서 론
금(gold, Au)은 인류 문명의 발전사를 통틀어 가장 오랫동안 최고의 관심을 받아 온 귀금속이다. 권력과 부를 향유한 소수에게 수천년간 금이 최고의 사치재로서 활용된 것은 금의 불변성과 희소성에 기인한다. 또한 금이 화폐 가치의 기준이 된 후 인류가 경험한 여러 전쟁, 중세시대의 연금술, 동방항로 개척, 신대륙 진출, 미국 서부의 골드러시 등의 사건은 인류사의 역사적 전환에 금이 항상 함께 했음을 나타낸다. 특히 우리나라는 고대부터 고위 신분을 나타내는 장치로서 금을 선호하였으며 그 조형기술도 뛰어나 세계적으로 100여개 남짓 발견된 고대 금관 중 10개가 신라, 가야, 고구려 고분에서 출토될 정도이다(KBC, 2022).
2022년 현재 세계 금 생산 국가는 중국 368.3톤, 러시아 331.1톤, 호주 327.8톤, 미국 190.2톤, 캐나다 170.6톤 순이다(WGC, 2022a). 2022년 2월 현재 국제 금 가격은 약 1,851 US$/oz이며 국내의 경우 약 72,000원/g의 고가를 유지하고 있다(Goldprice, 2022). 또한 2021년 4/4분기 현재 수요량은 귀금속 713톤, 산업용 85.9톤, 투자용 300.2톤, 중앙은행 47.7톤 등으로서 귀금속으로서의 경제적 가치 보유 및 투자 목적으로 널리 선호되고 있다(WGC, 2022b). 이처럼 금이 투자 대상으로 각광받고 있는 것은 화폐나 다른 귀금속의 가치가 국내외 정치·경제적 상황 변화에 의해 민감한 변동성을 보이는데 반해 금은 상대적으로 안정적 가치를 유지하기 때문이다. 금은 산업적으로도 중요한 재료로서 전기전도체, 집적회로, 도금, 의료용, 약용 등으로 사용되며 반도체, 휴대전화, 인공위성, 미사일 등 첨단 제품의 활용 수요가 늘고 있다(Yoo, 2016).
국내 금광상은 전국에 걸쳐 광역적인 분포양상을 나타내는데, 성인적으로 구분하였을 때 대부분(70~80%)의 광상이 열수충진 맥상광상에 속하는 함금석영맥으로 발달한다(Kim, 1982). 이외에 접촉교대광상(연화광산, 울진광산 등)과 사금광상(천안, 광천, 홍성 일대)이 보고되어 있다(Kim, 1982).
국내 금광상에 대한 광물학적·광상학적·지구화학적 연구는 최근까지도 활발히 수행되어 왔으며, 전남 해남 모이산 광상(Moon et al., 2010), 경북 영천 삼성광상(Yoo et al., 2010), 충북 옥천 옥천광상(Yoo, 2013), 경북 울진 진원광상(Yoo, 2016) 등에 관한 연구가 보고된 바 있다. 또한 해외자원개발의 필요성에 힘입어, 파푸아 뉴기니(Heo et al., 2009), 말리(Heo, 2009), 몽골(Yoo et al., 2014), 우즈베키스탄(Chi et al., 2014), 페루(Acosta et al., 2015) 등 해외 금 부존 지역에 관한 연구 결과가 국내 연구진에 의해 발표되었다.
지하에 부존하는 금을 배태한 광물 및 암석은 오랜 기간에 걸쳐 지하수와 반응하게 된다. 금과 수반되는 광물과 반응한 지하수는 비광화(non-mineralized) 지역을 흐르는 지하수와 구별되는 지구화학적 특성을 보일 것이다. 광화(mineralized) 지역과 비광화 지역 지하수의 지구화학적 특성의 차이가 통계적으로 유의하게 나타나고 상호 구별이 가능한 지표를 도출하게 된다면, 금의 지구화학탐사에도 간편하고 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
금광상 지역의 지하수 지구화학에 관한 국외 연구는 대부분 금과 지구화학적으로 연관성이 깊은 비소(As) 및 기타 독성 원소의 환경학적 거동에 초점을 맞추고 있다(Baba and Gungor, 2002; Craw and Pacheco, 2002; Verplanck et al., 2008; Al-Hobaib et al., 2013; Chotpantarat and Thamrongsrisakul, 2021). 국내의 경우, 금광상 주변의 지하수 지구화학 연구는 다수 이루어졌으나 대부분 물 - 암석 반응의 결과 나타나는 지하수의 화학적 특성과 주변 환경에 미치는 영향에 관한 일반적 특성을 기술하고 있을 뿐이다(Jeong et al., 1995; Choi et al., 1998; Lee et al., 1999; Lee et al., 2001; Jeong et al., 2004).
금을 비롯한 금속광산의 경우, 광석 및 맥석광물이 주로 황화물(sulfides) 형태로 존재하므로 광산 주변 지하수 내 황산이온(sulfate, SO42–) 함량이 높을 것으로 알려져 있으나, 국내 현장에서 획득한 지구화학적 분석결과를 통해 이를 통계학적으로 확인한 예는 아직 없다. 이 연구에서는 국내 열수충진 맥상 금광상 지역을 대상으로 수리지구화학적 연구를 수행한 여러 문헌 내 화학분석 자료를 수합하여 광화 및 비광화 지하수를 구분한 후, 통계학적으로 두 지하수의 지구화학적 특성 구별이 가능한지 및 정량적으로 두 지하수를 구분하는 지구화학적 지표를 설정할 수 있는지의 여부를 파악하고자 하였다.
연구방법
금광상 주변 지하수의 지구화학적 특성을 보고한 여러 국내 문헌들로부터 화학분석 자료를 수집하였다. 이 때 각 지하수 시료를 1) 금 광산 광맥 인접 지하수(이하 ‘갱내수(adit groundwater)’), 즉 금을 배태한 광석 및 주변 맥석광물의 용해 영향을 강하게 받았을 가능성이 높은 지하수로서 문헌상 굴진 갱도에서 채수한 갱내 지하수로 보고된 것, 2) 금 광산 지역 주변수(이하 ‘주변수(surrounding groundwater)’), 즉 금 광산 주변에서 채수하였으나 금맥과 공간적으로 이격되어 있는 지하수, 3) 금 광산과 관련이 없는 일반 화강암질암 지역 지하수(이하 ‘일반지하수(normal groundwater)’)로 구분하였다. 또한 이들 외에도 비교를 위하여, 4) ‘심부 지하수(deep groundwater)’, 즉 500 m 이상의 심도를 갖는 지하수 자료를 수합하였다. 심부 지하수의 경우, 높은 TDS(총용존물질) 값을 보이므로 역시 높은 TDS를 갖는 갱내수와의 지구화학적 차이를 보기 위하여 포함하였다. 수집한 자료는 모두 30% 이하의 전하균형(charge balance)을 보임으로써 분석의 정확성을 확보한 것으로 간주하였다. 이 연구에 사용한 문헌과 각 지하수 시료의 개요는 Table 1과 같다.
Table 1.
Groundwater data used in this study, compiled from groundwater geochemistry literature of Korea
| Groundwater type | Mine names | Locality | References | Number of samples |
| Adit groundwater in Au mine |
Samkwang Mugeug Keumdeok Kongjujeil Tohyun |
Cheongyang, Chungnam Eumseong, Chungbuk Seongju, Gyeongbuk Gongju, Chungnam Uiseong, Gyeongbuk | Jeong et al., 1995 Lee, 1997 Lee, 1997 Lee et al., 1999 Lee et al., 2001 |
11 2 5 3 5 (Total 26) |
| Surrounding groundwater in Au mine area |
Samkwang Mugeug Keumdeok Kongjudaekeum Kongjujeil Taegeug |
Cheongyang, Chungnam Eumseong, Chungbuk Seongju, Gyeongbuk Gongju, Chungnam Gongju, Chungnam Eumseong, Chungbuk | Jeong et al., 1995 Lee, 1997 Lee, 1997 Choi et al., 1998 Lee et al., 1999 Jeong et al., 2004 |
9 6 1 5 6 18 (Total 45) |
| Normal groundwater in non-mineralized area |
Pocheon, Gyeonggi Yangju, Gyonggi Inje, Gangwon Wonju, Gangwon Hoengseong, Gangwon Gongju, Chungnam Asan, Chungnam Yeongcheon, Gyeongbuk | Lee, 1997 Lee, 1997Lee, 1997 Lee, 1997 Lee, 1997 Jeong et al., 1994 Lee, 1997 Lee et al., 1996 |
15 13 4 3 6 7 7 19 (Total 74) | |
|
Deep (>500 m) groundwater | KIGAM, 1993 | 36 (Total 36) |
위 문헌으로부터 갱내수 및 주변수 대수층의 광물학적 특징을 종합하여 요약하면, 석영, 사장석, K-장석, 흑운모가 주성분광물로 존재하고, 녹니석, 저어콘 등이 관찰된다. 갱내수의 경우 공통적으로 방해석이 부성분광물 또는 열극충진광물로 나타난다. 또한 함금 맥 내에는 황철석, 자류철석, 섬아연석, 황동석, 방연석 등의 황화광물이 존재한다. 일반지하수의 경우 갱내수와 동일한 주성분 광물 특징을 보인다. 심부지하수의 경우 광물학적 자료를 찾을 수 없었으나 모두 선캠브리아기, 쥬라기, 백악기 화강암 및 백악기 화산암으로서 위 경우와 매우 흡사한 광물학적 특징을 보일 것으로 생각된다.
모든 통계적 분석은 SPSS(IBM SPSS Statistics 26)를 이용하여 수행하였다. pH, 산화환원전위(Eh), TDS, 용존 SiO2, Na, K, Ca, Mg, F, Cl, NO3, SO4, HCO3, CO3 등 지하수의 물리·화학적 분석 결과를 독립변수로 사용하였다. TDS는 증발법에 의한 측정이 아닌 각 성분 함량의 합으로 대신하였다. 이 때 데이터의 정규분포 여부를 확인한 결과, pH, Eh, SiO2를 제외한 독립변수들은 모두 양의 왜도(positive skewness)를 보여 대수(log)로 변환하였다. 결측값이나 최저측정한계 이하 값이 많은 Eh, F, NO3, CO3는 통계 분석에 따라 선택적으로 투입하였다.
갱내수와 다른 세 그룹 시료들 간 각 함량의 비교를 위하여 일원분산분석(ANOVA)을 수행하였으며, 사후 다중비교는 Bonferroni 법을 사용하였다. 또한 독립변수(원소 함량) 특성에 따라 각 시료들이 상호 구별되는 그룹을 형성하는가를 보기 위하여 군집분석(cluster analysis)을 수행하였다. 이 때 투입된 변수는 대수자료가 아니라 원 자료를 투입하였으며, 군집방법은 Ward법, 거리 계산방식은 제곱 유클리디안 거리로 지정하였다. 갱내수, 주변수, 일반지하수 간의 집단 간 분산 차이를 최대화하기 위하여 판별분석(discriminant analysis)을 수행하였다. 판별분석은 모든 변수를 투입하여 판별식을 완성하는 동시(simultaneous) 입력방식과 판별력이 우수한 변수만으로 식을 유도하는 단계(stepwise) 입력방식을 모두 수행하였다. 군집분석 및 판별분석 수행시 Eh, F, NO3, CO3는 독립변수에서 제외하였다.
결과 및 토의
연구에 사용된 각 지하수 시료의 물리·화학적 분석 결과의 분포를 Table 2와 Fig. 1에 표시하였다.
Table 2.
Average ± standard deviation of the physicochemical characteristics of adit, surrounding, normal, and deep groundwater samples. The numbers in brackets represent minimum and maximum values (nd: not determined)
각 분석값 크기의 차이에 대한 통계적 유의미성(significance)을 파악하기 위하여 ANOVA 분석을 수행하였다. 갱내수, 주변수, 일반지하수, 심부지하수 간 성분 크기를 비교한 분석 결과는 Table 3에 나타내었다. Table 3에서는 세로축 지하수에서 가로축 지하수에 비하여 통계적으로 유의하게 높게 나타나는 변수를 기재하였으며, 이 때 괄호 안의 값들은 평균값의 차이를 나타낸다.
Table 3.
The variables which showed statistically significant differences among groundwater types. The brackets represent average differences
갱내수는 주변수에 비해 log TDS, log Ca, log SO4 함량이 95% 신뢰구간에서 통계적으로 유의하게 높은 것으로, SiO2 함량은 낮은 것으로 나타났다(이하 기술에서 log 표현은 삭제). 갱내수에서 나타난 높은 TDS, Ca, SO4 함량은 일반지하수 및 심부지하수에 비해서도 역시 높게 나타난 것이 특징적이었으며, 이외에도 일반지하수에 비해 K와 Mg 값이, 심부지하수에 비해 Mg 함량이 높게 나타났다.
한편, 일반지하수는 갱내수에 비해 함량이 높은 항목이 없었으며, 심부지하수는 갱내수에 비하여 pH, SiO2, Na, F, Cl 함량이 높게 나타났다. 심부지하수는 갱내수 이외 다른 지하수에 비해서도 pH, Na, F, Cl 함량이 공통적으로 높게 나타나고 Ca 및 Mg 함량은 낮은 것으로 나타나, 국내 화강암질암 내 심부지하수의 지구화학적 특성을 밝힌 Lee et al.(1997)의 결과와 일치하였다. 주변수는 일반지하수에 비해 TDS, K, Ca, Mg, Cl, SO4 함량은 높게, F 함량은 낮게 나타나, 주변에 존재하는 맥상 금광산의 화학적 영향을 일정 부분 받은 것으로 추측된다.
pH의 경우, 심부지하수가 다른 지하수들에 비하여 높게 나타났으며 다른 세 지하수 그룹 간에는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 수소이온(H+)은 가수분해에 의하여 대수층 광물을 용해시키며 소모되므로, 물 - 암석반응을 많이 거친 심부지하수에서 수소이온의 양이 적은 것으로 볼 수 있다. TDS의 경우, 갱내수가 다른 세 그룹에 비하여 높은 함량을 보이며, 일반지하수는 다른 세 그룹에 비하여 낮은 TDS 값을 나타낸다. 특히 갱내수가 물 - 암석 반응을 많이 거친 심부지하수에 비해서도 높은 TDS 값을 보인 점은 특기할 만하다.
갱내수에서 나타나는 높은 TDS는 특히 갱내수 내 Ca와 SO4 함량이 높은 것에 기인한다. Ca와 SO4는 다른 세 그룹에 비하여 갱내수에서 통계적으로 유의하게 높게 나타났다. 함금 광맥의 경우, 무극광산과 같이 황화광물이 드물게 존재하는 경우도 있으나(Chon and Ahn, 1991), 대부분 다양한 황화광물의 존재로 인해 SO4 함량이 높을 것으로 여겨져 왔으며 이번 연구 결과 이러한 특징이 통계적으로 뒷받침되었다고 할 수 있다. 또한 갱내수 내 높은 Ca 함량도 특징적인데, 이는 위의 연구지역 지질에 관한 기술에서 보듯이 방해석이 연구대상 광산에서 공통적으로 열극충진광물로 존재하는데 기인한 것으로 보인다. 동역학적으로 용해 및 침전속도가 빠른 방해석이 열극을 충진하고 있으며, 화강암질암 내에서는 지하수가 주로 열극을 통해 이동하는 것으로 미루어 볼 때, 방해석이 지하수 내 Ca 거동을 조절함을 예상할 수 있다(Fritz et al., 1989; Lee, 1997). 또한 이 연구에서 이용한 여러 문헌 자료에는 관련 기술이 없으나, 맥상 금광산에서 열수변질 산물로서 방해석이 관찰됨을 감안할 때 갱내수에서 나타나는 높은 Ca의 원인이 될 가능성도 있다(Heo et al., 2002, 2009). 일반적으로 예측 가능한 SO4 이외에 Ca 역시 갱내수 지구화학의 특이성을 나타낼 수 있는 원소인 것은 흥미로운 결과라고 할 수 있다.
한편 일반지하수 및 심부지하수에 비하여 갱내수에서 Mg 함량이 높게 나타났는데 이는 아마도 Ca와 지구화학적 거동이 유사한 Mg의 특성에 기인하였을 것으로 예상하였다. 그러나 Ca와 Mg 간 상관계수를 구한 결과, 주변수(R2 = 0.67)를 제외하고는 모두 매우 낮은 상관계수(R2 = 0.18~0.36)를 보여 방해석 이외에도 Mg의 지구화학적 거동을 조절하는 기제가 존재할 것으로 보인다.
지하수 내 TDS 함량이 높으면 TDS를 구성하는 각 성분의 함량 역시 높을 가능성이 크며, 이러한 특징이 ANOVA를 통한 함량 차이 결정에 영향을 미칠 수도 있다. 이러한 간섭을 제외하기 위하여 TDS에 대한 각 성분의 상대비율을 구한 것에 대해서도 ANOVA를 수행하였으며, 그 결과를 Table 4에 나타내었다.
Table 4.
The variables, represented as relative abundances, which showed statistically significant differences among groundwater types. The brackets represent average differences
분석 결과, 갱내수는 주변수에 비해 SO4 함량이 높은 것으로, SiO2, Na, Cl 함량은 낮은 것으로 나타났다. 이외에 일반지하수 및 심부지하수에 비해서 Ca, Mg, SO4 함량이 공통적으로 높게 나타났으며, SiO2, Na, Cl 함량은 낮은 것으로 나타났다. 상대 함량을 이용한 ANOVA 분석에서도 갱내수 내 SO4 함량이 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타나, 맥상 금광상의 존재를 지시하는 성분으로 사용될 수 있음을 보였다.
4개 그룹 지하수 시료의 각 함량을 당량으로 환산하여 Piper's diagram에 도시한 결과, 갱내수, 주변수+일반지하수, 심부지하수가 공간적으로 상호 이격되어 도시되는 것으로 보였다(Fig. 2). 갱내수는 Ca, Mg 등 알칼리토족 원소가 부화되어 가운데 마름모꼴의 좌상 위치, 심부지하수는 Na, K 등 알칼리족 원소가 부화되어 마름모꼴의 우하 위치에 주로 나타나며, 주변수와 일반지하수는 특별한 구분없이 섞여 중간 지역에 존재하였다.
한편 Ca, SO4 및 방해석 거동이 네 그룹 사이에서 특징적인 차이를 보이는지 파악하기 위하여 방해석 포화지수(saturation index)를 계산하여 도시하였다. 포화지수는 아래와 같이 정의된다.
윗 식에서 IAP(ionic activity products)는 용존 이온의 활동도곱, Ksp(solubility product at equilibrium)는 평형상태에서의 용해도곱을 의미한다(Drever, 1988). 포화지수는 Visual MINTEQ 3.1을 이용하여 계산하였다.
Ca와 SO4 함량에 대한 방해석 포화지수 계산 결과, 대부분의 갱내수는 방해석에 대해 과포화(supersaturation) 상태였으므로 지하수 유동 경로인 열극면에서 방해석이 침전될 수 있음을 보였다(Fig. 3). 반면, 일부 시료를 제외한 대부분의 주변수 및 일반지하수는 불포화상태로 나타났다. 심부지하수의 경우 Ca 함량이 낮더라도 일부 시료에서 방해석 과포화 상태임을 보였다.
갱내수에서 특징적으로 나타나는 방해석 과포화 상태는 방해석 포화지수가 광화대 영향을 받은 지하수를 가리키는 지시요인으로 작용할 수도 있음을 의미한다. 갱내수 모암(host rock)의 광물학적 조성이 주변수 및 일반지하수와 유사함을 감안하면 모암으로부터 추가적인 Ca가 특별히 갱내수에만 유입되었다고 보기 어렵다. 지하수로의 Ca 공급원으로는 열수변질작용 결과 광맥 주변에 형성된 방해석이 가장 가능성이 높다고 할 수 있다(Heo et al., 2002, 2009). 또한 갱내수의 TDS가 다른 그룹 지하수에 비해 통계적으로 유의하게 높았음을 감안할 때, 아마도 희석된(diluted) 주변수 및 일반지하수에 비하여 높은 함량으로 공존하는 다른 용존이온들이 갱내수 내 Ca의 활동도(activity)에 영향을 미쳤을 수도 있다. 한편, Ca와 더불어 SO4 함량도 갱내수에서 높은 함량으로 존재하므로 석고(CaSO4·2H2O)의 포화지수도 계산하였으나 모든 갱내수에서 불포화 상태로 존재하는 것으로 나타났다(자료 미기재).
군집분석(cluster analysis)을 통하여 갱내수, 주변수, 일반지하수, 심부지하수 간의 각 쌍(총 6쌍)에 대하여 시료들이 어떻게 묶이는지를 조사하였다. 예를 들어, 갱내수와 주변수 시료를 함께 투입하여 군집분석을 수행한 결과, 두 그룹이 별도의 군집을 형성하며 격리되어 있다면 그룹 간 뚜렷이 구분되는 지구화학적 특징이 존재한다고 볼 수 있다.
분석 결과 나타난 주요 군집을 대상으로 살펴본 결과(Table 5), 관심의 대상이 되는 갱내수의 경우, 주변수와는 세 개의 군집을 형성했으며 각 군집 내 시료수의 23%, 22%, 100%를 차지하여 군집화 경향이 높은 것으로 나타났다. 일반지하수와 함께 비교한 경우 더욱 높은 군집화 경향을 보여 형성된 두 개의 군집 내 점유율이 17%, 94%에 달했다. 이는 갱내수가 다른 지하수 그룹들에 비해 뚜렷이 구별되는 지구화학적 특징을 가지고 있는 것을 의미한다. 광산 주변의 주변수는 일반지하수와 상당 부분 겹치는 것으로 나타나(세 개 군집에서 53%, 33%, 83%), 주변수는 갱내수와 일반지하수의 중간 정도에 해당하는 지구화학적 특징을 가지고 있는 것으로 보였다.
Table 5.
Ratios of each groundwater group in the clusters between group pairs. The numbers in brackets represent the sample number in each cluster. The bold letters indicate ratios of over 80% or under 20%
갱내수, 주변수, 일반지하수의 각 그룹을 보다 정량적으로 구분하기 위하여 판별분석(discriminant analysis)을 수행하였다. 이를 통해 그룹 간 지구화학적 특성의 분산은 최대가 되게 하는 반면 그룹 내 분산은 최소가 되게 하는 함수식을 도출하였다. 이 때 심부 지하수와의 판별분석은 제외하였다. 판별분석을 통하여 그룹을 구분하는데 영향력 있는 독립변수를 파악하고, 판별함수를 도출하며, 독립변수들의 상대적 중요도를 규명하고, 새로운 대상에 대한 예측력을 평가할 수 있다(Lee, 1997).
갱내수, 주변수, 일반지하수 간의 판별분석 중 모든 독립변수(함량)를 동시에 투입한 동시분석 결과 산출된 판별적재값(discriminant loading)과 동시분석 및 단계분석 결과 산출된 비표준화 정준판별함수(unstandardized canonical discriminant function)를 Table 6에 나타내었다. Table 6의 정준상관계수 제곱(square of canonical correlation coefficient)은 독립변수에 의해 설명되는 판별점수 분산으로서, 1에 접근할수록 판별능력이 큰 것으로 판단된다. Wilks’ lambda 값은 집단 간 분산이 집단 내 분산에 비하여 클수록 0에 접근함을 나타낸다. 판별적재값은 각 독립변수(함량)와 표준화 정준판별함수 간의 상관관계를 나타나며, 이 값이 클수록 두 집단 판별에 대한 각 독립변수의 판별력이 크다고 할 수 있다. Table 6에는 ± 0.3 이상의 변수만 표시하였다. 카이제곱 검증 결과 모두 p < 0.001이므로 통계적으로 유의하게 나타났다.
Table 6.
Discriminant loadings over ± 0.3 and unstandardized discriminant functions derived from discriminant analysis
정준상관계수 제곱 및 Wilks’ lambda로 보았을 때 갱내수와 일반지하수 간의 판별이 갱내수 - 주변수 및 주변수 - 일반지하수 간 판별에 비해 더욱 잘 이루어지는 것으로 나타나, 이 두 지하수 간에는 지구화학적으로 구분되는 특징이 명확히 존재함을 알 수 있다. 이 때 판별적재값이 높은 성분은 TDS, Ca, Mg, SO4 등으로서 통계적으로 유의하게 함량 차이가 있는 것들로 구성되어 있었다. 한편, 주변수의 경우 갱내수와 일반지하수 간의 점이적인 특성을 지니고 있는 시료들로 여길 수 있으며, 따라서 갱내수 - 주변수 및 주변수 - 일반지하수의 판별 정도는 갱내수 - 일반지하수 간의 판별력보다 다소 낮은 것으로 나타났다.
판별력이 높은 원소들로만 구성된 단계분석 결과를 보면, 갱내수 - 주변수 간에는 Cl과 SO4, 갱내수 - 일반지하수 간에는 TDS, SiO2, Na, Ca, Cl, SO4, 주변수 - 일반지하수 간에는 SiO2, Mg, SO4 만으로도 동시분석과 유사한 정도의 판별력을 보이는 것으로 나타났다.
미지의 지하수 시료가 갱내수, 주변수, 일반지하수 중 어느 그룹에 속하는지의 여부를 파악하는 기준을 제시하기 위하여 분류함수(classification function)를 도출하였다(Table 7). 이 때 미지의 시료의 화학분석 결과를 두 개의 분류함수에 각각 대입한 후 그 결과값이 높게 계산된 그룹에 속하게 된다.
Table 7.
Classification functions derived from discriminant analysis
각 시료를 구해진 분류함수에 대입하였을 때 원래 속해 있던 그룹에 속하게 되는 적중률(hit ratio)을 보면, 동시분석의 경우, 92% 이상의 우수한 판별 능력을 나타내었다. 단계분석의 경우에도 갱내수 - 주변수의 경우만 제외하면(65%) 모두 82% 이상의 좋은 판별력을 보였다. 전체적으로 주변수 - 일반지하수 간의 판별력이 최대 84%로 다른 그룹들 간의 적중률보다는 다소 낮은 것으로 나타나, 이 두 그룹간의 지구화학적 경계가 상대적으로 명확하지 않은 것으로 보였다. 한편, 45개의 주변수 시료를 단계분석 결과 나타난 갱내수 및 일반지하수 그룹의 분류함수에 각각 대입해 본 결과, 10개 시료가 갱내수 그룹, 나머지 35개 시료가 일반 지하수 그룹으로 분류되었다.
한편, 조사한 문헌 중 주변수에 속하나 광산의 영향을 심하게 받았을 것으로 보이는 일부 지하수 시료에 대해 위 분류함수를 적용하여 보았다. 토현광산 주변을 조사한 Lee et al.(2001)의 시료 채취 위치도에는 지형 구배상 상부에 존재하는 광화대로부터 지하수가 이동했을 것으로 보이나 광산 갱구로부터 약 1 km 하부에 위치하는 두 지하수 시료가 기록되어 있다. 이들의 화학적 성분으로부터 이 지하수가 갱내수 또는 일반지하수의 어느 그룹에 속하는지를 알아보기 위하여 위 분류함수 중 단계분석 함수에 대입하였다. 그 결과, 두 시료는 모두 풍수기인 10월에 채취한 시료는 일반지하수 그룹에, 갈수기인 4월에 채취한 시료는 갱내수 그룹에 속하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 갱내수 - 주변수 분류함수에 대입하였을 때에도 동일하게 나타나, 풍수기 시료는 주변수 그룹, 갈수기 시료는 갱내수 그룹에 속하였다. 주변수 - 일반지하수 분류함수에 대입하였을 경우에는 모든 시료가 주변수인 것으로 나타났다. 맥상 금광상의 존재를 사전에 인지하지 못한 상태에서 금광상을 탐사하고자 하는 목적으로, 갈수기에 위 두 지하수 시료를 채취, 분석한 후 갱내수 - 일반지하수 또는 갱내수 - 주변수 분류함수에 대입한다면 시료 채취 위치보다 상류 구배 지역에 광화대가 존재함을 나타내는 지표로서 역할할 수 있을 것으로 보인다.
결 론
이 연구는 국내 맥상 금광상 영역을 흐르며 장기간의 물 - 암석반응을 거쳤을 지하수를 대상으로 광화된 지하수와 비광화된 지하수를 구분하는 통계적이고 계량적인 판별기준을 마련하는 목적으로 수행되었다. 특히 단순히 갱내수 및 일반지하수 만을 구분하는 것만이 아니라, 광산 주변에 존재하나 금맥과 공간적으로 연관되어 있다고 보기 어려운 지하수 시료를 점이단계(주변수)로 포함하여 분석을 수행한 점이 특기할 만하다고 할 수 있다.
금광상에 일반적으로 수반되어 나타나는 여러 황화광물의 용해 결과, 금광상 주변의 지하수는 높은 함량의 SO4가 존재할 것이라는 것은 널리 인식되어 왔으나, 국내 금맥 주변에서 채취한 광화된 지하수를 대상으로 정밀한 통계학적 방법을 통해 실제로 다른 지하수에 비해 높은 SO4 함량이 나타남을 보인 것은 최초일 것이다. 갱내수에서 SO4 이외에 Ca 함량이 특징적으로 높게 나타났으며 이는 광산 내에서 방해석이 공통적으로 열극충진물질로 나타나는 것과 일치한다. 판별분석 결과 도출된 갱내수, 주변수, 일반지하수를 구분하는 분류함수는 92% 이상의 양호한 판별능력을 보였다. 자료의 개수가 증가하면 판별분석 결과에 다소간의 차이가 발생할 것이라는 점, 국내 맥상 금광상만을 대상으로 연구를 수행한 점 등의 제한 요소가 있으나, 이 연구에서 도출된 분류함수를 활용하면 국내 맥상 금광상을 위한 광역(reconnaissance) 지구화학탐사에 유용하게 적용될 가능성이 있다.
