KIGAM 한국지질자원연구원

조성준 책임연구원

(광물자원연구본부 탐사개발연구실)

 땅 속을 알고 싶고, 보고 싶어 하는 인간의 호기심은 지질학이라는 학문을 발전시켰다. 

1815년에는 영국의 윌리엄 스미스가 지도 위에 지질을 표기한 지질도를 최초로 작성하였고, 

이후 2차원 평면 지질도는 지질도의 표준이 되었다. 

한국지질자원연구원 역시 국내 지질도 발간을 연구원의 중요한 사명으로 삼고 지도 제작을 위해 노력하고 있다. 

또한 오늘날에는 땅 속을 3차원으로 보고 싶어 하는 사람들의 열망이 평면 지질에서 

땅 속까지 연장된 단면도를 만들어 내기에 이르렀는데 

그것을 3D 지질모델링이라고 한다.

모델링이란

20세기 들어 컴퓨터의 발전은 많은 것을 바꾸어 놓았다. 설계 분야에서 CAD가 도입되어 수작업으로 하던 많은 작업들이 자동화 되었다. 지질도 제작에서 컴퓨터 도입의 시초는 1970년대 포트란 언어와 플로터를 이용해 지질 등고선을 자동적으로 생성시킨 것이다. 컴퓨터의 발전과 더불어 발달한 분야가 바로 모델링 분야이다. 모델링이란 우리가 만나는 자연적, 인공적인 현상들을 수학적 방정식으로 표현하고 이를 수치로 계산해 다양한 입력 변수 조절을 통해 결과를 예측하는 기술이다. 현재 모델링 기술은 전 분야의 학문에서 가장 중요한 도구의 하나로써 역할을 하고 있다. 우리가 매일 접하는 날씨 예측도 이러한 모델링의 결과이며, 컴퓨터로 구현된 자동차 충돌 실험도 모델링의 좋은 예라고 할 수 있다.

3D 지질모델링의 발전

3차원 상에서 존재하는 땅 속을 있는 그대로 표현하기 위해 컴퓨터를 이용하기 시작한 것은 1980년대부터이다. 가장 먼저 도입한 분야는 석유탐사 분야였다. 20세기 후반 들어서 석유탐사는 해양석유탐사가 주를 이루었는데, 탄성파탐사를 통해 유망광구를 선정하고 시추하기까지 천문학적인 비용이 필요하고 실패할 위험성이 크다는 단점이 있었다. 이러한 리스크 저감을 위해서 바다 밑 지질의 정확한 예측이 필요했다. 이런 필요에 의해서 탄성파탐사를 통해 얻어진 지질경계를 이용해 바다 밑 3차원 지질모델을 작성해 시추의 성공률을 높이고, 발견된 저류층의 평가와 생산 모델링까지 이어지는 환경의 구축이 일반화되기 시작했다.

일반적으로 3D 지질모델링이란 지질도를 컴퓨터에서 3차원으로 그리는 것이라고 생각하기 쉽다. 실제 3D 지질모델링은 평면 지질도와 단면 지질도를 이용, 지질구조선을 추출해 단층면을 묘사하고, 지층면을 그리는 것으로 시작된다. 그런데 이러한 단층면과 지층면의 정합과 심부 연장에 대해서는 정확한 정보가 매우 부족하기 때문에 시추 나 물리탐사 자료를 이용해 유추하기도 하고, 수학적 인 모델링 기법으로 계산해 만들어 내기도 한다. 지질학적인 현상을 수학적 방정식으로 만들어, 이를 수치 적으로 계산하는 과정이 포함되기 때문에 모델링이 란 명칭이 붙게 된 것이다. 

세계 유수의 지질자원 연구소나 관련 기업들은 자원의 탐사와 개발을 위해 대상 지역의 3D 지질모델링을 시작하는 게 일반화 되었으며, 유망 분지나 광화 대의 광역적인 규모의 3D 지질모델링을 완성해가고 있는 상태이다. 한국지질자원연구원도 2013년부터 국내 대표적 광화대인 남부태백산 광화대를 대상으로 3차원 지질모델 링을 구현하였으며, 이를 고도화하고 광역화하는 연구를 진행하고 있다. 이러한 3D 지질모델링은 땅 속의 3차원 지질도를 만들었다는 것뿐만 아니라 3차원 지질모델링 소프트웨어를 플랫폼으로 하는 3차원 GIS 데이터베이스를 구축했다는 데 의의가 있다. 이를 기반으로 잠재광상이 나 지질재해를 예측하게 됨으로써 활용적인 측면에서 더욱 주목을 받게 되었다. 같은 맥락으로 광산규 모에서 3D 지질모델링은 매장량을 평가하고 품위 분포를 산정하며, 채광 설계 소프트웨어와 연계되어 채광 설계와 생산 시뮬레이션에도 활용된다. 

3D 지질모델링의 필수 시대 

전 세계적으로 3D 지질모델링을 기반으로 지질자원 분야의 다양한 정보자료 융합이라는 새로운 패러다임의 시대가 오고 있다. 이제 3D 지질모델링은 더 이 상 선택이 아닌 필수의 시대가 된 것이다. 또한 3D 지질모델링은 새로운 광상 발굴 등 자원탐사 및 개발 분야에 있어 획기적인 기술로 평가받고 있다. 하지만 국내 지질전문가들 중에는 3D 지질모델링의 필요성을 인정하는 사람들도 있는 반면 아직도 거부감을 드러내는 사람들도 존재하는 것이 사실이다. 1990년대 말, 처음 디지털 카메라가 나왔을 때, 낮 은 화소수와 조악한 화질 때문에 중요한 사진은 아날로그 카메라로 찍어 현상을 해야만 했던 시절이 있었 다. 하지만 그 후 10년이 채 되지 않아 디지털 카메라 의 비약적인 발전으로 아날로그 카메라는 퇴출되었고 많은 사진 현상소가 문을 닫게 되었다. 

그만큼 오늘날의 기술은 그 속도를 따라잡지 못할 만큼 빠르게 발전하고 있는 것이다. 지질자원 분야 역시 마찬가지이다. 3D 지질모델링의 실질적인 구현은 아직 시작 단계지만 이미 변화는 시작되었고 정보통신 기술(ICT, Information and Communications Technologies) 발전이라는 상황을 고려한다면 이미 루비콘 강을 건넜음은 확실하다.