서 론

몽골은 한반도 면적의 약 7.4배에 달하는 광대한 영토(세계 19위)를 보유하고 있으며, 국토의 90% 이상이 미개발 상태로 남아있는 자원부국이다. 2023년 기준, 몽골은 매장량 기준 세계 4위의 형석과 24위의 석탄을 보유하고 있으며, 이 외에도 금, 구리, 몰리브덴, 아연, 납, 은, 우라늄 등 80여 종의 다양한 광물이 분포한다(USGS, 2024). 생산량 측면에서도 형석은 세계 3위, 몰리브덴은 세계 8위를 기록하고 있으며, 그 외 구리, 아연, 주석, 석탄 등도 주요 생산 광종이다. 한편, 몽골에는 희토류, 리튬, 주석 등 첨단산업에 필수적인 희소금속도 매장되어 있으나 대부분 초기 탐사 단계에 머물러 있다(Yoo and Koh, 2011; Lee and Lee, 2024). 최근 희소금속의 전략적 중요성이 부각됨에 따라, 몽골 정부는 관련 분야의 외국인 투자를 적극적으로 유치하기 위해 광물자원법 개정, 광산물거래소법 제정·시행(2023), 그리고 2024년 국부펀드법(Sovereign Wealth Fund Law) 통과 등 법적·제도적 정비를 가속화하고 있다(KOMIR, 2025).

몽골의 광산업은 1939년 국영 광물 신탁 설립을 기점으로 국가 경제의 중추적인 역할을 담당해 왔다. 1990년대 사회주의에서 시장경제 체제로 전환한 이후, 2000년대부터는 광업을 중심으로 한 2차 산업 위주의 경제 개발이 본격화되었다. 그 결과, 석탄, 구리, 철광석, 아연, 금 등 주요 광물자원 수출에 대한 경제 의존도가 심화되어, 2023년 기준 광산업은 국가 국내총생산(GDP)의 28%, 총수출액의 92%를 차지하는 수준에 이르렀다(KOMIS, 2024). 몽골의 광산물 대외 무역은 특정 국가에 대한 의존도가 높은 구조를 보인다. 2023년 8월 기준, 전체 수출의 95.9%, 전체 수입의 44.6%를 중국이 차지하였으며, 특히 총수출액의 93% 이상을 광산품이 점유하여 광물자원 수출 의존도가 매우 높게 나타난다. 주요 수출 광산품은 석탄, 구리 정광, 금, 철광석 순이다(KOTRA, 2024).

몽골 정부의 적극적인 광산업 개발 촉진 정책에 힘입어, 2024년 1분기 몽골에 대한 외국인 직접투자(FDI)는 전년 동기 대비 73% 증가했으며, 전체 투자의 79%가 광산업에 집중되었다. 1990년부터 2023년 1분기까지 누적된 몽골의 외국인 투자액 미화 411억 달러 중 광산업이 차지하는 비중은 73%에 달한다. 한국의 경우, 2023년 상반기 몽골 직접투자에서 광업 분야가 25.4%로 가장 높은 비중을 차지했다(KOMIS, 2024; KOTRA, 2024).

몽골 정부는 국가 경제 및 안보에 중대한 영향을 미치며 생산 규모가 국내총생산(GDP)의 5% 이상을 차지하거나 향후 그럴 잠재력이 있는 16개 광산을 ‘전략광상(Strategic Deposits)’으로 지정하여 특별 관리하고 있다. 이들 전략광상은 구리, 금, 석탄을 비롯하여 철, 우라늄, 몰리브덴, 인, 아연 등 주요 광물을 포함하고 있다. 대표적인 예로는 타반톨고이(Tavan Tolgoi, 석탄), 오유톨고이(Oyu Tolgoi, 구리), 바가누르(Baganuur, 석탄), 투무르테이(Tumurtei, 철) 광산 등이 있다(KOMIS, 2024). 전략광상의 지분과 관련하여, 정부 예산으로 탐사하여 매장량이 확정된 경우 정부가 최대 50%의 지분을 소유할 수 있으며, 민간 기업 자금으로 탐사하여 매장량이 확정된 경우에는 정부가 최대 34%의 지분을 확보할 수 있도록 규정하고 있다(KOMIR, 2025). 다만, 최근에는 투자 유치 활성화를 위해 정부 지분 참여 대신 특별 로열티(Special Royalty) 부과 등으로 대체하는 방안이 법적으로 허용됨에 따라, 투자 환경이 점차 변화하고 있다(KOMIR, 2025).

한국과 몽골 간 광산물 교역 현황을 살펴보면, 한국은 주로 몰리브덴과 형석을 수입하는 구조를 보인다(KIGAM, 2024). 2000년대 이후 주요 수입 품목의 물량 및 금액 변화는 다음과 같다. 몰리브덴은 2020년 825톤(미화 616만 달러)에서 2023년 1,209톤(미화 2,863만 달러)으로 급증했으며, 형석은 2020년 2,819톤(미화 108만 달러)에서 2023년 9,452톤(미화 406만 달러)으로 증가하는 추세를 보였다. 반면, 같은 기간(2020–2023년) 한국의 대몽골 광산물 수출은 석회석(총 320톤, 미화 3.4만 달러), 석고(총 62톤, 미화 4.4만 달러), 규사(총 18톤, 미화 1천 달러), 토탄(총 9톤, 미화 1만 달러) 등으로 그 규모가 상대적으로 매우 미미한 수준이다(KIGAM, 2024). 이처럼 한국의 대몽골 핵심광물 수입 의존도가 심화되는 상황에서 몽골의 자원 잠재력을 정확히 파악하는 것은 매우 중요하다. 몽골의 지질 및 지구물리탐사 현황을 보면, 광역 조사인 1:200,000 축척 지질도와 1:1,000,000 축척 중력탐사는 완료되었으나, 정밀 탐사의 기초가 되는 1:50,000 축척 지질도 작성(일반 탐사)은 2024년 10월 기준 47.74%, 1:200,000 축척 항공지구물리 복합조사는 68.3%의 진척률을 보이고 있다(Mongolian Mining Journal, 2024). 이는 국토의 상당 부분이 여전히 미탐사 지역으로 남아있어 신규 광상 발견의 잠재력이 높음을 시사한다.

최근 탄소중립 이행과 청정에너지 전환이 가속화되면서, 전기차, 재생에너지, 에너지저장장치(ESS) 등에 사용되는 핵심광물 수요는 2040년까지 2020년 대비 약 3–4배 이상 증가할 것으로 전망된다(Lee and Lee, 2024; KOMIR, 2025). 이러한 수요 급증에도 불구하고, 망간, 크롬, 바나듐 등 다수의 핵심광물은 소수 국가에 생산, 정제 능력이 집중되어 있어 공급 리스크가 크게 우려된다. 예를 들어, 망간 광석 생산은 남아프리카공화국, 가봉, 호주 등 극소수 국가에 편중되어 있고, 크롬 자원의 약 95%는 카자흐스탄과 남부 아프리카에 집중되어 있으며, 바나듐 생산의 대부분 역시 중국, 러시아, 남아프리카공화국, 브라질 등 네 개국이 차지한다. 최근에는 중국을 비롯한 주요 생산국들이 게르마늄, 갈륨, 흑연 등 핵심광물에 대해 수출 통제 조치를 강화하면서, 광물 공급망이 지정학적 변수에 의해 쉽게 교란될 수 있다는 점도 재차 확인되고 있다. 이러한 상황에서 핵심광물의 상당 부분을 수입에 의존하는 한국으로서는, 특정 국가에 편중된 공급 구조를 완화하고 공급망을 다변화하기 위한 중장기 전략이 필수적이며, 지리적으로 인접하고 자원 잠재력이 큰 몽골의 미개발, 미탐사 핵심광물 자원을 체계적으로 파악하는 것이 시급한 과제로 부상하고 있다.

한국 정부는 2023년 발표한 ‘핵심광물 확보전략’을 통해, 국가 경제 및 산업에 필수적이지만 공급 불안정성이 높고 대체재 확보가 어려워 경제적 파급 효과가 큰 광물을 핵심광물로 지정하였다. 특히 탄소 중립과 에너지 전환을 위한 청정에너지 기술, 즉 배터리, 재생에너지, 수소 기술 등에 필수적인 자원으로서 총 33종의 광물을 선정하였다(Kim and Lee, 2025). 이들 33종 핵심광물에는 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연, 니오븀, 구리, 알루미늄, 규소, 마그네슘, 몰리브덴, 바나듐, 주석, 티타늄, 텅스텐, 안티모니, 비스무스, 크롬, 납, 아연, 갈륨, 인듐, 탄탈륨, 지르코늄, 스트론튬, 셀레늄과 희토류 5종(네오디뮴, 디스프로슘, 터븀, 세륨, 란탄), 그리고 백금족 2종(백금, 팔라듐)이 포함된다. 이러한 핵심광물의 수요는 2040년까지 2020년 대비 4배 이상 급증할 것으로 전망된다. 정부는 이 중 반도체·이차전지 등 첨단산업 공급망 안정화가 시급한 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연 및 희토류 5종을 ‘10대 전략 핵심광물’로 선정하여 집중 관리하고 있다. 아울러 전통적인 자원 안보 차원에서 관리해 온 유연탄, 우라늄, 구리, 아연, 니켈, 철광석 등 ‘6대 전략광물’의 중요성도 지속적으로 강조되고 있다. 본 연구의 대상 광종인 망간, 크롬, 티타늄, 바나듐은 모두 핵심광물에 해당하며, 특히 망간은 10대 전략 핵심광물에도 포함되는 중요한 자원이다.

최근 5년 사이에는 청정에너지 전환과 공급망 리스크를 배경으로, 핵심광물의 수요 전망, 가격 변동성, 공급 집중도를 종합적으로 평가하는 국제기구 및 학계의 연구가 급격히 증가하였다(USGS, 2024). 각 광종별 주요 용도 및 전망은 다음과 같다. 망간은 대부분 철강재 첨가 원료로 소비되며, 배터리 산업에서의 수요는 전체 망간광 수요의 약 3%에 불과하나, 고순도 망간 제품은 전기차 및 에너지 저장장치(ESS) 등 차세대 산업의 핵심 소재인 이차전지 원료로서 그 중요성이 크게 부각되고 있다. 크롬은 주로 스테인리스강 및 합금강 제조에 사용되며, 특히 전기차 및 재생에너지 기술 확산에 따라 고성능 합금 제조를 위한 크롬 수요가 급증하는 추세이다. 티타늄은 제련 및 가공이 까다로워 고가에 거래되나, 강철과 유사한 강도를 지니면서도 무게는 훨씬 가볍고(높은 비강도), 알루미늄 합금보다 약 2배 높은 강도를 지녀 항공우주, 방위산업, 반도체, 의료 등 다양한 첨단 분야에서 활용된다. 바나듐은 전체 소비량의 85–90%가 철강 합금 원료, 항공우주 산업 소재, 그리고 촉매제 및 안료로 사용된다. 향후 바나듐 수요는 기존의 고강도 철근 사용 증가뿐만 아니라, 최근 화재 안전성이 높은 차세대 에너지 저장장치(ESS)인 바나듐 레독스 흐름 전지(VRFB)의 핵심 원료로 주목받음에 따라 지속적으로 증가할 것으로 전망된다(KOMIS, 2024). 이에 본 연구는 그동안 구리, 석탄 등 일부 전략광상과 희토류, 리튬 등에 비해 상대적으로 연구가 미흡했던 몽골 내 망간, 크롬, 티타늄, 바나듐 광상의 분포 현황과 부존 특성을 국가 규모에서 체계적으로 정리하고, 이를 몽골의 조구조, 지질 진화와 연계하여 해석함으로써 핵심광물 공급망 다변화 관점에서 효율적인 탐사 방향을 제시하는 것을 목적으로 한다.

몽골의 조구조적 환경 및 지질

조구조적 환경

몽골은 중앙아시아 조산대(Central Asian Orogenic Belt, CAOB) 또는 알타이드 조산대의 중심부에 위치하고 있으며, 지질학적으로 동유럽 대륙괴(서쪽), 시베리아 대륙괴(북쪽), 카라쿰 대륙괴(남서쪽), 타림 대륙괴 및 북중국 대륙괴(남쪽)에 의해 둘러싸여 있다(Fig. 1). CAOB는 세계에서 가장 규모가 큰 현생누대 부가형 조산대(accretionary orogen) 중 하나로 간주되며(Xiao et al., 2020; Safonova et al., 2011), 서쪽의 카자흐스탄 만곡부(Kazakhstan Orocline)와 동쪽의 투바–몽골 만곡부(Tuva-Mongol Orocline)로 구분된다(Windley et al., 2007).

Fig. 1.

Location of the Central Asian Orogenic Belt (CAOB) (modified after Han and Zhao, 2018). The CAOB is a major tectonic collage in northern Asia, separated into the western Kazakhstan and eastern Tuva-Mongol oroclines. The belt is bounded by the East European (west), Siberian (north), Karakum (southwest), and Tarim and North China (south) cratons. It consists of amalgamated continental fragments, magmatic arcs, and subduction–accretion complexes formed at convergent plate margins.

이 조산대는 약 7억 5천만 년 전부터 1억 5천만 년 전 사이, 신원생대부터 중생대 초기에 이르는 시기에 고아시아해(Paleo-Asian Ocean)의 섭입 및 폐쇄, 그리고 이어진 대륙–대륙 또는 대륙–호간 충돌 과정을 통해 형성되었다(Xiao et al., 2018). 이러한 부가(accretion) 과정의 결과로, CAOB는 여타 부가형 조산대와 유사하게 다양한 마그마호, 호 관련 분지(arc-related basin), 부가 복합체, 해산, 대륙 지괴 및 오피오라이트 등으로 구성되어 있다(Xiao et al., 2020; Safonova et al., 2011). 이러한 지질 단위들이 복합적으로 병합되면서, 몽골의 지질 구조는 북에서 남으로 발달한 주요 습곡대, 단층, 변성대, 광범위한 파쇄대 등이 복합적으로 작용하여 형성된 블록 및 모자이크 구조로 특징지어진다(Gerel et al., 2021).

이러한 CAOB는 금속 광물, 석유, 천연가스를 포함한 풍부한 천연자원을 보유하고 있어 세계적으로 가장 큰 광화대(metallogenic province) 중 하나로 평가 받고 있다(Gerel, 2021). 특히, CAOB의 형성과정에서 발생한 섭입, 충돌, 충돌 후 조산운동 등의 일련의 지구조적 사건들은 다양한 금속 광상의 형성에 결정적인 역할을 하였다. 이 과정에서 형성된 섭입대 관련 화성암들은 구리, 금, 몰리브덴, 텅스텐 광상을 배태시켰을 뿐만 아니라(Gerel, 2021; Dostal and Gerel, 2022), 해양 지각의 일부가 보존된 오피오라이트는 크롬 광상을 배태하며, 다양한 퇴적 분지 환경은 망간과 바나듐광상이 형성될 수 있는 유리한 조건을 제공하는 등, 본 연구 대상 광종들의 부존과도 밀접한 관련이 있다.

지질

몽골의 지질 구조는 신원생대부터 캠브리아기–오르도비스기, 데본기, 석탄기–페름기, 트라이아스기에 이르는 장기간의 지질학적 사건을 통해 형성되었다(Badarch et al., 2002). 특히 중서부 항가이(Hangay) 지역에 위치한 선캠브리아기 대륙 지괴(cratonic block)는 이 지역의 지질 발달에서 중심적인 핵심적인 역할을 수행하였다. 중서부 항가이 지역에 위치한 선캠브리아기 대륙지괴는 이 지역 지질구조 및 진화 과정의 형성에 있어 중요한 구성요소로 작용하였다(Fig. 2). 이 핵심 지괴를 중심으로, 고생대에 형성된 호상열도 및 배호(back-arc)·전호(fore-arc) 분지, 섭입 복합체, 그리고 다양한 대륙 조각들이 차례로 부가되며 오늘날의 복합적인 지질 구조를 이루었다(Badarch et al., 2002; Gerel, 2021). 이러한 지체 구조의 부가 과정은 일반적으로 북쪽에서 남쪽 방향으로 진행되었으며, 이로 인해 다양한 지층과 구조체가 복잡하게 통합되었다. 이와 같은 통합적인 지질 해석은 몽골 기반암의 연대 구성을 명확히 규명할 수 있게 하였으며, 나아가 중앙아시아 대부분 지역의 현생누대 지체구조 발달을 이해하는 데 있어서도 중요한 지구조적(tectonic) 기반을 제공한다. 또한, 이러한 해석은 몽골 지역 내 경제적 가치가 있는 지하자원의 분포와 현재의 지구조 환경 간의 상관관계를 설명하는 데 기여하고 있다(Badarch et al., 2002; Windley et al., 2007).

Fig. 2.

Simplified topographic map of Mongolia. The Main Mongolian Lineament marks the structural boundary separating the Precambrian/Lower Paleozoic north from the Upper Paleozoic south. The inset map shows the regional tectonic setting and neighboring cratons: Siberian (SC), Tarim (TC), and Sino–Korean (SKC) (modified from Badarch et al., 2002).

몽골은 주요 지구조 경계인 몽골 주요 구조선(Main Mongolian Lineament)을 따라 북부와 남부로 구분된다(Badarch et al., 2002, Fig. 2). 이 구조선은 동서 방향으로 아치형을 이루며, 일련의 봉합대(suture zone) 또는 주요 단층대를 형성하고 있다(Gerel, 2021). 북부 지역은 주로 선캠브리아기 대륙 지괴 조각, 신원생대–초기 고생대의 관입암 및 오피오라이트, 그리고 배호 및 전호 분지 퇴적층, 부가쐐기대 등의 다양한 지질 요소로 구성되어 있으며, 원생대와 하부 고생대의 암석이 주류를 이룬다(Dostal et al., 2020; Gerel, 2021). 남부 지역은 주로 중기 및 후기 고생대 암석으로 이루어져 있으며, 데본기–석탄기 호상열도 화산암, 일부 오르도비스기–실루리아기 화산암, 오르도비스기–석탄기 퇴적암 등이 분포하고, 남쪽 경계부에서는 대규모의 석탄–페름기 화강섬록암이 관입하였다(Badarch, 2005).

Badarch et al.(2002)는 몽골의 테레인 구조 지도(Tectonic Terrane Map of Mongolia)에서 몽골을 총 44개의 테레인(terrane)으로 구분하고 이를 7개 주요 그룹으로 분류하였다(Fig. 3). 7개의 대륙괴 테레인(cratonic terrane)은 원생대의 변성 복합체와 신원생대의 변성 퇴적암 및 화산암으로 구성된다. 11개의 호상열도 테레인(arc terrane)은 오피오라이트, 톨레아이트–칼크알칼리 화산암, 화산쇄설암으로 이루어지며, 섬록암 및 화강섬록암 관입체가 존재한다. 8개의 배호/전호 분지 테레인은 하부 고생대 화산암 및 퇴적암, 초염기성암 및 멜랑지를 포함한다. 7개의 부가쐐기 테레인은 강하게 변형된 멜랑지, 역단층대, 오피오라이트 단편, 고압변성암으로 이루어져 있다. 3개의 오피오라이트 테레인은 멜랑지와 함께 오피오라이트질 암석으로 구성된다. 6개의 변성 테레인은 원생대와 고생대의 변성 복합체로 나타난다. 마지막으로 2개의 비활성 대륙 연변부 테레인(passive margin terrane)은 대륙붕 탄산염층과 심해퇴적물로 구성되며, 이는 데본기–석탄기, 페름기의 화산암 및 퇴적암에 의해 부정합적으로 피복되어 있다(Badarch et al., 2002; Gerel et al., 2021)

Fig. 3.

Tectonic terrane map of Mongolia delineating 44 distinct terranes (modified from Badarch et al., 2002). Each terrane represents a fault-bounded crustal block characterized by a unique geological evolution, lithology, and structural setting.

몽골의 망간, 크롬, 티타늄, 바나듐 광상 유형 및 특징

1977년 몽골 인민공화국 지질광업부와 소련 지질조사부는 협력하여 몽골의 철–망간 광화작용 분포도를 작성하고, 이를 3개(북부, 동부, 남부)의 금속광상구로 구분하였다. 또한 이들 광상구를 벨트(belts), 광석대(ore zones), 광석지구(ore districts), 광화대(mineralized areas)로 세분하였다(Marinov et al., 1977, Fig. 4). 이후 1998년 Dejidmaa는 몽골 내 철 함유 희소금속(Fe, Mn, Ti, Cr, V) 광상 및 산출지를 표시한 축척 1:3,200,000 분포도를 작성한 바 있다.

Fig. 4.

Schematic map of iron and manganese metallogenic provinces and districts in Mongolia (modified from Marinov et al., 1977). The map delineates three major provinces: Northern (I), Eastern (II), and Southern (III). These provinces encompass key metallogenic belts, including the Gobi Kherlen (GK) iron belt and the Khangai-Khentii (HH) Mn–Fe region. These are further subdivided into specific ore zones (Tsagaan Shiveet [TS], North Khentii [NH]), ore districts (1–4), and occurrence groups (17).

몽골 내 철과 연관되는 광상은 모암의 암상, 기원, 광물조합, 그리고 광체형태에 근거하여, Eckstrand(1984) 및 Cox and Singer(1986)의 분류 기준에 따라 화성암, 변성암, 퇴적암 내에서 총 12개 광상유형으로 분류되었다(Table 1). 이들 광상은 크게 퇴적광상(화산기원, 화학적), 열수광상, 스카른광상, 반암형 광상, 마그마광상(염기성, 초염기성), 변성광상, 사광상으로 구분할 수 있으며, Fe는 Mn, Cr, Ti, V, Au, Ag, Cu, Zn, Sn, REE 등 다양한 광종과 연관되어 나타난다. 특히, 본 연구의 대상 광종인 Mn은 퇴적형(화산기원, 화학적), Cr은 포디폼형(마그마형), Ti은 염기성 및 초염기성암 관련 마그마형, V는 퇴적형(화학적) 특성을 보이는 것으로 파악되었다. 몽골 내 크롬, 티타늄, 바나듐의 주요 산출 현황은 Fig. 5와 같다(Marinov et al., 1977).

Fig. 5.

Schematic map illustrating the distribution of chromium (Cr), titanium (Ti), and vanadium (V) occurrences in Mongolia (modified from Marinov et al., 1977). The map highlights the spatial association of Cr deposits with major ophiolite belts, Ti mineralization with mafic and ultramafic intrusions, and V occurrences within sedimentary basins. In this map, 1–10 represent chromium occurrences, and 11–16 indicate ophiolite belts.

망간광상

망간은 철, 알루미늄, 구리에 이어 세계에서 네 번째로 많이 소비되는 금속이며, 2023년 기준으로 전 세계 망간 생산량의 약 96%는 철강 제조에 필수적인 합금 첨가제로 사용된다. 반면, 배터리 산업에서의 수요는 약 3% 수준에 불과하지만, 고순도 망간 제품은 전기자동차(EV) 및 에너지 저장 시스템(ESS)에 사용되는 이차전지의 핵심 소재로서 그 전략적 중요성이 점차 부각되고 있다. 현재까지 100종 이상의 망간 함유 광물이 보고되어 있으나, 상업적으로 중요한 광물은 약 12종이며, 이 중 주요 광석광물로는 연망간석(pyrolusite, MnO₂), 경망간석(psilomelane, (Ba, H₂O)₂ Mn₅O₁₀), 브라우나이트(braunite, Mn²⁺Mn³⁺₆SiO₁₂), 로도크로사이트(rhodochrosite, MnCO₃) 등이 있다. 망간 광상은 일반적으로 해양성 퇴적형(해양성 또는 화산성), 풍화잔류형, 열수형, 그리고 해저 망간단괴형으로 구분된다. 이 중 가장 경제성 있는 광상은 퇴적형(해양성) 광상으로서 층상 및 렌즈상으로 나타나며, 해양 퇴적 동안 망간이 분리되어 산화물과 탄산염으로 산출된다. 퇴적형(화산성) 광상은 산화물과 탄산염이 적고 주로 규산염 광상으로 나타나 경제성은 낮은 편이다. 풍화잔류형 광상은 지표 및 지표 부근에서 화학적 분해와 침출을 통해 망간이 암석 내에 잔류 농집되어 형성되며, 주로 열대지방에 분포한다. 열수형 광상은 천열수 및 중열수 맥 내에 부존하며 보통 납(연), 아연, 금, 은, 구리(동) 등을 수반한다. 해저 망간단괴형은 구리, 니켈, 코발트 및 망간을 함유하고 태평양, 인도양, 대서양 등에 부존한다. 이는 주먹 정도 크기의 단괴로 나타나며, 단괴 내 산화물 및 점토가 층상 구조(concentric layers)를 이루고 있다(KOMIS, 2024).

몽골내 철과 망간 광상유형을, 화산기원 퇴적형 Fe–Mn 광상, 화학적 퇴적형 철/철광석(Fe–Fe, Mn–Mn) 그리고 철광석(퇴적암 내의 쇄설성 자철석)으로 구분한 바 있다(Dejidmaa, 1998). 이 중 특히 화산기원–퇴적형 Fe–Mn 광상과 화학적 퇴적형 철/철광석 광상이 잘 발달되어 있다. 화산기원–퇴적형 Fe–Mn 광상은 몽골 전역에 광범위하게 분포하며, 해양 내 화산암 및 퇴적암과 혼재된 병렬 판상(sheet-like) 혹은 렌즈 모양의 광체에 자철석–적철석 광석이 괴상 및 산점상으로 산출된다. 모암은 주로 쳐어트(chert), 규암, 사암, 이암, 셰일, 규질암, 재스퍼(jasper), 재스퍼로이드(jasperoid)이다. 광석광물은 복잡하여 광물조성과 철 및 망간 함량에 따라, 화산성 퇴적형 철, 화산성–퇴적형 철–망간, 화산성–퇴적형 망간으로 세분된다. 주요 광물은 자철석, 적철석, 연망간석(pyrolusite), 하우스만나이트(hausmannite), 브라우나이트(braunite) 등이다(Batkhishig, 2021). 화학적–퇴적형 철/철광석 광상은, 석회암과 백운석을 포함하는 퇴적 및 쇄설형 탄산염암 내에 부존하며, 광석 함유 층은 퇴적성 쳐어트, 규암, 석영–견운모–녹니석 편암, 그리고 쇄설성 탄산염암으로 구성되어 있다. 광체는 병렬 판상 혹은 렌즈상 형태를 띠며, 괴상 및 산점상 형태의 Fe 및 Mn 산화물과 탄산염 광물을 함유한다. 주요 광물은 자철석, 적철석, 능철석, 연망간석, 하우스만나이트, 브라우나이트, 능망간석 등이다. 이 광상은 선캄브리아기 화강암질 및 변성암 복합체 위에 놓인 분지에서 형성된 초기 고생대의 화학적 퇴적형 탄산염암과, 후기 백악기 및 신제3기(Neogenic)의 대륙내 호성 분지(intracratonic lake basins)내에서 분포한다. 대표적인 예로는 몽골 북부의 홉스골(Khovsgol) 탄산염 분지가 있으며, 이곳에서는 Fe, Fe–Mn, Mn 광상이 퇴적형 인회석, 명반석, 바나듐 광상과 함께 나타난다(Batkhishig, 2021).

철과 관련된 망간 광상은 주로 동부 몽골 광상구에 분포(United Nations Publication, 1999)하며, 동부 몽골 광화구에는 약 40개 작은 망간광상이 있으며, 그 중 28개는 항가이 헹티(Khangai Khentii) 망간–철 광석지역에 분포하고, 12개는 이 광상구 남쪽에 분포하고 있다. 대표적인 사이칸 골(Saikhan Gol) 망간 광상은 북부 몽골 광상구에 위치하며, 규질모암은 두께 20 m, 연장 2 km 이상이며, 망간 광석은 렌즈상 및 층상 내에 포함되어 있으며 광석 렌즈의 평균 두께는 1.5–2 m이다. 주요 광석광물은 연망간석이고 MnO₂ 품위는 9.26–36.72%이며, 최소 평균품위 MnO₂ 9.26% 기준으로 깊이 150 m까지의 추정 자원량(Inferred resources)이 45만 톤이다(Batkhishig, 2021).

크롬 광상

크롬은 지각에 비교적 널리 분포하나, 고농도로 농집된 경제적 광체는 일부 특정 지질 환경에 편재되어 나타난다. 자연 상태에서 순수 금속 형태로 산출되는 경우는 극히 드물며, 주로 크롬철석(chromite, (Fe,Mg)Cr₂O₄)의 형태로 존재한다. 주요 용도는 스테인리스강 및 특수 합금강 생산이며, 특히 페로크롬(ferrochrome)의 형태로 스테인리스강 제조에 대량 소비된다. 최근 전기차 및 재생에너지 기술의 확산과 함께 고성능 합금 소재에 대한 수요가 증가하면서 크롬의 전략적 중요성은 더욱 부각되고 있다(KOMIS, 2024).

경제적으로 중요한 크롬 광상은 크게 층상형과 포디폼형으로 구분된다. 이 중 층상형은 대규모 층상 관입암체 내 특정 층위에 크롬철석이 대규모로 집적되는 형태로, 광체의 규모 및 연속성이 우수하여 전 세계 크롬 광상의 약 90%, 매장량의 98% 이상을 차지한다. 대표적인 예로는 남아프리카공화국의 부시벨드 복합체(Bushveld Complex)가 있다. 반면, 포디폼형 광상은 주로 오피오라이트 단위 내 사문암화된 감람암체(serpentinized peridotite)에서 렌즈상 또는 불규칙한 포디폼 형태로 산출되며, 일반적으로 소규모이나 고품위의 크롬철석을 포함한다. 라테라이트형 및 풍화퇴적형 등 이차 광상은 경제성이 낮은 것으로 평가된다(KOMIS, 2024).

몽골 내 크롬 광화작용은 주로 오피오라이트 벨트에 위치한 초염기성암체 내에서 포디폼 형태로 발달한다(Batkhishig, 2021). 현재까지 확인된 9개의 주요 크롬 광화대는 8개의 주요 오피오라이트 벨트와 연관되며(Fig. 5), 특히 심부 단층대를 따라 듀나이트(dunite), 하즈버자이트(harzburgite), 드물게 휘석암(pyroxenite) 등의 암체에 광물이 집중되어 있다(Batkhishig, 2021; United Nations, 1999). 몽골 남부의 고비 및 술린케르(Sulinkheer) 지역의 오피오라이트 벨트는 비교적 큰 크롬 광체가 확인된 지역으로, 이들은 각각 만라이(Manlai) 층군 및 술린케르(Sulinkheer) 층군의 주요 산출지로 분류된다. 만라이 층군 관련 포디폼형 광상의 평균 품위는 Cr₂O₃ 29.25%, Ni 0.01%, Co 0.006%이다. 술린케르 오보(Sulinkheer Ovoo) 광상은 부유선별 후 Cr₂O₃ 55–60%로 고품위 크롬철석의 잠재 생산지로 평가된다. 아자르긴(Azargiin) 지역에서는 충적물에서 Cr₂O₃ 60%의 고품위 크롬철석이 발견되어, 배후 암체의 존재 가능성이 제기되고 있다. 노군 톨고이(Nogoon Tolgoi)에서도 Cr₂O₃ 53.19%로 고품위 광화작용이 확인되었다(Batkhishig, 2021).

티타늄 광상

티타늄은 지각 내 비교적 풍부하게 분포하지만, 제련과 가공이 까다로워 가격이 비싼 광종으로 알려져 있다. 티타늄은 가볍고 단단하며 거의 부식되지 않고 인체에 독성이 없으며, 같은 강도의 강철보다 약 43% 가볍고 알루미늄 합금에 비해 약 2배 강하여 항공, 우주, 군수산업, 반도체, 의료기기 등 다양한 분야에서 사용된다(KOMIS, 2024).

주요 광물은 티탄철석(Ilmenite, FeTiO₃)과 TiO₂의 동질이상체인 금홍석(Rutile), 예추석(Anatase), 판티탄석(Brookite), 이외에 백티탄석(Leucoxene, TiO₂·nFe₂O₃) 등으로 전 세계에서 소비되고 있으며, 이 중 티탄철석이 90% 이상 생산되고 있다(KOMIS, 2024). 이러한 함티타늄 광상은 다양한 지질환경에서 생성되지만, 경제성 있는 티타늄 광물은 주로 사광상이나 마그마 광상에서 산출된다. 철–티타늄 산화물을 포함한 중광물은 침식 및 풍화에 강하여 크롬철석, 석류석, 남정석, 모나자이트, 저어콘 등과 함께 사광상을 형성한다. 가장 경제성 있는 광상은 티탄철석 및 금홍석이 부존하는 해안 사광상이며, 이 밖에도 고지형 해안분지나 만(gulf)에서 형성된 내륙분지 사광상, 또는 하천의 범람원이나 하상지에 형성된 충적광상이 분포한다. 마그마광상은 마그마의 결정분화작용에 의해 형성된 층상 또는 렌즈상의 티탄철석 집적체로, 주로 선캠브리아기 회장암 및 반려암–회장암 복합체 내에 분포한다. 또한, 금홍석은 변성암(편암, 편마암, 고변성 화강암질 암석)이나 열수변질암 등에서 산출되지만, 대부분 저품위 비경제적 형태이며, 비교적 경제성 있는 금홍석 광상은 주로 고변성도 에클로자이트 변성암대 내에 분포한다(KOMIS, 2024).

몽골 내 티타늄 광상은 북부 및 서부 고산지대(몽골 알타이)에서 약 6개의 산출지가 분포(Fig. 5)하며, 크게 열수성 석영맥 광상과 마그마 광상으로 구분된다. 열수성 석영맥 광상은 석영–(자철석)–티탄철석 유형으로 나타나며, 일반적으로 마그마 광상보다 티타늄의 농집정도가 낮게 나타난다. 몽골 중앙 습곡대 내 석탄기 반려암–섬록암, 캄브리아기 사암 및 칼레도니아기 편암, 그리고 몽골 알타이 남부의 데본기 화강암–편마암 내에 분포한다. 마그마 광상으로는 염기성–초염기성암 관련하여 (인회석)–티탄철석–티탄자철석 유형으로 나타나며, 이 광상유형은 동심원 형태로 분화된 반려암, 회장암, 휘석암 및 드물게 휘록암 층상관입암에서 나타난다. 광석광물은 2가지 단계로 형성되는데, 초기 마그마 단계에서 염기성–초염기성 관입암 내에서 층상 및 렌즈 형태로, 후기 마그마 단계에서는 주로 맥상 형태로 나타난다. 주요 광석광물은 티탄자철석이며, 이외 인회석, 자류철석, 황철석, 적철석, 침정석이다. 경제성이 입증된 마그마 광상으로 코심 골(Khoshim Gol) Ti 산출지가 있으며, 초기 고생대 반려암–섬록암과 관련이 있으며 품위는 Fe₂O₃ 57.1%와 Ti 8.4%, 추정 자원량은 150만 톤(1.5 Mt)이다(Batkhishig, 2021).

바나듐 광상

바나듐은 순수 금속 상태에서 연성이 뛰어나지만, 산소, 질소, 탄소, 수소 등의 미량 불순물이 첨가되면 강도가 크게 증가함과 동시에 취성이 커지는 물성을 가진다. 전 세계 바나듐 소비량의 약 85–90%는 철강의 합금 첨가제로 사용되며, 10–15%는 항공우주 산업용과 화학 촉매제 및 안료 등으로 사용된다. 앞으로 건축 및 인프라 산업에서 고강도 철근에 대한 수요가 증가함에 따라 바나듐 수요는 지속적인 증가세를 보일 것이다(KOMIS, 2024).

바나듐은 특정 광석에서 채광되기보다는 금속(특히 철, 티타늄, 우라늄)의 제련 과정에서 부산물로 회수되는 경우가 많다. 주요 바나듐 함유 광물로는 바나듐 함유 티탄자철석(vanadiferous titanomagnetite, VTM; (Fe,V,Ti)₃O₄), 바나디나이트(vanadinite, Pb₅(VO₄)₃Cl), 카르노타이트(carnotite, K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O), 로스코엘라이트(roscoelite, K(V,Al,Mg)₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂) 등이 있으며, 이 중 티탄자철석은 전 세계 바나듐 공급의 주요 원천 중 하나이다(Brough et al., 2019).

바나듐 광상은 매우 다양한 지질 환경에서 형성될 수 있으며, 주요 부존 유형은 다음과 같이 분류할 수 있다(Brough et al., 2019). 첫째, 마그마형 광상은 염기성 또는 초염기성 관입암체 내에서 마그마 분화작용의 결과로 형성되는 바나듐 함유 티탄자철석 광상이 대표적이다. 둘째, 퇴적형 광상은 해양 또는 대륙 환경에서 화학적 침전작용을 통해 형성되며, 흑색 셰일, 인회암, 사암형 우라늄 광상 등과 연관되어 나타난다. 이러한 광상은 특정 산화–환원 조건 하에서 바나듐이 유기물이나 점토광물에 흡착되거나 독립적인 광물 형태로 침전되어 생성된다. 셋째, 열수형 광상은 지하 열수 용액의 활동으로 탄산염암 내에 바나듐 광물이 침전되거나 기존 암석의 열수변질작용을 통해 형성된다. 넷째, 풍화잔류형 광상은 보크사이트나 라테라이트 광상과 같이 모암의 풍화 과정에서 바나듐이 잔류·농집되어 형성된다. 다섯째, 유기물 관련 광상(organic-associated deposits)은 역청, 아스팔트, 석탄과 같은 유기 퇴적물 내에 바나듐이 농집되어 나타난다.

몽골 내 바나듐 산출은 주로 화학적 퇴적형에 속하며(Eckstrand, 1984; Cox and Singer, 1986), 바나듐을 포함한 처트–유기물 셰일과 처트질 병렬 판상 층으로 구성된다. 처트–유기물 셰일 층은 규질 셰일, 유기물–석회질 셰일, 점토셰일, 실트암, 쳐어트, 드물게 석회암내 혼재되어 나타난다. 대표적인 예로는 몽골 북부 홉스굴(Khuvsgul) 분지의 하부 고생대 대륙붕 퇴적층이 있다. 가장 유망한 바나듐 광화대 중 하나로 알려진 초히오(Tsohio) 산출지는 신원생대–하부 캄브리아기 석회암 및 셰일층 내에 배태되어 있다. 이 지역에서는 상기 지층의 전단대를 따라 열수 기원의 석영맥 및 석영–방해석맥이 발달하는데, 이 맥들은 두께 0.1–0.3 m, 길이 25–90 m 규모로 나타난다. 맥 내에는 술바나이트(sulvanite, Cu₃VS₄)와 함께 납 및 구리의 황화물이 포함되어 있으며, 바나듐 산화물(V₂O₅) 함량은 0.2–3.6%, 구리 0.8–25.1%이다(Batkhishig, 2021).

탐사 방향

몽골 내 희소금속 자원 중 리튬, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈럼–니오븀은 주로 중생대 화강암체에서 기원한 마그마–열수 작용과 밀접한 연관을 가지며(Dostal et al., 2020; Gerel et al., 2021), 이들 금속은 화강암체 주변의 단층, 절리, 각력암대 등 구조적 약대를 따라 이동한 열수 용액에 의해 광화작용을 거쳐 광상을 형성한 것으로 해석된다. 반면, 본 연구에서 다루는 망간, 크롬, 티타늄, 바나듐은 이와는 다른 기원의 광화 특성을 보이며, 각기 다른 지질 환경에서 부존한다(Batkhishig, 2021). 망간은 주로 철과 공존하는 철–망간 광상 형태로 산출되며, 약한 변성을 받은 화산기원 퇴적형 또는 화학적 퇴적형 광상으로 분류된다. 크롬은 오피오라이트 벨트 내 초염기성암체에서 포디폼형광상으로 부존하며, 티타늄은 열수 석영맥 또는 마그마 분화 작용에 의해 형성된 마그마형 광상으로 나타난다. 바나듐은 대체로 화학적 퇴적 광상으로 분류되며, 바나듐을 함유하는 쳐어트–유기질 셰일 및 쳐어트질 판상암 내에서 확인된다. 이와 같이, 망간과 바나듐은 퇴적 후 약한 변성 작용을 받은 퇴적 광상, 그리고 크롬과 티타늄은 마그마 광상으로 분류될 수 있다. 이러한 광종별 부존 특성은 탐사 전략 수립에 있어 중요한 기준이 된다.

이처럼 망간과 바나듐은 퇴적형 광상으로서, 망간은 (화산기원, 화학적) 퇴적광상, 바나듐은 화학적 퇴적광상이다. 이들 퇴적형 광상이 주로 렌즈상 및 층상으로 나타나는데 이러한 층서양상은 대체로 일관성 있게 발달한다. 지질조사시 전석과 풍화토가 노두를 덮고 있는 경우로 인해 지층의 추적이 어려운 경우가 있으므로, 층서 및 지질구조 조사의 정밀함이 아주 중요하다. 특히 렌즈상인 경우, 광석광물을 포함하는 지층이 단층에 의해 단절되는 경우를 렌즈상 광체로 오인할 수 있기에 주변의 층서와 단층 및 습곡 형태를 면밀히 파악하여야 한다. 이러한 렌즈상, 층상 광체의 불연속성과 형태를 보다 정량적으로 규명하기 위해서는, 정밀 지질, 구조 측량 결과를 바탕으로 한 단계적 시추 설계와 더불어 자력, 전기비저항, 중력 자료의 3차원 역산을 통합한 지질–지구물리 3D 블록모델 구축이 요구된다. 이는 단층에 의해 단절된 광체의 연장 방향과 규모를 제약하고, 자원량 산정의 불확실성을 줄이는 데 핵심적인 역할을 할 것이다. 아울러, 몽골의 지층 형성이 몽골 중서부 지역인 항가이지역을 중심으로 지각구조 형태가 형성되면서 여러 종류의 테레인이 상호 충돌, 섭입, 압등(obduction) 등 지구조운동이 일어남으로써 통합(Badarch et al., 2002) 되었으므로, 이러한 거시적인 조구조환경에 따른 지질, 층서, 지질구조 양상에 대한 이해를 바탕으로, 이러한 광역적인 지구조양상을 조사지역에 반영하여 지질조사가 수행된다면 보다 효율적인 조사로 이어질 것이다.

특히 Badarch et al.(2002)가 제시한 몽골 내 44개 테레인을 기준으로 할 때, 수동 대륙연변부 및 퇴적분지형 테레인은 Mn–V 퇴적형 광상의 우선 탐사 대상 영역으로, 오피올라이트 및 섬호 관련 테레인은 Cr–Ti 마그마형 광상의 핵심 타겟 영역으로 설정할 수 있다. 이와 같이 테레인–메탈로제닉 벨트–국지 구조선으로 이어지는 단계적 탐사 프레임워크를 수립한다면, 광종별 잠재 부존대의 공간적 범위를 보다 체계적으로 한정할 수 있을 것이다. 몽골내 크롬광화작용은 주로 압등되어 나타나는 오피오라이트 벨트에 위치한 초염기성암체 내에서 포디폼 형태로 발달한다(Batkhishig, 2021). 현재까지 확인된 9개의 주요 크롬 광화대는 8개의 주요 오피오라이트 벨트와 연관되며(Fig. 5), 특히 심부 단층대를 따라 사문암화된 감람암, 드물게 휘석암등의 암체에 광물이 집중되어 있다. 따라서 이러한 단층대를 중심으로 압등(obduction)되어 대상으로 분포하는 사문암화된 오피오라이트 감람암 벨트를 추적하는 것이 효과적인 탐사 전략이 될 것이다.

다양한 지질 환경에서 산출되는 티타늄은 몽골 내 북부 및 서부 고산지대(몽골 알타이)에 위치한 6개의 산출지, 그리고 몽골 중북부 홉스굴 호수 인근에서 일부 확인되고 있다(Fig. 5). 경제성 있는 티타늄은 주로 사광상이나 마그마 광상에서 산출되는 것으로 알려져 있다. 몽골에서는 염기성–초염기성암과 관련된 티탄철석–티탄자철석 및 인회석–티탄철석–티탄자철석 마그마형보다는, 열수성 석영맥 광상인 석영–(자철석)–티탄철석 유형이 다수 확인된다. 하지만 몽골에서 티타늄을 함유하는 마그마 광상이 동심원 형태로 분화된 반려암, 회장암, 휘석암에서 나타난다는 점을 고려할 때, 열수성 석영맥 광상보다는 마그마 광상을 대상으로 한 탐사가 보다 효과적일 것으로 판단된다. 또한, 층상 및 렌즈상으로 나타나는 마그마형 티타늄 광체가, 일반적으로 불규칙하고 소규모인 열수형 석영맥보다는 경제성 확보에 유리할(또는 경제적인 개발 가능성이 높을) 수 있다. 몽골과 같이 국토의 70% 이상이 사막형 지형으로 노두가 빈약한 지역에서는, 금속 광상 탐사에 광종에 적합한 물리탐사(자력, 중력, 전기, 전자탐사 등)가 필수적이다. 또한, 미고결 퇴적층의 두께를 확인할 수 있는 탄성파 탐사가 필요하며, 이를 통해 최적화된 시추 설계를 함으로써 경제적인 시추가 가능하다.

몽골에서 진행되어 온 지질도 작성 현황을 보면, 구소련 시절인 1940년대 중반에 시작된 1:200,000 축척 지질도는 2023년에 완성되었고, 1990년대 초 시작된 1:50,000 축척의 지질도 및 일반 탐사사업은 2023년 기준으로 47.74% 완료된 상태이다. 이 외 지구물리탐사와 관련해서 1:1,000,000 축척의 중력탐사가 완료되었고, 축척 1:200,000 항공지구물리 복합조사가 68.3% 진행된 상태이다(Mongolian Mining Journal, 2024). 1:50,000 축척 지질도 및 1:200,000 항공지구물리탐사 결과를 광상의 분포, 지질 구조, 암석학적 특성, 지하 하부에 대한 이상대와 관련된 지질 분포 양상 분석에 활용하여 보다 정밀한 지질조사가 수행된다면, 신규 광상 및 기존 광상과 연관된 새로운 광상을 발견할 수 있을 것으로 기대된다. 마지막으로, Badarch et al.(2002)이 제시한 몽골 내 44개 테레인에 대한 광물 형성 환경 분석 및 동위원소 연대 측정 등의 심화 연구는, 광종별 부존 가능성 예측 및 효율적인 탐사 계획 수립에 결정적인 기여를 할 수 있을 것이다(Fig. 3).

결 론

몽골은 중앙아시아 조산대의 중심부에 위치하며, 신원생대부터 중생대에 이르는 장기간에 걸친 섭입–부가 작용과 원생대 미소대륙의 병합을 통해 형성된 복잡한 조산 구조를 갖는다. 특히 몽골 중서부 항가이 지역의 선캄브리아기 대륙 지괴를 중심으로, 다수의 지체구조구가 순차적으로 부가·통합되며 모자이크형 지질 구조를 이루고 있다. 이러한 복잡한 지구조적 진화는 다양한 희소금속 자원의 부존에 유리한 지질학적 환경을 제공한다.

본 연구에서 중점적으로 다룬 몽골 내의 희소금속–망간, 크롬, 티타늄, 바나듐–은 각기 다른 성인 및 부존 특성을 나타낸다. 망간은 주로 철과 공존하며, 화산기원–퇴적형 철–망간 및 화학적 퇴적형 철/철광석 광상으로 산출되며 병렬 판상 및 렌즈상으로 나타난다. 크롬은 오피오라이트 벨트 내 초염기성암체에 포디폼 형태로 부존하며, 티타늄은 마그마 광상인 염기성–초염기성 관입암체 내 분화 작용 및 열수성 석영맥 광상으로 분포한다. 바나듐은 해양 기원의 화학적 침전층 퇴적형으로서 쳐어트–유기물 셰일과 쳐어트질 병렬 판상층으로 산출된다. 따라서 이러한 광상 성인과 산출 상에 부합하는 지질조사가 수행되어야 한다. 이를 위해서는 몽골의 복잡한 지구조 환경과 각 테레인 단위의 구조적·지질학적 특성에 대한 심층적인 이해가 선행되어야 한다.

몽골 전역은 44개의 테레인으로 구성되어 있으며, 각 테레인과 특정 광상 유형 간의 연관성을 규명하기 위한 테레인 층서와 지질구조 연관성 분석, 지화학적 분석, 동위원소 연대 측정 등이 복합적으로 수행되어야 한다. 현재 몽골 국가지질조사국이 수행 중인 1:50,000 축척의 지질도 작성사업(2024년 10월 기준 47.74%) 및 축척 1:200,000 항공지구물리 종합탐사(2024년 10월 기준 68.3%) 결과를 향후 적극적으로 활용하여 보다 정밀한 지질조사로 이어진다면, 신규 광상을 찾는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 국제 정세의 불확실성과 자원 공급망의 리스크가 심화되는 현 시점에서, 국내 첨단 산업의 안정적 성장과 핵심 원료 공급망의 다변화는 국가적 과제로 대두되고 있다. 이러한 관점에서 몽골은 지리적 근접성과 풍부한 지하자원을 가진 전략적 자원 공급국으로서 주목되며, 희소금속 확보를 위한 체계적이고 지속적인 탐사 및 투자 전략이 요구된다.