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문제 정의
- 이번 연구에서는 이러한 CEM 개념을 구현하기 위해 광체를 포함한 연구지역의 3D 지질모델링 연구를 수행하였다. 이를 위하여 현재 재개발 중인 가곡광산을 대상지역으로 선정하고 잠재 광상을 예측하기 위해 3D 지질모델링을 구축 CEM 개념을 바탕으로 가용한 지구과학적 자료를 활용하여 광체 포텐셜 지도 시작품을 제작하였다.
- 이번 연구에서는 이러한 사회적 요구에 맞추어 효과적인 광물자원 탐사 기술을 개발하기 위하여 광물자원의 포텐셜 지도 구축 연구를 수행하였다. 대상 지역은 비교적 많은 자료가 구축되어 있고, 광상 성인모델이 알려진 가곡광산으로 선정하였다.
- 1에 도시한 바와 같이 장성도폭에 포함된다. 이번 연구의 주요 목적은 가곡 광산의 3차원 지질모델링을 구축하고 포텐셜 지도를 작성하는 것으로 Fig. 1에 자세한 지질 범례를 표기하지는 않았으나 UTM 좌표를 표기하여 연구 영역을 제시하였다. 가곡광산은 국내에서 두 번째로 큰 규모의 연-아연 광산이었다.
제안 방법
- 이를 바탕으로 연구지역의 광체 배태 가능성을 평가하기 위해서 이번 연구에서는 광화 용액을 공급할 수있는 관입암체, 광체가 배태될 수 있는 공간을 제공할 수 있는 묘봉층 및 풍촌층과 같은 탄산염 암체를 광체 배태 가능성을 높일 수 있는 인덱스로 사용하였다. 또한, 광화 용액의 이동 통로를 제공하여 광체 배 태와 연관성이 높은 것으로 알려진 단층을 배태 가능성을 높일 수 있는 인덱스로 추가적으로 이용하였다.
- 지형 surface 제작: 지형 surface는 불연속적 자료를 보간할 수 있는 수학적인 도구인 DSI (Discrete Smooth Interpolation)를 활용하는 간접적인 방법을 이용하여 생성하였다. 먼저 VOI 범위와 일치하는 surface를 생성하고 등고선을 control point로, surface 의 각 border에 border on surface constraint 및 border on straight line constraint를 설정한 후 DSI interpolation을 적용하여 제작하였다. Surface에는 2D 이미지를 draping하거나 3D voxet형태로 존재하는 property를 추출하여 가시화할 수 있는 장점이 있다.
- 대상 지역은 비교적 많은 자료가 구축되어 있고, 광상 성인모델이 알려진 가곡광산으로 선정하였다. 성인모델을 바탕으로 광상 성인의 요인이 되는 관계화성암, 단층, 탄산염암 등의 지질학적 요인들을 구축하고 각 요인들과 광체간의 공간적 상관관계를 분석하여 각 지질 구조들로부터의 거리에 따른 가중치를 결정하였다. 이를 바탕으로 가곡광산에 대한 포텐셜 지도를 구축하였다.
- 위의 Data-driven 기법을 이용하여 해석된 자료를 바탕으로 가곡광산에 대한 포텐셜 지도 구축 연구를 수행 하였다. 이 과정에서는 target workflow의 Knowledgedriven 기법을 사용하였으며, 이에 입력된 자료는 Data-driven을 통해 해석된 공간 분포 특성을 이용하여 설정하였다.
- 성인모델을 바탕으로 광상 성인의 요인이 되는 관계화성암, 단층, 탄산염암 등의 지질학적 요인들을 구축하고 각 요인들과 광체간의 공간적 상관관계를 분석하여 각 지질 구조들로부터의 거리에 따른 가중치를 결정하였다. 이를 바탕으로 가곡광산에 대한 포텐셜 지도를 구축하였다. 해석된 포텐셜 지도는 현재 알려진 광체의 위치에서 높은 포텐셜을 지시하는 것으로 보아 타당성 있는 해석이 이루어진 것으로 판단되며, 추후 수행될 자원 탐사 시 현재 알려진 광체와 유사한 지질환경을 갖는 영역을 효과적으로 제시할 수 있기 때문에 그 효용성이 높다 할 수 있다.
- 4에서 보이는 바와 같이 각 지질구조의 인접 부에서 광체가 배태되고 있음을 확인할 수 있다. 이를 바탕으로 연구지역의 광체 배태 가능성을 평가하기 위해서 이번 연구에서는 광화 용액을 공급할 수있는 관입암체, 광체가 배태될 수 있는 공간을 제공할 수 있는 묘봉층 및 풍촌층과 같은 탄산염 암체를 광체 배태 가능성을 높일 수 있는 인덱스로 사용하였다. 또한, 광화 용액의 이동 통로를 제공하여 광체 배 태와 연관성이 높은 것으로 알려진 단층을 배태 가능성을 높일 수 있는 인덱스로 추가적으로 이용하였다.
- 이번 연구에서는 이러한 CEM 개념을 구현하기 위해 광체를 포함한 연구지역의 3D 지질모델링 연구를 수행하였다. 이를 위하여 현재 재개발 중인 가곡광산을 대상지역으로 선정하고 잠재 광상을 예측하기 위해 3D 지질모델링을 구축 CEM 개념을 바탕으로 가용한 지구과학적 자료를 활용하여 광체 포텐셜 지도 시작품을 제작하였다.
- 이번 연구에서는 광체 지시 인덱스를 수치화 하여 3차원 광화대 포텐셜 지도를 구축하였다. 이를 위해, 구축된 3차원 지질모델링을 이용하여 voxet 구조를 갖는 물성 모델 공간을 생성하였으며, 생성된 물성 모델에 각 지질 구조로 부터의 거리 값을 이용하여 Fig. 5와 같이 다양한 물성 모델을 구축하였다.
- 3차원 지질모델링 구축을 통하여 가곡광산 지역의 광체 배태 특성 및 환경에 대한 정보를 획득할 수있었다. 이를 통하여 가곡광산 지역에서 현재 밝혀진 광체 부존 환경과 유사한 환경 영역을 추정하여 광체 배태 가능성이 높은 영역을 해석하는 포텐셜 지도 작성을 수행하였다. 이를 위하여 Mira Geoscience 에서 개발한 GOCAD 모듈 중의 하나인 targeting workflow를 이용하였다.
- 이번 연구에서는 광체 지시 인덱스를 수치화 하여 3차원 광화대 포텐셜 지도를 구축하였다. 이를 위해, 구축된 3차원 지질모델링을 이용하여 voxet 구조를 갖는 물성 모델 공간을 생성하였으며, 생성된 물성 모델에 각 지질 구조로 부터의 거리 값을 이용하여 Fig.
- 각 영역(region)별로 물성 값을 설정하여 포텐셜 지도와 같은 물성 모델링을 수행할 수 있다. 이번 연구에서는 포텐셜 지도 작성을 위하여 다양한 지질 구조에서부터의 거리를 계산하여 Fig. 3 및 Fig. 4와 같이 여러 물성 모델을 구축하였다.
- 자료의 일괄적인 입력 및 관리를 위해 별도로 시추데이터베이스를 구축한 후 이 연구에서 3D 지질모델링을 위한 소프트웨어로 사용할 GOCAD에 적합한 포맷으로 변환하는 방식을 채택하였다. GOCAD는 1989년 CRPG (Centre de Recherches Petrographiques et Geochimiques)와 Nancy 대학의 School of Geology에서 공동으로 추진한 R/D 연구 사업으로 출발하여 현재 ParadigmTM에서 상업화하였고, 현재 gOcad 컨소시엄에서 지속적인 개발이 진행 중이며, CEM 개념의 태동 및 기능의 구현에 있어 가장 앞서 있는 소프트웨어로 평가 받고 있다.
- 즉, 전문가 시스템을 이용하여 목적 광체에 대한 지질학적 광상 성인 모델을 결정하고, 이를 통해 획득된 다양한 정보를 광상 성인 모델을 지시하는 세부 요소로 구분, 이들 자료의 융복합 해석을 수행하여 광체 배태에 대한 포텐셜 지도를 제공하게 된다.
- 특정 지질구조로부터 계산된 거리 물성 자료를 영역별로 구분 가중치를 결정하기 위하여 target workflow 에서 제공하는 Data-driven 기법을 이용하였으며, 이를 위하여 이미 알려진 광체 위치를 training cell로 설정 하였다. 즉, 이는 알려진 광체 위치를 이용하여각 지질 구조로부터 어느 정도 거리로 이격되었을때 광체가 많이 분포하고 있는지를 분석하는 과정이다.
대상 데이터
- 이번 연구에서는 이러한 사회적 요구에 맞추어 효과적인 광물자원 탐사 기술을 개발하기 위하여 광물자원의 포텐셜 지도 구축 연구를 수행하였다. 대상 지역은 비교적 많은 자료가 구축되어 있고, 광상 성인모델이 알려진 가곡광산으로 선정하였다. 성인모델을 바탕으로 광상 성인의 요인이 되는 관계화성암, 단층, 탄산염암 등의 지질학적 요인들을 구축하고 각 요인들과 광체간의 공간적 상관관계를 분석하여 각 지질 구조들로부터의 거리에 따른 가중치를 결정하였다.
- 이번 연구의 대상 광산은 가곡광산(구 제2연화광산) 으로 강원도 삼척시 가곡면 풍곡리에 위치하고 있으며, 지질 도폭으로 보면 Fig. 1에 도시한 바와 같이 장성도폭에 포함된다. 이번 연구의 주요 목적은 가곡 광산의 3차원 지질모델링을 구축하고 포텐셜 지도를 작성하는 것으로 Fig.
- 자료 불러오기: 가곡광산 지질모델링을 구축하기 위해 지형자료, 지표지질도, 지질단면도, 시추자료 등을 이용하였다. 주로 CAD 포맷의 자료를 이용하였으며 이미지 자료 및 시추데이터 베이스를 활용하였다.
- 자료 불러오기: 가곡광산 지질모델링을 구축하기 위해 지형자료, 지표지질도, 지질단면도, 시추자료 등을 이용하였다. 주로 CAD 포맷의 자료를 이용하였으며 이미지 자료 및 시추데이터 베이스를 활용하였다.
이론/모형
- 위의 Data-driven 기법을 이용하여 해석된 자료를 바탕으로 가곡광산에 대한 포텐셜 지도 구축 연구를 수행 하였다. 이 과정에서는 target workflow의 Knowledgedriven 기법을 사용하였으며, 이에 입력된 자료는 Data-driven을 통해 해석된 공간 분포 특성을 이용하여 설정하였다. 다만, 해당 연구 지역과 달리 알려진 광상 정보를 이용할 수 없는 경우 training cell을 구성할 수 없어 Data-driven의 과정을 수행할 수 없으며, 이 경우 광상 성인 모델을 바탕으로 해당 지역의 공간 분포 특성을 설정하여야 한다.
- 이를 통하여 가곡광산 지역에서 현재 밝혀진 광체 부존 환경과 유사한 환경 영역을 추정하여 광체 배태 가능성이 높은 영역을 해석하는 포텐셜 지도 작성을 수행하였다. 이를 위하여 Mira Geoscience 에서 개발한 GOCAD 모듈 중의 하나인 targeting workflow를 이용하였다. 이는 기존에 활발하게 연구가 수행되었던 2차원 mineral potential mapping 기술을 3차원으로 확장하여 구현한 모듈이다.
성능/효과
- 즉, 이는 알려진 광체 위치를 이용하여각 지질 구조로부터 어느 정도 거리로 이격되었을때 광체가 많이 분포하고 있는지를 분석하는 과정이다. 분석결과 묘봉층에서는 0-200 m, 풍촌층에서는 150-210 m, 관입압체에서는 10-25 m, 단층에서는 20 m 이내의 공간에 광체가 많이 분포하고 있었다. 물론, 이는 3차원 지질모델링이 정확하게 수행되었다는 가정 하에 수행된 결과이므로, 향후 지질모델링이 수정될 경우 이 수치 또한 재해석 되어야 한다.
- 7에 3차원 포텐셜 지도 값을 나타내었으며, 일정 값 이상을 갖는 포텐셜 영역을 알려진 광체 위치와 비교할 수 있도록 도시 하였다. 비교 결과 대부분의 광체가 높은 포텐셜을 갖는 영역에 분포하고 있어, 광체와 각 지질구조가 갖는 공간적 상관성이 잘 반영되어 해석된 것으로 판단된다.
- , 2010). 이를 검증하기 위하여 구축된 3차원 지질모델링을 이용하여 관입암체, 묘봉층 및 풍 촌층과 광체의 공간적 분포 특성을 살펴보면, Fig. 3과 Fig. 4에서 보이는 바와 같이 각 지질구조의 인접 부에서 광체가 배태되고 있음을 확인할 수 있다. 이를 바탕으로 연구지역의 광체 배태 가능성을 평가하기 위해서 이번 연구에서는 광화 용액을 공급할 수있는 관입암체, 광체가 배태될 수 있는 공간을 제공할 수 있는 묘봉층 및 풍촌층과 같은 탄산염 암체를 광체 배태 가능성을 높일 수 있는 인덱스로 사용하였다.
- 다만 이 값은 절대적인 값의 의미를 갖는 것이 아니라 상대적인 값을 갖는다. 이번 연구결과에서 산출된 값의 범위는 0-5.38571의 범위를 갖으며, 해당 연구 지역의 광체 배태 특성을 고려하여 3 이상의 값을 갖는 영역을 높은 포텐셜을 갖는 것으로 판단하였다.
- 이를 바탕으로 가곡광산에 대한 포텐셜 지도를 구축하였다. 해석된 포텐셜 지도는 현재 알려진 광체의 위치에서 높은 포텐셜을 지시하는 것으로 보아 타당성 있는 해석이 이루어진 것으로 판단되며, 추후 수행될 자원 탐사 시 현재 알려진 광체와 유사한 지질환경을 갖는 영역을 효과적으로 제시할 수 있기 때문에 그 효용성이 높다 할 수 있다.
후속연구
- 다만, 이번 연구를 통해 구축된 가곡광산의 3차원 지질모델을 바탕으로 포텐셜 지도가 구축되었기 때문에 향후 가곡광산에 대한 지질학적 정보가 추가될 경우 3차원 포텐셜 지도 역시 새로운 정보를 이용하여 재해석 되어야 할 것이다. 특히, 이번 연구에 이용된 GOCAD 플랫폼은 자료의 수정과 재해석 과정이 비교적 간단하게 처리되기 때문에 자료의 추가와 수정이 용이하여 가곡광산 뿐만 아니라 다양한 광화 대에 대한 연구에 효과적으로 이용 가능하리라 기대 된다.
- 다만, 이번 연구를 통해 구축된 가곡광산의 3차원 지질모델을 바탕으로 포텐셜 지도가 구축되었기 때문에 향후 가곡광산에 대한 지질학적 정보가 추가될 경우 3차원 포텐셜 지도 역시 새로운 정보를 이용하여 재해석 되어야 할 것이다. 특히, 이번 연구에 이용된 GOCAD 플랫폼은 자료의 수정과 재해석 과정이 비교적 간단하게 처리되기 때문에 자료의 추가와 수정이 용이하여 가곡광산 뿐만 아니라 다양한 광화 대에 대한 연구에 효과적으로 이용 가능하리라 기대 된다.
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