Spectral Induced Polarization Characteristics of Rocks in Gwanin Vanadiferous Titanomagnetite (VTM) Deposit

관인 함바나듐 티탄철광상 암석의 광대역 유도분극 특성

Induced polarization (IP) effect is known to be caused by electrochemical phenomena at interface between minerals and pore water. Spectral induced polarization (SIP) method is an electrical survey to localize subsurface IP anomalies while injecting alternating currents of multiple frequencies into the ground. This method was effectively applied to mineral exploration of various ore deposits. Titanomagnetite ores were being produced by a mining company located in Gonamsan area, Gwanin-myeon, Pocheon-si, Gyeonggi-do, South Korea. Because the ores contain more than 0.4 w% vanadium, the ore deposit is called as Gwanin vanadiferous titanomagnetite (VTM) deposit. The vanadium is the most important of materials in production of vanadium redox flow batteries, which can be appropriately used for large-scale energy storage system. Systematic mineral exploration was conducted to identify presence of hidden VTM orebodies and estimate their potential resources. In geophysical exploration, laboratory geophysical measurement of rock samples is helpful to generate reliable property models from field survey data. Therefore, we performed laboratory SIP data of the rocks from the Gwanin VTM deposit to understand SIP characteristics between ores and host rocks and then demonstrate the applicability of this method for the mineral exploration. Both phase and resistivity spectra of the ores sampled from underground outcrop and drilling cores were different of those of the host rocks consisting of monzodiorite and quartz monzodiorite. Because the phase and resistivity at frequencies below 100 Hz are mainly dependent on the SIP characteristics of the rocks, we calculated mean values of the ores and the host rocks. The average phase values at 0.1 Hz were ores: -369 mrad and host rocks: -39 mrad. The average resistivity values at 0.1 Hz were ores: 16 Ωm and host rocks: 2,623 Ωm. Because the SIP characteristics of the ores were different of those of the host rocks, we considered that the SIP survey is effective for the mineral exploration in vanadiferous titanomagnetite deposits and the SIP characteristics are useful for interpreting field survey data.

유도분극 효과는 지층 내 광물입자와 공극수 사이 계면에서의 전기화학적인 반응에 의해 발생하는 것으로 알려졌다. 광대역 유도분극 탐사는 다중 진동수의 교류전류를 지하로 송신할 때 측정되는 위상과 전기비저항 스펙트럼으로부터 지층 내 이상 구간을 파악하는 전기탐사 기술이다. 이 기술은 다양한 광물탐사에서 효과적으로 적용되고 있다. 경기도 포천시 관인면 고남산 일대에는 티탄철광석을 개발하는 광산이 운영되고 있다. 이 광석에는 0.4% 이상의 바나듐을 함유하고 있어서 함바나듐 티탄철광상으로 분류된다. 바나듐은 바나듐 레독스 흐름전지의 핵심원료이고, 이 전지는 대용량 에너지 저장시설에 적합한 것으로 알려졌다. 신규 잠두광체의 부존 여부를 파악하고, 잠재 자원량을 산정하기 위하여 체계적인 광물탐사가 이뤄졌다. 물리탐사에서 노두와 시추코어 시료를 이용한 실내 암석 물성 측정결과는 현장자료부터 신뢰할 수 있는 물성 모델을 생성하는데 도움이 된다. 따라서 이 연구는 함바나듐 티탄철광상의 광석과 주변암석사이의 유도분극 특성 차이를 이해하고, 이를 바탕으로 광대역 유도분극의 VTM 광상 탐사 적용성을 파악하고자 실내 광대역 유도분극 연구를 수행했다. 연구결과 갱도와 시추코어에서 확인한 광석의 위상과 전기비저항 스펙트럼 형상은 몬조섬록암과 석영 몬조섬록암으로 이루어진 주변모암의 스펙트럼 형상과 확연하게 달랐다. 암석의 유도분극 특성은 주로 100 Hz 이하의 진동수에서 반응 차이를 가지게 만든다. 이 진동수 영역에서 광석과 주변 암석의 평균 위상과 평균 전기비저항을 계산했다. 가장 낮은 진동수인 0.1 Hz 진동수에서 광석의 평균 위상은 -369 mrad, 주변 암석은 -39 mrad 이었다. 같은 진동수에서 광석의 평균 교류 전기비저항은 16 Ωm, 주변 암석은 2,623 Ωm이었다. 광석의 실내 광대역 유도분극 특성은 주변 암석과 상당한 차이가 나므로 광대역 유도분극 탐사가 함바나듐 티탄철광상 광물탐사에 효과적으로 적용할 수 있고, 이러한 특성은 현장 탐사 자료를 해석하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.