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문제 정의
- 본 연구는 금산지구 옥천누층군 흑색셰일형 함우라늄 지층인 창리층에 부존하고 있는 우라늄광상의 부존 및 연장확인을 위한 사례연구이다. 적용한 물리탐사는 항공 자력 및 방사능탐사로서 기존에 확인된 금산지구 우라늄광상의 재평가와 부존 가능영역의 신규조사를 통해 새로운 우라늄 광화대의 부존 및 분포정보를 도출하고자 하였다.
- 일반적으로 광역 자력이상은 조사지역의 구조지질적 특성을 잘 보여주며(신은주 등, 2012) 방사능이상은 암상 등 구조지질 정보와 함께 우라늄 광화대 존재를 직접 지시한다(IAEA, 2003). 본 연구에서는 자력 및 방사능탐사가 가지는 개별적 장점을 극대화하는 방향의 자료처리 적용을 모색한다. 즉, 자력 및 방사능 각각의 이상으로부터 개별적 암상분석을 통해 암상단위 구분을 통한 지질적 특성을 일차적으로 기술한다.
- 최종적으로 이를 취합하여 사전정보인 상세 지질도와 대비, 해석을 수행한다. 이로부터 우라늄 광화대의 분포 및 연장과 조사지역의 전체적인 구조지질적 특성을 상호 연계하여 종합적으로 규명한다.
- 본 연구는 금산지구 옥천누층군 흑색셰일형 함우라늄 지층인 창리층에 부존하고 있는 우라늄광상의 부존 및 연장확인을 위한 사례연구이다. 적용한 물리탐사는 항공 자력 및 방사능탐사로서 기존에 확인된 금산지구 우라늄광상의 재평가와 부존 가능영역의 신규조사를 통해 새로운 우라늄 광화대의 부존 및 분포정보를 도출하고자 하였다. 이를 토대로 추가조사가 요청될 경우, 정밀 조사영역을 추천하며 최종적으로 향후 장기적 관점의 효율적 이용 목적의 매장량 평가를 위한 기초자료로도 활용될 수 있도록 한다.
- 방사능 이상의 선구조 분석 목적은 우라늄 광화대의 연속성을 살펴보기 위함이다. 즉, 자력탐사의 분석결과인, 확인 및 추정단층 등 구조지질적 요인과 연관하여 우라늄 광화대의 실제 단절여부와 그 구간을 재확인하고자 함이다. 선구조 분석에는 총 방사능 이상과 우라늄 이상 모두 가능하나 본 연구에서는 Fig.
제안 방법
- ③ 방사능 총이상과 우라늄 이상도에서 열변성작용에 의한 회색 혼펠스대와 흑색 점판암대의 우라늄 광화대의 부존 및 연장을 최종 확인하였다. 즉, 자력이상의 암상 및 선구조분석 결과와 대비하였을 때, 변성기원의 우라늄광화대는 국부적으로 부존하는 반면 흑색셰일형 광화대는 자력이상에서 도출한 추정구조선에도 부존하고 있음을 확인하였다.
- 금산지역에 분포하는 흑색셰일형 우라늄광상에 대하여 항공 자력 및 방사능 탐사를 수행하고 그 결과를 고찰하였다. 조사 지역의 전반적인 지질특성 파악을 위해 암상분석을, 구조지질적 특성 규명을 위해 선구조 분석을 각각 수행하고 해석에는 상세지질도와 대비하는 방법을 취하였다.
- 먼저, 자력 및 방사능 각 이상으로부터 개별적 암상단위 분석을 통한 전반적인 지질 특성을 고찰한다. 다음으로 각각의 이상에 대하여 경사 및 곡률을 통한 선구조 분석을 통하여 구조지질적 특성을 고찰한다. 이러한 분석 결과를 토대로 사전정보인상세지질도와 대비함으로써 조사지역의 전체적인 지질특성과 우라늄 광화대 분포양상을 종합적으로 규명하는, 우라늄 광화대 특성화를 시도하였다.
- 본 연구의 자료처리 및 해석은 다음의 단계를 따른다. 먼저, 자력 및 방사능 각 이상으로부터 개별적 암상단위 분석을 통한 전반적인 지질 특성을 고찰한다. 다음으로 각각의 이상에 대하여 경사 및 곡률을 통한 선구조 분석을 통하여 구조지질적 특성을 고찰한다.
- 즉, 자력이상의 암상 및 선구조분석 결과와 대비하였을 때, 변성기원의 우라늄광화대는 국부적으로 부존하는 반면 흑색셰일형 광화대는 자력이상에서 도출한 추정구조선에도 부존하고 있음을 확인하였다. 아울러 우라늄광화대는 방사능 총이상의 선구조 분석을 통해 단층과 교차하는 곳은 그 연속성이 단절되는 특징도 아울러 확인하였다.
- , 1997)을 거친 금산지역의 방사능 이상도를 도시한 것이다. 암상단위 분석을 위해 상세지질도의 암상경계 및 단층을 나타내는 선구조와 중첩, 도시하고 암상단위와 우라늄 광화대의 특성분석을 수행하였다.
- 다음으로 각각의 이상에 대하여 경사 및 곡률을 통한 선구조 분석을 통하여 구조지질적 특성을 고찰한다. 이러한 분석 결과를 토대로 사전정보인상세지질도와 대비함으로써 조사지역의 전체적인 지질특성과 우라늄 광화대 분포양상을 종합적으로 규명하는, 우라늄 광화대 특성화를 시도하였다.
- 이차미분 및 곡률을 적절한 투명도를 주어 중첩, 시각화하고 상세지질도의 선구조 정보를 중첩시켜 도시한 것이다. 이로부터 새로이 일련의 구조선군을 추정하고 해석을 시도하였다. 상세지질도의 암상경계는 실선, 조사지역 내 부존이 확인된 우라늄 광화대는 붉은색 실선, 그리고 단층(말달령 단층)은 굵은색 실선으로 도시하였다.
- 자력이상의 공간적 패턴과 그에 대응하는 지층 간 상관관계를 살펴봄으로써 암상단위 구분을 시도하였다. 이를 위해 자력 이상과 지질정보를 중첩, 대비하는 방법을 선택하였다. 대비에 이용한 지질정보는 Fig.
- 조사 지역의 전반적인 지질특성 파악을 위해 암상분석을, 구조지질적 특성 규명을 위해 선구조 분석을 각각 수행하고 해석에는 상세지질도와 대비하는 방법을 취하였다. 이상의 고찰로부터 기존에 조사된 우라늄광화대를 확인하고 새로이 확인된 이상대의 경우 분포특성 및 연장을 고찰하였다. 이로부터 다음의 결론을 얻을 수 있었다.
- 이상의 모든 분석 및 고찰 결과를 취합하여 금산지역의 전반적인 구조지질적 특성과 연계하여 우라늄 광화대의 부존 및 분포에 대한 최종적인 해석결과를 Fig. 7의 정규화된 삼색도로도시하였다. 자력이상의 선구조분석 결과인 추정 구조선과 사전정보로서 상세지질도의 암상경계 및 단층을 나타내는 구조선 정보를 모두 중첩, 시각화한 것이다.
- 한편, 옥천누층군의 주향에 대체적으로 수직한, 북서-남동 방향의 다수의 선구조들이 인지된다. 이중 비교적 뚜렷이 인지되는 선구조들을 추정하고 이를 점선으로 표현하였다. 정밀조사에서 확인된 말달령 단층의 주향을 감안하면 이들은 모두 단층으로 판단해도 큰 무리가 없을 것으로 생각된다.
- 자력이상의 공간적 패턴과 그에 대응하는 지층 간 상관관계를 살펴봄으로써 암상단위 구분을 시도하였다. 이를 위해 자력 이상과 지질정보를 중첩, 대비하는 방법을 선택하였다.
- 금산지역에 분포하는 흑색셰일형 우라늄광상에 대하여 항공 자력 및 방사능 탐사를 수행하고 그 결과를 고찰하였다. 조사 지역의 전반적인 지질특성 파악을 위해 암상분석을, 구조지질적 특성 규명을 위해 선구조 분석을 각각 수행하고 해석에는 상세지질도와 대비하는 방법을 취하였다. 이상의 고찰로부터 기존에 조사된 우라늄광화대를 확인하고 새로이 확인된 이상대의 경우 분포특성 및 연장을 고찰하였다.
- 본 연구에서는 자력 및 방사능탐사가 가지는 개별적 장점을 극대화하는 방향의 자료처리 적용을 모색한다. 즉, 자력 및 방사능 각각의 이상으로부터 개별적 암상분석을 통해 암상단위 구분을 통한 지질적 특성을 일차적으로 기술한다. 다음으로 각 이상으로부터 선구조 분석을 통한 구조지질적 정보를 이차로 도출한다.
- 다음으로 각 이상으로부터 선구조 분석을 통한 구조지질적 정보를 이차로 도출한다. 최종적으로 이를 취합하여 사전정보인 상세 지질도와 대비, 해석을 수행한다. 이로부터 우라늄 광화대의 분포 및 연장과 조사지역의 전체적인 구조지질적 특성을 상호 연계하여 종합적으로 규명한다.
대상 데이터
- 조사지역은 행정구역상으로 대전광역시 동구와 충정남도 금산군, 충청북도 옥천군 일대로 북동-남서방향의 시대미상의 변성퇴적암층으로 구성된 옥천누층군 남서부에 해당한다(Fig. 1). 현재까지 확인된 옥천누층군 내 우라늄광화대는 북동쪽의 괴산지구, 중부의 미원지구와 남서부의 금산지구로 나뉘며 본 연구의 조사지역은 금산지구에 해당한다.
- 조사지역의 지형은 중앙부에 북동-남서방향의 산악능선이 발달하고 있고 서북부와 남동부는 비교적 저지대이다. 산악능선의 주향은 옥천누층군의 주향과 대체적으로 동일하며 이러한 지형은 조사지역에 분포하는 천매암, 점판암 및 석영반암의 분포지역이 화강암과 석회규산염암에 비해 상대적으로 풍화에 강하기 때문에 형성된 것으로 해석된다(KORES, 2009).
- 조사지역인 금산지구의 지질은 크게 시대미상의 변성사질암층, 석탄기의 마전리층과 페름기의 창리층이 주로 분포하며 이들을 관입하는 주라기 흑운모 화강암과 백악기 석영반암 및 암맥류, 그리고 제4기 충적층으로 구성된다. 조사지역의 층서는 북서쪽이 하위층, 남동쪽이 상위층인 향사구조이며 상세지질도 상의 마전리층은 창리층의 하위지층이고 두 지층은 서로 정합적인 것으로 판단한다. 조사지역 내 상세지질도에 대한 설명은 다음과 같이 요약할 수 있다.
- 조사지역인 금산지구의 지질은 크게 시대미상의 변성사질암층, 석탄기의 마전리층과 페름기의 창리층이 주로 분포하며 이들을 관입하는 주라기 흑운모 화강암과 백악기 석영반암 및 암맥류, 그리고 제4기 충적층으로 구성된다. 조사지역의 층서는 북서쪽이 하위층, 남동쪽이 상위층인 향사구조이며 상세지질도 상의 마전리층은 창리층의 하위지층이고 두 지층은 서로 정합적인 것으로 판단한다.
- 1의 오른쪽은 조사지역의 지형도 및 탐사 측선도를 함께 도시한 결과이다. 주 측선은 남북방향은 100 m 간격이며 Tie-line 측선은 500 m 간격으로 항공 자력 및 방사능자료를 획득하였다. 총 측선 수는 135측선이며 측선 총길이는 770 line-km이다.
- 주 측선은 남북방향은 100 m 간격이며 Tie-line 측선은 500 m 간격으로 항공 자력 및 방사능자료를 획득하였다. 총 측선 수는 135측선이며 측선 총길이는 770 line-km이다.
- 1). 현재까지 확인된 옥천누층군 내 우라늄광화대는 북동쪽의 괴산지구, 중부의 미원지구와 남서부의 금산지구로 나뉘며 본 연구의 조사지역은 금산지구에 해당한다.
이론/모형
- 옥천누층군의 층서는 아직 그 선후가 확립되지 않았으나(김옥준, 1967; 손치무, 1970), 본 연구에서는 한국광물자원공사가 국내광업발전 기본계획의 일환으로 수행한 대전지구 우라늄광 정밀조사의 해석결과를 따랐다(KORES, 2009). 이 보고서는 조사지역 인근의 지질도폭에 나타나는 주요 지층들의 경계를 추적조사하고 임순복 등(2006)이 식물화석으로 설정한층서를 바탕으로 해석한 층상단층과 수직단층이 조사지역까지 연장될 것으로 간주하여 지질구조를 정밀 해석하였다.
성능/효과
- ② 회색 혼펠스대 및 흑색 점판암대의 자력이상은 또한 선구조의 특징을 가지고 있음을 확인하였다. 이는 선구조 분석을 통하여 양질의 구조지질적 특성정보를 도출할 수 있음을 의미한다.
- 회색 혼펠스대와 흑색 점판암대에 배태하고 있는 우라늄 광화대의 중요 정보, 즉 부존 및 분포양상을 잘 보여주며 이는 자력탐사에 의한 추정 선구조 및 사정정보로서 상세지질도 정보와 모두 잘 일치한다. 결론적으로 조사영역의 암상 및 선구조 분석에 의한 구조지질적 정보를 토대로 이와 밀접한 관련을 가지는 우라늄 광화대를 성공적으로 특성화한 사례라 할 수 있다.
- 선구조 분석도구로서 이차미분 및 곡률에 의한 분석결과 함우라늄층인 회색 혼펠스대 및 흑색 점판암대를 대표하는 두개의 구조선과 함께 이와 대략 수직한 일련의 구조선군을 도출하였으며 이들은 상세지질도와 대비하였을 때 상호 잘 일치하였다. 나아가 조사지역 내 미확인 영역에서 회색 혼펠스대와 흑색 점판암대의 선구조 연장을 새로이 추정하였으며 우라늄 광상을 배태할 수 있는 충분한 가능성이 있다고 결론지었다.
- 덧붙여, 자력이상은 우라늄 광화대를 탐지하는 직접적인 지시자는 아니지만 본 연구의 금산지역과 같이 우라늄 광화대나 이를 배태하는 지층이 철성분을 포함하는 광물을 다소 함유하고 있다면 암상분석과 선구조 분석을 통해 우라늄탐사와 상호보완적인 역할을 효과적으로 수행할 수 있음을 보여주었다. 따라서 향후 그 연장을 확인하기 위한 추가조사를 수행할 경우 항공 자력 및 방사능탐사의 조합은 필수적이라 하겠다.
- 두 개의 우라늄 광화대 구조선과 자력탐사 결과와 직접 대비하면 추정 선구조 A와 B 모두 말달령 및 추정단층과 교차하는 영역은 방사능 이상의 불연속, 즉 단절되고 있다. 단절영역을 Fig.
- 바꾸어 말하면, 이는 곧 적절한 선구조 기법을 적용하면 보다 양질의 우라늄 광화대 정보를 도출할 수 있음을 의미한다. 본 연구에서는 다양한 선구조 분석기법을 검토하였으며 최종적으로 수직 이차미분과 GIS 분야에서 보편적으로 이용되는 곡률(curvature) (Zevenbergen et al., 1987; 신은주 등, 2012)이 가장 만족스러운 결과를 보임을 확인하였다.
- 본 연구의 가장 큰 성과는 말달령 단층 이후 정밀조사가 수행되지 않은 조사지역의 동북쪽 영역까지 흑색셰일형 우라늄광화대가 연장되어 있음을 새로이 확인한 점이다. 따라서 광화대의 북동쪽 최종연장을 확인하기 위한 추가조사가 향후 중요한 검토사항이 될 것이다.
- 상세지질도의 동북쪽 경계에서 말달령에 이르는 지역에 남북방향으로 발달한 말달령 단층과 흑색 점판암대에 소규모로 발달한 단층이 확인되었다(Fig. 2의 실선). 말달령 단층은 우수향 주향이동단층으로 함우라늄층인 흑색 점판암대를 시계방향으로 약 150 m 변위시킨다(KORES, 2009)
- 이는 선구조 분석을 통하여 양질의 구조지질적 특성정보를 도출할 수 있음을 의미한다. 선구조 분석도구로서 이차미분 및 곡률에 의한 분석결과 함우라늄층인 회색 혼펠스대 및 흑색 점판암대를 대표하는 두개의 구조선과 함께 이와 대략 수직한 일련의 구조선군을 도출하였으며 이들은 상세지질도와 대비하였을 때 상호 잘 일치하였다. 나아가 조사지역 내 미확인 영역에서 회색 혼펠스대와 흑색 점판암대의 선구조 연장을 새로이 추정하였으며 우라늄 광상을 배태할 수 있는 충분한 가능성이 있다고 결론지었다.
- ① 자극화변환도 및 하향연속 처리조합에서 자기이상과 암 상의 관계를 고찰하였다. 옥천누층군의 창리층 중 흑색 및 암회색 점판암대는 강한 양의 자력이상을 나타내는 반면 녹회색 천매암대 및 마전리층은 상대적으로 낮은 자력이상을 가짐을 확인하였다. 이는 곧, 옥천누층군의 함우라늄 지층인 흑색 점판암대에 배태된 우라늄 광상의 부존 및 연장 파악에 자력탐사가 충분한 적용성을 가지고 있음을 의미한다.
- 5] ppm 범위에 있음을 보고하였는데 이는 지각 내 평균인 12 ppm (Dickson and Scott, 1997)보다 높은 수치이다. 이 결과를 감안하면 조사영역 북서쪽은 옥천누층군, 동남쪽은 관입암이 대부분 영역을 점하고 있다는 추정이 가능하다.
- 이상의 고찰을 종합하면 자력이상으로부터 옥천누층군의 암 상단위의 개별적 분리가 가능하다는 것이며 이는 곧, 옥천누층군의 우라늄광 탐지에 자력탐사는 그 적용성이 충분하다는 것을 의미한다.
- ③ 방사능 총이상과 우라늄 이상도에서 열변성작용에 의한 회색 혼펠스대와 흑색 점판암대의 우라늄 광화대의 부존 및 연장을 최종 확인하였다. 즉, 자력이상의 암상 및 선구조분석 결과와 대비하였을 때, 변성기원의 우라늄광화대는 국부적으로 부존하는 반면 흑색셰일형 광화대는 자력이상에서 도출한 추정구조선에도 부존하고 있음을 확인하였다. 아울러 우라늄광화대는 방사능 총이상의 선구조 분석을 통해 단층과 교차하는 곳은 그 연속성이 단절되는 특징도 아울러 확인하였다.
- 암회색 점판암대에서 강한 포타슘이상을 보이는 이유는 K2O의 함량이 평균보다 높은 것에 의한 것으로 판단된다. 한편, 토륨이상은 옥천누층군 지층의 경우 평균보다 높은 함유량을 가지는 것으로 확인된 녹회색 천매암대와 암회색 점판암대에서 역시 비교적 강한 이상을 나타냄을 확인하였다. 반면 관입암인 흑운모 화강암은 낮은 이상을 보여주고, 석영반암은 높게 나타나 포타슘 이상과 상반되는 분포특성을 보여주었다.
후속연구
- 추가조사를 수행할 경우 항공 자력 및 방사능탐사는 병행수행은 필수이며 중요한 역할을 담당할것으로 생각된다. 결론적으로 본 연구 결과는 향후 정밀조사를 위한 조사설계 및 매장량 평가 등에 기초정보로서 다양하게 활용될 것으로 기대된다.
- 우리나라는 지난 시기 옥천누층군을 대상으로 하는 우라늄 광상조사를 통해 그 부존을 확인한 바 있다(과학기술처, 1995). 그러나 비록 과거에 수행한 우라늄광 탐사자료는 그 자체로서 유용하나 보다 효율적 이용을 위해서는 D/B화가 필요하며 무엇보다 그간 탐사 및 해석기술의 발전에 따라 기존 자료의 재평가 및 신규 광상 확인을 위한 보완조사가 시급하다 하겠다.
- 본 연구의 가장 큰 성과는 말달령 단층 이후 정밀조사가 수행되지 않은 조사지역의 동북쪽 영역까지 흑색셰일형 우라늄광화대가 연장되어 있음을 새로이 확인한 점이다. 따라서 광화대의 북동쪽 최종연장을 확인하기 위한 추가조사가 향후 중요한 검토사항이 될 것이다. 추가조사를 수행할 경우 항공 자력 및 방사능탐사는 병행수행은 필수이며 중요한 역할을 담당할것으로 생각된다.
- 덧붙여, 자력이상은 우라늄 광화대를 탐지하는 직접적인 지시자는 아니지만 본 연구의 금산지역과 같이 우라늄 광화대나 이를 배태하는 지층이 철성분을 포함하는 광물을 다소 함유하고 있다면 암상분석과 선구조 분석을 통해 우라늄탐사와 상호보완적인 역할을 효과적으로 수행할 수 있음을 보여주었다. 따라서 향후 그 연장을 확인하기 위한 추가조사를 수행할 경우 항공 자력 및 방사능탐사의 조합은 필수적이라 하겠다.
- 적용한 물리탐사는 항공 자력 및 방사능탐사로서 기존에 확인된 금산지구 우라늄광상의 재평가와 부존 가능영역의 신규조사를 통해 새로운 우라늄 광화대의 부존 및 분포정보를 도출하고자 하였다. 이를 토대로 추가조사가 요청될 경우, 정밀 조사영역을 추천하며 최종적으로 향후 장기적 관점의 효율적 이용 목적의 매장량 평가를 위한 기초자료로도 활용될 수 있도록 한다.
- 한편, 정부는 침체된 국내광업을 활성화시키고 광물자원의 자주개발률을 높이고자 2007년에 국내광업발전 기본계획을 수립하여 2020년까지 유망한 광산군을 선정, 재개발 계획을 수립한 바 있다. 이에 발맞춰 6대 전략광종의 하나로서 전량 수입에 의존하는 우라늄의 안정적 확보를 위한 방안으로 해외개발과 함께 국내 옥천누층군 흑색셰일형 우라늄광상의 부존 및 분포상황을 정확히 파악함으로써 장기적 관점의 효율적 이용방안을 모색할 필요가 있다. 우리나라는 지난 시기 옥천누층군을 대상으로 하는 우라늄 광상조사를 통해 그 부존을 확인한 바 있다(과학기술처, 1995).
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