서 론

코로나19의 영향으로 사회 전반에 대한 변화는 점점 더 가속화되고 있으며, ESG(environment, social, governance)에 대한 중요성과 탄소중립 달성 요구 역시 함께 높아지고 있다. 이러한 변화에 대한 철저한 준비는 국가의 지속적인 발전에 필수적이다. 특히 탄소중립 이행을 위해서는 탄화수소 자원에서 발생하는 이산화탄소 저감이 요구되며, 이 과정에서 자동차의 구동 에너지를 얻는 방식이 화석 연료에서 베터리에 축전된 전기로 전환되고 있다. 이에 따른 전기자동차 및 에너지 저장시설의 수요 증가에 맞춰 리튬, 코발트, 니켈, 흑연 등 배터리 관련 핵심광물 수요가 기하급수적으로 늘고 가격이 급등할 것으로 전망되고 있다(IEA, 2022). 우리나라는 배터리 생산 기술 측면에서는 세계 최고 수준인 반면 원료 광물은 전량 수입에 의존하고 있어(Kim et al., 2022) 배터리 관련 핵심 광물자원 확보는 국가 미래를 결정하는 중요한 과제가 아닐 수 없다. 특히 배터리 원료에 사용되는 핵심광물의 많은 부분이 다른 광물의 부산물로 생산되며, 중간 처리 시설이 중국에 집중되어 있어 현재 상태에서 광물의 공급량을 빠른 시간에 늘리기 어려운 상황이기 때문에 핵심광물의 수요 증가에 따른 가격 급등은 피하기 어려운 것이 현실이다. 따라서 현 시점에서 미래를 대비하는 가장 효과적인 대응책은 해외 공급망을 다변화하고 자원탐사를 통해 개발 가능한 신규 자원을 확보하는 것이라 할 수 있다.

자원탐사를 통한 신규 광체 확보의 일반적인 과정을 보면, 광역 지질 및 지화학탐사, 물리탐사 등을 통해 유망 지역을 선정하고 유망 지역에 대해 정밀 조사를 수행하여 자원량을 산정한 후 경제성을 고려해 개발 여부를 결정하게 된다. 이 과정에서 지표에 광화의 증거가 드러나 있는 경우 자원탐사의 성공률은 높아질 수 있으며 탐사의 우선 대상이 된다. 따라서 인간의 자원개발 역사와 자원탐사 기술의 발전 상황을 고려하면 천부에 분포하는 탐사가 용이한 고품위 광체의 상당 부분은 이미 고갈되었거나 개발을 위한 탐사 및 자원평가가 수행되었을 것으로 예상된다. 또한 천부에 분포하는 자원량은 급격하게 소진되고 있어 심부 탐사에 대한 요구가 그 어느 때보다 높으며 중국 역시 10여 년 전부터 심부 광상에 대한 전략적인 탐사 계획을 수립하여 실행하고 있다(Teng, 2006).

지표 지질 정보를 통한 지하 구조 유추, 시추 조사 등을 통해 지하의 지질 구조를 예측할 수 있으나 비용이나 정보의 양을 고려하면 지질학적, 지화학적 방법만으로 광체 생성과정에서 복잡하게 얽혀진 지하 심부의 광체를 탐사함에는 부족함이 많다(Yang et al., 2019). 지질 및 시추조사를 통해 발견할 수 있는 금속 광상의 심도도 대략 300 m 정도이기 때문에 이를 통해 깊은 심도의 광상을 확인하기는 어렵다. 특히 일부 퇴적 광상을 제외하고는 지표로부터 지하의 연장성을 지질학적 유추를 통해 예상하기 어렵기 때문에, 심부 광상 탐사에 있어서는 지하구조를 물성에 기초하여 해석하는 물리탐사의 역할이 더욱 중요하다.

물리탐사 방법은 지표 지질조사나 시추조사처럼 지질 구조나 광상을 직접적으로 확인하거나 해석하지는 못하지만 지하의 물성 구조를 약 500~1,000 m 심부까지 제공하며 새로운 광상들을 성공적으로 발견해내고 있다(Xue et al., 2021). 대표적인 예로 미국 알래스카(Alaska)의 반암 광상(porphyry deposit)(Shah et al., 2013), 호주 올림픽 댐(Olympic Dam)의 구리-금-우라늄-희토류(Cu-Au-U-REE) 광상(Anand and Rajaram, 2006), 어니스트 헨리(Ernest Henry) 구리-금 광상(Cave et al., 2018), 중국 안허이(Anhui)성의 뤄훠(Luohe) 철 광상(Wu et al., 2011) 등이 있으며, 그 외에도 광물자원 탐사를 위한 다양한 심부 탐사가 활발히 수행되고 있다(Wang et al., 2016; Liu et al., 2019).

이와 같이 물리탐사를 이용해 지하 갚은 곳에 숨겨진 심부 광상을 탐사하는 사례가 증가하고 있을 뿐 아니라 기존 광산 광체의 심부 연장성 확인을 위한 탐사 역시 중요해지고 있다(Fu et al., 2020). 특히 광상 탐사에서는 전기비저항(electrical resistivity) 탐사와 유도분극(induced polarization) 탐사뿐만 아니라 보다 더 깊은 지역의 물성을 해석할 수 있는 시간영역 전자(time-domain/transient electromagnetic, TEM) 탐사와 자기지전류(magnetotelluric, MT) 탐사와 같은 전자 탐사도 활발히 활용되고 있다(e.g., Daneshvar Saein et al., 2012; Di et al., 2020). 다만 물리탐사 결과로부터 심부 광상 구조를 합리적으로 해석하기 위해서는 광체와 주변암석 사이에 물성 차이가 뚜렷해야 하며, 광종과 광체마다 물성 차이가 다르므로 물리탐사 방법과 이상체 판단 기준을 적절하게 선택해야 한다(Ford et al., 2007).

이 논문에서는 심부 광상 탐사를 위해 수행된 물리탐사의 적용사례를 살펴보고, 향후 심부 광물자원 탐사의 적용 방법 및 추진 방향성에 대해 분석하고자 한다.

본 론

심부 광물자원 탐사 해외 사례 분석

심부 광물자원 탐사의 중요성을 알리고 심부 탐사 및 해석 역량을 함양하기 위하여 지금까지 캐나다 중국 이란 등에서 수행된 심부 탐사의 성공적 성과에 대한 예시를 살펴보고자 한다.

Lalor 광상 탐사(캐나다, 해저열수광상)

캐나다 매니토바(Manitoba) 주에 위치한 Lalor 광상(Fig. 1)에서 심부 광상을 탐사하기 위하여 물리탐사를 수행하였다(Yang et al., 2019). Lalor 광상은 해저 화산과 관련된 열수광화작용으로 생성된 VMS(volcanogenic massive sulphide) 광상으로 아연, 구리, 금, 은, 납 등의 다양한 금속을 포함하는 광석광물들이 산출된다(Galley et al., 2007). Lalor 광상 주변에는 광물탐사를 통하여 확인한 다수의 VMS 광상이 분포하고 있다. 천부에 분포하고 있는 광화대 확인은 가능하였지만, 심부에 존재하는 광체의 경우 확인이 불가하였다. 이러한 어려움을 극복하기 위해 이 지역에서는 심부 VMS 광상을 확인하기 위한 물리탐사를 수행하였다. Lalor 광상은 물리탐사를 통해 광체 영역을 해석한 성공적인 사례로 지질학적 추론이나 시추조사만으로는 약 600 m 심도 퇴적암 내 부존하는 광체를 발견하기 어려웠으나, 물리탐사 이상대로부터 광체 탐지가 효과적으로 이뤄졌다.

Fig. 1.

The geographical location of the Lalor deposit (UTM coordinate system) and the drilled ore lenses model (local coordinate system). Massive and stringer sulfide mineralization are color-coded in pink and green respectively. Black and grey lines indicate power lines, roads, and other infrastructure built before and during the geophysical surveys (Yang et al., 2019).

Lalor 광상에 적용된 물리탐사법은 심부 투과가 가능한 주파수 대역의 전자 탐사이다. 심부 투과가 가능한 전자 탐사의 개념도와 각각의 지하 전기전도도 모델로부터 광상 부존가능성을 파악하는 과정을 아래의 그림에 제시하였다(Fig. 2). 광화대에서 항공 자연송신원 전자탐사와 헬리콥터를 이용한 TEM을 수행한 후 광체의 물성적 특성을 보이는 이상대 구간을 1차 대상지로 선정하게 된다. 다음으로 대상이 되는 이상대에서 강한 송신원으로 보다 정밀한 해석을 수행할 수 있는 초전도양자간섭소자(superconducting quantum-interference device, SQUID)를 이용한 지상 시간영역 전자탐사와 시추공 TEM을 추가적으로 수행하였다. 이를 통해 해석된 전기비저항 모델(Fig. 2(b))을 광상학적 광체 생성모델을 기반으로 광상 부존 가능성이 높은 영역을 해석하게 된다. 금속 광화대의 특징 중 하나인 높은 전기전도도 반응을 고려하여 지하 심부에 부존하는 Lalor 광상의 존재를 성공적으로 파악할 수 있었다.

Fig. 2.

Images of the deep penetrating geophysical electromagnetic survey: (a) survey configuration and (b) electric conductivity models inverted by 3-D imaging software (3-D voxel inversion) from individual electromagnetic datasets (modified from Yang et al., 2019).

또한, 다양한 전자탐사의 해석 결과를 비교해 보면 항공 자연송신원 전자탐사와 헬리콥터를 이용한 TEM 자료와 비교하여 SQUID를 이용한 전자탐사와 시추공 TEM 자료로부터 얻은 전기전도도 모델은 지하 이상대가 상대적으로 정밀하게 시각화된 것을 확인할 수 있는데 탐사 방법에 따른 공간 해석 범위와 해상도의 특성도 탐사 설계 시 반드시 고려해야 한다.

Anshan-Benxi 광상 탐사(중국, 호상철광상)

중국 Anshan-Benxi 지역에는 세계적인 규모의 호상철광상(Banded iron formation; BIF)이 형성되었다. 그러나 천부에 부존하는 광체는 개발이 거의 완료되었기 때문에 이 지역 내 Gongchanling 광구에서 기존 광체의 지하 연장성을 조사하기 위한 목적으로 TEM과 MT 탐사를 수행하였다(Fig. 3)(Fu et al., 2020).

Fig. 3.

Map of banded iron deposits in the Gongchanling area (modified from Fu et al., 2020).

이 지역에서 수행된 TEM 탐사 결과(Fig. 4(a))를 보면 저비저항 이상대가 약 10~150 m 깊이까지 나타났으며, 이 지역에서 함께 수행된 MT 탐사(Fig. 4(b)) 결과를 통해 약 1,000 m 깊이까지의 지하 정보를 취득하였는데 같은 위치에서 TEM 탐사와 마찬가지로 10~150 m 깊이에서 저비저항 이상대가 나타났고, 일부 300~450 m 심도에서도 저비저항 이상대가 추가로 나타났다. 또한, 이 지역의 자력 탐사 결과에서도 강한 자력 이상 반응이 나타났는데 이는 철광체에서 나타날 수 있는 높은 전기전도도와 높은 대자율/자기감수율(magnetic susceptibility) 특성을 보여주며, 심부 광체를 확인할 수 있었다. 또한, 알려진 바와 같이 MT 탐사는 TEM 탐사에 비해 탐사 수직 분해능이 낮지만 보다 심부의 물성 정보를 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.

Fig. 4.

Geophysical exploration results from a banded iron formation (BIF) deposit, China: (a) time-domain electromagnetic (TEM) survey result and (b) magnetotellurics (MT) survey result (modified from Fu et al., 2020).

Nowchun 광상 탐사(이란, 반암형 Cu-Mo 광상)

이란의 남동부의 Nowchun 지역에는 반암형 Cu-Mo 광상이 위치한다. 이 지역의 지질은 신생대 에오세 화산활동으로 형성된 화성암 복합체로써 화강암, 섬록암, 화강섬록암, 응회암으로 이루어져 있다(Fig. 5). 이 광상에서 산출되는 광석광물은 주로 황동석(chalcopyrite), 휘동석(chalcocite), 반동석(bornite), 휘수연석(molybdenite) 등의 황화물이다. Daneshvar Saein et al.(2012)는 황화광물을 탐사하는 데 효과적인 것으로 알려진 전기비저항 탐사와 시간영역 유도분극 탐사를 수행하였다.

Fig. 5.

Geological maps of the Nowchun Cu-Mo porphyry deposit in the Urumieh-Dokhtar belt, Iran (modified from Daneshvar Saein et al., 2012).

전기비저항 탐사를 위하여 측선은 4,400 m 길이로 계획되었으며, 총 4개의 측선에서 수행하였다. 전극간격 40 m로 단극-쌍극자 전극배열을 적용하여 탐사를 수행하였다. 이 지역의 광석 광물은 금속 광체로 주변 암석과 비교하여 상대적으로 전기전도도와 충전율이 높다. 실내 물성 실험과 현장탐사 결과를 바탕으로 52 Ωm 이하의 전기비저항과 83 mV/V 이상의 충전율이 나타나는 구간을 광체로 해석하였다. 광체로 예상되는 영역은 주로 탐사 지역의 중심부에 위치하며, 동쪽으로 연장되고 있는 경향성이 있다(Fig. 6(a)). 탐사 결과로부터 합리적인 광상 모델 해석을 위하여 농도와 부피를 분석하는 방법(concentration-volume fractal method)을 적용하여 해석 3차원 광상 모델 결과(Fig. 6(b))를 제시하였다. 현장 물리탐사를 통해 해석된 광체 모델은 시추 조사 결과와 잘 부합하였으며, 지하 심부 200 m 하부에서 새로운 광체를 탐지할 수 있었다.

Fig. 6.

Three-dimensional models generated by electrical resistivity tomography and time domain induced polarization survey data in the Nowchun Cu-Mo porphyry deposit, Iran: (a) geophysical anomaly model with low resistivity (<52 Ωm) and high chargeability (>83 mV/V) and (b) deposit model generated by concentration-volume fractal method (modified from Daneshvar Saein et al., 2012).

디지털 트윈 기반 광물자원 탐사

심부 탐광을 위한 물리탐사가 수행된 캐나다 중국 이란 등의 지역은 기존의 광상이 존재하거나, 지표에서 광체가 확인된 뒤 추가 연장성 등을 확인하기 위하여 수행한 탐사들이다. 즉, 사전 정보를 통해 어느 정도 광상의 배태 구조 및 특성에 대한 정보를 바탕으로 심부 물리탐사를 통해 성공적으로 추가 광물자원을 확보한 것이다. 이와 달리 사전 정보가 없는 지역에서 체계적이지 못한 심부 탐사를 수행한다면, 심부 광체를 확보할 가능성이 낮을 것이다. 이러한 이유로 광물자원 탐사는 자원확보를 위한 첫 단계 이지만, 광상 생성의 복잡성, 심부 지질 구조의 복잡성 등으로 인해 불확실성이 높아(Park et al., 2014) 자원탐사의 신뢰도를 높이기 위해 대상 지역에서 취득한 물리탐사 자료를 포함한 여러 다양한 자료들을 이용하여 3차원 지질 모델을 구축하여 해석에 활용할 수 있어야 한다.

지질 및 광상 정보에 대한 디지털화는 CEM(common earth model) 개념(McGaughey, 2006)으로 시작되었다. 이를 바탕으로 10 여년 전부터 3차원 지질모델링 연구가 시작되었고 3차원 광상 분포를 해석하기 위해 활용되었다. 현재는 3차원 지질 모델링 기술이 단순히 지질 구조를 3차원으로 구현하는데 그치지 않고, 생성된 모델을 기반으로 현장 물리탐사 수행 전 시뮬레이션을 통해 반응을 예측해 보고, 현장 탐사 결과를 지질 구조와 함께 해석하여 해석의 불확실성을 줄이기 위한 연구가 수행되고 있다. 또한, 구축된 모델 기반으로 시추조사, 현장 물리탐사 등 추가 탐사 설계에도 효과적으로 이용되고 있다. 즉, 지하 구조를 단순히 모델링하는 수준을 넘어 구축된 모델을 기반으로 지하 구조의 다양한 반응을 예측하거나 문제 해결에 이용되고 있다. 현실 객체와 가상 복제 모델 간 긴밀한 상호작용은 수집한 모든 디지털 자료를 종합적으로 분석 하는 기술을 디지털 트윈(digital twin)이라고 한다. 디지털 트윈 기술을 이용한 광물탐사는 불필요한 조사 비용을 크게 절감할 수 있어 심부 정밀 광물자원 탐사에 적극적인 활용이 요구되고 있다. 이러한 요구에 발맞춰 2020년부터 수행되고 있는 한국지질자원연구원의 디지털트윈 기반 배터리 원료 광물 탐사 연구를 소개하고자 한다.

디지털 트윈 기반 관인 함바나듐 티탄철광상 탐사

바나듐은 대용량 에너지저장시설에 적합한 것으로 알려진 바나듐레독스흐름 베터리의 핵심원료이며, 국내에서는 한국지질자원연구원에서 디지털 트윈 기반 신규 함바나듐 티탄철(vandiferous titanomagnetite, VTM) 광체 탐사를 통해 바나듐 자원량을 산정하기 위한 연구를 진행 중이다. 연구과제의 테스트베드인 경기도 포천시 관인면 일대에는 선캠브리아기에 관입한 반려암체의 마그마 분화과정에서 선택적인 광화작용으로 형성된 VTM 광상이 존재하는 것으로 알려져 있다(Lee et al., 2022)(Fig. 7). 광석은 주로 자철석과 티탄철석으로 이루어졌으며, 광석광물 내 바나듐의 함량은 V₂O₅ 기준 0.5 w% 이상으로 알려졌다(Go et al., 2021).

Fig. 7.

Geological map of Gwanin vandiferous titanomagnetite deposit, South Korea (modified from Lee et al., 2022).

관인 VTM 광상에 대한 디지털 트윈 구축을 위해 국토지리정보원에서 제공하는 수치지형도와 한국지질자원연구원에서 발행한 1:50,000 축척의 연천도폭 지질도를 디지털화하여 기본 지질모델링을 수행하였다. 이후 지질단면도와 지층들의 주향경사 자료를 이용해서 지질 단위체의 수직적인 연장을 결정한 후 현재 가행 중인 광산에서 굴착한 갱도와 광체 구간에 대한 디지털 도면을 추가로 입력했다. 추가적으로 야외지질조사를 통하여 얻은 정밀한 지질 경계와 광화대 정보를 업데이트한 뒤, 지질모델링 소프트웨어인 GoCAD 플랫폼 상에서 디지털화된 관인 VTM 광상의 지질도와 디지털 트윈의 기반이 되는 3차원 지질모델링 결과(Fig. 8)를 얻었다.

Fig. 8.

Three-dimensional geological modeling processes applied to the Gwanin vandiferous titanomagnetite deposit, South Korea: (a) importing geological map in 1:50,000 scale and (b) generating geological model.

디지털 트윈 기반 광물자원 탐사를 수행하기 위하여 초기 수행된 지질모델링에 물리탐사를 통한 물성 모델 추가를 위한 연구가 수행되었다. 바나듐을 함유하고 있는 자철석과 티탄철석은 다른 맥성광물과 비교하여 대자율이 높기 때문에 대자율 분포 모델 구축을 위한 항공자력탐사를 수행하였다. 항공탐사를 통해 얻어진 탐사자료와 3차원 대자율 역산 결과(Fig. 9), 현재 개발 중인 광체 부근에서 가장 큰 자력 이상 반응이 확인되었다. 이 지역에서 추가로 광체를 탐사하기 위하여 알려지지 않은 영역 중 대자율 이상이 높은 영역에 대해 드론을 이용한 정밀 자력탐사 및 전기비저항 탐사를 이용한 추가 정밀탐사를 수행하였다.

또한, 현장 지표 탐사 결과 해석의 신뢰성을 높이기 위하여 현장에서 채취한 광체 및 맥석 암석에 대하여 대자율과 전기비저항에 대한 실내 측정을 수행하였다. 광석의 대자율은 주변 맥석 암석과 비교하여 뚜렷하게 높았으며 대략 0.25 SI 이상의 값을 나타내었다(Shin et al., 2021). 효과적인 광체 영역 예측을 위하여 기준값을 0.2SI로 설정하여 광체로 예상되는 영역을 3차원 영상화 하였으며, 이를 바탕으로 시추 위치를 설계하였다(Fig. 9(b)).

Fig. 9.

Prediction of a potential orebody using both airborne magnetic survey and laboratory experiment results and simulation of two drilling holes based on digital twin: (a) airborne magnetic survey result on geological map and (b) susceptibility model and simulated drilling holes.

탐사시추공 설계는 시추하고자 하는 지점의 위치정보와 경사시추의 경우 방위각과 경사를 입력하면 구축된 디지털 트윈 상에서 탐사시추공의 공간적 위치를 시뮬레이션할 수 있다. 실제로 탐사시추는 비용이 많이 들기 때문에 모든 조사자료가 반영된 디지털 트윈 상에서 정밀하게 시추 위치 및 방향을 설정하고 시추공의 분포를 시뮬레이션해보며 조정하면 보다 정밀한 시추 설계 및 탐사가 가능하다.

반복적인 탐사시추 시뮬레이션을 통해 탐사시추 설계를 확정하고, 물성 모델로 예측되는 광체와의 공간적 상관성을 사전 검토하여 탐사 시추의 신뢰도를 높일 수 있다. 이러한 과정을 통해 수행된 탐사 시추 결과(Fig. 10)를 보면, 일부 시추공에서 VTM 광체를 성공적으로 확인하였으나 일부 광체 예상 지역에서는 광체를 직접 탐지하지는 못한 경우도 있었다. 이는 물성으로 예측한 격자 형태 광체의 3차원 분포와 실제 구조와의 차이에서 발생하는 오차가 있을 수 있고, 시추공을 통해 확인되는 공간 영역이 물리탐사를 통해 해석되는 해상도에 비해 좁은 영역이기 때문에 발생할 수 있는 공간 해상도 오차라 판단된다. 비록, 일부 시추 탐사에서는 광체를 직접 탐지할 수는 없었지만, 디지털 트윈 기반 시추 탐사 설계는 기존 구축된 자료와의 공간적 상관관계를 보다 정확하게 사전 검토할 수 있어 불필요한 탐사시추 비용을 크게 절감할 수 있다.

Fig. 10.

Drilling investigation results with susceptibility model and drilling core image of identified VTM mineralized zone.

시추 조사를 통해 확인된 광체 주변부에서 심부 광상의 부존 가능성을 추가적으로 파악하기 위한 목적으로 전기비저항 탐사를 수행하였다. 전기비저항 탐사 조사 영역은 크게 두 개의 지역으로 구분했고, 높은 대자율 (0.15 SI 이상) 구간과 지형 특성을 고려하여, 탐사 구간1과 2에 각 4개씩 총 8개의 전기탐사 측선을 설계하였다(Fig. 11). 정밀한 전기비저항 구조를 해석하기 위하여 전극 간격은 20 m, 40 m, 60 m 간격으로 설정하였으며, 전극배열은 수평 분해능이 탁월한 쌍극자-쌍극자 배열을 이용했다. 자력탐사에 비해 상대적으로 정밀도가 높은 전기비저항 자료를 바탕으로 추가 VTM 광체 부존 가능성을 예측했다. 앞서 언급한 바와 같이 VTM 광석은 실내 물성 측정결과 주변모암보다 전기비저항이 낮은 경향을 보인다(Shin et al., 2021). 따라서 전기비저항 탐사 결과에서 낮은 전기비저항 구간은 VTM 광체 부존 가능성이 주변부에 비해 높다고 판단된다.

Fig. 11.

Eight electrical survey lines with susceptibility model (>0.15 SI) and two drilling holes.

전기비저항 탐사 구간 1(Fig. 11)에서 얻은 전기비저항 탐사 자료를 역산하여 얻은 3차원 전기비저항 모델(Fig. 12(a))을 보면, 낮은 전기비저항은 주로 상부에 넓게 분포하고, 하부로 갈수로 전기비저항 높아지는 특성이 있으며 500 Ωm 이하의 낮은 전기비저항 이상대는 얇은 판의 형태로 넓게 분포하는 특성을 보인다(Fig. 12(b)). 이러한 결과로부터 이 구간에서 심부 VTM 광체 부존 가능성 보다는 구조적인 영향으로 인해 나타나는 저전기비저항 구조로 예상된다.

Fig. 12.

Three-dimensional resistivity models of survey area 1 generated by 3-D resistivity inversion: (a) entire region and (b) anomalous region (>500 Ωm).

한편 전기비저항 탐사 구간 2(Fig. 11)에서 얻은 3차원 전기비저항 모델(Fig. 13(a))은 탐사 구간1의 모델(Fig. 12(a))보다 전반적으로 전기비저항이 높은 것으로 해석되었다. 그러나 광체와 유사한 전기비저항값인 500 Ωm 이하의 낮은 전기비저항 이상대 구간이 두 곳에서 나타났다(Fig. 13(b)). 구조적으로 볼 때 광체의 분포 특성과 유사하고, 자력탐사 결과에서도 높인 이상값을 보이는 것을 근거로 이 지역은 심부 VTM 광체가 부존 가능성이 상대적으로 높을 것으로 판단되어, 심부 VTM 광체 부존 여부를 확인하기 위한 목적으로 탐사시추가 계획되고 있다.

Fig. 13.

Three-dimensional resistivity models of survey area 2 generated by 3-D resistivity inversion: (a) entire region and (b) anomalous region (>500 Ωm).

디지털 트윈 기반 관인 함바나듐 티탄철광상 탐사자료를 이용한 3차원 지질모델링에서는, 관인 VTM 광화대를 대상으로 지표지질, 지질단면도, 기존 시추 정보 등을 기반으로 3차원 지질모델링을 구축하였다. 또한, 지질모델링에 물리탐사를 통해 해석된 대자율 및 전기비저항 물성을 추가로 구축하여 디지털 트윈 모델을 생성한 후 디지털 트윈 모델 상에서 물리탐사 반응 및 시추공 설계 등을 시뮬레이션하며 탐사의 신뢰도를 높였다. 앞으로 수행될 광물 탐사 대상은 깊은 심도에서 복잡한 지질구조를 가질 것으로 예상되기 때문에, 탐사 결과의 신뢰도를 높일 수 있는 디지털 트윈 기반 3차원 정량적 해석이 요구될 것으로 생각된다.

결 론

최근 수요가 급증하고 있는 배터리 관련 핵심광물을 확보하는 것은 국가 경쟁력에 큰 영향을 끼칠 것으로 예상되지만 단기간에 공급량을 늘리기는 어렵기 때문에, 단기적인 공급망 구축과 더불어 장기적으로 광물자원 탐사 및 개발 기술을 확보하는 것은 국가 경쟁력을 유지하기 위해 필수적이라 할 수 있다. 광물자원의 안정적인 확보가 점점 더 중요해지는 반면, 지표나 천부에 배태된 비교적 탐사가 용이한 광물자원은 빠르게 소진되어 가고 있을 뿐만 아니라 필요로 하는 양보다 매장량도 부족한 실정이기 때문에, 심부 광상 탐사에 대한 요구가 점점 더 높아지고 있다.

지표 지질 정보를 통해 지하 심부를 예측하는 것은 일부 퇴적 광상을 제외하고는 많은 불확실성이 있으며, 시추조사는 비록 정확도는 높으나 시추위치에서만 정보를 얻을 수 있다는 한계가 있어 넓은 영역의 지하 구조를 신뢰성 있게 해석할 수 있는 수단이 필요하다. 이러한 상황을 고려할 때, 심부 광물자원 개발을 위해 가장 효과적인 탐사 방법은 본문에서 여러 국내외 실례를 통해 설명한 것처럼 지하를 3차원 물성 분포로 해석할 수 있는 물리탐사를 적극 활용해야 한다는 것은 자명한 일이다. 물리탐사를 통해 지질 구조를 정확하게 해석한다는 것에는 한계가 있지만, 최소한 물성의 변화를 통해 지질 구조를 예측하고 광상 배태 가능성을 예측 평가할 수 있다.

또한, 광물자원 탐사는 연속적으로 변화하는 지하의 지질 구조를 그 대상으로 하고 광상 생성의 복잡한 과정을 해석해야 하기 때문에 그 자체로 불확실성이 높다. 이러한 불확실성을 낮추고 신뢰성 높은 해석을 수행하기 위해서는 다양한 복합 지질 정보를 효과적으로 융합하고 해석할 수 있는 디지털 트윈 기반 광물자원 탐사를 활용하여야 한다. 디지털 트윈 구축을 통해 다양한 복합 지질 정보를 하나의 플랫폼에 통합하고, 이를 기반으로 탐사 및 시추 조사에 대한 사전 시뮬레이션을 수행하며, 안정적인 통합 해석을 수행하여 각각의 탐사가 갖는 약점을 최소화하고 탐사 성공률을 높일 수 있을 것이다. 이 연구를 토대로 독자들이 심부 광상 탐사의 실무를 수행하는 데 도움이 되길 기대한다.