김준호 한국광물자원공사 탐사지원팀 팀장

서언
국내 고품위석회석 정밀탐사는 산업원료광물의 장기 안정적 공급을 위한 신규광량 확보와 용도별·품위별 광량을 파악하고 효율적 개발방향 제시 및 국내 광업 활성화 유도를 위해 2000년도 21개 광구를 시작으로 2008년도까지 총279개 광구가 조사되었고, 2009년에는 20개 광구를 대상으로 조사가 추진 중에 있다(표 1).
국내 고품위석회석 정밀탐사는 우리나라 석회석 주요 부존지역인 강원도, 충청북도를 중심으로, 경상북도와 충청남도 일부 지역이 포함되어 있다(그림 1).
고품위 석회석을 배태하고 있는 지층은 강원도 태백, 영월, 삼척 등 조선누층군의 태백층군(두위봉형)의 풍촌층, 충청북도 평안누층군 갑산층(만항층)으로 대표되며, 상부 막동층과 일부 변성퇴적암류 내 협재된 석회암층이 포함된다. 풍촌층의 고품위석회암은 주로 제철용, 탈황용, 소성용, 중탄용 등 다양하게 사용되고 있으며, 갑산층 석회암은 제철용, 탈황용, 소성용 등으로 사용되고 있다. 갑산층 석회암은 백색도가 풍촌층 고품위석회암 보다 낮아 중탄용으로 사용하기에는 부적합하다.
국내 석회석은 2007년 130개 광산에서 86,121천톤 생산하였으며, 수입량은 1,336천톤, 수출량은 62천톤으로(‘08 한국지질자원연구원), 국내 석회석 생산이 늘어나면 수입량이 줄어드는 경향을 보인다. 국내 석회석 수요는 2006년을 기점으로 다시 증가하는 추세에 있으며, 2010년 현대제철 고로 1호기가 완공된 이후에는 그 수요가 더욱 늘어날 전망이다.

고품위석회석 정밀탐사 조사방법
고품위석회석 정밀탐사는 <그림 2>와 같은 절차를 통해 이루어지며, 사전조사 시, 기존의 자료가 없는 지역은 인접 지역의 층서자료와 주변 광역구조를 파악하여 현지조사 시 참고한다. 시료채취는 공사의 매장량 산출 규정과 KS 2801(KS기준)을 준용하여 일정한 간격으로 채취를 하며, 품위별 용도별로 매장량을 산출한다. 이렇게 산출된 매장량을 근거로 효과적인 채광이 이루어질 수 있도록 탐광 및 개발방향을 제시한다. 

풍촌층
풍촌층은 강원도 삼척, 태백, 영월, 정선 남면 등에 분포하고 있으며, 지역마다 암상과 지층의 두께가 변화한다(그림 2). 풍촌층은 암상과 용도에 따라 하부 석회암대, 중부 백운암대, 상부 고품위 석회암대로 세분할 수 있다.

하부 석회암대
하부 석회암대는 주로 담회색, 회색, 암회색, 담갈색, 회백색 석회암과 암회색, 유백색 백운암으로 구성되며, 하부 구간은 회색, 암회색, 담갈색의 괴상석회암이 우세하고, 상부 구간은 유백색, 담회색의 석회암이 우세하게 나타난다. 특히 상부 유백색 석회암에는 백운석 결정이 산포상으로 협재되며, 묘봉층과의 경계에 인접한 하부구간으로 가면서 셰일엽층이 다량 협재하기도 한다. 하부 석회암대의 두께는 평균 약 200m 내외이다.

중부 백운암대
중부 백운암대는 주로 유백색, 담회색, 암회색 백운암으로 구성되며, 지역에 따라 백운암대 상부의 암회색 백운암에는 주로 생물의 배설물에 만들어진 펠로이드와 조류(algae)에 의해 만들어진 온코이드 입자가 많이 포함되어 있다. 백운암대의 두께는 평균 40m 내외이다. 

상부 석회암대(고품위대)
상부 석회암대는 주로 백색, 유백색, 회백색 및 담회색 석회암으로 구성되며, 최상부에는 2~3m 두께의 어란상 석회암이 발달하고, 셰일 엽층이나 부분적으로 산포하는 백운석이 불순대를 형성하고 있다. 층후는 평균 약 40m 내외이다.
풍촌층의 층후는 평균 250m이며, 전체적인 층의 두께는 태백-사북-정선 남면, 삼척 하장 일대에서 가장 두껍게 나타나며, 상대적으로 동편에 위치하는 삼척 도계, 노곡 지역에서는 얇게 나타난다.
그 중 상부 고품위 석회암대 역시 동편으로 갈수록 얇아지며, 노곡 지역에서는 천멸된다. 중부 백운암대는 영월 하동, 예미, 상동 지역에서 두껍게 나타나며, 도계, 노곡 지역에서는 매우 얇게 나타난다. 특히 도계지역에서 풍촌층 하부 석회암대 석회암은 다른 지역의 하부 석회암대 석회암보다 품위가 균질하여 포스코에 제철용으로 판매하고 있다.

광상
풍촌층 석회암층에는 상부의 균질한 석회암대를 따라 천열수 변질작용에 의해 백색 내지 회백색의 미정질 석회석을 수반하는 고품위석회석 광상이 형성되었다(노진환 2004).
풍촌층 상부 고품위석회석은 입자 크기, 불순물의 함량, 색도에 따라 다양하게 나타나며, 이는 석회석의 용도에 많은 영향을 준다. 풍촌층 상부 고품위 석회석의 품위를 저하시키는 불순물로는 백운석, 석영, 황철석, illite, 규회석, 녹니석, 녹렴석 등이 있으며, 특히 하부 백운암대와의 경계부에서는 산포상 백운석 결정 내지 렌즈상 등 불규칙적으로 협재된다.
풍촌층 상부 고품위석회석은 제철용, 소성용, 중탄용 등 다양한 용도로 사용되며, 제철용으로 가장 많이 사용되고 있다. 특히 백색도가 중요한 품질 요건인 중탄용 석회석은 다른 용도의 석회석에 비해 그 양이 부족한 실정이다.

갑산층
고생대 석탄기 갑산층은 오오도비스기 영흥층을 부정합으로 덮고 있으며, 제천지역에서 북북서-남남동 방향으로 길게 띠모양의 신장된 형태로 분포하고 있다.
이충한(2000)은 제천지역 석회석 광산일대는 적어도 5번의 변형작용을 받았다고 보고한 바 있으며, 이와 같은 변형작용에 의해 갑산층이 여러번 반복되어 나타난다.
갑산층은 주로 석회암, 사암, 셰일로 구성하며, 암상에 따라 하부사질대, 중부석회암대, 상부호층대로 구분 가능하다.
갑산층 최하부에는 백색의 규암역을 포함하는 기저역암이 발달되기도 하나 대체로 조립상이 우세하다.
석회암은 사암 상부와 상부호층대에 발달되며 담회색 내지 회색의 미정-세립질 석회암이 우세하다. 셰일은 중부석회암대와 하부사질대에 소폭으로 협재되나, 대부분 상부호층대에 발달된다. 암색은 적자색, 녹회색, 회색 등을 띠며, 저변성 작용을 받았다.

하부 사질대
갑산층의 하부는 기저역암, 적색 또는 회색의 조립 사암, 실트암, 셰일 등으로 구성된다. 최하부에는 기저역암이 국부적으로 발달되는데, 이들 기저역암은 백색의 규암역을 포함한다. 역의 장경은 1~7cm 정도이다. 변성작용을 받은 기저역암은 화강암과 거의 유사하지만 원마도가 양호하여 식별이 가능하다. 기저역암이 발달되지 않는 곳에서는 0.5~1m 정도 흑색 셰일이 발달되기도 한다.
하부 사질대는 주로 적자색, 녹회색 및 회색의 중립 내지 조립질 사암과 실트암이 우세하고 적자색 또는 녹회색 셰일이 협재 발달한다.

중부 석회암대
중부석회암대는 전 구간이 석회암으로 구성되어, 개발 대상이 되는 주요 층준이다. 중부 석회암대는 제천지역 중동단에 북북서-남남동 방향의 대상으로 분포되는데, 습곡, 단층에 의해 중첩, 분지, 병합되는 등 복잡한 양상으로 발달된다.
석회암은 담회백, 담회색, 회색, 암회색 등의 다양한 암색을 띠며 대부분 미정-세립질의 괴상으로 산출되나, 화강암과의 접촉부나 왕박산 동남단에서는 결정질의 유백-담회백색이 우세하게 발달되기도 한다. 풍화된 대부분의 석회암 표면에는 해백합 줄기의 파편들이 검은 점으로 배태되어 있어 영흥층 석회암과의 구분이 가능하다.
갱내 조사결과, 석회암 내에는 수 cm 규모의 암회색 셰일이 일부구간에 협재되며, 방해석세맥과 석영맥이 발달되기도 한다. 이들은 주향방향으로 발달하는 소규모 단층, 파쇄대 등의 구조선 주변부에 발달된다. 방해석 세맥과 석영맥이 발달하는 석회암은 암색이 회-암회색으로 어둡고 백운암화(dolomiti
zation)작용을 받아 MgO 함량도 증가한다.
석회암 내에는 층상, 부딘구조 및 pinch and swell 구조를 이루는 규화대와 처어트대 여러 매가 불규칙적으로 관찰된다.
층상처어트(규화대)는 층리면을 따라 유입된 열수에 의한 교대작용에 기인한 것으로 판단된다. 중부석회암대의 두께는 25~35m 정도이지만 습곡작용에 의한 중첩, 병합, 분지 등으로 80~150m 두께로 부화되어 발달되기도 한다.

상부 호층대
상부호층대는 셰일과 석회암이 호층으로 발달되는 구간이다. 석회암은 담회-회색을 띠는 미정-세립질암으로, 두께는 2~3m, 최대 7~10m로 발달되며 연장은 불량한 편이다. 호층대 내에 셰일의 노두발달이 불량한 곳에서는 중부석회암대의 석회암과 발달양상이 유사하여 야외조사 시, 오인 될 수 있어 주의가 요망된다.
셰일은 적자색, 녹회색 등의 암색을 띠며, 층리면이 잘 발달되어 있다. 또한 층리와 평행한 엽리, 수차례의 변형작용에 의한 습곡구조 및 이와 연관된 엽리구조와 교차선구조 등이 잘 발달하고 있다.

 광상
광상은 갑산층 중부석회암대 석회암을 대상으로 하는 석회석광상으로, 제철용 등의 고품위석회석으로 사용가능한 구간은 중부석회암대에 발달되는 석회암이다. 상부호층대에도 석회암이 협재되나 폭이 2~10m로 협소하고 연장도 불량하여 개발가치가 희박하다. 
갑산층 중부석회암대의 분포형태는 횡압력에 의한 습곡작용으로 지층의 경사가 50°~ 수직이고, 습곡축은 60° 이상 경사져 있다.
그리고 심부에서는 큰 압력에 의해 신장되어 있기도 한다. 대표적인 분포형태는 복향사 형태이며, 일부지역에서는 침식에 의해 향사축부 만 남아 포켓형태를 이루거나 습곡에 의해 불규칙한 형태로 발달한다.
갑산층 중부석회암의 두께는 25~35m 정도이지만, 기존의 갱도나 탐광시추 등을 통해 확인한 결과, 80~150m로 부화되어 발달되기도 하고 지역 및 부존심도에 따라 두께 변화가 큰 것으로 확인되었다. 그 이유는 다음과 같은 것으로 추정된다.
① 습곡구조에 의해 광체가 휘어지면서 폭이 커짐.
② 복향사 형태에서 향사축부가 동일 수준에서 연속되어 폭이 커짐.
③ 지하광체가 하중에 의해 유연해지면서 횡압력으로 신장되어 원래의 폭보다 얇아짐.
갑산층 중부석회암대의 석회암은 대부분 미정-세립질로 산출된다. 색상은 담회-암회색 등이 우세하며, 제천화강암과의 경계부나 왕박산 동남쪽 등의 일부지역에서는 유백-담회백색 등의 색상을 띤다.
석회암 내에는 수cm 규모의 암회색 셰일이 일부 구간에 협재되며, 방해석 세맥, 석영맥, 층상, 부딘구조 및 pinch and swell 구조를 이루는 규화대(처어트)가 여러 매 관찰된다. 이 들은 지층 내 불규칙적으로 발달되는데 단층 주변부, 습곡축부 등의 구조적 약선대에 집중되는 경향으로 2차적으로 유입된 열수와의 교대작용에 기인한 것으로 판단된다.
방해석 세맥과 석영맥이 발달하는 곳에서의 석회암은 회-암회색으로 보다 어둡고 MgO 함량이 증가한다. 이는 열수에 의해 백운암화작용의 결과로 보인다.
처어트의 협재나 규화대의 발달은 제철용 석회석의 SiO2 품위 기준치인 1.3%미만을 규제하는데 가장 큰 저해요소로 작용해 광산개발과 관계가 있다.
갑산층 중부석회암 중 규화대, 백운암질석회암 등의 불순대를 제외한 시료의 분석결과는 SiO2 1% 미만, CaO 54% 이상의 매우 순수한 석회암이다.
갑산층 석회석은 소성용이 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 시멘트용, 제철용 석회석의 순이다.
그러나 판매금액으로 보면 제철용 석회석이 가장 높게 나타나며 상대적으로 가격이 낮은 시멘트용 석회석은 판매량에 비해 낮게 나타난다.
현재 포스코에 제철용 석회석을 판매하는 광산은 대성제천, 청림영월광산 두 광산이며, 광산 전체 석회석 판매량의 50% 이상의 비중을 차지한다.

석회석 정밀탐사 방향
지금까지 석회석 정밀탐사는 고품위 석회석의 분포와 품위별 용도구분을 위주로 실시되어 왔으며, 탐광과 개발 방향에 대해서 간단하게 언급하여 왔다.
그러나 향후 석회석 정밀탐사 시에는 채광과 사업성에 대한 내용을 추가 할 필요가 있으며 고품위석회석이 대부분 갱내에서 채광되고 있는 상황이므로 매장량 산출을 기존의 단면적법과 함께 부존면적법을 병행하여 산출하고 품위 평가기준을 산업에 직접 응용할 수 있도록 결정도, 입자의 크기, 형상 등에 대해서도 추가적인 정보를 파악함으로서 보다 실제적인 도움을 줄 수 있는 방향으로의 개선이 요구된다.

석회석 정밀탐사 예시
지질도
지질도는 1: 5000 지형도를 기본으로 한 야외조사를 기초로 작성하며, 광체의 정확한 위치나 갱 입구, 시추공의 좌표는 GPS를 사용한다.
3D광체 모식도 및 갱도설계(매장량산출)
광체는 북쪽방향으로 25도 내외의 저경사를 가지고 경사져 있으며, 완만한 습곡을 보인다.
3D 프로그램을 이용하여 지층을 표현하여 광체의 부피를 실질적으로 계산해 내어 갱내채광 시 채광할 수 있는 석회석의 실질적인 양을 계산해 낼 수 있다. 채광법은 지층 경사가 30도 이내의 저경사이므로 주방식채광법과 계단식채광법을 병행하여 설계하였다.

참고문헌 
이충한, 2000, 충청북도 제천시 가창산 일대의 지질구조, 강원대학교 석사학위논문.
박수인, 이희권, 이상헌, 2000, 강원 지역에 분포하는 석회석 자원의 특성과 부존환경: 충북 가 창산 지역의 갑산층을 중심으로. J. Korean Earth Science, 21, 437-448.
노진환, 오성진, 2005, 풍촌층 석회암의 열수변질과 고품위 석회석의 생성, 대한지질학회지 41, 175-197.
한국지질자원연구원, 2008, 광산물 수급현황 2007년편, 정책연구부 자원정책팀

표 1. 정밀조사 실적 및 연도별 효과

 구 분 수행실적(광구) 효과(확보광량, 백만톤)  비 고
 2000           21            2,970
 2001           20            2,231
 2002           30            2,069
 2003           40            1,183
 2004           35               681
 2005           35               565
 2006           37            1,673
 2007           35               401
 2008           26            1,581
 2009           20                 -                         조사중
 계             299          13,354

그림 1. 국내 고품위 석회석 정밀탐사 광구(2000년~2008년)

그림 2. 조사수행 체계도

그림 3. 지역별 풍촌층 주상도

그림 4. 대성제천광산 기동채광장 배사축부

그림 5. 대성제천 배사축부에 개발된 갱도

그림 6. 갑산층 석회암의 용도별 판매 현황(2007년 기준)

2008년 서벽-호명지구 3D 지층 분포도

광체 내 갱도 설계

김준호
경북대학교 문리과대학 지질학과 졸업
대한광업진흥공사 자원협력단 근무
 - 베트남 안케, 중국 광동성 프로젝트 자원협력조사 수행
 - 아프리카 말리 겐소 프로젝트 등 총괄수행
대한광업진흥공사 자원탐사처 근무
 - 국내 석회석광 조사 및 탐사업무 수행
 - 일본 석회석광 현황조사 수행
한국광물자원공사 해외조사처, 전략사업팀, 조사분석팀 근무
 - 멕시코, 몽골, 페루, 아프가니스탄, 콩고, 카메룬, 호주 등 프로젝트 조사 수행
현재 한국광물자원공사 탐사지원팀 팀장

< 더 자세한 내용은 월간세라믹스를 참조바랍니다.>