니다. 셋째, 대부분의 거대 광상 금 광상들은 현재 노천광 채광에 의해 채광되며, 여기서 일부 연구들은 광범위한 채광 작업에 노출된 매우 국지적인 지질학적 이상들에 초점을 맞추며 일반적으로 광석-형성 사건과 관련 없습니다. 마지막으로, 그것이 채광장 내의 일련의 암맥이든지 또는 지구물리학적 연구로 정의된 근처의 제안된 미노출 화성체든지, 전반적인 조사 없이, 광석형성의 유체들과 금속들을 위한 점 공급원을 암시하는 것이 훨씬 더 광범위한 지역 과정을 이해하려고 시도하기보다는 더 용이합니다. 아래에서, 우리는 논란의 몇몇 특정 최근 예들을 요약합니다.

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산화된 마그마와 관련되어 있다고 때로 주장되는 메타모르픽 지층의 거대 광상들

Yilgarn Craton

Yilgarn 크래톤의 Fimiston 광상은 Golden Mile 노천광에 의해 채광되며 세계에서 가장 큰 신신생대 금맥광(lode gold) 광상이며 역사적으로 광상 금 광상으로 인정되어 왔습니다(Phillips and Groves 1983; Hagemann and Cassidy 2000). 그럼에도 불구하고, Tripp et al. (2020)은 나중의 변형 및 변성작용으로 덮여있는 동화산 저-황화 및 고-황화 열수광(epithermal-like) 유사의 조직학적 특징들을 설명합니다. 그러한 특징들은 심지어 Fimiston 광석들을 거대한 얕은-수준 열수광 유사 광상으로 분류로 이어졌으며(Clout 1989) Emperor 및 Cripple Creek과의 유사성들을 가집니다(Bateman and Hagemann 2004). 그러한 열수광-유사 특징들은 그러나 그들의 범위에서 제한적이며, 일부(가령 수화 규산염)는 압력이 수압 파괴 동안 떨어지면서 큰 깊이에서 개방-공간 맥 형성 동안 개발될 수 있습니다(Weatherly and Henley 2013). 이 과정의 지원에서, Dubé et al. (2004)은 Canada의 Red Lake 광상에서, 일부 콜로이드 층상식(colloidal-crustiform) 금-함유 맥들이 중간-지역 깊이에서 형성되었음을 보여줍니다.

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많은 연구로부터의 증거는 Fimiston 광석들이 최소 350°C의 온도에서 약 10 km의 깊이에서 형성되었음을 보여줍니다, A.G. Mueller et al. (2020a, b)에 의해 요약되었듯이, 비록 이들 저자들은 I-유형 마그마 기원을 주장합니다. 그들은 다양한 열수 광물들의 δ¹⁸O 유체 값 8.2–9.8‰, 높은 Sr 동위원소 비율들, 그리고 고-품질 광석에서의 망원석(telluride) 및 V-부유 운모들의 존재가 약 10 km 아래 어딘가에 배치된 몬조디오라이트 관입 모음으로부터 XH₂O = 0.85의 유체 분출(exsolution)에 대한 증거라고 결론지었습니다. McDivitt et al. (2021)은 또한 (1) 국부적 셰일의 자생 황화철(diagenetic pyrite)에서 MIF Δ³³S 및 δ³⁴S 값들이 광석화-관련 황화철의 값들과 다르다는 주장 그리고 (2) 금과 광전(pre-ore) 포피르 암맥들 사이의 공간적 관련성에 기초하여 깊은 마그마 유체를 호출합니다. 유사한 MIF Δ³³S 데이터를 사용한 주장은 Yilgarn craton에서 다른 대형 광상 금 광상들의 형성을 위한 변성작용 유체의 가능성을 부정하는 데 사용되었습니다(예: Kanowna Belle: Sugiono et al. 2021). 그러나 모든 그러한 예들에서, 어떤 노출된 원인적 관입도 공간적 관련성이 계속되지 않으며, 지층 전체에서 금-만 광상들의 일련을 형성하기 위해 약 10 km 아래에 배치된 마그마 시스템으로부터의 부피있는 S- 및 Au-함유 유체 방출에 대한 설명도 없습니다. 실제로, McDivitt et al. (2022)은 광전 암맥들의 광물 연대측정을 기반으로 마그마-열수 모델을 주장하면서 암석기술적(petrotectonic) 형성 과정이 Fimiston의 Au-Te 광석에 대해 "수수께끼(cryptic)"라고 언급합니다.

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Abitibi Greenstone Belt

Superior Province of Canada의 많은 최대 광상들은 일부 연구자들에 의해 마그마-관련 광상들로 정의되었으며, 특히 광석화의 일부가 광석-지층 전체에 광범위한 알칼리 내지 준-알칼리 관입 암석들에 의해 호스트되는 경우입니다. 세계급 Canadian Malartic은 최근 문헌에서 포피르, 시에나이트-관련 분산형, 산화된 관입-관련, 중간-지역 주식-분산형 치환(replacement), 또는 광상 금 광상 유형으로 대안적으로 언급되어 왔습니다. Fimiston 광상에 대해 요약된 것과 유사한 마그마 모델은 Canadian Malartic 광석에 대해 제안되었으며, 중-지각 몬조디오라이트 관입이 산화된 유체를 분출하여 지각의 많은 부분을 통해 이동하고 약 10 km의 깊이에서 금을 침전시킵니다(Helt et al. 2014). 그러한 유체에 대한 증거는 안정 동위원소 데이터(δ¹⁸O 유체 값 약 5–10‰, δD 값 −52 내지 −45‰, 그리고 δ³⁴S 값 −4.5 내지 +3.3‰); 변성 조합에서 K-장석 및 흑운모; 국부적으로 비정상적인 Te, Bi, W, 및 Mo의 양들; 그리고 광화된 석영으로부터 대량 추출 유포물 물의 주요 원소들의 비율들로 주장되었습니다. 하지만 이들 특성들은 마그마 및 변성작용 공급원 저수지 사이를 어떤 방식으로든 판별하지 않습니다(예: Beaudoin and Raskevicius 2014; De Souza et al. 2019) 그리고 마그마 모델은 전적으로 추측적입니다(De Souza et al. 2020).

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Kirkland Lake 광상은 알칼리 관입들과의 공간적 관련성, 금-함유 망원석 및 몰리브덴석의 존재, 높은 Au:Ag 비율들, 그리고 풍부한 백운모(sericite)로 정의된 칼리 변성에 기초하여 열수광-유사 마그마 광상으로 제안되었습니다(Ispolatov et al. 2008). Hollinger-McIntyre 광상에서의 금 광석의 대량은 작은 Cu-Mo-Au 포피르를 둘러싸고 있으며 공간적 관련성은 많은 연구자들이 유전적 관련성을 호의적으로 보도록 이끌었으나, 지질학적 및 지구연대측정 증거는 어떤 그러한 관련성도 배제합니다(Dubé et al. 2020). 이들 큰 광상들에서의 복잡성들은 아마도 다른 광화 유형들의 중복의 산물이며 뒤에서 논의됩니다.

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Other Archean Greenstone Belts

금과 마그마작용 사이의 연결이 또한 Tanzania 그린스톤 벨트의 Geita 금지역에 대해 강조되었습니다(Dirks et al. 2020). Mg- 및 F-부유 흑운모 및 관련 K-장석이 열수 변성작용에서, Bi-함유 망원석, 그리고 약 1의 Au/Ag 비율이 그린스톤 벨트의 광범위한 마그마작용에 금을 연결하는 것으로 강조됩니다. 게다가, 포피르 암맥과의 관련성, K-부유 화강암의 광범위한 배치, 그리고 확장성 체제 동안의 후-충돌작용 시기 모두가 그러한 연결을 더 지원하기 위해 언급되었습니다(Kwelwa et al. 2018). 그럼에도 불구하고, 이들 논증들은 마그마 공급원에 대한 입증된 연결 없이 추측적으로 남습니다.

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Central Asia orogenic belt

유사한 논증들이 신원생대 및 페너로조익 충돌 벨트 내에 호스트되는 많은 거대 금 광상들의 기원에 대한 중요한 마그마-열수 성분을 정당화하기 위해 사용되어 왔습니다. 세계에서 가장 큰 광상 금 광상인 Muruntau(그림 10A 및 11)는 유포물 추출로부터의 상승된 He 동위원소 비율 및 황화철의 비방사성 초기 Os 측정에 기초하여 맨틀 마그마작용에 연결되었습니다(Morelli et al. 2007). Muruntau에 대한 주요 마그마 성분을 포함하는 다중-성인(polygenetic) 기원이 유포물로부터의 다른 귀족 가스 동위원소들; 포함물 물의 높은 Br/Cl 비율들; K-장석 및 흑운모 변성작용 단계들; 금-호스팅 구조들을 따른 램프로파이어 암맥들; 그리고 일부 광화에서 As, Sb, Bi, Mo, W, 및 Pt의 비정상적인 양들에 기초하여 추가로 지적되었습니다(Graupner et al. 2001, 2006; Wall 2004). Wall (2004)은 소위 TAG(열aureole 금) 모델을 제시했으며, 여기서 Muruntau에서의 금 광화는 > 6 내지 10 km의 깊이에 어딘가 배치된 원인적 관입 위의 약 3–4 km에 있는 혼펠스화된 암석에서 형성되었습니다(그림 11 및 12). 천체권 상승(asthenospheric upwelling) 및 관련 마그마작용 동안의 가열을 통해 Muruntau 아래에서 대량의 변성작용 및 탈휘발화가 발생했지만(Seltmann et al. 2020), 연구자들은 금의 대부분이 가설적 판-상(sill-like) 심성암(Hall and Wall 2007)에서 수원되었다고 주장했으며, 이는 이론적으로 산화된 또는 축소된 본질을 가질 수 있습니다. 탄산염질 쇄설성 암석-지배적 지층 내의 다른 고생대 거대 중앙 아시아 조산대 금 광상들도 제시된 많은 동일한 논증들에 기초하여 마찬가지로 기원이 논쟁의 여지가 있습니다. 이는 금의 나이들 및 공간적/시간적으로 관련된 알칼리 마그마작용이 암권 맨틀로부터의 기여를 암시하기 위해 사용되는 Kumtor을 포함합니다(Mao et al. 2004). 광석-호스팅 관입에서의 광맥들; 금과의 W-Bi-Sb 관련성; 일부 호스트 관입에서의 미량 일메나이트; 호스트 암석에서의 앰피볼, 흑운모, 및 일메나이트 입자들에서 측정된 2–30 ppb Au; 그리고 이들 암석들을 자르는 일부 정장석질(aplite) 및 페그마타이트 암맥에서 결정된 300 ppb까지의 Au는 모두 Zarmitan에서의 광석 형성에 대한 마그마 기여를 시사하는 것으로 고려되었습니다(Abzalov 2007), 비록 아래에서 언급한 대로 이 경우에 원인적 관입은 상대적으로 축소된 것으로 제안되었습니다. 헬륨 동위원소들도 맨틀 입력을 지시하는 것으로 고려되었습니다(Graupner et al. 2010). Bakyrchik에서의 마그마 기여는 근-영(near-zero) δ³⁴S 동위원소 값들 및 광범위하게 동시대의 마픽 암맥들에 기초하여 가정됩니다(Soloviev et al. 2020).

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Damdinov et al. (2021)은 As-, Bi-, Sb-, 및 Te-함유 광물 단계들의 존재; Ag- 및 Sb-부유 황염들의 존재; 금-함유 석영에 대해 계산된 δ¹⁸O 값들이 약 6–7‰이고 측정된 δ³⁴S 황화물 값들이 약 −4 내지 +5‰; 그리고 전단 구역들보다는 화강암질 호스트로의 광석 제한이 Russia의 East Sayan 지역의 신원생대 및 초기 고생대 금 광상들을 마그마 조산대의 광상 금 광상 부분군으로 식별할 수 있다고 주장했습니다. 원인적 관입들은 산화된 또는 축소될 수 있으며, 이들은 마그마 유체로부터 형성된 광상 금 광상으로 정의되었습니다.

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Other Phanerozoic Accretionary Orogens

때때로 상충하는 연령 관계들에도 불구하고, 연구자들은 섭입-관련 심성암(subduction-related batholiths)의 여백을 따라 많은 페너로조익 금 지방에 대한 마그마-열수 기원을 제안했습니다. South American Cordillera에서, Sillitoe (2008)는 Colombia의 Segovia 벨트 및 Peru의 Pataz-Parcoy 벨트를 산화된 pluton-관련 금 광상 유형이라고 명명했습니다(그림 10B, C). 분류는 금 광석에 유전적으로 관련되어 있다고 진술된 I-유형, 칼크-알칼리 선형 심성암체들에서 호스트되는 두 벨트 모두를 강조했습니다. 이는 North American Cordillera의 Alaska의 Juneau 금 벨트(그림 11G) 및 California의 Mother Lode 벨트(Goldfarb et al. 2008)에서 광상 금 광상 분류의 지질학적으로 및 지구화학적으로 매우 유사한 광석들과 대조를 이룹니다, 이들은 유사한 선형 섭입-관련 심성암체들의 여백을 따라 위치합니다. Haeberlin et al. (2004)은 Pataz 심성암에서의 Carboniferous 금 광상들이 일반적으로 화성암의 결정화 후 15 myr에 형성되었다고 언급했습니다. 그럼에도 불구하고, Witt et al. (2016)은 수열 백운모(hydrothermal sericite) 위의 아르곤 나이들이 ca. 314–312 Ma일 가능성이 변형 동안 리셋되었으며 심성암체-호스팅 광맥들이 13 ± 4 km 깊이에서 형성되었으며(Haeberlin 2002), ca. 340 내지 320 Ma 사이의 어느 시점에서 마그마 기원을 가졌다는 것을 선호하는 마그마-열수 모델을 선호합니다. 그러한 마그마 유체에 대한 증거는 변하는 광맥 기울기들을 가지는 높은 금 등급의 부재, 국부적으로 대량의 황화철-황화철(pyrite-arsenopyrite) 부피들 그리고 Pb–Zn 황화물들의 풍부함, 그리고 일부 매우 염분인 유포물들로 설명되었습니다. Wiemer et al. (2021, 2022)은 Pataz-Parcoy 벨트의 깊은 광화 유체가 증분형 광맥 조직으로 표현되는 반복적인 지진 파열에 의해 융용에서 방출되었다고 가설합니다 그리고 이들을 "관입-관련 광상(intrusion-related orogenic)" 금 광상이라고 명명했습니다. 훨씬 더 큰 연령 스프레드는 Segovia 심성암체 정치(emplacement) 및 금 형성 사이를 특성화하며, 160 Ma 섬록암질 관입들에서 호스트되는 ca. 88 Ma 금 광석들의 Segovia 벨트입니다(Leal-Mejia et al. 2010). 그럼에도 불구하고, Shaw et al. (2019)에 의해 제안된 관입-관련 모델은 금 광상들의 선형 벨트를 ca. 96–58 Ma 복합(composite) Antioquian 심성암체로 관련시킵니다. 지원하는 증거는 88 Ma Segovia 벨트 광맥들에서 황화철에 대한 유사한 Pb 동위원소 측정들, Antioquian 심성암체에서의 60 Ma 금 발생들, 그리고 광맥들과 Antioquian 심성암체의 northeastern 가장자리에서의 스톡의 나이 중복으로 정의되며, 이는 단지 금 벨트의 서쪽으로 약 10 km입니다. 그럼에도 불구하고, 대규모의 연성 전단 구역이 Segovia 금 벨트 및 호스트 심성암체를 Antioquain 심성암체로부터 분리하며 아마도 Late Cretaceous 및 조기 제3기에 수백 킬로미터의 오프셋을 가지고 있으며(Keenan and Pindell 2009), 따라서 공간적 관련성의 중요성은 불명확합니다.

그림 11. Muruntau의 제안된 유전적 모델들(Kempe et al. 2016; Seltmann et al. 2020 이후), 세계에서 가장 큰 광상 금 광상은 맨틀로부터 방출된 광석 유체 및 광상 아래 약 4 km에서 방출된 관입으로부터의 유체를 포함합니다; 둘 다 본 논문에서 제시된 많은 논증들에 기초하여 가능성이 낮은 시나리오입니다. 대신, Seltmann et al. (2020)에서 논의된 대로, 마그마작용 및/또는 맨틀 열 사건이 이전에 지역적으로 변성된 쇄설성 암석들 위에 접촉 변성작용 오버프린트를 중첩시켰습니다. 접촉 변성작용은 아마도 대체로 탄산염질이고 취성인 광범위한 혼펠스대에서 광석-형성 유체의 추가 변성작용 상향화 및 농축으로 이어진 쇄설성 암석들의 추가 탈휘발화를 야기했습니다.

그림 12. Wall et al. (2004) 및 Hall and Wall (2007)의 열aureole 금(Thermal Aureole Gold 또는 TAG) 모델입니다. 모델은 다양한 연구자들에 의해 광상 금 광상 및 관입-관련으로 정의된 많은 거대 광상 금 광상들이 5–10 km 이상의 깊이에 정치된 크고, 분별된, 흔히 축소된, 수력풍부한(2.5–4 wt% H₂O) 심성암들로부터 방출된 마그마-열수 유체로부터 형성되었다고 주장합니다. 광상들은 화강암질 지붕 구역들의 유리한 구조들(예: Fort Knox, Vasilkovskoye)에서 또는 원인적 관입들과 인접한 열aureoles(예: Pogo, Muruntau, Telfer, Obuasi, Morila, Sukhoi Log)에서 형성되도록 제안됩니다. 이들 광상의 일부는 5 km에서 정치된 심성암들의 지붕 구역들에 형성된 저금 등급 광맥 시스템(Fort Knox)을 반영할 수 있거나 마그마 열로부터 생성된 변성작용 유체로부터 형성된 고금 등급 광상(Muruntau)을 반영할 수 있지만, 5 km 이하에서 정치된 심성암들로부터 광석-함유 마그마-열수 수성-탄산염질 유체의 대량 방출은 가능성이 낮습니다.

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축소된 마그마와 관련되어 있다고 주장되는 변성암의 거대 광상들

일반적으로 인용되는 전지구적 RIRGD(축소된 관입-관련 금) 예들(Sillitoe 2020, Table 7 참조)은 Fort Knox 및 Dublin Gulch에서의 잘 논의된 북미 광상들과 비교할 때 금 등급이 주목할 만하게 높은 많은 광상들은 마그마 관련성의 좋은 지원 증거를 갖는 측면에서 마찬가지로 문제가 있습니다; 많은 것들은 그럼에도 불구하고 실제로 Wall et al. (2004)의 TAG 모델 내에 포함되어 있습니다(그림 12).

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일반적으로 인용되는 북미 외부 RIRGD 예들 (Commonly cited non-North American RIRGD examples)

Kazakhstan의 북부 Vasilkovskoe는 전단된 산화된(축소된 아님) 화강섬록암 복합체 내에서 수직 광맥 집단 시스템으로 나타나며 금 사건은 Ordovician 마그마작용보다 약 100 myr 더 젊습니다(Khomenko et al. 2016). Spain의 Iberian Massif의 northwestern 부분인 Salave는 주로 미세하게 분산된 금-함유 황화철로 기복된 평행 렌즈들의 일련으로 나타나며 약간 축소된 화강섬록암의 전단된 여백 내에서 그리고 인접한 변성 쇄설성 암석 내에서 나타납니다(Rodriguez-Terente et al. 2018). 절대 연령 관계들은 Mortensen et al. (2014)이 Salave가 아마도 Variscan 마그마작용에 대한 공간–시간적 관련성을 가지는 광상 금 광상임을 시사하도록 이끌었습니다. Mali의 Morila 광상은 산화된 관입들과 공간적으로 관련된 혼펠스화된 편암의 주름 힌지에서 호스트되는 금-함유 석영 세맥들의 거대 광상의 예입니다. 광석들에서 황화철 및 loellingite와 같은 축소된 황화물 단계들 때문에 신원생대 RIRGD 금 광상으로 불려왔습니다(McFarlane et al. 2011) 하지만 그러한 분류는 구조적 설정 및 마그마작용의 본질을 고려하면 매우 도전적으로 보입니다(Goldfarb et al. 2017). Western Australia의 신원생대 Telfer 광상의 초기 구조적 연구들은 전단 구역-관련 광상 금 광상 광석들의 특징적인 특징들을 설명했습니다(Vearncombe and Hill 1993; Hewson 1996) 이는 접촉 변성작용이 광상에서 Au 및 Cu를 운반할 수 있는 고염분 변성작용 유체를 생성하는 유전적 모델로 이끌었습니다(Rowins et al. 1997). 국부적 지질학은 선반 수열들을 포함하며, Yardley and Graham (2002)에 의해 강조한 대로, 그러한 단위들의 변성작용은 상당히 염분인 유체를 생성할 수 있습니다. 반구조적 돔들 내에서 연성 전단 및 국부적 탄산염질 변성 쇄설성 암석 호스트 암석들에서의 취성 단층으로 인한 반사형 구역 내 기복된 암초들에 대한 유동학적 제어들은 그러한 모델과 일치할 것입니다. 하지만 금 광석들의 비정상적으로 높은 Cu 함량(자생 광석에서 ≤ 1000 ppm: Maidment et al. 2017), 일부 유포물들에서의 염분 유포물과 K:Ca > 1 그리고 포함물들에서의 높은 Fe, Mg, K, 및 Na은 이제 RIRGD로의 일반적인 분류로 이끌었습니다(Schindler et al. 2016). 광상 10 km 내에 노출된 관입들이 없지만, Wilson et al. (2020)은 지구물리학적 데이터가 40 myr의 기간에 걸쳐 일시적으로 Cu- 및 Au-부유 마그마 유체를 방출했을 수 있는 40-km-길이의 축소된 심성암체를 나타낼 수 있음을 시사합니다. 많은 연구자들이 위의 이들 모든 세계급 금 광상들이 RIRGD로 분류되도록 증거 및 논증들을 제공하는 반면, 그들은 명백히 잘 연구된 Tintina Gold Belt RIRGD와는 다르며 마그마-열수 과정에 대한 그들의 연결은 결코 결정적이지 않습니다.

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Cretaceous Alaskan deposits

다른 세계급 금 광상들은 훨씬 더 논쟁의 여지가 있으며, 최근 경제지질학 문헌에서 광상 또는 RIRGD 기원으로 대안적으로 나열되며, 특히 Tintina 벨트의 알래스카 부분의 다른 광상들 및 중앙 아시아의 거대 광상들입니다(Sillitoe 2020, Table 11 참조). Pogo 및 Donlin Creek 모두 RIRGD의 예들로 설명되었습니다(Szumigala et al. 1999; Thompson and Newberry 2000), 하지만 그들은 Fort Knox 및 Dublin Gulch 광상들처럼 보이지 않으며 축소되거나 산화된 관입들과의 어떤 유전적 관련성도 양해석적입니다(Rhys et al. 2003; Goldfarb et al. 2004). 고금 등급 Pogo 광상(그림 10D)에 대한 마그마-열수 기원이 산소 및 황 동위원소 값들, Au–Ag-As-Bi-Te-Pb 지구화학적 시그니처, 초기 흑운모 변성작용, 지역적 확장과의 관련성, 축소된 석영질내지 중성질 관입들과의 공간–시간적 관련성, 및 호스트 암석들의 변성작용을 나중시하는 광화 시간에 기초하여 제안되었습니다(Smith et al. 2000; Rhys et al. 2003). Pogo 유포물에서의 낮은 Br/Cl 비율들은 마그마 공급원과 일치하는 것으로 진술됩니다(Baker et al. 2006). 두껍고, 얕게 경사진 기복된 금-함유 석영 광맥들(그림 10D)은 추정된 7 km 깊이에서 ca. 104 Ma에 형성되었으며 광산 지역의 109–107 Ma 화강암질 암맥들을 오버프린트하지만, 광석에 대한 원인적 관입은 인식되지 않은 채 남아있습니다(Rhys et al. 2003). 70 Ma Donlin Creek 광상은 지각의 상부 수 킬로미터 내에서 형성되었으며 저-황화 현상(Ebert et al. 2000) 또는 원인적 포피르 암체에 인접한 준-심도 광맥 시스템과 같은 광맥 시스템을 나타내도록 제안되었습니다(Ebert et al. 2003), 후자 분류는 아마도 Colorado Mineral Belt의 일부 마그마 열수 광석들과 유사할 것입니다(Bundtzen and Miller 1997). 다시 한번, 그러나, 근처의 포피르질 관입과의 공간–시간적 관련성은 기원에 관한 추측만을 허용합니다(Goldfarb et al. 2004).

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Central Asia orogenic belt

RIRGD 분류는 중앙 아시아 광상들의 어떤 것에 대해서도 잘 정당화되지 않습니다. Zarmitan은 화강암질-변성 쇄설성 암석 접촉을 따라 역시 단층들의 일련 내에서 7-km-길이의 광맥 떼로 나타납니다(Abzalov 2007). 마그마 모델에 대한 지원은 석영질 관입들의 일메나이트-함유 본질; 금-함유 리본형 광맥들에서의 Te, W, Bi, 및 Sb의 비정상적인 농축들; 그리고 일부 광맥들의 존재를 포함합니다. 그럼에도 불구하고, 광석들의 설명은 이질적 응력 구역들이 화강암질 여백을 따라 광화를 제어하는 대부분의 광상 금 광상들과 거의 차이가 없음을 보여줍니다(Groves et al. 2018). 위에서 언급한 Wall et al. (2004)의 TAG 모델은 거대 Muruntau 광상이 판-상 및 수역풍부한 관입의 지붕 구역의 열aureole에 있는 것으로 보여줍니다(그림 11 및 12). 5300 t Au 광상으로부터 1 km 떨어진 깊은 시추공은 4 km 깊이에서 일메나이트-함유 시에노화강암과 교차했습니다(Kempe et al. 2016; Seltmann et al. 2020) 하지만 이 특정 축소된 관입이 이 거대한 금-함유 광석 시스템의 형성과 무언가를 하는 것과 관련이 있다는 어떤 증거도 없습니다.

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요약

금-함유 단층충전 석영 광맥들(그림 10C, E) 및 광맥 시스템들(그림 10A, F)이 관입 암체들, 특히 산화된 관입 시스템들에 의해 또는 근처에 호스트될 때, 마그마-열수 유체의 관여는 광범위하게 논의되어 왔습니다(Sillitoe 2020). 관입 암석들이 존재하지 않을 때조차도, 연구자들은 광상 금에 대한 마그마 기원을 요구할 수 있습니다. 예를 들어, 풍부한 수성 유포물들 및 대량 추출 유포물에 대해 측정된 매우 낮은 δD는 New Zealand의 South Island 호스트 지층 어디에서도 인식되는 관입 암석들이 없음에도 불구하고 Macraes 금 광상에서 큰 마그마 성분의 증거로 여겨졌습니다(deRonde et al. 2000). Ridley and Diamond (2000)은 우리가 전체 지하 건축을 알지 못하기 때문에 New Zealand 광상 금 광상들에 대한 마그마-열수 기원을 완전히 배제할 수 없다고 언급합니다. 그럼에도 불구하고, 우리가 아래에서 설명하는 대로, 위에서 설명된 마그마 계통학들이 변성 벨트들에 형성된 대부분의 중간대 및 깊은대 광상들에 대한 그러한 유전적 모델에 반대하는 것뿐만 아니라, 이러한 논쟁의 여지가 있는 광상들에 대한 마그마 모델을 요구하는 일관되게 반복된 그리고 추정적으로 지원하는 특징들은 극도로 문제가 있습니다. 또한 RIRGD를 정의하는 데 사용되는 기준들에 기초하여 광상을 마그마-열수로 분류할 때 주의해야 한다는 것이 중요합니다. Hart (2007)에 의해 강조된 바와 같이, 이들 광상들은 자철광을 결여하는 석영질, 일메나이트-계열 심성암체들과 관련됩니다. 이 광상들의 그룹으로서 정의적인 것으로 논쟁되는 중요한 특징들(Thompson and Newberry 2000)은 그들의 원인적 축소된 관입들과 유전적으로 관련된 금 광석들과 관련됩니다. 축소된 화성암체 내에 위치한 Fort Knox 및 Dublin Gulch와 같은 광상들과의 비교에 기초하여 산화된 관입들에 의해 호스트되는 금 광석들을 관입-관련으로 정의하는 것은 의미가 없습니다. 예를 들어, Zhao et al. (2022)은 Tintina Gold Belt의 이들 광상들과 중앙 아시아의 Unkurtash 금 광상 사이의 유사성을 진술합니다. Unkurtash 광상은, 그러나, Cu-Au 스카른들과도 관련된 자철광-함유 화강섬록암에서 호스트되어 있습니다. 따라서, Unkurtash는 관입-관련일 수도 있고 아닐 수도 있지만, 만약 그렇다면, 그러면 그것은 확실히 산화된 관입-관련 광상이며 RIRGD 분류와 관련된 많은 특징들은 적용되지 않습니다.

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논의

광상 금 시스템으로의 마그마-열수 유체 입력을 나타내는 것으로 일반적으로 제안되는 특징들

다수의 광물학적, 지구화학적, 동위원소적, 및 지질학적 특징들은 광상 금 시스템들로의 마그마-열수 유체 입력을 지시적인 것으로 일반적으로 제안됩니다. 이들 특징들의 많은 것들, 예를 들어 변성작용 광물학 또는 안정 동위원소 조성들은 이 광석 성인 모델을 지원하는 증거로 사용되지만 독립적으로 취해질 때 명백히 여러 방식으로 해석될 수 있으며 따라서 또한 비-마그마 유전적 모델들을 지원하는 것으로 인용되었습니다. 다른 특징들, 예를 들어 위에서 논의된 귀족 기체 동위원소들은 실제로 그 특정 성분의 마그마 공급원을 나타낼 수 있지만 광상을 형성하기 위해 필요한 H₂O, S, Au, 및 관련 금속들의 공급원은 나타내지 않습니다. 이들 특징들은 서로 다른 유전적 모델들 사이에서 활발히 판별하기보다는 선호된 유전적 모델을 수동적으로 지원합니다. 아래에서, 우리는 Au-함유 마그마-열수 유체의 입력을 지시하기 위해 진술된 더 일반적으로 인용되는 독립적 특징들의 일부를 평가합니다.

변성작용 유체들은 일반적으로 낮은 염분들(3–7 wt% NaCl equiv.)을 가지므로, 기저 금속들, 특히 Cu 및 Pb로 농축된 광상들은 이 높은 염분 유체(5–15 wt% NaCl equiv: Audétat and Edmonds 2021)가 이들 원소들을 운반하는 데 더 가능할 것이므로 마그마 유체로부터 공급된 것으로 제안되었습니다. 풍부한 기저 금속들이 존재할 때, 그들은 전형적으로 훨씬 광범위한 금 자원 내에서 국부적 농축이며 경제적으로 회수 가능하기는 거의 드뭅니다. 예들은 Mali의 Loulo 광산 지구의 Gara 광상을 포함하며, 여기서 국부적으로 높은 기저 금속 함량들 및 고염분 유포물들은 마그마 유체 공급원 또는 증발암 단위의 변성작용에서 생성된 유체의 지시로서 해석되었습니다(Lawrence et al. 2016; Lambert-Smith et al. 2020).

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전형적인 낮은 염분 유체들은 전형적인 변성쇄설암에서 방출되는 유의미한 Au 및 As 부피들 동안 흑운모 탈수 및 동일한 암석들의 황화철 탈황화 동안 총 Cu, Pb, 및 Zn의 2–5%만이 동원될 것을 보여주도록 모델링되었습니다(Zhong et al. 2015). 최근 연구는 증발암 수열들을 포함하는 변성 쇄설성 분지들이 정향 변성작용 동안 염분 변성작용 유체들을 생성할 수 있음을 보여주었으며, 이는 그러면 더 다중금속질 양식의 광상 금 광상을 침강할 수 있습니다(Evans and Tomkins 2020), 비록 이들은 거의 그러한 기저 금속들의 경제적 농축들을 포함하지 않습니다. 몇몇 광상 지층들의 전기석에 대한 붕소 동위원소 분석들도 증발암들이 광석-형성 유체에 기여할 수 있음을 확인합니다(Lambert-Smith et al. 2016). Finland의 많은 Paleoproterozoic 금 광상들은 Cu, Ni, 및 (또는) Co의 높은 농축들로 특징지어지며, "비정형적 광상 금 광상들"로 불려왔습니다(Eilu et al. 2007; Eilu 2015). 이들 기저 금속-부유 금 광상들은 마피르 및 초마피르 암석들에서 호스트되며 따라서 이들 금속들의 농축은 열수 유체들에서 황과의 국부적 벽 암석 변성작용 반응들을 반영합니다. 요약하면, 광상 금 광상들의 높은 기저 금속 함량들은 드물지만 증발암질 암석들이 유체 공급원 지역들에서 존재했던 벨트들의 염분 변성작용 유체들 또는 광상 덫 지역들에서 벽 암석과의 상호작용에 의해 생성될 수 있습니다. 이와 같이, 이 특징은 마그마 유체 입력의 증거로서 사용되어야 하지 않습니다.

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Mo, Bi, W, 및 (또는) Te의 강한 농축, 원소 농축의 형태 또는 Au-Bi 텔루라이드 광물들의 형태로, 산화되거나 축소된 관입들 모두로부터의 마그마 유체 입력의 지시로서 일반적으로 인용됩니다(Morelli et al. 2007; Mueller et al. 2020a; Mathieu 2021). 이 원소들의 모음은 덜 일반적으로 Sn을 포함할 수 있습니다(Augustin and Gaboury 2019). 하지만 이들 모든 원소들은 모든 연령의 광상 금 광상들에서 농축되어 있습니다. 이들 원소들의 특히 높은 농축들을 보여주는 광상들 및 Au가 Au-텔루라이드들로 발생하는, 예를 들어 Australia의 Golden Mile 광상(Au의 약 20%가 텔루라이드들에 호스트됨: Shackleton et al. 2003) 및 Canada의 Abitibi 벨트의 Kirkland Lake 같은 광상들은 마그마 유체 입력을 가지는 것으로 일반적으로 제안됩니다.

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Spence-Jones et al. (2018)은 일부 광상 금 광상들의 높은 Te 함량이 마그마 유체 입력의 시그니처일 수 있음을 제안합니다. 그러나, 금-함유 텔루라이드 광물들의 큰 비율이 발생하는 모든 광상들이 마그마 유체 입력에서 형성된 것으로 해석되는 것은 아니라는 것에 주목해야 합니다(Finland의 Mustajärvi 광상: Mueller et al. 2020b).

비록 이들 원소들의 농축이 마그마 열수 광상들에서 잘 수용되지만(Thompson et al. 1999), 이들 원소들은 변성작용 암석 유형들을 비롯한 다른 과정들을 통해 동원될 수 있습니다. 몰리브데넘, Bi, 및 Te는 일반적으로 흑색 셰일의 유기물 및 자생적 황화철과 함께 Au, As, 및 Sb로 농축되어 있습니다(Large et al. 2007, 2011; Gregory et al. 2015; Parnell et al. 2017). 자생 중 이들 원소들은 유기물에서 방출되고 성장하는 자생 황화철에 혼입됩니다. 그들은 황화철에서 피롤로타이트로의 전이를 주도하는 변성작용 유체들에 의해 암석에서 동원되며 이들 원소들을 호스트하지 않습니다(Pitcairn et al. 2006; Large et al. 2007, 2011; Parnell et al. 2017). 변성 쇄설성 암석들에서 이들 원소들의 동원에 중요한 것은 호스트 쇄설성 암석의 조성입니다. 초기 Mo-Bi-Te 농축들이 낮은 Greywacke 수열들은 변성작용 동안 이들 금속들의 큰 비율들을 동원하지 않을 수 있습니다(Pitcairn et al. 2021). C 및 S로 농축된 흑색 셰일들의 변성작용(C + S > 1 wt%), 예를 들어 Finland의 Central Lapland Greenstone 벨트의 Kittilä 및 Savukovski 군들 같은, 정향 변성작용 동안 As, Sb, Mo, Te, 및 Sn의 유의미한 이동성을 주도합니다(Patten et al. 2022). Cave et al. (2016)은 변성작용 전환이 황화철에서 티타나이트로의 자생 루틸의 것이 황화철에서 피롤로타이트로 전환 사건과 광범위하게 공시절이 될 것이라는 것을 보여주며 유체로 유의미한 양의 W를 방출할 것입니다.

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따라서 명확한 것은 광상 금 광상들의 Mo-Bi-Te-W ± Sn의 농축들이 다수의 과정들에 의해 야기될 수 있으며 반드시 마그마 유체들의 입력을 암시하지 않는다는 것입니다. 이들 원소들의 농축은 대신 일반적으로 변성작용을 겪은 공급원 지역 지층수열에서 C- 및 S-부유 흑색 셰일의 발생을 암시할 수 있습니다. 광상 금 광상들에서 이들 원소들의 농축의 시간은 전형적으로 황화철 및 황화철에 대해 원생적으로 후기입니다. 예를 들어, Juneau 금 벨트의 Kensington 금 광상(그림 10G)의 모든 금의 90% 이상은 광석-함유 광맥들의 초기 불모의 황화철을 오버프린트하는 칼라베라이트로 발생합니다(Heinchon 2019). 적어도 Te, Bi, 및 Mo에 대해, 초기-형성된 황화물들과의 나중 유체 펄스들의 상호작용이 유체 산화-환원 및 광물 원생적 변화에서의 변화로 이어질 가능성이 있습니다.

위에서 설명된 많은 세계급 금 광상들은 칼륨질 변성작용 단계들에 기초하여 산화된 마그마들과 관련되는 것으로 진술되었습니다. 예를 들어, Abitibi 그린스톤 벨트의 관입-관련 금 시스템들의 그녀의 검토에서, Mathieu (2021)은 마그마 유체들의 증거로서 K-변성작용을 포함합니다. 칼륨질 변성작용은 그럼에도 불구하고 모든 연령들 및 호스트 암석 조성들의 광상 금 광상들에서 극도로 일반적이며 어떤 방식으로든 배타적으로 마그마 유체 반응들의 산물이 아닙니다. Groves (1993)에 의해 언급한 대로, 흑운모 및 K-장석은 많은 광상 금 광상들에서 일반적인 변성작용 모음을 정의하며 약간 더 높은 온도들은 백운모보다 이들 단계들을 선호합니다. 칼륨질 변성작용은 명확히 마그마 유체들로부터 발달될 수 있지만 그것은 마그마 유체 입력의 증거가 아닙니다. 또한 K⁺ 양이온들이 일반적으로 pH를 완충하는 광물 교환 반응들에 의해 동원되는 변성작용 유체 유동의 잘-인식된 산물입니다(Evans and Tomkins 2020).

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황산염들, 중정석 및 무수석을 포함한, 뿐만 아니라 적철광과 같은 산화물 광물들과 같은 특정 변성작용 광물들의 발생은 산화된 유체의 관여를 암시하기 위해 제안되었습니다(Cameron and Hattori 1987; Mathieu 2021). 변성작용 유체들이 일반적으로 축소된 것으로 간주되기 때문에 이것은 유의미합니다. 그리고 따라서 산화된 유체들에 의해 주도되는 변성작용은 일반적으로 마그마 기원이라고 해석됩니다. 광상 금 광상들과 공간적으로 관련된 산화된 변성작용 모음들의 예들은 Abitibi 벨트의 Hollinger-McIntyre에서의 적철광- 및 무수석-함유 변성작용 모음들을 포함합니다(Cameron and Hattori 1987; Mathieu 2021).

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이 양식의 변성작용의 해석에 관한 두 개의 핵심 포인트들이 있습니다. 첫째, 변성작용 광물들이 광상 금 광화에 유전적으로 관련되어 있는지 또는 초기 포피르질 양식의 광화 단계 동안 발생했는지를 확인하는 것이 특히 중요합니다. 예를 들어, 광화된 석영 탄산염 광맥들 및 적철광-변성작용된 무수석-함유 포피르질 암체들 사이의 횡단 관계에 기초하여, Mathieu (2021)는 Hollinger McIntyre 시스템을 광상 금 시스템으로 오버프린트된 포피르질 광상으로 분류하며 따라서 산화된 변성작용 모음이 석영 탄산염 광맥 Au 광화의 주 단계에 유전적이 아닙니다.

둘째, 변성작용 광물로서 적철광의 발생은 산화된 유체들을 나타내지 않을 수 있습니다. Western Australia의 Golden Mile 광화를 둘러싼 변성작용 모음의 그들의 조사에서, Evans et al. (2006)은 H₂S-함유 유체와 평형의 황화철-자철광 변성작용 모음들이 냉각 및 벽 암석 변성작용의 조합으로 인해 산화된 광석-형성 유체의 필요 없이 SO₄와 평형의 황화철-적철광-자철광 모음들로 전이될 수 있음을 보여줍니다.

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광상 금 광상들과 관련된 스카른 광물 모음들은 때때로 더 낮은 지각에서 수력풍부한 마그마들로부터의 대규모 유체 방출의 증거로 사용되었습니다. 스카른이라는 용어가 어떤 암석 유형이든 고-온도 변성작용에서 생성된 Ca-Fe–Mg-Mn 규산염 모음 또는 지배적으로 탄산염 단위들 내의 마그마-열수 광상 유형에 적용될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요합니다(Meinert et al. 2005; Phillips and Powell 2010). 깊이 ≥ 8–12 km에서 연성 설정들에서 형성되는 깊은대 광상 금 광상들(Kolb et al. 2015)은 주로 대체 양식 광석으로 발달하며 더 높은 온도들에서 중요한 변성작용 단계들인 칼슘 규산염 광물들과 함께 나타납니다(Groves 1993). 따라서 Western Australia의 Neoarchean Southern Cross Greenstone Belt 같은 광상 금 지층들에서 형성된 스카른-함유 금 광석들, 11–14 km 깊이에서 유래한 것으로 추정되는, 깊은 수준의 광상 금 광상들로서 최고로 보아져야 합니다. Australian 예들은 금-함유 스카른 광상 광석 광상들의 전형인 바와 같이, 수용적 탄산염 국부 암석들과의 어떤 관련성도 부족합니다.

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Goldfarb and Groves (2015)에 요약한 대로, 광상 금의 마그마-열수 형성을 암시하기 위해 일반적으로 사용되는 여러 지구화학적 매개변수들은 여러 방식들로 해석될 수 있습니다. 산소, 수소, 황, 및 탄소 동위원소들의 필드들은 많은 마그마 및 변성작용 유체들에 대해 겹칩니다. Pb 및 Sr과 같은 방사성 동위원소들은 전형적으로 유체 경로들 및 광상 덫 지역의 변성작용 동안 광물 단계들의 변형 모두로부터 큰 기여를 가질 것이며 이는 수열 광물들에서 측정된 비율들이 공급원 영역에서 이들 성분들의 정의적이지 않을 가능성이 높다는 것을 나타냅니다(Ridley and Diamond 2000). 귀족 기체 시그니처들은 일반적으로 광석-호스팅 단층 구역들로의 맨틀-링크를 제안하지만, 이는 침투성 도관을 따라 이동한 H, O, S, C, 및 금속들의 동일한 공급원을 나타내지 않습니다. 할로겐들의 비율들은 측정들이 전형적으로 많은 유체 세대들을 갇힌 광물들의 유체 포함물 물들의 대량 추출들에서 이루어지고 많은 것들은 금-형성 사건과 관련이 없을 수 있기 때문에 해석하기 어렵습니다.

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암맥들과 금 광석들(그림 10B) 사이의 근접 공간 관련성이 유전적 연결을 반영하기 위해 문헌에서 지속적인 정당화가 있습니다. 예를 들어, Sillitoe (2008)는 포피르질 암맥들과의 광화된 석영 광맥들의 근접 공간 관련성에 기초하여 Peru의 북부 Pataz 벨트의 Paleozoic 금 광상들을 산화된 심성암-관련 마그마-열수 광석들로 분류했습니다. 유사한 공간 관련성은 Western Australia(McDivitt et al. 2020) 및 Tanzania(Dirks et al. 2020)와 같은 Archean 금 광석들의 기원에 대한 마그마 연결을 정당화하기 위해 종종 사용되어 왔습니다. 게다가, 앞서 언급한 대로, 많은 광산들에서 광상 금 광석들을 회수하는 것에서 램프로필 암맥들의 관찰은 나이의 중첩이 있는지 여부에 관계없이 전형적으로 성인의 증거로 여겨집니다. 하지만 중요한 사실은 암맥들 및 변성작용 유체들이 많은 동일한 구조들을 따라 위치할 경향이 있다는 것입니다, 특히 이들이 거대 1차-순서 단층 시스템들인 곳에서, 그리고 공간 관련성은 성인을 나타내지 않습니다.

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페그마타이트들, 뿐만 아니라 미로올리틱 공동들은 약 6 km 아래의 결정화(second boiling)의 일반적인 산물들입니다(Burnham 1997). 페그마타이트들 및 일부 금 광상들 사이의 공간 관련성은 나중 유체-부유 마그마 펄스들이 그러한 원인적 암맥들로부터 수열 금-함유 광맥들로의 전이를 이끌 수 있다는 제안들로 이어졌습니다. 예를 들어, Alaska의 Pogo 광상은 원인적 화강암질들로부터 불모의 페그마타이트들로의, 그 다음 금-함유 광석-함유 광맥들로의 구배를 보여주는 관입-관련 금 광상이라고 주장되었습니다(Dilworth et al. 2007). 그러나, London (2018)에 의해 지적한 대로, 빠르게 형성되는 페그마타이트에서 유체를 방출하기 위한 용융들의 거품 상승은 실행 가능한 과정이 아닙니다. 게다가, 그는 페그마타이트들의 미로올리틱 공간들이 극도로 드물다고 강조하며 따라서 완전한 결정화 이전의 유체 포화는 예상되지 않습니다. 공간 관련성은 따라서 일부 금 광상들(예: Cawood et al. 2022) 사이에 금 및 페그마타이트들 사이에 존재할 수 있지만 관계는 구조적이며 유전적이 아닙니다.

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따라서, 격리된 특징들로서 취해질 때, 높은 기저 금속 함량, 높은 Mo-Bi-Te 농축, 및 산화된 변성작용 모음들은 광상 금 광상들로의 마그마 유체 입력을 고유하게 지원하지 않습니다. 이들 특징들 자체는 마그마 유체 입력을 배제하지 않지만 그들은 마그마 유체들의 관여에 대한 직접적 증거로서 사용되어야 하지 않으며 본 논문에서 위에서 개략된 마그마 유체 입력 호출의 어려움들을 따르면, 이들 특징들은 다른 과정들을 통해 더 잘 설명될 수 있습니다.

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신신생대 관입-관련 금 광상들의 복잡한 오버프린팅

많은 신신생대 금 광상들, Canada의 Abitibi 그린스톤 벨트에서 가장 잘 인식된, 광역적 해양 화산작용 및 지역적 변성작용을 선행하는 초기 그린스톤 벨트 마그마작용의 복잡한 역사를 가집니다. 변형의 대부분과 대부분 광상 금 형성도 선행됩니다. Groves et al. (2003)에 의해 지적한 대로, 이들 금 광상들의 많은 것들은 변성된 포피르질-광상 시스템들이며, 이들 중 일부는 그러면 광상 금으로 오버프린트될 수 있습니다. Turner et al. (2020)은 Western Australia의 거대한 Boddington 광상이 초기 포피르질 광화의 특징들을 보여줌을 나타냅니다. 이들 광상들 내에서, 초기 마그마-열수 광화, 특히 산화된 관입-관련 금 시스템들(예: Doyon, Westwood, Troilus, 및 Cote Gold에서의 광상들, Yergeau et al. 2022)은 그러면 이후 진행 중인 호스트 암석 변성작용에 의해 오버프린트됩니다. 광상들은 Au-부유 VMS(음향 광상맥질 황화물) 광석들 및 잠수 포피르질-광상 양식의 광화 사이의 공간 관련성을 보여주며 일반적으로 계산-알칼리 톤알라이트들과 관련됩니다. 관련성은 그린스톤들의 지역적 변성작용 및 변형에 의한 오버프린팅에 의해 추가로 복잡하게 됩니다. 이들 오버프린팅 사건들은 광상-관련 원소들의 대부분을 상대적으로 후기에 형성된 구조들로 동원할 것이었습니다. 이들 동해산-동-마그마(synvolcanic-synmagmatic) 금 광상들의 그룹은 Abitibi 그린스톤 벨트를 통해 광범위한 광상 금 광상들의 형성을 50–100 myr(백만년)만큼 선행합니다(Dub and Mercier-Langevin 2020). 거대한 신신생대 Hemlo 금 광상이 이 그룹의 일부인지 여부는 불확실하며, 부분적으로 해양 화산맥질 황화물(VMS), 광상, 및 산화된 관입-관련 금 광상들과 유사한 수수께끼 같은 특징들로 특징지어지기 때문입니다(Poulsen et al. 2020).

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다른 신신생대 그린스톤 벨트 광상들의 그룹은 잠수 마그마작용 및 화산작용과 관련된 광화를 나타내며, 특히 Canada의 Abitibi 그린스톤 벨트에서 식별됩니다. 이들 광상들은 초기 포피르질-광상 광화로 특징지어지며, 광상 양식 광화 및 금-스카른 광화로 오버프린트된 모습입니다. 복잡한 변성작용 및 변형 오버프린팅이 약 100 myr 기간에 걸쳐 전개되는 사건들을 포함합니다. Canadian 예들은 Hollinger-McIntyre 광상의 Pearl Lake Cu-Au-Ag-Mo 포피르질 및 Canadian Malartic의 석영 몬조디오라이트-화강섬록암을 포함할 수 있으며, 초기 석영-몰리브데나이트-황화철 세맥들이 있습니다. 대조적으로, 특히 철-휘석(syenite) 조성이고 광범위한 알바이트-적철광 변성작용으로 특징지어진 일부 Abitibi 벨트 금 광상들은 벨트에서 대부분 광상 금 광화를 20–50 myr만큼 선행하는 분산된 및 광맥 양식의 금 광화로 특징지어집니다(Robert 2001). 이들은 Upper Beaver 및 Bachelor 광상들을 포함하며, 후자는 광상 금 광상들에서 예상되지 않는 상당한 양의 형석을 가집니다. 황산염들 또는 적철광의 존재, 뿐만 아니라 Young-Davidson 및 Kirkland Lake 지구의 광상들과 같은 광상들의 안정 동위원소 데이터는 깊은-자리 마그마-열수 유체를 반영하는 것으로 제안되었지만(Mathieu 2021), 이들은 광상 금 형성에 유전적으로 관련되지 않은 초기 관입 사건과 관련될 수 있으며, 이들 특징들은 그러한 공급원의 정의적이지 않습니다. 많은 석영-장석 포피르질들, 알칼리질 내지 준-알칼리질 관입들, 및 여러 조성의 암맥들이 광상 금 형성을 제어한 단층 구역들을 따라 정치된 사실이 광상 금 기원에 관한 광범위한 논쟁을 야기했습니다(Groves et al. 2003; Dube and Mercier-Langevin 2020). 이들 암맥들 및 관입들이 장시간에 걸쳐 주요 마그마 및 열수 도관으로서 역할을 했다는 사실이 광상 금 기원 가능성에 대한 지속적인 논쟁을 야기합니다.

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신신생대 그린스톤 벨트-호스팅 관입-관련 금 광상들의 다른 그룹은, 그러나, 수중 마그마작용 및 화산작용과 관련된 광화를 나타냅니다. 이들 광상들은 특별히 Canada의 Abitibi 그린스톤 벨트에서 잘 식별되며 Doyon, Westwood, Troilus, 및 Cote Gold에서의 것들과 같은 주(epizonal) 산화된 관입-관련 금 시스템들을 포함합니다(Yergeau et al. 2022). 광상들은 Au-부유 VMS 광석들 및 해저 포피르질-심도 양식의 광화 사이의 공간 관련성을 보여주며 일반적으로 계산-알칼리 톤알라이트들과 관련됩니다. 관련성은 다시 그린스톤들의 지역적 변성작용 및 변형에 의한 오버프린팅에 의해 추가로 복잡합니다. 이들 오버프린팅 사건들은 광상-관련 원소들의 대부분을 상대적으로 후기-형성 구조들로 재동원했을 것입니다. 이 동해산-동-마그마 금 광상들의 그룹은 Abitibi 그린스톤 벨트 전역의 광상 금 광상들의 광범위한 형성을 50–100 myr 선행합니다(Dubé and Mercier-Langevin 2020). 거대한 신신생대 Hemlo 금 광상이 이 그룹의 부분인지 여부는 불확실하며, 해저 VMS, 광상, 및 산화된 관입-관련 금 광상들과 부분적으로 유사한 수수께끼 같은 특징들로 특징지어지기 때문입니다(Poulsen et al. 2020).

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Carlin 금 광상들은 다른 금 광상 유형들과 관련하여 어디에 적합합니까?

Carlin-유형 광상들의 성인 및 여기에서 설명된 관입-관련 및 광상 금 광상들과의 관계는 매우 논쟁의 여지가 있습니다. 어느 정도, 이는 부분적으로 산화된 관입-관련 금 광상들 및 광상 금 광상들과는 다르게, 전 세계 예들로부터 발달된 모델들을 가지는 사실을 반영하며, Carlin 금 모델들은 본질적으로 하나의 국부 지역 및 시간 슬라이스의 특징들에 기초하며 이는 Nevada의 Great Basin의 후기 Eocene입니다. Carlin 광상들은 산화된 관입들과 관련된 원위 분산된 광상들, 뿐만 아니라 심도 금 광상들(Muntean 2018)과 유사한 일부 특징들을 소유하며, 반면에 또한 Phillips and Powell (2014)의 금-전용 광상들과 유사한 일부 특징들을 가지며 또한 광상 금 광상들을 포함합니다.

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지난 10년 동안, 풍부한 하부대륙 암석권 맨틀 공급원을 가지는 마그마-열수 모델은 Nevada Carlin-유형 금 광상들의 생성을 위한 가장 수용된 모델이었습니다(Muntean et al. 2011). Johnson et al. (2020)은 이들 맨틀-유래 마그마들이 그들의 상승 동안 축소된 및 탄소질 지각과 상호작용했다고 제안하며, 이는 그들의 금-전용 금속광물학을 설명할 것입니다. 그러나, 이들 가설된 원인적 심성암체들은 쇄설성 암석 지층수열 아래에서 숨겨진 상태로 남아있지만 기자성 자료(Ressel and Henry 2006) 및 암맥 시스템들의 암석화학적 모델링(Mercer 2021)은 깊이에서 그들의 존재를 지원합니다. 최근 논증은 금-함유 포피르질 및 심도 광석들을 형성하는 얕게 정치된 심성암체들과 대조적으로, Carlin 광상들을 형성하는 유체들이 6–10 km 깊이에서 정치된 관입들로부터 분출되며 1–3 km 깊이에서 탄산염들과 반응하기 위해 가파른 단층 시스템들을 상승하여 거대한 금 광상들을 형성한다는 것을 선호합니다(Henry et al. 2020). 그러나, 이 모델이 완전히 적용되기 위해 중요한 우려들이 여전히 해결되어야 합니다. 첫째, 깊게 정치된 관입들과 관련된 광상 금 광석들을 가지는 문제와 유사하게, 6–10 km 깊이 추정에서 용융으로부터 그러한 대량의 Au- 및 S-함유 수성 유체 분출을 가지는 비정상적 시나리오를 필요로 할 것입니다. 둘째, 그러한 유체의 대부분이 반응성 더러운 탄산염 단위들에 도달할 때까지 아마도 5–6 km을 위해 연성–취성 지각을 통해 단층들을 상승하는 것은 상상하기 어렵습니다. 가장 가능성은, 사람이 그들의 유체 경로들을 따라 큰 단층-충전 광맥 시스템들을 형성하는 그러한 유체 펄스를 예상할 것이며, 심지어 확장 양식들 내에서도, 예를 들어 China의 Jiaodong를 특징지은 것, 그러한 광화 양식은 중간대 깊이에서 가파른 경로들을 따라 이동하는 큰 유체 부피들의 예상된 결과입니다. 셋째, 기저부 단층들의 길이를 따라 수백 킬로미터를 위해 연장되는 Carlin-유형 광상들의 직선 벨트들 또는 추세들은 관입들의 지붕 구역들 주위에 중심화된 것보다는 일종의 지역적 유동 시스템으로부터 기대할 것 같은 것 같아 보입니다. 따라서, Carlin-금 광상들이 마그마 탈가스 및 아마도 2–3 kb의 압력에서 중간대 깊이에서 수성 유체 분출의 산물이라면, 관련된 Au 및 S 유체-용융 분할의 개선된 모델링 및 주 수준들로의 후속 Au 운송은 추가 연구의 중요한 문제입니다.

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결론

광상 금 발생 형성이 정향 변성작용의 내재적 결과라는 것에 거의 의심의 여지가 없습니다. 모든 조산대는 그 자신의 열 구조에 의해 특징지어질 것이며, 이는 대륙에 첨가되고 처음으로 탈황화 창을 통해 가열되는 비옥한 해양 쇄설성 및 화산 암석들의 탈휘발화를 제어합니다. 그러한 조산작용에 의해 형성된 광상 금 광상 모두에 하나의 모델이 적용될 수 없으며, 있는 조산대는 많은 암권 및 천체권 과정들의 복합 상호작용의 산물인 채택된 전호 지층들 및 반전된 후호 분지들에서 발달된 열 체계에 의해 특징지어질 것입니다. 충분한 자생 황화철이 있으면, 그리고 아마도 비옥한 유기 물질도 있으면, 변형 및 조산 열의 유리한 조건들은 결과적인 금-부유 수성-탄산염질 변성작용 유체의 초점화를 통해 세계급 금 광석들을 형성할 수 있습니다. 대부분 금 광상 유형들과 대조적으로, 대부분 광상 금 광석들은 따라서 국부 공급원을 가지지 않지만 유체 및 금속이 가열된 지각 물질의 큰 부피로부터 유래될 것입니다. 변성작용 벨트의 다른 부분들이 다른 P–T–t 경로들을 따르기 때문에, 광상 금 광화의 나이들은 조산대의 길이를 따라 변할 수 있습니다.

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지난 30년간의 학문적 노력에도 불구하고, 마그마작용이 광상 금 형성과 유전적 관련성이 있는지에 대한 문제는 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 광상 금 광석들의 마그마-열수 기원에 대한 많은 주장들은 동위원소 및 흔적 금속 데이터의 해석에 기초하며, 이 정보는 위에서 보여진 대로 정의적이 아닙니다. 또한 많은 이들 논증들은 지각의 상부 3–5 km에서 증명된 금-함유 포피르질 및 심도 광석 형성의 마그마-열수 기원에 기초합니다. 하지만 깊게 정치된 심성암체들로부터 고유 금 광상들을 형성하기 위해 필요한 Au- 및 S-부유 유체를 방출하는 것은 비정상적 상황을 필요로 합니다. 광상 금과의 마그마 연결에 강력하게 무게를 두는 많은 다른 포인트들이 있습니다. 모든 광상 금 지층들은 높은 온도에서 변성작용된 해양 암석들로부터의 유체 및 금속에서 유래되지 않을 가능성이 있으며, 이들 광상들이 발견되지 않는 대부분의 변성 벨트들은 이러한 금-부유 조직들이 일반적이지 않기 때문입니다. 또한 많은 변성 벨트들은 대각선 방향의 전-지각 단층 구역들을 통해 연결되어 있으며, 이들이 마그마 및 변성작용 유체들이 더 깊은 부분들로부터 상향 이동할 수 있는 경로들을 제공할 수 있다는 사실은 모든 광상 금 광상들이 깊은 마그마-열수 공급원을 필요로 한다는 것을 의미하지 않습니다. 마그마-열수 시스템이 광상 금 광상에 유의미한 유체 또는 금속 기여를 제공할 수 있는지 여부는 명확하지 않습니다. 후기-조산 내지 후-조산 마그마 시스템은 이론적으로 광상 금 광상을 오버프린트할 수 있으며 기존 금속의 일부 재분배를 야기할 수 있습니다. 게다가, 지역적 접촉 유형 변성작용은 필요한 국부 암석 탈휘발화를 이끄는 열 사건의 한 유형일 수 있습니다. 일부 실험적 결과들은 수력-풍부한 마그마들로부터 중-지각 깊이에서 CO₂-부유 유체들이 분출되고 마그마 진화의 초기 단계들과의 인식을 통해 일부 광상 금에 대한 마그마-열수 기원의 간접적 증거를 제공하는 것으로 제안되었습니다. 하지만, 우리가 위에서 주장하는 대로, 다른 실험적 일은 대량 유체 부피들이 가장 일반적으로 그들이 상부 6 km에 도달할 때까지 용융들에서 분출되지 않음을 시사하며, 더 큰 깊이에서의 마그마 탈가스는 마그마 시스템 내의 도관들에서 휘발성들을 집중하는 경향이 있으며 많은 Au 및 H₂S는 용융들이 약 3–6 km에서 정지할 때까지 시스템에 남아있습니다. 중-지각 또는 깊은-대 지각 깊이에서 결정화하는 용융으로부터 분출되는 수성-탄산염질 유체의 유의미한 부피가 광상 금 광상을 형성하도록 입증되지 않았으며 가능성이 낮아 보입니다. 더 얕은 지각 환경에서, 마그마-열수 수성 유체 분출이 금-함유 포피르질 및 심도 광상들을 형성할 것이 잘 알려져 있으며, 아마도 Carlin-유형 및 원위 분산된 금 광상들도 형성할 것입니다. 이들 같은 산화된 관입들이 다른 경우들에서 동일한 주(epizonal) 깊이에서 광상 금 광상을 형성하기 위해 수성-탄산염질 유체를 어떻게든 분출할 것이 불가능합니다. 관입들이 축소된 경우들에서, 경제적 저-등급 축소 IRGD의 드문 예들은 결과할 수 있지만, 비정상적 금을 이끄는 정확한 과정은 불확실합니다. 금은 동화된 쇄설성 암석들의 금속 농축들을 반영할 수 있거나 또는 마그마-유체 진화에 대한 축소된 물질의 역할의 일부 측면을 반영할 수 있습니다. 대부분의 주(epizonal) 광상 금 광상들은 광화 양식, 층화의 부족, 및 원인적 관입의 지붕 구역과의 공간-시간적 관련성의 부족에 의해 이들 축소 IRGD와 최소한 다를 것이며, 광석-형성 유체 화학들이 가난한 판별자로 남아있더라도.

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광상 금과의 마그마 관련성에 강력하게 무게를 두는 많은 다른 포인트들이 있습니다. 광상 금 형성에 대해 가설된 맨틀 및 관입-관련 모델들은 수열 광물들에 대한 추적 금속 및 동위원소 데이터의 해석에 기초하며, 이 정보는 위에서 결정적이지 않은 것으로 보여집니다. 후기 텔루라이드들, 안티모나이트, 및/또는 금은 광상 금에 대한 다중 유체 공급원들을 시사하도록 일반적으로 해석되지만 앞서 언급한 대로, 광상 금 광상들은 수많은 지진 사건들을 통해 형성되며 나중 유체 펄스들은 동일한 도관을 따라 이전에 침강된 물질과 반응할 때 다양한 새로운 광물 단계들을 침강할 수 있습니다. 특히 주목할 만한 것은 대부분 마그마-열수 금 광석들이 상부 3–4 km에서 정치된 산화된 관입들과 관련되어 있으며 따라서 금-빈 그러한 구리 포피르질 광석 시스템들보다 얕은 수준들에서입니다. 상대적으로 깊게 정치된 칼크-알칼리질 및 알칼리질 마그마-열수 시스템들은 단일-상 유체를 분출하는 경향이 있으며 4–7 km 깊이들에서 더 높은 압력들에서 냉각할 때 Mo 및 Cu와 같은 금속들을 침강할 수 있습니다; 이 범위의 더 깊은 끝에서, 용융으로부터 분출하는 단일-상 유체는 몇 개의 및 널리-간격 석영 광맥들을 형성하는 경향이 있습니다. 더 높은 지각 수준들 및 더 낮은 압력들에서는 유체가 용융으로부터 빠르게 증기 및 액체로 분리되며 부피 팽창 및 수압-균열 작용으로, Cu-Au 또는 Au는 광맥 네트워크들 및 시트된 광맥 네트워크들에서 침강할 것입니다. 어떻게 대량 유체 부피가 현저한 금을 포함하면서 더 높은 압력들에서 용융으로부터 분출할 것 및 5–15 km 깊이들에서 광상 금을 침강하기 위해 냉각할 것은 불명확하며 가능성이 낮아 보입니다. 마지막으로, 금-함유 수성-탄산염질 유체가 깊은 용융으로부터 유래되었다고 가정하면, 결과적인 지하수-역학은 광석-형성 사건을 선호하는 것으로 보이지 않을 것입니다. 유의미한 유체 부피들이 결정화하는 용융으로부터 수평으로 분출할 것 같지 않으며 용융에서 부력이 있고 상승할 것이 경향이 있을 것입니다. 용융이 내부 및 아래로 결정화하므로, 생성된 유체는 묽음 속에서 갇혀질 것입니다. 깊은 포피르질 광상들의 특징인 6 km 아래 깊이들에서, 유체 부피들 및 압력들이 챔버 지붕 구역의 균열화를 이끌 만큼 크거나 높다는 것은 의심스럽습니다. 그러한 것이 그럼에도 불구하고 경우라고 가정해도, 광상 금의 분포는 대부분 금 지역들에서 여전히 설명하기 어렵게 될 것입니다. 첫째, 대부분 광상 금 지구들은 수십 개의 발생들을 호스트합니다. 이 독특한 탈가스 시나리오가 수십 개의 관입 지붕 구역들이 모두 깊이에서 탈가스하는 것을 반영할 수 있거나 또는 하나의 주 관입 지붕 구역이 어떻게든 여러 구조들을 따라 흩어지는 유체를 분출하는 것을 반영할 수 있습니까? 둘째, 대부분 세계급 광상 금 지역들은 깊은 지각 단층 구역들의 일련에 인접하게 수백 킬로미터를 위해 간격된 중간대 광상들을 호스트합니다. 원인적 플루톤들이 그러한 구역들의 길이들을 따라 간격될 수 있거나, 각각이 개별적으로 10 ± 5 km 깊이들에서 대량의 수성-탄산염질 유체 분출을 할 수 있습니까? 이들 시나리오들은 매우 가능성이 낮아 보이며, 다시 광상 금 광상들이 지역적으로 분포되어 있기 때문에 따라서 하나 또는 일련의 더 국부적 유체 및 금속 공급원들과 관련될 것 같은 시스템들의 유형이 아닙니다. 광상 금 분포에 대한 첫 번째-순서 제어는 이들 거대한 단층 시스템들이고, 반면에 포피르질 및 심도 마그마-열수 광상들은, 종종 국부적으로 단층들에 의해 제어되지만, 첫 번째-순서 제어는 그들의 관입 중심입니다. 그러한 관입-관련 광상들은 광상 금과 어떤 방식으로도 유사한 분포 패턴을 보여주지 않습니다. 흥미롭게도, 포피르질-심도 시스템들에 대한 관찰들과 대조적으로, Nevada의 많은 Carlin 금 광상들은 좁은 직선 추세들을 따릅니다.

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결론적으로, 대부분 증거는 광상 금 광상들의 대다수가 변성작용 과정의 내재적 산물이라는 것을 강력하게 나타냅니다. 이들 광상들의 형성은 신뢰할 수 있는 마그마 공급원을 필요로 하지 않습니다. 비록 일부 경우들에서 마그마 시스템이 국부 이차적 금속 재분배를 야기할 수 있거나 열 사건이 국부 탈휘발화를 조장할 수 있지만, 이들은 광상 금 형성의 주요 특징이 아닙니다. 따라서, 비록 지난 20년간 마그마-열수 기원 가설이 지배적이었음에도 불구하고, 증거는 광상 금 형성이 주로 변성작용 탈휘발화 과정에서 유지된 원생적 기원을 나타냅니다.

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🌐 논문 링크

링크: https://link.springer.com/article/10.1007/s00126-022-01146-8

 

👤 작성자

문지기 baibel

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🔎 검토

문지기 baibel

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