<Technical Report>
Study on developing characteristics of Bophi Vum chromite mineralized zone in the northwestern Myanmar based on the trench survey

1. 서 론

최근 전세계적으로 광물자원의 수요가 전통적인 미국과 일본뿐만 아니라 경제가 급성장하고 있는 BRICS 국가들에서도 급격하게 증가하고 있다(Park et al., 2009). 특히 희유금속(rare metal)의 경우 지각 내에 소량으로 부존되어 있고, 추출하기가 매우 어려운 금속자원이기 때문에 일부 국가에만 제한적으로 매장되어 있으며 생산이 이루어지고 있다(Choi et al., 2010). 우리나라는 금속광물자원의 99%를 수입에 의존하고 있어 국제자원시장 변화에 매우 민감하게 반응하며, 자원민족주의 등으로 인해 심각한 경제적 타격을 입을 확률이 매우 높아 안정적인 자원확보가 국가의 생존과 경제운영에 직결되어 있다. 따라서 최근 우리 정부에서도 이를 인식하여 자원부유국들을 중심으로 자원외교에 치중하고 있다.

크롬은 미얀마의 오피올라이트 층서와 관련되어 뚜렷한 금속광상구를 형성한다(Heo et al., in re-view). 첫 번째 오피올라이트대는 Pathein 남쪽에서부터 Naga Hills의 북쪽으로 약 1,000 km 이상 확장되어 있다. 이는 Chhibber (1934)에 의해 기재된 주요 화성작용과 관련된 벨트 중 하나이다. 두 번째 오피올라이트대는 Indawgyi 호수의 서쪽으로 발달한다. 세 번째 오피올라이트대는 Tagaung Taung에 분포하고 있으며, 그 남단은 Kachi 주의 Mytkyina 북쪽에 위치한 Kumon 산맥을 향해 북쪽으로 확장된다.

크롬철석 광상은 미얀마에 넓게 분포되어 있으며, 남북방향의 오피올라이트대 방향과 관련된다(Heo et al., in review). 서쪽 오피올라이트대를 따른 크롬철석 광상은 Hinthada, Mindon, Thayetmyo, Sidoktaya- Ngapa, Mindat-Kanpetlet, Saw, 그리고 Mwetaung- Kalemyo에 분포한다. 연구지역이 속하는 Mwetaung- Kalemyo 크롬철석 광화대는 약 40여개의 크롬철석 광상들이 오피올라이트 층서의 더나이트층에 괴상으로 발달한다(Heo et al., in review).

연구지역인 미얀마 북서부 보피붐(Bophi Vum) 크롬철석 광화대 조사의 경우 2012년 3월에 개최된 제1차 한-미얀마 광물위원회에서 한국지질자원연구원이 미얀마 광업부 산하의 지질조사광물탐사국(DGSE)과 공동으로 미얀마 희유금속 등에 대한 공동탐사가 제안되었다. 이에 미얀마 지질조사광물탐사국에서는 북서부 깔레이(Kalay)에 부존하고 있는 무웰룻 Cr- Ni-PGM 광화대(약 800 km²)를 공동탐사지역으로 제시하여 연구가 수행되었다. 보피붐 크롬철석 광화대는 무웰룻 Cr-Ni-PGM 광화대 내에 속하는 지역으로 2013년 2회에 걸쳐 조사가 수행된 지역이다(그림 1).

연구지역에 대한 정밀지표지질조사에서 확인된 크롬철석 광체는 9개소이며, 인근 마을 주민들에 의해 수작업으로 노천채굴이 진행되고 있는 곳들이다. 따라서 이번 연구의 목적은 정밀지표지질조사에서 확인된 크롬철석 광체 주변부에 대한 트렌치 조사와 트렌치 단면에 대한 휴대용 XRF를 이용한 현장분석을 통하여 크롬철석 광체의 연장성을 확인하는데 있다.

2. 연구지역의 위치 및 지질개요

연구지역인 보피붐 크롬철석 광화대는 미얀마의 행정구역상 친주(Chin State)에 속하며, 남북으로 약 6 km, 동서로 약 2 km의 면적에 해당한다(그림 1). 이 광화대는 깔레이(Kalay) 마을에서 북서쪽으로 약 8 km 떨어진 지역에 위치하고 있다(그림 1, 2).

Fig. 1.

Geological (from DGSE, 2008) and tectonic (from Soe, 2007) maps of the Myanmar. Red dotted box shows the study area.

Fig. 2.

Detailed geological map of the study area.

미얀마는 지체구조적으로 크게 Western Fold Belt, Central Lowland, Eastern Highland 지역으로 나뉜다(그림 1b). 원시 동남아시아 반도는 백악기초에 곤드와나(Gondwana) 대륙으로부터 분리된 Sinoburmalaya 지괴가 북동쪽으로 이동하면서 Nan Suture Zone을 따라서 Indochina 대륙지괴와 충돌하여 유라시아 대륙지괴의 남동부에서 형성되었다(Chhibber, 1934; Ir et al., 2010). 이와 동시에 인도판(Indian Plate)은 북동방향으로 이동하면서 백악기 말에 Sinoburmalaya 대륙지괴 하부로 해양지각이 섭입되어 크롬 광화대를 수반하는 “India-Burma Ophiolite Belts”를 형성하였다(Hutchison, 1975; DGSE, 2008; Ir et al., 2010). 연구지역인 보피붐 크롬철석 광화대는 이 벨트에 해당되며, 미얀마에서 발간된 축척 1:250,000지질도에 의하면 보피붐 크롬철석 광화대 지역의 서부에는 쐐기형 부가대에 속하는 퇴적암층군이 남북으로 분포하며, 동쪽으로는 사문석화 작용을 받은 오피올라이트 벨트가 분포하고 있다(Hutchison, 1975; 그림 1a).

연구지역의 지질은 축척 1:5,000의 지형도를 조사원도로 이용하여 정밀지표지질조사를 수행하였다(그림 2). 연구지역에 분포하는 암상으로는 하즈버자이트(harzburgite), 사문암(serpentinite), 더나이트(dunite) 등이 있으며, 저지대와 계곡을 중심으로 제4기 충적층이 피복하며 발달한다(그림 3). 특히 하즈버자이트, 사문암 및 더나이트는 연구지역 내에서 남-북 내지 북북서-남남동 방향으로 층상을 이루며 발달한다(그림 2).

연구지역 내 하즈버자이트는 주로 사방휘석과 감람석이 기질을 이루며, 연녹색의 중립질 내지 조립질의 입상조직을 보이나, 일부 지역에서는 연황색의 세립질 내지 중립질의 감람석이 기질을 이룬다(그림 3a). 하즈버자이트를 구성하고 있는 휘석류는 주로 사방휘석류에 속하는 완화휘석(enstatite)이며, 일부 단사휘석류의 보통휘석(augite)과 감람석(olivine) 등이 관찰된다(그림 3b). 하즈버자이트는 남-북 방향의 주향을 가지며, 층상으로 분포하고 있으며, 특히 전단대 또는 단층파쇄대 내에서는 후기 열수작용 등으로 인해 사문석화 되었다.

사문암은 연구지역의 서부 일원의 고지대에 주로 분포하고 있으며, 하즈버자이트와 접촉하며 발달한다(그림 2). 사문암은 암녹색을 띠며, 주로 세립질 내지 중립질의 기질을 이루고 있다(그림 3c). 사문암의 박편에서는 단사휘석류의 보통휘석(augite)이 관찰된다(그림 3d). 사문암의 기원암은 하즈버자이트와 더나이트로서 각력화되어 발달하며, 후기 교대작용에 의해 거의 사문암화 되었으나, 일부 지역에서는 사문암으로 교대중인 감람석이나 휘석 입자들이 육안으로 관찰된다.

연구지역 내에 분포하는 더나이트 중 감람석이 90% 이상 차지하는 더나이트는 하즈버자이트 분포대 내에 맥상, 렌즈상 및 포켓상으로 배태되어 있다. 연황색의 세립질암으로 입상조직을 보이며 일부 지역에서는 세립질 감람석으로 구성된 기질에 간혹 자형의 감람석이 산점상으로 발달한다. 연구지역에서는 9개 지점에서 소규모의 암맥상 내지 렌즈상의 더나이트가 지표에 노출되어 있으며, 대체로 산점상, 암맥상, 렌즈상, 포켓상의 크롬철석을 수반하고 있다(그림 2, 3e). 박편상에서는 더나이트를 주로 구성하는 감람석은 대체로 각력화 되어 있으며, 일부 크롬철석과 자철석을 수반하고 있다(그림 3f). 특히 이들의 발달방향은 남-북 내지 북북서-남남동 방향으로 분포한다(그림 2). 그러나 지표상에서 이들의 연장성은 뚜렷하게 확인되지 않는다(그림 2).

Fig. 3.

Photographs of the outcrops and thin sections (open polarized light) in the study area. a) & b) harzburgite and its thin section, c) & d) serpentinite and its thin section, e) & f) dunite and its thin section (Aug: augite, Cr: chromite, Enst: enstatite, Mt: magnetite, Olv: olivine, Srp: serpentinite).

또한 연구지역 내에는 총 3개의 전단대가 발달하며 이들 전단대의 방향은 북북서-남남동 방향으로 발달한다(그림 2, 4). 이들 전단대들은 지표로부터 약 20-240 m, 300-320 m, 400-500 m 고도에서 발달한다(그림 2). 그리고 전단대들의 폭은 약 70 m, 120 m, 250 m로 발달한다(그림 2). 전단대 내에는 다수의 전단면들이 관찰되며, 특히 이들 전단면 주변으로는 각력화된 단층암들이 발달한다(그림 4c, 4d). 또한 3개의 전단대 내에서는 다수의 전단면들과 각력화된 단층암들이 반복적으로 관찰된다. 이러한 북북서-남남동 방향의 전단대는 미얀마와 인접한 인도판과 유라시아판의 충돌에 의해 형성된 남-북, 북북동-남남서, 북북서-남남동 방향의 Western Fold Belt 내 단층 및 습곡축의 방향과 일치한다.

Fig. 4.

Photographs of the shear zones and fault breccias generated by fault activities in the study area.

3. 크롬철석 연장성 확인을 위한 트렌치 조사

연구지역에 분포하는 크롬철석 광체는 더나이트의 분포대에 수반되며, 노두상이나 채굴적에서의 산출상태는 고치상(podiform), 괴상(massive), 세립질 산점상(fine-grained disseminated) 및 맥상(vein)으로 산출된다(그림 5). 고치상의 크롬철석은 주로 더나이트 기질 내에 수 cm 이하의 크기로 산출된다(그림 5a). 괴상의 크롬철석은 주로 렌즈형과 맥상으로 산출된다(그림 5b, 5d). 그리고 세립질 산점상(mm 이하)의 크롬철석은 주로 더나이트 및 하즈버자이트의 기질에서 mm 이하의 크기로 산출된다(그림 5c).

연구지역인 보피붐 일대에 대한 정밀지표지질조사에서 확인된 크롬철석 광체는 총 9개이며, 약 200 m, 340-400 m, 400-450 m의 유사한 고도를 따라 동-서 방향으로 발달하는 산능선에 발달하고 있다(그림 2). 이 크롬철석 광체들은 각 고도를 따라 남-북 내지 북북서-남남동 방향으로 분포하며 발달한다(그림 2). 따라서 유사한 고도에서 분포하는 크롬철석 광체들의 연장성 및 상호 연결성을 확인하기 위하여 트렌치 조사를 실시하였다.

Fig. 5.

Photographs of chromite types. a) podiform chromite in dunite matrix, b) massive chromite, c) fine-grained disseminated chromite in dunite, d) chromite vein within dunite.

트렌치 조사지역은 약 200 m의 고도에 위치하는 채굴적을 제외한 나머지 채굴적들은 약 340 m 이상의 고도에 분포하므로 트렌치를 위한 중장비의 접근이 용이하지 않아 연구지역의 최남단에 위치하는 채굴적을 대상으로 트렌치를 수행하였다(그림 6).

Fig. 6.

Geological and location maps of the trench sites in the study area.

3.1 1차 트렌치(실패 트렌치)

연구지역의 최남단에 위치하는 약 200 m 고도의 크롬철석 광체의 연장성을 확인하기 위하여 이 광체에서 북쪽으로 약 30 m 떨어진 계곡 내 평지에서 남-북 방향의 광체들의 분포에 수직인 동-서 방향으로 트렌치를 실시하였다(그림 7). 특히 조사지역에 발달하는 동-서 방향의 산능선들 사이 계곡은 매우 가파른 사면이 발달하여 두꺼운 산록층이 발달할 것으로 판단되어 남쪽 채굴적에 가장 가까운 평지를 선정하여 트렌치를 실시하였다(그림 7a, 7b). 설계된 트렌치의 규모는 폭 2 m, 길이 100 m, 깊이는 굴삭기가 작업할 수 있는 최대 깊이인 약 3 m로 설계하여 작업을 실시하였다.

그러나 트렌치 대상 광체가 발달하는 산사면에서 가장 가까운 평지에서 트렌치를 실시하였지만 굴착이 진행되는 동안 산록퇴적층만이 분포하고 있었으며, 특히 지하수면이 지표면과 가까워 지속적으로 지하수가 유입되었다(그림 7c, 7d). 또한 굴착기의 작업 가능한 최대 깊이를 굴착하였음에도 불구하고 두꺼운 산록퇴적층만 발달하고 모암 내지 광체는 확인할 수 없었다. 또한 여기서는 지하수의 지속적인 유입으로 더 이상의 작업이 불가능하여 이 지점에 대한 트렌치 굴착을 포기하였다.

Fig. 7.

Overviews of the 1st trench for recognizing the chromite ore bodies in the study area.

3.2 2차 트렌치(주 트렌치)

1차 트렌치(실패 트렌치)에서와 같이 비록 산사면에 가까운 평지라도 두꺼운 산록퇴적층이 발달하여 트렌치를 통한 모암 및 광체 확인이 불가능한 것으로 판단되어 광체가 발달하는 산사면에 대한 트렌치를 실시하였다(그림 8). 2차 트렌치의 위치는 1차 트렌치로부터 남쪽으로 약 10 m 이동하여 산사면이 시작되는 지점에서 굴착기가 작업 가능한 최대 범위 내에서 트렌치를 실시하였다(그림 6, 8).

Fig. 8.

Overviews of the 2nd trench for recognizing the chromite ore bodies in the study area.

2차 트렌치는 남쪽 광체 및 채굴적이 위치하는 북쪽 산사면을 수직으로 굴착하였으며, 트렌치의 규모는 높이 약 1-3 m, 길이 100 m로 동쪽에서 서쪽으로 진행하며 실시하였다. 2차 트렌치의 방향은 동쪽으로부터 서쪽으로 0-42 m 구간 N76°W/90°, 42-58 m 구간 EW/90°, 52-76 m 구간 N68°E/90°, 76-84 m 구간 N54°E/90°, 84-100 m 구간 N26°E/90° 방향으로 산사면을 따라 곡선으로 굴착을 실시하였다(그림 6, 8).

2차 트렌치 단면에 발달하는 암상 및 지질구조요소들의 3차원적 관계를 분석하기 위하여 트렌치 단면에 대하여 2 m의 간격으로 격자를 설정(그림 8d)하였으며, 이를 디지털 카메라를 이용하여 단면 사진촬영과 정밀스케치 작업을 실시하였다(그림 10). 또한 구간별로 촬영된 사진은 실내에서 합성하여 트렌치 단면의 실내 정밀스케치를 위한 바탕화면으로 이용하였다.

3.3 2차 트렌치 단면 기재

트렌치 단면에 대한 암상 및 지질구조요소들에 대한 기재를 실시하였다. 2차 트렌치 단면의 모암은 주로 하즈버자이트로 구성되어 있으며, 일부 더나이트가 발달한다(그림 9, 10). 그리고 트렌치 단면에서는 토양층이 모암을 얇게는 약 20-30 cm, 두껍게는 약 1-2 m의 두께로 피복하고 있다(그림 9). 특히 65-74 m 구간은 전체가 풍화토와 토양으로 피복되어 있다(그림 9). 그리고 단면 상부에는 노천채굴적이 발달하고 있으며, 이 채굴적에서 흘러 내린 mining dump가 약 8-18 m 구간의 상부를 피복하며 발달한다(그림 9). 그리고 더나이트의 경우 트렌치 단면 내 36-44 m 구간에 옅은 주황색 내지 황토색을 띠며 발달한다(그림 9, 10).

Fig. 9.

Detailed grid map on the almost vertical plane of the trench section. Photo mosaic and detailed sketch map of the trench section.

Fig. 10.

Photgraphs of the harzburgite, dunite and soil covered on the trench section.

대부분의 모암은 심하게 풍화되어 발달하나 풍화되거나 많은 단열들이 발달한다(그림 9). 그러나 50-62 m 구간의 경우 상대적으로 신선한 모암이 발달한다(그림 9, 10a). 특히 트렌치 단면에 분포하는 노두에서는 크게 세 방향의 절리들이 관찰된다. 절리들의 방향은 N42°W/54°SW, N66°W/44°NE, EW/40°N이다(그림 9, 11a). 그리고 상대적으로 신선한 모암을 기준으로 동쪽과 서쪽으로 갈수록 단열 밀도가 증가하는 양상을 보인다(그림 9). 2차 트렌치 단면 내에는 세맥 및 일부 암맥들이 발달한다. 세맥의 경우 얇은 단열면을 따라서 silica가 충진하고 있으며, 이를 충진면에서 볼 때 흰색 내지 옅은 회색을 띤다(그림 9, 11b). 이들의 방향성은 N12°E/72°NW, N26°W/32°SW 및 수평으로 발달한다. 암맥의 경우 회색 내지 짙은 회색을 띠며 N38°E/72°SE와 N30°W/46°SW의 방향으로 발달한다(그림 11c, 11d).

Fig. 11.

Photographs of the structural elements on the trench section, such as joints, veinlets and dykes.

연구지역의 남쪽에 분포하는 크롬철석 광체의 연장성 및 분포특성 이해하기 위해 100 m의 트렌치를 실시하였으나, 트렌치 단면 내에서는 뚜렷한 크롬철석 광체가 발달하거나 관찰되지 않았다. 이는 트렌치 지점에 인접한 크롬철석 광체의 연장이 남-북 내지 북북서-남남동 방향으로 연장되지 않거나 산점상, 포켓상, 렌즈상으로 발달할 가능성을 지시하고 있다.

4. 트렌치 단면에 대한 XRF 측정

트렌치 단면상에서 발달하지 않거나 육안으로 관찰하기 힘든 크롬철석의 분포 및 성분을 분석하기 위하여 휴대용 XRF (Portable XRF)를 이용하여 토양 및 암석에 대한 현장 분석을 실시하였다. 이를 위해 Innov-X System사의 휴대용 XRF를 이용하여 현장 분석을 실시하였다. XRF 분석은 트렌치 단면 내 0-100 m 구간에 걸쳐 각 1 m의 간격으로 표면이 정리된 단면 내 평탄한 면이나 노두에 대해 총 101개의 지점을 측정하였으며, 이에 대한 결과는 표 1과 같다.

트렌치 단면에 대한 XRF 분석을 실시한 결과 전체적으로 Cr의 함량은 상대적으로 낮게 측정되었다(표 1). 그러나 8 m, 10 m, 11 m, 12 m, 14 m, 17 m, 29 m, 32 m, 40 m, 66 m, 69 m, 70 m, 85 m 지점들에서 Cr의 함량이 상대적으로 높은 0.3% 이상이 인지되었다(그림 9; 표 1). 그러나 8-18 m 구간의 경우 트렌치 단면의 상부가 mining dump들에 의해 피복되어 있기 때문에 이들의 영향에 의해 상대적으로 Cr의 함량이 높게 나타난 것으로 해석된다(그림 8; 표 1). 또한 29-32 m 구간과 66-70 m 구간은 단면 상부에 작은 수로가 발달하여 상부에 위치하는 노천채굴적에서 흘러내린 광석들에 의해 Cr의 함량이 상대적으로 높게 나타난 것으로 해석된다(그림 9). 그러나 40 m 지점의 경우 더나이트 분포지역으로 상대적으로 높은 Cr 성분이 인지되었다(그림 9; 표 1). 이는 조사지역에 발달하는 크롬철석 광체가 더나이트 분포지역에서 나타나는 것과 상관성이 있는 것으로 해석된다. 그러나 앞서 언급했듯이 노두상이나 XRF 분석에서 뚜렷한 크롬철석의 분포 및 높은 함량은 나타나지 않는다. 이는 크롬철석 광체가 연장이 되지 않거나 산점상, 포켓상 또는 렌즈상으로 발달할 가능성을 지시하는 것으로 해석된다.

Table 1.

Results of the XRF analysis on the trench section.

5. 결 론

미얀마 북부 보피붐 크롬철석 광화대에 대한 정밀지표지질조사 및 광화대 연장성 확인을 위한 트렌치 조사를 실시하였으며, 이를 정리하면 다음과 같다.

1) 연구지역에 분포하는 암석은 암회색 내지 흑색의 하즈버자이트, 사문암 및 더나이트이며, 이를 제4기 충적층이 피복하고 있다.

2) 연구지역 내 크롬철석 광화대의 연장성 확인을 위해 서북서-동남동 방향에서 남쪽으로 휘어지며 북북동-남남서 방향으로 트렌치 조사를 실시하였으며, 트렌치 규모는 연장 100 m와 높이 1-3 m의 규모로 실시되었다.

3) 트렌치 단면에 대한 정밀조사 결과 육안상 뚜렷한 크롬철석의 연장성이 확인되지 않았으며, 이는 크롬철석이 산점상, 포켓상 또는 렌즈상으로 발달할 수 있을 가능성을 지시하는 것으로 보이나, 추가적인 정밀 조사 및 트렌치 조사가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

4) 휴대용 XRF를 이용한 단면에 대한 분석 결과 뚜렷하게 크롬철석이 인지되지는 않았으나, 더나이트가 분포하는 부분에서 상대적으로 높은 Cr 성분이 인지되었으며, 이는 노두상에서 더나이트 내 크롬철석이 세립질의 산점상으로 발달하는 것과 같은 것으로 해석된다.

Acknowledgments

본 연구는 한국지질자원연구원이 수행하고 있는 미래창조과학부 부처임무형 사업인 “해외 광물자원탐사 및 자원량 평가(14-1121)”과제의 일환으로 수행되었습니다. 그리고 논문을 꼼꼼히 검토하여 유익한 조언을 해주신 편집위원님, (주)넥스지오 정의진 박사님과 익명의 심사위원님들에게도 감사를 드린다.

References

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