환경지질연구정보센터

중국에서는 1964년 칼린형 금광상이 발견된 이후 1980년대부터 국가의 전폭적인 지원에 의해 대규모 탐사와 연구가 수행되었으며, 그 결과 현재는 100여개의 칼린형과 유사한 금광상이 확인되었다. 그 중 20여개의 광상은 높은 품위와 매장량(2천만온스)을 가지며 그로 인해 중국은 미국의 네바다주 다음으로 많은 칼린형 금광상을 보유하게 되었다. 미국 과 중국뿐만 아니라 이와 유사한 광상이 호주, 도미니카 공화국, 스페인, 러시아, 말레이시아, 필리핀, 유고, 그리스 등지에서도 개발되고 있다. 칼린형 금광이 세계적으로 가장 중요한 금자원 임에도 불구하고 국내에서는 현재까지 칼린형 금광상의 이해와 탐사기술의 부족으로 전혀 개발 되지 않고 있는 실정이다.

칼린형 금광상 발견은 자원지질학 연구 역사에 중요한 사건으로서, 이들 광상이 지니는 엄청난 경제적 가치뿐만 아니라 자원지질학 분야에 있어서 광상의 성인모델 연구에 중요한 발전을 가져왔다. 과거에는 금의 산출이 주로 화성암과 변성암 내의 석영맥에서 존재한다고 생각되어 온 데 비하여 칼린형 금광상은 석회암, 실트스톤, 아질라이트, 셰일 등과 같은 퇴적암체 내에서 주로 생성된다. 금은 마이크론 크기로서 비소를 많이 함유한 황철석에 주로 함유된다. 금광의 종래 탐사 방법 중의 하나는 근원지로부터의 사광상을 연구하는 것인데 칼린형 광상에서는 금의 입자가 너무 작아서 하류에서는 거의 존재하지 않으므로 실효성이 매우 낮다.

네바다주에서의 퇴적암 모암 금광상의 발견과 탐사는 지역의 많은 부(富), 새로운 직업창출, 제반시설의 확충을 가져왔다. 이러한 광상들은 미국 전체뿐만 아니라 네바다주의 경제에 크게 기여하였다. 미국은 칼린형 금광상의 개발에 힘입어 세계 금생산량의 13%(320톤)를 차지하고 있으며(2000년 기준), 미국 총 생산량의 70%(220톤)는 칼린형 광상에서 이루어지고 있다. 또한 미국은 금생산량의 20%(60여톤)를 수출함으로서 국제통화수지에 중요한 수단으로 삼고 있다. 중국에서도 1964년 신시아(Shixia)광산에서 칼린형 금광상이 발견된 이후, 1980년대부터 국가의 전폭적인 지원에 의해 대규모 탐사와 연구가 수행되었으며, 그 결과 현재는 100여 개의 유사한 금광상이 확인되었다. 그 중 20여 개의 광상은 높은 품위와 매장량(2천만온스)으로 인하여 미국의 네바다주 다음으로 많은 칼린형 금광상을 보유하게 되었다(Li and Peters, 1998).

칼린형 금광상은 높은 경제성으로 인하여 학술적 연구와 탐사대상이 되어 왔으나 금의 산출이 금속황화물을 거의 수반하지 않고 대부분의 경우 마이크론 크기의 극미립상으로 존재하기 때문에 발견에는 매우 어려움이 따른다. 그러므로 새로운 지역의 탐사에서 칼린형 금광상을 성공적으로 발견하기 위해서는 이미 개발된 기존의 광상에 대한 특징과 기원에 대한 지식이 매우 중요한 요소가 된다. 금광상들은 주로 선캠브리아 지괴의 연변부를 따라 분포하며, 배사구조, 고각도의 단층, 각력암체 및 부정합면 등의 단열대를 따라 발달되는 것이 알려져 있다. 또한 모암은 주로 불순물이 많은 석회암, 실트스톤, 아질라이트 등으로서 주된 변질작용으로는 규화작용, 탈탄소작용, 점토화작용, 탄산염화작용 등이며, 부분적으로 알바이트화작용이 수반된다(Hofstra and Cline, 2000; Arehart, 1996). 칼린형 금광상들은 고생대에서 신생대까지의 거의 모든 퇴적층에서 발견되고 중국 북부 지방의 일부 광상은 원생대층에서도 발견된다. 관입 화성암는 일부 광상에서 lamprophyre와 규질 암맥이 나타나는 것을 제외하고는 대부분의 광상에서는 나타나지 않는다. 금은 퇴적암내에 산점상으로 존재하며, 주요 광석광물로는 자연금, 엘렉트럼, 황철석, 유비철석, 휘안석, 웅황, 계관석, 진사 등이고, 맥석광물로는 석영, 중정석, 유기탄소, 탄산염 및 점토광물 등이다. 네바다주의 경우 금광화작용에 수반된 미량원소로는 비소, 안티모니, 수은 등으로서 광상형성과 밀접한 관계가 있다. 저염농도를 나타내는 유체포유물(1-9 wt% NaCl) 특징과 안정동위원소분석 결과는 마그마 유체의 관련성을 것을 의미한다. 포획된 유체의 생성온도는 150～250℃이고, 압력범위는 50～600bar이다. 이것은 칼린형 금광상이 천열수 환경에서의 형성 가능성을 시사한다.

칼린형 금광상의 성인은 아직 정확히 밝혀지지 않았으며, 논쟁이 계속되고 있다. 많은 지질학자들이 칼린형 금광상 연구에 관심을 갖는 이유는 규모가 크고 지난 25년간 네바다주에서 발견율이 매우 높았으며, 유사한 광상이 미국 외 다른 나라에서 발견되고 있기 때문이다. 특히 중국에서는 최근 100개가 넘는 광상의 발견으로 광상 연구에 많은 도움이 되었다.

비록 광상의 성인이 불분명하다고 할지라도, 칼린 트렌드(Carlin Trend)에 분포하는 많은 광상들의 지구화학적 자료 및 동위원소 분석 결과로 볼 때 그 기원을 짐작이 가능하다.

우리나라는 태백산 분지 일부지역에서의 지질환경과 광화작용의 양상은 미국 네바다 지역의 칼린형 산점상 금광상과 유사한 특성을 나타낸다. 광상 형성이 시공간적으로 반복되어 있는 점과 지질환경의 특징이 매우 유사하나 일부 관점에서의 차이가 확인된다. 우리나라 태백산 지역의 칼린형 광화작용은 주로 중생대 관입암의 분포지역과 관련성을 띠고 있다. 최근 네바다 지역의 연구결과는 광상형성 심도가 다소 깊은 (2～4㎞)로 연구되어 있으나 태백산 지역은 이보다 천소환경의 특징을 나타낸다.

칼린형 금광상의 탐사와 개발을 위해서는 판구조적 관점에서의 퇴적환경 및 퇴적상과 구조적 환경을 비롯하여 금의 산출특성, 모암의 특징, 열수변질 작용, 원소공생관계, 광화작용 동안의 국부적인 구조운동, 화성암의 분포와 특징 및 금의 침전환경에 대한 연구가 우선 되어야 하며, 또는 이러한 연구를 수행하기 위하여 칼린형 금광상의 지질 및 지구화학적 특성이 가장 잘 연구되어있는 네바다 칼린형 금광상 침전모델에 따른 탐사기술을 도입하여 이를 바탕으로 국내 적용이 가능한 기술이 개발 되어야한다. 칼린형 금광화작용에 대한 자원지질학적 특성의 이해와 탐사시의 적용에 대한 지식은 국내 유사한 지질조건에 대한 체계적인 탐사에서 활용이 가능한 매우 의미있는 기회가 될 것으로 생각된다.

네바다 지역을 비롯하여 중국, 인도네시아 등 세계 각지에서 산출되는 칼린형 금광상은 지구화학적 특징, 광석 광물의 공생관계, 함금 함비소 황철석의 산출과 변질작용 양상 등이 매우 유사하다. 칼린형 금광상의 대략적인 특징을 요약하면 다음과 같다.

변질작용 :

칼린형 광상의 변질작용은 바깥쪽으로 가면서 탄산염암의 결핍으로부터 백운석 안정대를 지나 석회질 암석으로 발달된다. 인접한 카오리나이트 변질작용은 중심부에서 외곽으로 가면서 일라이트가 안정되는 변질대로 전이된다. 광상의 중앙부는 규질화되어 있으며, 미립의 함비소 황철석은 인접부에서 가장 우세하고 바깥쪽으로 갈수록 감소한다. 일반적으로 금 광화작용을 수반하는 일련의 변질작용은 말단의 탈탄화작용(decarbonatization)에서부터 규화작용을 통해 고령토화작용까지 시?공간적으로 진행된다.

광물학적 특성:

칼린형 광상에서 산출되는 속성기원의 황철석은 테두리에서 높은 Au와 As 함량을 나타내며, 인도네시아의 Mesel 광상에서 산출되는 함비소 황철석의 경우는 금을 최대 1%까지 포함하기도 한다. 광화후기 단계에서는 웅황(orpiment), 계관석(realgar), 휘안석(stibnite)과 방해석 등이 맥상으로 산출되며, 금은 퇴적암내에 산점상으로 존재한다. 주요 광석광물로는 자연금, 엘렉트럼, 황철석, 유비철석, 휘안석, 웅황, 계관석, 진사 등이고, 맥석광물로는 석영, 중정석, 유기탄소, 탄산염 및 점토광물 등이다.

지구화학적 특성 :

네바다 지역과 중국, 인도네시아 등지에서 산출되는 칼린형 금광상들의 원소 부화도(element enrichments - 광석의 평균 원소 함량을 지각의 평균 원소 함량으로 나눈 값)는 As를 비롯하여 Ag, Tl, Hg, Sb 등의 원소들이 높으며 , Pb, Zn, Cu, Mo, W 등의 원소 역시 부화되는 경향을 갖는다. 중국의 Qinling 일부 지역에는 특히 Cu와 Mo의 농도가 높은 것으로 알려져 있다. 칼린형 광상에서의 지구화학적 유사성은 이들 광상이 매우 유사한 화학조성을 가진 유체(즉, 낮은 또는 중간 염도, H2S가 풍부한 유체)로부터 형성되었음을 지시해 준다.

칼린형 금광상 탐사 및 개발 기술 :

광화관련 국부적인 지질 구조 규제 해석, 위성영상 자료를 이용한 광화대(지질구조, 변질대)추출 기술, GIS 기법에 의한 공간 자료 통합 분석, 지구화학적 탐사, 열수변질 특성에 따른 탐사, 광물 공생과 산출 특성 해석, 광화 온도 및 압력 해석