조성준 한국지질자원연구원 선임연구원
이성곤 한국지질자원연구원 선임연구원
최선규 고려대학교 지구환경과학과 교수
김태형 한국광물자원공사 탐사사업팀 팀장

1. 광물자원 시장의 현황과 자원탐사기술의 필요성
1990년대 광물자원 공급과잉에 따른 자원가격의 하락은 전 세계 자원개발 산업의 침체와 신규투자 감소로 이어졌다. 그러나 2000년대에 들어서 세계시장의 활황과 중국을 비롯한 신흥공업국의 급성장은 세계 자원시장의 판도를 바꾸어 버렸다. 자원수요의 급증으로 자원시장은 구매자시장에서 판매자시장으로 바뀌었고, 2008년 상반기까지의 광물자원가격은 2002년 대비 평균 4배 이상 상승되었다. 현재 금융위기 속에 자원가격이 급락하였지만 2005년도 수준을 유지하고 있으며, 2002년에 비하면 2배 이상 상승된 가격을 유지하고 있다.
그러면 앞으로의 자원가격과 수급전망은 어떻게 될 것인가? 중국의 예를 들어 설명을 해보겠다. 국가의 발전과 자원소비량은 비례관계가 있으며, 1인당 GDP와 1인당 자원소비량을 비교해 보면 전 세계적인 경향을 파악할 수 있다. 1인당 GDP가 증가하면 1인당 자원소비량도 증가하다가 1인당 GDP가 1만불 정도 되면 자원 소비량이 정체된다. 현재 중국은 1인당 GDP 2200불 수준이며, 1인당 자원 소비량은 선진국이나 우리나라 대비 1/5 수준이다. 그럼에도 2005년도 기준으로 중국의 광물자원 소비량은 주요광종을 대상으로 할 때 전 세계 소비량의 평균 30%에 육박한다. 중국의 경제가 경착륙 한다고 가정해 경제 성장률을 7%로 예상하면 2015년 중국의 구리소비량은 2005년도 소비량 기준으로 전 세계 소비량의 51%, 니켈은 74%, 아연은 66%, 납은 90%에 육박하게 된다. 중국만 해도 이럴진데 인도를 포함한 Brics 전체를 상정하면, 광물자원의 부족을 넘어선 결핍은 당장 5, 6년 후의 일이 될 것이며, 국제 금융위기에 의해 조정기를 거치고 있는 광물자원의 가격은 1~2년 이후에는 급등할 것을 쉽게 예상할 수 있다.
우리나라의 국내 자원개발은 1980년대를 기점으로 사양산업화 되었으며, 현재 자원가격의 상승에 힘입어 재개발하는 광산이 늘어나고는 있으나 주요 금속광물의 자급률은 1%미만에 머무르고 있다. 한편, 국외에서는 1977년 산안토니오 우라늄광, 1981년 마두라 유전을 시작으로 해외자원개발에 뛰어들어 자주 개발률을 높이고자 하였으나 1998년 IMF 외환위기로 인해 많은 해외자원 개발사업에서 철수하면서 광물자원분야의 대외적인 종속이 심화되었다. 이후 2002년부터 정부는 적극적 해외자원개발에 나서 2007년말 현재 127개 기업이 37개국 27광종 163개 사업에 진출해 있다.
자원탐사기술은 자원개발을 위한 전주기 기술의 최상류에 속하는 기술로, 광상의 존재 유무, 광체의 부존 범위, 매장량, 품위를 평가하여 경제적인 자원개발을 위한 핵심기술이다. 자원관련 업체와 금융업체 총 61개 업체를 대상으로 설문조사를 실시한 결과 해외자원 개발시 취약하다고 느꼈던 분야는 정보취득능력(20%) 및 조사·탐사 기술(33%)이었으며, 이는 국내의 자원탐사 요구에 부응할 기술력의 배양이 선결과제임을 보여주는 결과이다. 
제 3차 해외자원개발 기본계획에서는 유연탄, 우라늄, 철, 동, 아연, 니켈을 6대 전략 광종으로 선정하고 2012년까지 자주 개발률 38%의 목표를 설정하였으며, 국내광업발전기본계획에서는 국내 자원공급 잠재력 제고를 위해 신규광체 확보 추진, 개발경제성을 반영한 매장량 재평가, 금속광산 직접투자를 통한 국내 금속광산의 재개발 유도등을 중점추진과제로 선정하였으며, 이를 달성하기 위한 최첨단 자원탐사 기술의 개발은 필수적이라 할 수 있다.

2. 융합기술 기반의 광물자원 정밀탐사기술이란?
호주나 캐나다의 광물자원 최첨단 탐사 기술에 대한 경쟁력을 확보하기 위해 한국지질자원연구원, 고려대학교, 한국광물공사로 이루어진 연구팀은 2008년 12월부터 5년간 융합기술 기반의 광물자원 정밀탐사기술 개발에 착수하였다.
융합기술 기반의 광물자원 정밀탐사기술은 다양한 융합물리탐사, 물성 해석, 광상조사, 시추조사, 지질조사 결과를 동일한 플랫폼에서 융합해석 하여 3D CEM(Common Earth Model)을 구축하는 최신 개념의 자원탐사 기술로 고도의 정밀도를 바탕으로 탐사성공률을 높이고, 정밀 품위 예측에 의한 채광 최적화를 통해 dilution의 감쇠 및 자원생산성을 높일 것이다.
CEM(Common Earth Model)이란 서로 다른 지구과학자료로부터 획득된 모델들로부터 단일하게 추론된 하나의 지하 모델 (Earth Model)을 의미하는 것으로, 이 CEM 기반 하에서 지질학, 지구물리학, 지구화학 등과 같이 서로 다른 지구과학정보들이 서로 정량적인 일관성을 가지고 하나의 지질모델을 공유하게 된다는 개념이다. 이러한 CEM 기반 하의 공간적 탐사자료 및 이에 대한 융합해석은 흔히 데이터베이스 상에서의 자료 저장의 공유 혹은 여러 상이한 자료의 중첩된 3차원 도시에 국한된 개념이 아니라 이를 포함하여 더 넓은 개념이라 할 수 있다. 즉, 지질학적인 자료에 대한 해석 혹은 지구물리학적 자료에 대한 해석은 항상 하나의 통일된 지질모델로 반영되어야 하며, 새로운 자료가 획득되어 지질모델이 갱신이 필요할 때에도 다른 자료와 정량적으로 일관성이 있도록 지질모델에 반영되어야 한다는 것이다. 따라서 이 CEM 기반하에서는 서로 상이한 지구과학분야의 자료들이 서로 고립되지 않도록 다른 종류의 자료들이 융합되어 하나의 지질 모델을 구성하게 되는 것이다.
CEM 플랫폼 하에서의 자료의 융합과정 및 흐름을 나타내는 개념은 그림 1과 같다. 하나의 3차원 CEM이 구성되기 위해서는 보유하고 있는 2차원 평면상의 지질도, 지형도 및 지구물리, 지구화학적 탐사 자료의 2차원 단면상의 정보, 깊이에 따른 1차원 정보를 가지는 시추공 검층 자료 등이 종합되어 이를 기반으로 3차원 지질모델링으로 각 자료들이 반영된 CEM이 구성되며, 지속적으로 새로이 얻어지는 지구물리/지구화학 탐사자료는 이러한 CEM 프레임워크 내에서 모델링 및 역산 알고리듬을 이용하여 기존 CEM의 평가 및 업데이트, 새로운 자료의 융합, 이를 기반으로 탐사 대상체의 평가 등이 이루어지게 되는 것이다.

3. 융합기술 기반의 광물자원 정밀탐사기술 연구개발 내용
융합기술 기반의 광물자원 정밀탐사기술의 기본 요소기술은 CEM 플랫폼 개발, 물리탐사 융합해석기술, 물리탐사 수치모델링 패키지, 광상 물성 DB 구축 및 다변량 해석, 지질매체별 광상부존 특성화 기술로 구성된다.
플랫폼을 구성하기 위한 기반 소프트웨어가 중요한데 본 연구에서는 지질모델링 분야에 있어 그 기능이 가장 앞선 범용 소프트웨어인 ParadigmTM의 GOCAD짋를 선택하였다. GOCAD 기반의 플랫폼 개발 및 모델링 역산 등 개발된 단위기술을 적용하고 그 결과를 관리할 수 있는 모듈의 GOCAD 인터페이스 개발에 그 초첨이 맞추어진다.
지질매체별 광상부존 특성 정량화 기술은 광상의 광체분포 양상의 추적을 위한 열수광상의 배태환경에 대한 지질요인 분석, 광상모델링, 광상학적 조사 결과의 정량화 기술을 포함하며, 이러한 기술을 통해 얻어진 결과들은 CEM 플랫폼에서 지구통계학적인 기법을 통해 다른 조사결과들과 융합해석 되어 지게 된다.
광상 물성 DB 구축 및 다변량 해석기술은 다양한 지구과학 정보들의 상관성을 파악하여 각 물성간의 실험적인 상관관계나 통계학적인 상관관계를 통해 융합해석의 기반을 만드는 기술로 CEM 플랫폼에 탑재되어 융합해석의 이론적인 토대로 이용된다.
물리탐사 수치모델링 통합패키지는 실제탐사에 앞서 시뮬레이션을 통해 최적기법을 도출하기 위한 것으로 CEM 광상모델링을 통해 얻어진 개념 모델을 기반으로 각 물리탐사 수치모델링에 공통으로 쓰일 수 있는 통합 수치모형격자를 생성한 후 다양한 물리탐사 수치모델링 기법을 GUI 패키지로 묶어 적용하는 요소기술이다. 여기서는 CEM에서 구현된 광상모델의 기하학적, 위상학적 정보로부터 수치모델링의 정확도 조건을 만족하는 수치 모델링 격자를 자동 생성할 수 있는 모듈 개발이 필수적이다. 
물리탐사 융합해석 기술은 동일한 광상에 대해 적용된 여러 물리탐사 기술을 하나의 결과로 융합하는 복합역산 기법을 의미하며, 여기서는 기 개발된 복합역산 기법을 자원탐사에 최적화 시키고 이를 CEM 플랫폼에 이식시킬 수 있는 해석 모듈의 개발이 목적이 된다.
 
4. 기대성과
본과제의 최종성과물인 CEM 플랫폼과 유사한 광물자원 3D 지질모델링 software 시장규모는 2007년 53백만달러로 최근 3년간 연간 증가율은 24%이다. 국가간 자원확보 전쟁이 가속화되고 있어 시장성장 가능성은 매우 높으며, 시장규모는 2010년에는 179백만달러, 2015년에는 961백만달러, 2020년 3,567백만달러, 2030년에는 33,223백만달러에 이를 것으로 예상되며, 기술개발을 통해 이 시장에 성공적으로 진입 시 수입대체 효과 뿐만 아니라 수출을 통한 이윤 창출이 가능하다. 또한 토목·건설 분야, 환경분야 및 지질재해 관련 분야의 지구과학 관련 정보를 3D GIS 기반 소프트웨어로 통합하는 추세임을 감안하면 이 분야의 시장 선점효과도 매우 클 것이다.
또한 요소기술인 융합물리탐사 기술은 전문 자원탐사 회사의 탐사분야에 정확도와 신뢰도 향상시켜 시장경쟁력 제고 시킬 것이며 이를 통해 전세계 105억 달러(2007)에 달하는 비철금속 탐사 시장에서도 경쟁력을 확보 할 수 있을 것이다. 

그림 1. CEM 구축을 위한 자료융합 개념도
그림 2. 연구개발 목표 모식도

조성준
서울대학교 대학원 자원공학과 물리탐사 석사
서울대학교 대학원 자원공학과 물리탐사 박사
서울대학교 공학연구소 전문연구요원 
일본 Tohoku 대학 Post-Doc.
한국지질자원 연구원 지반탐사연구실 실장
현재 한국지질자원연구원 자원탐사개발연구실 실장

이성곤
서울대학교 대학원 자원공학과 물리탐사 석사
서울대학교 대학원 자원공학과 물리탐사 박사
미국유타대학 Post-Doc.
현재 한국지질자원연구원 선임연구원

최선규
고려대학교 대학원 지질학과 이학석사
와세다대학교 이공학연구과 자원공학과 공학박사
한국동력자원연구소 금속광상실 선임연구원
와세다대학교 교환교수
캐나다 마니토바대학교 연구교수
현재 고려대학교 지구환경과학과 교수
현재 고려대학교 전략광물자원연구센터 소장

김태형
경북대학교 대학원 지질학과 석사
경북대학교 대학원 지질학과 박사과정 수료
현재 한국광물자원공사 (구 대한광업진흥공사) 탐사사업부 팀장