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A Review on Coal Exploration in Indonesia: The Cases of Korean Publicprivate Cooperation
인도네시아 석탄 탐사에 관한 고찰: 해외자원개발 조사사업 지원사례들
Econ. Environ. Geol. 2022 Apr;55(2):149-69
Published online April 30, 2022;  https://doi.org/10.9719/EEG.2022.55.2.149
Copyright © 2022 The Korean Society of Economic and Environmental Geology.

Younggi Choi*, Byounghan Kim, Younghyun Song, Gyojin Keum, Junyoung Sung, Changwon Seo
최영기* · 김병한 · 송영현 · 금교진 · 성준영 · 서창원

Overseas Exploration Team, Korea Mine Rehabilitation and Mineral Resources Corp., Wonju 26464, South Korea
한국광해광업공단 해외조사팀
Received April 20, 2022; Revised April 26, 2022; Accepted April 26, 2022.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
 Abstract
Indonesia coal is widely consumed as a major energy source in Asian countries, such as China, India, and Korea. In the paper, the characteristics of the coal-bearing basin and coal deposits in Indonesia are comprehensively reviewed using the exploration data accumulated through the coal exploration projects supported by Korean government subsidy. Cenozoic coal bearing sedimentary basins in Indonesia extensively contain coal deposits and are most productive in East Asia. Properties of coal deposits are variable depending on stratigraphy, depositional histories and tectonics. Eocene coal deposits tend to have thinner coal thickness and fewer numbers of coal seams, but have been major exploration targets due to higher calorific value and good coal quality. Late Oligocene- Early Miocene coal deposits occur in small scales, but are suitable enough for small to medium-sized coal mines. Miocene-Pliocene coal deposits, which are widely distributed across East Kalimantan and Sumatra, are being actively mined by taking advantage of thick coal thickness and abundant reserves in spite of their lower calorific values. The experience of various exploration informs that we need to have an overall understanding on geological conditions for successful coal exploration. The details on coal-bearing basin and coal deposits in Indonesia provided through the paper will be useful data for up-coming exploration activities by Korean companies.
Keywords : coal exploration, Indonesia, coal-bearing basin, coal-bearing deposits, coal quality
Research Highlights
  • The characteristics of Indonesia coal deposits are reviewed using the exploration data accumulated through the coal exploration projects supported by Korean government subsidy.

  • Properties of coal deposits are variable depending on stratigraphy, depositional histories and tectonics.

  • The paper will be useful data for up-coming coal exploration activities by Korean companies

1. 서 론

해외자원개발 조사사업(이하 “조사사업”)은 민간분야의 해외자원개발 투자를 촉진하고, 해외자원개발의 성공률 제고를 위해 기술 및 자금지원을 수행하는 대한민국 정부의 민간보조사업으로, 1978년부터 대한광업진흥공사를 시작으로, 한국광물자원공사를 거쳐 오늘날은 한국광해광업공단이 이를 위탁 받아 국내 민간기업들을 지원해오고 있다. 특히, 불확실성이 큰 탐사단계의 사업들을 적극적으로 지원하여 국내기업들의 해외자원개발 진출 리스크를 경감하고자 노력해왔다.

인도네시아는 2000년대 중반이후 세계 석탄 생산량의 상당부분을 차지해왔으며, 오늘날에 이르러서는 세계 3위의 석탄자원 주요 생산국이다(IEA, 2021). 인도네시아의 석탄은 주로 중국, 인도, 한국, 일본 등 주요 아시아 국가들에 수출되고 있으며, 그에 따라 아시아 산업경제에 끼치는 영향력은 실로 막강하다. 이러한 시대적 맥락에 따른 민간기업들의 높은 수요로 인해, 오늘날까지 인도네시아 석탄 탐사사업은 해외자원개발 조사사업을 통해 가장 많이 지원된 국가이자 광종이다. 이로 인해, 인도네시아 석탄에 대한 방대한 양의 자료와 탐사 노하우(know-how)가 축적되었다. 본 논문에서는 그 동안의 탐사자료를 활용하여 인도네시아 함탄분지(coal-bearing basin)와 함탄층(coal bearing deposits)의 특성에 대해 종합하여 고찰하고자 한다. 본 논문의 목적은 민간에게 인도네시아 석탄 탐사에 관한 학술적인 배경지식을 제공함으로써 향후 우리나라 기업들의 탐사 효율성과 성공률을 제고함에 있다.

2. 인도네시아 신생대 함탄층 지질개요

인도네시아의 경제성 있는 신생대 제3기 석탄의 산출지역은 주로 동부 깔리만탄과 수마트라의 주요 분지에 국한되지만, 서부 술라웨시와 남서 자바에서도 국부적으로 산출된다(Fig. 1). 신생대 제3기동안에 해수면변동과 지구조 융기로부터 야기된 반복적인 해침과 해퇴의 윤회를 겪으면서 탄층(coal deposits or coal seam)이 발달하였다(Moss and Wilson, 1998). 특히 해침기(TST: Transgressive Systems Tract)와 고해수면기(HST: High-stand Systems Tract) 연계층(sequences)의 발달은 두꺼운 탄층의 퇴적과 보존을 야기하였다(Sloan et al., 1992; Zachos et al., 1993, 2001). 석탄의 기원이 되는 이탄 습지(peat swamp)는 연중 강우량이 풍부한 열대우림기후 하에서 호소(lacustrine), 충적평원(alluvial plain), 연안평원(coastal plain) 그리고 삼각주평원(delta plain)에서 최대로 발달하였으며, 이는 오늘날의 수마트라 동부 및 깔리만탄의 현생습지와 크게 다르지 않았을 것으로 여겨진다.

Figure 1. Map of Cenozoic coal-bearing sedimentary basins of Indonesia. Map sourced from ESDM (Ministry of Energy and Mineral Resources) of Indonesia. Red boxes indicate the areas of Figs. 3 and 9.

신생대 제3기 동안 인도네시아의 복잡한 지구조환경에 따른 함탄분지의 진화양상은 크게 세 단계로 에오세의 동시 열개 단계(syn-rift phase), 올리고세-마이오세의 후 열개 단계(post-rift phase), 그리고 마이오세-플라이오세 동안의 동시 조산 단계(inversion or syn-tectonic phase)로 요약될 수 있다(Fig. 2). 고제3기(Paleogene) 동안 유라시아판(순다랜드) 아래로 인도-호주판의 섭입에 수반되어 술라웨시 서부에서부터 깔리만탄 동부를 지나 자바해, 수마트라에 이르는 순다랜드 경계부를 따라 후열도 신장운동(back-arc extension)이 발생하고 열개분지들이 발달하기 시작하였다(Cole and Crittenden, 1997). 동시 열개 단계 동안 깔리만탄과 수마트라의 지구 내지 반지구의 열개분지들에서 선상지, 하성 그리고 호소 퇴적물들이 퇴적되었다. 이후 넓은 면적에 걸쳐 충적평원 내지 해안평원이 발달된 후 열개 단계(post-rift phase)로의 전환은 시기적으로 차이가 있으나 대체로 동부 깔리만탄에서는 후기 에오세-전기 올리고세에, 수마트라에서는 후기 올리고세에 일어났다. 후 열개 단계 동안 퇴적가능공간을 생성한 분지침강은 주로 열적침강(thermal sagging)에 의해 제어되었으며 퇴적물 부하(sediment loading)에 의해 강화되었다(Hall and Morley, 2004). 탄층은 층서적으로 동시 열개 단계에 쌓인 선상지, 하성 및 호소 퇴적물 사이에 일부 발달하였지만, 대게 그 위에 놓이는 후 열개 단계에 쌓인 해안평원 퇴적물 내에 발달하였으며, 그 위로 다시 해성층이 놓여 전체적으로 해침상 연계층을 이루었다(Friederich et al., 1995). 이러한 후기 에오세-전기 올리고세 석탄은 깔리만탄의 아셈아셈 분지 (Asem-Asem Basin), 바리또 분지(Barito Basin), 상부 꾸따이 분지(Upper Kutai Basin), 멜라위-케뚱가우 분지(Melawi-Ketungau Basins), 및 따라칸 분지(Tarakan Basin), 수마트라의 옴빌린 분지(Ombilin Basin)와 중부 수마트라 분지(Central Sumatra Basin)에서 주로 산출하며, 일부 소규모 탄층들이 술라웨시 남서부 및 자바 남서부의 열개퇴적층에서 국부적으로 산출한다. 후기 올리고세-전기 마이오세에 동부 깔리만탄과 수마트라의 주요 함탄분지들에서는 열적침강이 재개되었고, 이에 수반되어 해침이 광범위하게 발생하였다. 그 결과 초래된 고해수면기 동안에 인도네시아 전역에 걸쳐 석회암을 비롯한 해성층이 주로 퇴적되었다. 이때문에 올리고세-전기 마이오세의 탄층들은 육성층 일부에 국한되어 산출된다. 신제3기(Neogene) 동안 깔리만탄과 수마트라에서는 압축성 지구조운동으로 산맥이 융기하거나 부분적으로 분지역전이 발생하였다. 이러한 압축성 지구조환경의 동시 조산 단계에서는 융기된 지역들이 빠르게 삭박되어 다량의 퇴적물이 공급되었으며, 이에 따라 분지의 퇴적중심지를 향해 전진구축(progradation)하는 하성-삼각주 퇴적계가 우세하게 발달하였다. 이와 연관되어 해안과 가까운 저지대의 해안평원 내지 삼각주평원에서 발달된 이탄 습지환경에서 오랫동안 지속된 퇴적작용으로 두꺼운 탄층들이 형성되었다(Esterle and Ferm, 1994; Friederich et al., 1999). 중기-후기 마이오세 탄층은 깔리만탄의 하부 꾸따이 분지(Lower Kutai Basin)와 바리또 분지(Barito Basin), 그리고 남부 수마트라 분지(South Sumatra Basin)에서 주로 산출되며, 수마트라의 벙클루분지(Bengkulu Basin)와 깔리만탄 북동부의 따라칸 분지(Tarakan Basin)에서도 일부 산출된다. 전진구축하는 삼각주 퇴적계는 플라이오세-플라이스토세를 거쳐 오늘날까지 이어지고 있으나, 플라이오세 이후의 탄층은 지질학적으로 젊은 연령에 따른 미성숙한 탄화로 일반적으로 개발대상으로 고려되지 않는다.

Figure 2. Correlation chart of Cenozoic coal-bearing sedimentary basins of Indonesia. Modified from Friederich et al. (2016). CS: Central Sumatra Basin, SS: South Sumatra Basin, BAR: Barito Basin, AA: Asem-Asem Basin, KUT: Kutai Basin.
3. 인도네시아 신생대 함탄분지와 함탄층 각론

이 장에서는 인도네시아의 신생대 제3기 주요 함탄분지와 함탄층의 특성에 대해 종합하여 기술하겠다. 검토 대상은 인도네시아의 대표적인 석탄 생산지역인 동부 깔리만탄과 남부 수마트라에서 2000년부터 2021년까지 조사사업으로 지원된 61건의 석탄 탐사사업들로써, 지표지질조사, 시추탐사 및 공업분석(proximate analysis) 자료를 비롯한 방대한 양의 탐사자료들이 활용되었다. 각 탐사사업의 위치는 Figure 3Figure 9에서 확인할 수 있다. 탐사 당시 탄질 평가를 위한 공업분석은 인도네시아에 소재한 Sucofindo, Carsurin, Intertek, Geoservices과 같은 전문 분석 기관들에서 수행되었다. 분석된 시료들은 노두, 트렌치(trench), 시추코어 그리고 채광장(pit)에서 채취되었으며, 실험은 국제 표준화 기구(ISO: International Organization for Standardization)와 미국재료시험학회(ASTM: American Society for Testing and Materials)의 시험규격에 따라 수행되었다. 단, 오랜 지표노출에 따른 풍화 및 변질, 시료채취 오류에 기인한 이질물의 혼합 등에 따라 회분(ash)의 함량이 과도하게 높아(30% 이상) 탄질을 대표할 수 없다고 판단되는 분석 값들은 제외시켰다. 이에 따른 결과는 Table 1에 요약되어 있다.

Table 1 . Summary of coal quality, coal classification and occurrence

codenAverage coal qualityASTM classificationOccurrence
TM (ar)IM (adb)AC (adb)VM (adb)FC (adb)TS (adb)CV (adb)BasinFormationThickness
(%)(%)(%)(%)(%)(%)(kcal/kg)(m)
Tet-1156.54.83.342.349.61.327359High volatile B bituminous coalBaritoTanjung0.5 - 5.0
Tet-2617.99.85.642.142.51.956335High volatile C bituminous coalBaritoTanjung0.3 - 1.2
Tet-3273.52.815.640.541.12.076696High volatile A bituminous coalBaritoTanjung≤2.0
Tet-463.93.06.745.345.00.437380High volatile A bituminous coalBaritoTanjung≤1.5
Tet-524.13.09.342.645.20.877045High volatiel A bituminous coalAsem-AsemTanjung1.0 - 8.6
Tet-627.85.15.244.045.70.867020High volatiel B bituminous coalAsem-AsemTanjung≤1.9
Tet-7104.93.910.944.241.00.576842High volatiel B bituminous coalAsem-AsemTanjung0.8 - 2.4
Tet-837.54.78.344.942.12.646901High volatiel B bituminous coalAsem-AsemTanjung0.5 - 7.0
Tet-978.06.010.143.840.10.466536High volatiel B bituminous coalAsem-AsemTanjung0.1 - 2.9
Tomm-1196.84.96.142.946.21.957181High volatile B bituminous coalBaritoMontalat0.3 - 2.0
Tomm-22727.116.04.238.341.50.345632Subbituminous A coalBaritoMontalat0.3 - 4.2
Tomm-35222.012.98.038.540.62.175765Subbituminous A coalBaritoMontalat0.2 - 1.3
Tomm-4842.013.47.841.137.70.515269Subbituminous B coalBaritoMontalat0.4 - 1.2
Tomm-55033.613.48.940.637.00.975358Subbituminous A coalBaritoMontalat0.2 - 2.6
Tomm-6232.617.22.537.143.20.385624Subbituminous B coalBaritoMontalat0.2 - 3.0
Tomk-146.72.210.811.875.22.217368SemianthraciteBaritoKaramuan1.0 - 4.5
Tmw-1734.118.13.041.337.70.385294Subbituminous B coalBaritoWarukin1.5 - 18
Tmw-22731.316.37.439.037.32.355197Subbituminous B coalBaritoWarukin0.5 - 3.7
Tmw-3536.215.44.440.240.11.585520Subbituminous B coalBaritoWarukin2.0 - 5.0
Tmw-41248.615.82.443.138.80.145382Subbituminous B coalBaritoWarukin0.3 - 2.4
Tmw-5718.710.77.142.839.30.336028High volatile C bituminous coalBaritoWarukin0.5 - 3.0
Tmw-61229.618.63.739.338.40.325195Subbituminous B coalAsem-AsemWarukin1.5 - 22.5
Tmw-71231.913.74.742.740.30.845468Subbituminous B coalAsem-AsemWarukin1.0 - 8.6
Tmw-8835.114.37.142.935.81.415355Subbituminous B coalAsem-AsemWarukin0.5 - 3.4
Tmw-96031.412.64.941.940.60.725423Subbituminous B coalAsem-AsemWarukin0.1 - 4.9
Tmpb-14019.514.22.640.642.60.895873Subbituminous A coalKutaiPulaubalang2.0 - 10.0
Tmpb-2338.82.611.339.047.11.917050High volatile A bituminous coalKutaiPulaubalang0.2 - 1.2
Tmpb-3814.111.52.341.544.71.006408High volatile C bituminous coalKutaiPulaubalang1.5 - 8.0
Tmpb-42116.912.22.742.442.81.526032Subbituminous A coalKutaiPulaubalang0.7 - 4.0
Tmpb-5345.919.43.239.937.30.415091Subbituminous C coalKutaiPulaubalang1.0 - 3.5
Tmpb-61222.416.92.639.940.62.965656Subbituminous B coalKutaiPulaubalang0.4 - 0.5
Tmpb-7323.117.42.340.439.91.685579Subbituminous B coalKutaiPulaubalang0.5 - 1.0
Tmpb-8159.26.64.442.646.41.836853High volatile C bituminous coalKutaiPulaubalang0.4 - 1.3
Tmbp-17NA12.61.141.045.40.386245Subbituminous A coalKutaiBalikpapan2.0 - 8.0
Tmbp-2718.814.86.038.740.61.055737Subbituminous A coalKutaiBalikpapan0.5 - 5.8
Tmbp-3816.212.24.440.443.11.416090High volatile C bituminous coalKutaiBalikpapan0.1 - 3.4
Tmbp-41034.715.41.943.639.80.205585Subbituminous B coalKutaiBalikpapan1.0 - 6.0
Tmbp-5631.020.73.539.236.61.445039Subbituminous C coalKutaiBalikpapan0.6 - 1.8
Tmbp-6333.017.65.041.536.00.165168Subbituminous B coalKutaiBalikpapan1.1 - 10.2
Tmbp-7439.812.39.940.537.31.455103Subbituminous B coalKutaiBalikpapan0.3 - 1.2
Tmbp-8636.112.910.539.936.71.935039Subbituminous B coalKutaiBalikpapan1.0 - 2.0
Tmbp-9627.516.59.036.638.00.554913Subbituminous B coalKutaiBalikpapan1.5 - 11.9
Tmbp-10198.46.46.542.644.42.106705High volatile B bituminous coalKutaiBalikpapan≤2.6
Tpkb-1650.222.63.041.033.50.214896Subbituminous C coalKutaiKampungbaru0.5 - 1.5
Tpkb-2346.322.54.339.933.40.214772Subbituminous C coalKutaiKampungbaru4.5 - 8.3
Tpkb-35435.315.37.138.937.90.155092Subbituminous B coalKutaiKampungbaru1.5 - 7.2
Tmpm-11932.215.35.838.938.50.365309Subbituminous B coalSouth SumatraMuara Enim0.8 - 3.6
Tmpm-21828.715.33.042.439.30.605732Subbituminous A coalSouth SumatraMuara Enim5.6 - 16.0
Tmpm-3357.713.15.844.936.20.485489Subbituminous A coalSouth SumatraMuara Enim0.6 - 9.7
Tmpm-4541.712.52.244.340.91.155817Subbituminous A coalSouth SumatraMuara Enim0.6 - 20.8
Tmpm-51245.113.96.643.336.10.405160Subbituminous B coalSouth SumatraMuara Enim0.5 - 1.0
Tmpm-61047.115.74.641.538.20.405430Subbituminous B coalSouth SumatraMuara Enim1.6 - 11.0
Tmpm-7340.415.15.142.537.30.265417Subbituminous B coalSouth SumatraMuara Enim0.5 - 4.0
Tmpm-8922.010.42.441.945.30.516244High volatile C bituminous coalSouth SumatraMuara Enim4.6 - 12.0
Tmpm-914032.012.15.841.740.41.175831Subbituminous A coalSouth SumatraMuara Enim1.2 - 9.5
Tmpm-101338.514.211.040.534.40.845045Subbituminous B coalSouth SumatraMuara Enim1.0 - 20.0
Tmpm-119128.911.86.342.639.41.145641Subbituminous A coalSouth SumatraMuara Enim1.0 - 18.0
Tmpm-126133.113.29.441.336.30.435459Subbituminous A coalSouth SumatraMuara Enim0.5 - 4.5
Tmpm-133827.312.39.540.737.61.155483Subbituminous A coalSouth SumatraMuara Enim1.6 - 7.5
Tmpm-143634.713.38.640.937.10.885365Subbituminous A coalSouth SumatraMuara Enim2.0 - 14.6
Tml-1478.91.610.124.963.40.867450Medium volatile bituminous coalBengkuluLemau0.5 - 5.0
Tml-21113.56.47.821.963.90.416537Medium volatile bituminous coalBengkuluLemau1.0 - 5.5
Tml-32118.610.310.239.340.20.455601Subbituminous A coalBengkuluLemau0.4 - 14.8

Figure 3. General geological map of the Eastern Kalimantan showing the locations of the coal exploration projects by Korean companies. The geological map was redrawn from Roe (1957).
Figure 9. Simplified geological map of the Sumatra showing the locations of the coal exploration projects by Korean companies. The geological map was redrawn from Crow and Barber (2005).

3.1. 동부 깔리만탄

동부 깔리만탄에 위치하는 대표적인 함탄분지는 꾸따이 분지, 바리또 분지, 아셈아셈 분지, 따라칸 분지가 있다(Fig. 3). 다수의 기존 연구들에서 에오세 퇴적층들의 유사성에 근거하여, 이 퇴적분지들을 묶어 동부 깔리만탄을 아우르는 소위 ‘그레이트 동깔리만탄 분지(Great East Kalimantan Basin)’로 일컫는다(van Bemmelen, 1949; Panggabean, 1991; Pieters et al., 1987; van de Weerd and Armin, 1992). 에오세 동안 깔리만탄과 술라웨시 사이의 마카사르 해협과 셀레베스해가 열리고 확장됨과 동시에 깔리만탄 남동부에서 일련의 방향성을 가진 열개분지들이 발달하기 시작하였다. 뒤이은 분지확장과 침강 이후, 후기 올리고세-전기 마이오세에 깔리만탄 북부지역과 미소대륙지각들간의 충돌에 기인하여 현재의 분지경계를 이루는 북서-남동 방향의 구조선들(Adang Fault Zone, Sangkulirang Fault Zone)을 따라서 별개의 분지들로 나뉘어졌다. 신제3기에 걸쳐 깔리만탄 중앙 산맥지역을 비롯한 지각 융기대에서 다량의 퇴적물이 공급되어 동부깔리만탄의 퇴적분지들에서는 퇴적작용이 지속되었다(Moss and Chambers, 1999; van de Weerd and Armin, 1992; Chambers and Daley 1997; Won et al., 2018).

3.1.1. 바리또 분지와 아셈아셈 분지

3.1.1.1. 층서와 퇴적환경

깔리만탄 남동부에 위치하는 바리또 분지는 약 70,000km2의 면적을 차지하며, 분지충전물(basin-fills)의 두께는 약 6,000m로 추정된다(Hamilton, 1979). 바리또 분지의 층서는 하부에서부터 딴중층(Tanjung Formation), 버라이층(Berai Formation), 몬탈랏층(Montalat Formation), 와루킨층(Warukin Formation) 및 다호르층(Dahor Formation)의 암층서 단위로 구성된다(Fig. 4).

Figure 4. Generalized stratigraphy of the Barito Basin modified from Witts et al. (2011).

신생대 초 인도-호주판의 사교섭입(oblique subduction)에 기인한 신장력이 바리또 지역에 작용하여 북서-남동방향의 열개분지들이 형성되기 시작하면서 기반암 위로 부정합적으로 딴중층이 퇴적되었다. 딴중층은 중기 에오세부터 전기 올리고세 말까지 퇴적되었으며 해침상의 퇴적환경변화를 기록한다(Witts et al., 2011, 2012). 딴중층의 하부구간은 분지형성 초기에 지루(horst)와 같은 인근 융기대로부터 공급된 조립질 퇴적물이 쌓이는 충적선상지와 호성환경에서 퇴적되었다. 중부구간은 연안평원과 얕은 만(shallow embayment) 환경의 퇴적물로 구성되며, 상부로 갈수록 점진적인 해침에 의해 셰일과 탄산염암이 우세한 천해환경 퇴적물로 전이된다(Witts et al., 2011, 2012).

중기 올리고세 동안의 길지 않은 해퇴기 이후 발생한 분지침강은 해침을 재개시켰다. 후기 올리고세는 천해환경의 탄산염대지(carbonate platform)의 발달로 특징지어지고, 그 결과 탄산염암이 우세한 버라이층이 광역적으로 퇴적되었다. 서쪽의 순다대지 융기부로부터 쇄설성 퇴적물의 공급이 증가한 전기 마이오세에 이르러 탄산염암의 퇴적작용은 종료되었다. 한편, 버라이층이 퇴적되는 동안 해수면 아래로 잠기지 않은 육성환경에서는 조간대 및 하성-삼각주 퇴적층인 몬탈랏층이 퇴적되었다(Supriatna et al., 1994).

마이오세 동안 스크와너 복합체와 메라투스 산맥의 융기에 상응하여 해수면은 상대적으로 하강하고 해퇴가 일어났다. 융기하는 메라투스 산맥에 대해 전지(foreland)위치에 해당하는 바리또 분지에서는 지각평형적 침강(isostatic subsidence)이 일어났고, 그 결과 융기한 산맥으로부터 다량의 퇴적물이 공급되어 동쪽으로 전진구축하는 하성-삼각주 환경에서 중기 마이오세 와루킨층이 두껍게 퇴적되었다(Satyana et al., 1999). 뒤이어 플라이오세-플라이스토세까지 계속된 메라투스 산맥의 융기 동안 몰라세-삼각주(molassic-deltaic) 퇴적체인 다호르층이 퇴적되었다(Satyana et al., 1999).

메라투스 산맥의 융기 이전까지는 바리또 분지와 아셈아셈 분지의 퇴적중심지가 연결되어 있어 소위 ‘원시 바리또 분지(Proto Barito Basin)’라 불리는 단일 분지로 존재하였으나, 메라투스 산맥의 융기에 의해 서쪽의 바리또 분지와 동쪽의 아셈아셈 분지로 분리되었다. 이런 이유로 두 분지는 동일한 암층서 체계를 공유한다.

3.1.1.2. 탄층의 발달양상 및 탄질

바리또 분지와 아셈아셈 분지에서 탐사 및 개발대상이 되는 주요 함탄층으로 에오세 딴중층과 마이오세 와루킨층이 있으며, 일부 후기 올리고세-전기 마이오세의 함탄층 또한 탐사 및 개발 대상이 되기도 한다(Fig. 5a, 5b, 5c, 5d, 5i).

Figure 5. Selected photographs of the coal-bearing deposits in Eastern Kalimantan (Barito Basin, Asem-Asem Basin and Kutai Basin) during the coal exploration projects. (a) Tanjung Formation (Tet-9). (b) Warukin Formation (Tmw-1). (c and d) Montalat Formation (Tomm-1). (e) Pulaubalang Formation. (f) Balikpapan Formation. (g and h) Kampungbaru Formation. Note the weakly coalified (lignite rank) coal sample. (i) An example of core logging sheet of the Tanjung Formation (Tet-6).

딴중층(중기 에오세-전기 올리고세): 본 층은 역암, 사암, 이암, 석회질 이암 및 석회암으로 구성되며, 7~12매의 탄층(coal seam)을 포함한다(Fig. 5a, 5i). 탄층의 탄폭은 최대 약 9m에 이르기도 하나, 일반적으로 4~6m 범위를 가진다. 탄층은 대체로 급작스러운 두께 변화 없이 측방으로 연속적인 경향을 보인다(Friederich et al, 1995). 탄질을 살펴보면, 평균 고유수분 함량은 2.8~9.8%로 대체로 낮고, 평균 발열량의 범위는 6,335~7,359kcal/kg로 고열량의 특성을 보여주어 ASTM 분류상 역청탄(high volatile C to A bituminous coal)으로 분류된다. 기반암 직상부에 놓이는 딴중층은 층서적으로 분지충전물의 최하부층이기 때문에 오랜 시간 동안 깊이 매장되었으며, 그 결과로 높은 열적성숙도(thermal maturity)를 경험한 것으로 사료된다. 평균 회분 함량은 3.3~15.6%의 범위로, 대체로 중~고회분의 특성을 보인다. 평균 황 함량의 범위는 0.43~2.64%로 대체로 중~고유황의 특성을 보인다. 딴중층 내 탄층의 황 함량은 해성층의 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Friederich et al., 1999). 즉, 탄층의 상반에 해성층이 놓이는 경우 탄층의 상부구간이 고유황의 특성을 보이는 경향이 있다.

와루킨층(중기 마이오세): 본 층은 주로 담회색 장석질 세립사암, 회색 이암 내지 암회색 셰일, 회색 실트암 및 석탄으로 구성되며, 10~16매의 탄층을 포함한다(Fig. 5b). 와루킨층은 딴중층과 함께 남부 깔리만탄에서 활발히 개발되는 주요 함탄층으로, 딴중층에 비하여 저열량탄이나 일반적으로 탄층들이 두껍게 발달하는 것으로 알려져 있다. 본 층을 대상으로 개발하는 세계적인 대형 광산인 바리또 분지의 Adaro 광산 및 아셈아셈 분지의 Arutmin 광산에서는 각각 50m와 60m에 이르는 두꺼운 탄폭의 탄층들이 산출하며, Adaro 광산의 경우 탄층들의 누적 두께는 150m에 달하는 것으로 보고되었다(Friederich et al., 1995, 1999; Friederich and Leeuwen, 2017). 조사사업의 탐사사례들에서도 탄층들은 대체로 1~8m의 양호한 탄폭으로 산출되었으며, 특히, Tmw-1과 Tmw-6은 각각 최대 탄폭이 18m와 22.5m에 달하는 탄층들을 포함한다(Fig. 5b). Tmw-6은 또한 약 2,200m 이상의 양호한 측방 연장성을 가지며 산출한다. Tmw-5를 제외한다면, 평균 발열량은 5,195~5,468kcal/kg의 범위를 가지며 ASTM 분류상 모두 아역청탄(subbituminous B coal)으로 분류된다. Tmw-5의 경우, 평균적인 와루킨층의 석탄보다 고유수분 함량이 다소 낮고, 발열량이 다소 높아 ASTM 분류상 역청탄(high volatile C bituminous coal)으로 분류된다. Tmw-5는 탄층의 경사가 60~80°로 고각이며, 시료채취 위치에 따라 발열량의 범위가 5,370~6,787kcal/kg로 편차가 크다. 따라서 높은 탄화는 구조적 요인에 기인하는 것으로 추정되나 명확치는 않다.

일찍이 Adaro 및 Arutmin 광산의 탄질이 회분과 황 함량이 매우 낮은 저회분, 저유황의 갈탄 내지 아역청탄으로 알려지면서(Friederich et al., 1999), 와루킨층의 석탄은 열량이 다소 낮음에도 불구하고 친환경 청정탄으로 주목받아왔다. 조사사업 사례들에서는 평균 회분 함량 7%이하, 평균 황 함량 0.1~0.3% 범위로 대부분이 저회분, 저유황의 특성을 가지나, 몇몇은 평균 황 함량 1%를 상회하여 일반적 추세에 부합되지 않았다.

후기 올리고세-전기 마이오세 함탄층: 후기 올리고세-전기 마이오세 동안 깔리만탄 남동부에서는 주로 천해환경에서 탄산염대지(carbonate platform)의 발달로 탄산염암이 우세한 버라이층이 광역적으로 퇴적되었다. 동시기에 광역적인 해수면 상승에도 불구하고, 물에 잠기지 않은 육성 및 해안인근 환경에서는 육성기원의 몬탈랏층과 까라무안층이 퇴적되었다. 그 결과 두 육성층은 탄층을 일부 포함하나, 에오세 및 마이오세 함탄층에 비하여 상대적으로 개발 매력도가 떨어져 주된 탐사 및 개발대상으로 주목받지 못했다.

몬탈랏층은 주로 세립질 사암, 실트암 및 이암의 교호층으로 구성되며, 소량의 이회암, 석회암 및 석탄을 포함한다(Fig. 5c, 5d). 조사사업 사례들에서 몬탈랏층의 탄층은 일반적으로 0.5~2m 범위의 탄폭으로 산출되나, 최대 탄폭 4m에 달하기도 한다. 평균 회분함량 9% 미만으로 저~중회분의 특성을 보이나, 평균 황 함량은 0.34~2.17% 범위로 지역에 따라 변동폭이 큰 것으로 나타났다. Tomm-1을 제외한다면, 평균 발열량은 5,269~5,765kcal/kg 범위로 ASTM 분류상 아역청탄(subbituminous B to A coal)에 해당한다. Tomm-1은 평균 고유수분 함량이 4.9%로 낮고, 평균 발열량이 7,181kcal/kg로 높아 ASTM 분류상 역청탄(high volatile B bituminous coal)으로 분류된다. Tomm-1의 광구 동측 경계부에서 딴중층을 몬탈랏층 위로 충상시키는 남-북 방향의 역단층과 이에 수반된 다수의 습곡구조들이 발달한다(Fig. 6a). 이러한 양상을 고려할 때, 석탄의 높은 탄화는 구조운동에 따른 열과 압력에 기인하는 것으로 해석된다.

Figure 6. (a) Geological map of the survey area for Tomm-1. (b to d) Contractional deformation in the Karamuan Formation (Tomk-1), cutting up section northly. (b) Geological sketch of the coal pit with structural interpretation. (c and d) Photographs of the highly deformed pit section. Note the faulted coal seam block, fault rocks (cataclasis) and fault related folds. The coal seam block is ranked as semianthracite in the ASTM classification.

까라무안층은 주로 이암, 사암 및 역암으로 구성되며, 소량의 석탄, 탄산염암 및 응회질 퇴적암을 포함하는 것으로 알려져 있다. 본 층은 광역지질도(Supriatna and Abidin, 1995) 외에는 문헌을 통해 보고된 바가 많지 않으며, 바리또 분지의 층서를 논할 때 포함되지 않는 경우가 많다. 까라무안층을 대상으로 수행된 조사사업은 Tomk-1 1건에 불과하다. Tomk-1의 채굴적(pit) 단면에서 노두규모로 관찰되는 탄층은 구조운동에 의해 규제된 양상을 잘 보여준다(Fig. 6b, 6c, 6d). 경사가 거의 수직에 가까운 탄층(seam 2)의 하부가 충상단층에 의해 급격하게 단절되었으며, 단절된 탄층 주변으로 단층암과 단층점토, 열수변질대와 비대칭 습곡의 발달 등 압축성 구조운동의 증거들이 다수 확인된다. 탄질 분석결과, 평균 고유수분과 휘발분 함량은 각각 2.2%와 11.8%로 낮은 반면, 평균 고정탄소 함량과 발열량은 각각 75.2%와 7,368kcal/kg로 매우 높아 ASTM 분류상 무연탄(semianthracite)으로 분류된다. 후기 올리고세-전기 마이오세의 지질연대와 까라무안층의 층서적 위치를 고려할 때, Tomk-1의 강한 탄화는 이차적으로 진행된 것으로 판단된다. 즉, 노두규모에서 확인되는 충상단층과 이에 규제된 탄층의 산출양상을 고려할 때, Tomk-1의 강한 탄화는 압축성 구조운동의 결과로 해석된다. 하지만, 높은 탄의 등급에도 불구하고, 구조적 변형이 집중되었기에 경제성 있는 탄층을 확보하기에 어려운 부존여건으로 사료된다.

3.1.2. 꾸따이 분지

3.1.2.1. 층서와 퇴적환경

동부 깔리만탄에 위치한 꾸따이 분지는 동남아시아에서 가장 큰 신생대 퇴적분지로서 면적은 약 165,000km2이고 두께 14,000m 이상의 분지충전물로 채워져 있다. 꾸따이 분지는 주로 고제3기 퇴적암으로 구성된 상부 꾸따이 아분지(Upper Kutai Sub-basin)와 주로 신제3기 퇴적암으로 구성된 하부 꾸따이 아분지(Neogene Lower Kutai Sub-basin)로 구분되며, 각각 서쪽과 동쪽에 위치한다.

꾸따이 분지의 층서는 지구조환경변화에 상응하여 시공간적으로 다양하게 진화한 퇴적환경의 통시적인 변화로 인해 매우 복잡하다(Fig. 7a). 분지의 가장 오래된 분지충전물들은 중기 에오세 연대로, 이들은 주로 상부 꾸따이 아분지에서 산출된다. 분지형성 초기 분지 서부 지역의 서로 연결되지 않은 반지구들(half-grabens)에서는 육성 퇴적물들로 충전된 반면, 분지 동부 지역에서는 해성 퇴적물들이 퇴적되었다(Moss and Chambers, 1999). 상부 꾸따이 아분지의 기저 퇴적층은 키함할로쿠층(Kiham Haloq Formation)으로 지층의 두께는 최대 1,500m까지 이른다(Wain and Berod, 1989). 기저부는 주로 선상지에서 퇴적된 석영 사암과 역암으로 구성되며, 얇은 탄층, 적자색이암 및 실트암을 일부 포함한다(Wain and Berod, 1989). 그 위로 놓이는 바뚜아이아우층(Batu Ayau Formation)은 주로 사암으로 구성되며, 일부 이암과 얇은 탄층을 포함한다(Pieters et al., 1987; Satyana et al., 1999). 지층의 두께는 대략 500~900m이며, 층내 산출되는 유공충화석과 화분포자화석에 근거하여, 후기 에오세-전기 올리고세에 퇴적된 것으로 알려져 있다(Wain and Berod, 1989). 꾸따이 분지 충전물의 하부를 이루는 두 지층은 유사한 암상을 근거로 바리또 분지의 딴중층에 대비된다(Witts et al., 2012).

Figure 7. (a) Generalized lithostratigraphic column of Cenozoic sediments in the Kutai Basin, with major local and regional tectonic events (from Friederich et al. (2016) and Moore (2015)). (b) Stratigraphic column of Lower Kutai Sub-basin (from Friederich et al. (2016) and Moore et al. (2014)).

후기 에오세-올리고세 동안 열적침강에 기인하여 분지 전반에 걸쳐 해침이 발생하였고, 그 결과 동시 열개 퇴적층과 기반암을 광역적으로 덮는 셰일층인 아탄층(Atan Formation)이 퇴적되었다. 동시기에 천해대륙붕(shallow marine shelf)과 해수면 아래에 잠긴 기반암 융기대에서 탄산염대지(carbonate platforms)가 발달하였고, 그 결과 바투바레 석회암 층원(Batu Baleh Limestone Member) 내지 케단고층(Kedango Formation)과 같은 두꺼운 탄산염암들이 퇴적되었다. 이 탄산염암들은 바리또 분지의 버라이층에 대비될 수 있다(Moss and Chambers, 1999).

후기 올리고세-전기 마이오세에 깔리만탄 북부의 활성 경계부와 남중국해의 확장에 기인하여 남쪽으로 이동하던 미소대륙지각들(microcontinents)이 충돌함에 따라 깔리만탄 내륙에서 깔리만탄 중앙 산맥(Central Kalimantan Range)의 형성을 비롯하여 지각융기가 일어났다(Hutchison, 1996; Moss and Chambers, 1999). 이에 수반되어 상부꾸따이 아분지의 분지역전이 전기 마이오세에 시작되었다. 지속된 지각융기와 더불어 광역적인 해퇴가 발생하였고, 중부 깔리만탄의 융기대로부터 공급된 풍부한 퇴적물들이 사마린다 복배사 지역을 지나 마카사르 해협으로 전진 퇴적되었다. 그 결과, 해저 선상지(submarine fan) 퇴적체인 올리고세-전기 마이오세 파말루안층(Pamaluan Formation) 위로 차례로 삼각주 퇴적체인 중기 마이오세 뿔라우발랑층(Pulaubalang Formation), 후기 마이오세 발리파판층(Balikpapan Formation), 그리고 플라이오세 깜풍바루층(Kampungbaru Formatin)이 쌓였다(Fig. 7b). 이들은 주로 사암, 이암 및 석탄으로 구성되며, 상호 정합적인 관계를 가지므로 뿔라우발랑층/발릭파판층, 그리고 발릭파판층/깜풍바루층 간의 경계는 연속적인 것으로 알려져 있다(Hidayat and Umar, 1994).

3.1.2.2. 탄층의 발달양상 및 탄질

꾸따이 분지에서 탐사 및 개발대상이 되는 주요 함탄층으로 뿔라우발랑층, 발릭파판층, 그리고 깜풍바루층이있다(Fig. 5e, 5f, 5g, 5h).

뿔라우발랑층(중기 마이오세): 탄층은 뿔라우발랑층의 하부구간에서 산출한다(Fig. 5e). 탄폭은 대체로 1~4m 범위를 보이나, Tmpb-1과 같이 최대 10m에 달하기도 한다. 상부층준으로 갈수록 탄폭이 증가하는 경향이 있다. 일반적으로 평균 회분함량 2~4%로 저회분의 특성을 보이나, Tmpb-2의 경우 평균 11.3% 회분함량을 보여준다. 평균 황 함량은 0.41~2.96% 범위로 저~고유황의 변동성을 보인다. Tmpb-2, Tmpb-3 및 Tmpb-8을 제외한다면, 뿔라우발랑층 석탄의 평균 발열량은 5,091~6,032kcal/kg 범위로 ASTM 분류상 아역청탄(subbituminous coal C to A)에 해당한다. 반면, Tmpb-2, Tmpb-3 및 Tmpb-8의 경우, 평균적인 뿔라우발랑층의 석탄에 비하여 평균 고유수분 함량은 각각 2.6%, 11.5% 및 6.6%로 낮은 반면, 평균 발열량은 각각 7,050kcal/kg, 6,408kcal/kg 및 6,853kcal/kg로 상당히 높다. 세 경우 모두 지질도상에서 탄층을 포함한 지층들이 구조적으로 규제되는 양상을 고려할 때(Fig. 8a, 8b), 구조운동에 의한 열과 압력에 기인하여 상대적으로 더 높은 탄화가 진행된 것으로 생각된다. 특히, Tmpb-8은 일련의 북북동-남남서 방향의 습곡구조와 압축성 단층들이 반복 발달하는 소위 ‘사마린다 복배사’(Samarinda Anticlinorium) 지역내 변형이 집중된 배사습곡의 축부에 위치하고 있어 구조운동에 기인한 높은 탄화로 해석된다(Fig. 8b). 한편, 대부분의 경우 뿔라우발랑층 상위에 놓이는 발릭파판층과의 정확한 경계는 구분하기 어려우나, 상대적으로 뿔라우발랑층 내 탄층의 두께가 더 얇고, 발열량이 더 높으며, 황 함량이 더 높은 경향이 있다.

Figure 8. (a) Regional structural lineament map of the survey area for Tmpb-2. (b) Geological map of the Samarinda Anticlinorium showing the location of the survey area for Tmpb-8/Tmbp-10. The Geological map was redrawn from 1:250,000 scale geology sheets published by the Geological Agency, Indonesia: Balikpapan (Hidayat and Umar, 1994).

발릭파판층(후기 마이오세): 발릭파판층에서 산출되는 탄층들의 누적 두께는 40~50m에 달하는 것으로 보고되었다(Macmillan et al., 2000; Moore et al., 2014). 발릭파판층의 하부 층준의 탄폭은 전형적으로 3~5m이나, 상부층준으로 갈수록 탄폭이 두꺼워지는 일반적인 경향이 있다(Fig. 5f). 탄폭의 상향 두꺼위짐의 경향과는 달리, 매장 깊이에 따른 열적성숙도의 차이에 의해 하부 층준의 탄층들이 상부 층준보다 상대적으로 높은 발열량을 보이는 경향이 있다. 조사된 발리파판층의 석탄의 등급은 ASTM 분류상 대부분 아역청탄(subbituminous coal C to A)에 해당하나, Tmbp-3와 Tmbp-10의 석탄은 역청탄(high volatile C to B bituminous coal)으로 분류된다. 특히 Tmbp-10의 경우 평균 발열량은 6,705kcal/kg에 이른다. Tmbp-10은 뿔라우발랑층인 Tmpb-8와 동일 탐사사업 내 분포하는 상위층준의 함탄층으로써, 마찬가지로 구조적 복잡성이 수반된 사만린다 복배사 지역내 변형이 집중된 배사습곡의 축부에 부존한다(Fig. 8b). 따라서 앞서 Tmpb-8에 대해 기술한 바와 같이 압축성 구조운동에 기인한 열과 압력으로 더 높은 탄화가 진행된 것으로 해석된다. 대부분의 탄층들은 평균 회분함량 10% 미만의 저~중 회분함량을 보여준다. 평균 황 함량은 0.16~2.10%의 범위로 저~고유황의 변동성을 보여준다.

깜풍바루층(플라이오세): 본 층의 지질시대는 플라이오세로 지질학적으로 젊은 연령과 더불어 얕은 매장 깊이에 기인하여 낮은 열적성숙도를 경험하였다(Fig. 5g, 5h). 상대적으로 낮은 등급의 탄화로 깜풍바루층은 일반적으로 주된 탐사 및 개발대상으로 고려되지 않았다. 조사사업을 통해 마하캄강 상류와 사마린다 복배사 지역에서 본 층을 대상으로 세 건(Tpkb-1, -2, -3)의 조사사업이 수행되었다. 깜풍바루층의 석탄은 일반적으로 갈탄 내지 저등급의 아역청탄에 해당하는 것으로 알려져 있으나, Tpkb-1, -2, -3 석탄들의 평균 발열량은 4,772~5,092kcal/kg 범위로 측정되어 ASTM 분류상 아역청탄(subbituminous coal C to B)에 해당된다. 평균 회분 및 황 함량은 각각 3.0~7.1% 및 0.15~0.21% 범위로 저회분 및 저유황의 특성을 보여준다.

3.2. 수마트라

유라시아대륙판의 남쪽 연장부에 해당하는 수마트라섬은 순다랜드의 남서쪽 경계부를 따라 북서방향으로 길게 놓여 있으며, 435,000km2의 면적을 차지한다(Fig. 9). 수마트라섬은 신생대 제3기 이전에 발생한 미소대륙들의 충돌과 봉합으로 형성된 것으로 알려져 있다(Pulunggono and Cameron 1984; Barber 1985). 현재에는 인도해양판이 유라시아대륙판 아래로 N20E 방향으로 6-7cm/yr의 속도로 섭입하고 있으며, 이러한 사교섭입으로 순다 호-해구 시스템(Sunda Arc378 Trench system)이 5,000km 이상 연장되어 발달되었다. 수마트라섬은 지구조적으로 순다 외호 능(Sunda outer-arc ridge), 순다 전호 분지(Sunda forearc basin), 수마트라 후호 분지(Sumatra back arcbasins), 바리산 산맥(Barisan mountain range) 그리고 수마트라 내호 및 산간 분지(Sumatra intra-arc or intermontane basin)의 지구조구들로 분대된다(Fig. 10). 순다 외호 능은 순다 전호 분지의 활성 경계부를 따라 놓이며, 해구와 순다 호 시스템을 분리한다. 순다 전호 분지는 비화산성 외호 능과 화산성 후호 사이에 놓인다. 수마트라 후호 분지들은 바리산 산맥의 끝자락에 발달된 저지대의 퇴적분지들로서 북부 수마트라 분지, 중부 수마트라 분지와 남부 수마트라 분지를 일컫는다. 바리산 산맥은 수마트라섬의 축부를 따라 발달하며, 주로 페름기-석탄기에서 중생대에 이르는 암석들로 구성된다. 수마트라 내호 및 산간 분지는 융기와 침식에 기인하여 이전의 퇴적구들로부터 분리되어 내호 및 산간 지역에 위치한다. 수마트라의 함탄분지로 옴빌린 분지(Ombilin basin), 벙클루분지(Bengkulu basin), 북부, 중부 및 남부 수마트라 분지등이 있으며, 그 중 남부 수마트라 분지의 석탄 생산량이 수마트라의 생산량 대부분을 차지한다.

Figure 10. Schematic cross section of Sumatra (Darman and Sidi, 2000).

3.2.1. 남부 수마트라 분지

남부 수마트라 분지는 신생대 제3기 초 인도해양판이 유라시아판 아래로 사교섭입 함에 기인하여 신장성 지구 조환경하에서 일련의 지구 내지 반지구의 열개분지들로 형성되었다(De Coster, 1974; Daly et al., 1987). 오늘날 남부 수마트라 분지에서 인지되는 주요한 지질구조들을 발달시킨 세 번의 조산운동은 중생대 중기, 백악기 후기-에오세 및 플라이오세-플라이스토세 동안 발생하였다(De Coster, 1974). 전자의 두 시기는 신생대 퇴적작용 이전의 지구조운동으로 기반암의 지질구조를 규제하였다. 플라이오세-플라이스토세 조산운동은 바리산 산맥의 융기와 그레이트 수마트라 단층계(Great Sumatra Fault System)와 평행한 북서-남동 계열의 주요 지질구조들의 발달을 야기하였다.

3.2.1.1. 층서와 퇴적환경

남부 수마트라 분지의 신생대 분지충전물은 대규모 해침-해퇴의 윤회 하에서 퇴적되었다(Adiwidjaja and de Coster, 1973)(Fig. 11). 신생대 이전의 기반암 위로 퇴적된 최하부 암층서 단위는 라핫층(Lahat Formation)이다. 라핫층은 최대 두께 3,350m에 이르며, 주로 안산암질 화산각력암(volcanic breccia), 응회암, 라하르(lahar) 및 용암류(lava flows)로 구성된다. 중부구간의 특징적인 석영질 사암으로 구성된 중부 키킴 층원(middle Kikim member)을 기준으로 화산쇄설성 퇴적물로 구성된 하부 및 상부키킴 층원들(Lower and Upper Kikim members)로 분류된다. 라핫층은 화산쇄설물과 쇄설성퇴적물이 공급되는 선상지, 하성, 및 호성 환경에서 퇴적된 것으로 알려져있다(Daman and Sidi, 2000). 층서적으로 라핫층과 바뚜라자층 사이에 위치하는 올리고세 시기의 지구충전물(graben fill sediments)의 하부를 르맛층(Lemat Formation), 상부를 딸랑아카르층(Talang Akar Formation)이라 한다. 르맛층은 화산쇄설물과 호소 퇴적물로 구성되며, 딸랑아 까르층은 하성-삼각주 퇴적물로 구성된다. 전기 마이오세 동안 천해 환경에서 석회암이 우세한 바뚜라자층(Baturaja Formation)이 퇴적되었고, 심해 환경에서 수 백~3,000m에 이르는 두꺼운 셰일로 구성된 구마이층(Gumai Formation or Telisa Formation)이 퇴적되었다. 해침기 동안 쌓인 라핫층, 딸랑아까르층, 바뚜라자층 및 구마이층을 묶어 텔리사층군(Telisa Group)이라 한다.

Figure 11. Generalized stratigraphy of the South Sumatra Basin (from Darman and Sidi, 2000).

해침기를 뒤따라 발생한 대규모 해퇴기 동안 쌓인 퇴적물을 팔렘방층군(Palembang Group)이라 하며, 이는 아이르베나깟층(Air Benakat Formation), 무아라에님층(Muara Enim Formation), 까사이층(Kasai Formation)으로 구성된다. 해퇴기의 연계층은 하부 천해환경으로부터 연안(paralic)환경을 거쳐 상부 하성환경으로 전이하는 상향 얕아짐(shwallowing upward)의 퇴적상 변화를 보여주며, 이는 다시 보다 작은 규모의 수많은 해침-해퇴의 준연계층단위(transgressive-regressive para-sequences)들로 구성된다. 중기-후기 마이오세 아이르베나깟층은 100~1,000m 층후를 보이고, 연속적인 해록석질 사암층들로 주로 구성되며, 해빈(beach), 조석대지(tidal flat) 및 삼각주 환경에서 퇴적되었다. 후기 마이오세-전기 플라이오세 무아라에님층의 상부 및 하부 경계는 측방으로 연속적인 탄층의 산출로 정의된다. 전형적으로 하부의 천해 내지 만(bay) 퇴적층에서 상부의 삼각주평원 퇴적층으로 전이하는 상향 얕아짐의 준연계층들이 10-30m 두께로 반복하여 발달한다. 남부 수마트라 분지 표면의 대부분을 덮고있는 후기 플라이오세-플라이스토세 까사이층의 퇴적환경은 화산활동이 수반된 선상지 및 하성환경으로, 주로 유문암질 테프라(tephra), 부석질 응회암 등의 화산쇄설물과 이것들이 재동된 응회질 사암 및 역암으로 구성된다. 퇴적물 중 일부는 구르나이 산맥(Gurnai Mountains)의 융기와 침식에 기인하여 층서적으로 하부층인 구마이층, 라핫층 등에서 공급되었으며, 따라서 까사이층은 동시조산성 퇴적층으로 여겨진다.

플라이오세-플라이스토세의 구조운동에 영향을 받지 않은 가장 젊은 퇴적물들을 묶어 제4기층으로 분류한다. 제4기층은 팔렘방층군과 그 이전의 암석들 위로 부정합적으로 놓이며, 안산암질 내지 현무암질 화산암들로 주로 구성되며, 이러한 화산활동에 수반된 화쇄류 퇴적층(pyroclastic density current deposits)을 포함한다.

3.2.1.2. 탄층의 발달양상 및 탄질

남부 수마트라 분지의 주요 개발대상 함탄층은 무아라에님층이다(Fig. 12a, 12b, 12e, 13a, 13b).

Figure 12. Selected photographs of the coal-bearing deposits in Sumatra (South Sumatra Basin and Bengkulu Basin) during the coal exploration projects. (a and b) Muara Enim Formation (Tmpm-8 and Tmpm-14). Man for scale. (c and d) Lemau Formation (Tml-1 and Tml-3). (e) An example of core logging sheet of the Muara Enim Formation (Tmpm-11). Note the very thick coal occurrence (apparent thickness).
Figure 13. (a and c) Geological maps of the survey areas for Tmpm-8 and Tml-2 respectively. (b) Outcrop photograph of the geological boundary between andesite (Qpva) and Muara Enim Formation.

무아라에님층(후기 마이오세-전기 플라이오세): 무아라에님층은 수마트라섬에서 경제적으로 가장 중요한 함탄층이다. M1, M2, M3 및 M4의 4개의 함탄대(coal-seam group)로 분대된다(De Coster, 1974). 층후는 500~700m 범위를 보이며, 탄층이 전체 층후의 약 15%를 차지하는 것으로 알려져 있다(Daman and Sidi, 2000). 조사사업 사례들에서 탄폭은 대체로 0.5~10m 범위를 가지나, Tmpm-4의 경우 최대 약 21m까지 산출되었다. 기존 문헌에 따르면 지층의 층후가 얇은 곳에서 탄층도 함께 얇아지는 경향을 보이므로, 분지 침강률이 탄층의 퇴적과 보존에 있어 주요 인자로 작용한 것으로 생각된다(Daman and Sidi, 2000). 평균 회분 함량과 황 함량은 각각 2.2~11.0% 및 0.26~1.17%의 범위를 보여 대체로 저~중회분 및 저~중 유황의 특성을 보인다. Tmpm-8을 제외하면, 평균 발열랑 5,160~5,831kcal/kg 범위로 ASTM 분류상 아역청탄(subbituminous B to A coal)에 속한다. Tmpm-8의 경우, 평균 발열량 6,244kcal/kg로 ASTM 분류상 역청탄(high volatile C bituminous coal)으로 분류된다(Fig. 12a). Tmpm-8 광구 내에서 동서방향의 주향이동단층들로 인해 탄층들이 어긋나는 등 구조운동의 영향을 받았으며, 이와 더불어 산발적으로 발생한 제4기 안산암류의 분출과 접촉에 기인하여 열적성숙도가 높아진 것으로 사료된다(Fig. 13a, 13b).

3.2.2. 벙클루 분지

벙클루 분지는 수마트라섬 남서부에 위치한 전형적인 전호 분지이다. 벙클루 분지는 북동쪽으로 바리산 산맥과 남서쪽으로 멘따와이 능(Mentawai ridge)에 의해 경계한다. 분지는 에오세에서 플라이스토세 동안에 화산암, 쇄설성퇴적암 및 소량의 탄산염암의 퇴적으로 충전되었다.

3.2.2.1. 층서 및 퇴적환경

벙클루 분지의 층서는 연안 지역(offshore area)과 내륙지역(onshore area)으로 나뉜다(Fig. 14). 내륙 지역에서 가장 오래된 제3기 암석은 용암, 화산암 및 응회암으로 구성된 올리고세 훌루심팡층(Hulusimpang Formation)으로 화산활동이 수반된 하성 내지 천해환경에서 쌓였다. 훌루심팡층 위로 이암, 석회질 이암, 사암과 석회암의 교호층으로 구성된 후기 올리고세-전기 마이오세 세블랏층(Seblat Formation)이 놓인다. 세블랏층은 주로 심해에서 발생한 저탁류에 의해 퇴적되었다. 세블랏층 위로 부정합 관계를 가지고 중기-후기 마이오세 르마우층(Lemau Formation)이 놓인다. 르마우층은 이암, 석회질 이암, 석탄, 사암 및 역암으로 구성되고, 천해에서부터 전이대(transitional zone)에 걸쳐 퇴적되었다. 후기 마이오세-플라이오세 퇴적물은 심팡가우르층(Simpangaur Formation)으로 응회질 사암 및 실트암, 응회암, 그리고 갈탄으로 구성되며, 다량의 연체동물 파편을 함유한다. 마지막으로 가장 젊은 플라이오세-플라이스토세 빈뚜난층(Bintunan Formation)은 이전의 지층들 위로 부정합적으로 놓이며, 응회암, 응회질 이암 및 역암으로 주로 구성된다.

Figure 14. Generalized stratigraphy of the Bengkulu Basin (from Darman and Sidi, 2000).

3.2.2.2. 탄층의 발달양상 및 탄질

벙클루 분지에서는 르마우층을 대상으로 조사사업이 몇 차례 수행되었다(Fig. 12c, 12d, 13c).

르마우층(중기-후기 마이오세): 르마우층은 사암이 우세한 하부구간과 석회질 이암, 사암 및 석탄으로 구성되는 상부구간으로 나뉠 수 있다. 상부구간에서 산출되는 탄층이 주된 탐사 및 개발대상이다. Tml-1, Tml-2, Tml-3의 세 지역에서 조사사업을 수행한 결과, 지역에 따라 탄층의 발달양상과 탄질은 매우 다르게 나타났다. 세 지역 모두 평균 회분 함량은 10% 내외로 중화분의 특성을 보이고, 평균 황 함량은 1% 미만으로 중유황의 특성을 보여준다. 하지만, 평균 고유수분 및 고정탄소 함량, 그리고 발열량은 지역에 따라 큰 차이를 보여준다. Tml-1과 Tml-2 석탄의 평균 고유수분 함량은 각각 1.6% 및 6.4%로 낮으나, 평균 고정탄소 함량은 각각 63.4% 및 63.9%로 높으며, 평균 발열량은 각각 7,450kcal/kg 및 6,537kcal/kg으로 높게 나타나, 두 지역 모두 ASTM 분류상 역청탄(Medium volatile bituminous coal)으로 분류된다. 하지만, 두 지역의 높은 열적성숙도는 각기 다른 요인에 의한 결과로 해석된다. Tml-1의 경우, 단층과 습곡에 의해 탄층들의 자세가 불규칙적이고 연장이 단속적이며, 지질구조들과 시료채취 지점들 간의 상대적 거리에 따라 발열량(6,241~8,422kcal/kg)의 범위가 큰 양상을 보여주므로, 이 지역의 높은 탄화는 구조적 요인에 따른 결과로 해석된다(Fig. 12c). 반면, Tml-2의 경우는 광구 전반을 피복하는 제4기 화산암류에 의한 열적상호작용에 기인한 결과로 판단된다(Fig. 13c). 한편, Tml-3은 일반적인 마이오세 탄층의 탄질을 보여주어 ASTM 분류상 아역청탄(subbituminous A coal)으로 분류된다(Fig. 12d).

4. 요약 및 결론

앞서 서술한 바와 같이, 적도성 열대우림기후, 높은 분지침강률과 다량의 퇴적물공급에 따른 급속한 분지충전, 그리고 해침-해퇴 윤회에 따른 해안 퇴적환경의 시공간적 변화는 광범위한 이탄습지의 발달을 촉진하였으며, 그 결과로 깔리만탄과 수마트라의 신생대 제3기 퇴적분지들은 동아시아에서 가장 경제성 있는 함탄분지들로 발달하였다. 함탄분지들의 지구조 환경 변화에 상응하여 함탄층은 에오세, 후기 올리고세-전기 마이오세 및 중기 마이오세-플라이오세의 세 시기 동안 주로 퇴적되었다. 지질시대 별 탄층들의 발달양상과 특성은 다소 차이를 보이며, 이에 대해 요약하면 다음과 같다. 에오세 탄층들은 동시 열개 내지 후 열개 단계 동안 발생한 해침기 동안 퇴적되어 보존가능성이 높았으며, 또한 층서적으로 최하부에 위치하기 때문에 가장 깊이 매장된 후 가장 오랜기간 동안 탄화를 받아 높은 열적성숙도를 기록한다. 대표적인 에오세 함탄층인 딴중층 내 탄층은 마이오세 탄층에 비하여 상대적으로 탄폭은 얇고 부존 매수가 적은 경향이 있으나, 고열량의 양호한 탄질로 인하여 일찍부터 주요 개발대상 함탄층으로 탐사되어 왔다. 후기 올리고세-전기 마이오세 동안 인도네시아 함탄분지의 상당부분이 해수면 아래에 놓임으로 인해 이탄습지의 분포는 국지적이었으며, 그 결과 해당시기의 탄층들은 에오세 및 마이오세 탄층들에 비하여 소규모로 부존한다. 대규모 탄광 개발을 위한 메이저 기업들의 주된 탐사 대상이 되지는 못하였지만, 중소규모의 탄광 개발에는 충분한 매장량과 탄질특성을 보여준다. 깔리만탄의 바리또 분지의 몬탈랏층을 대상으로 수차례의 조사사업이 수행된 결과 대체로 탄폭 5m 미만의 중열량의 발전용 아역청탄 탄질의 탄층들이 다수 부존됨이 확인되었다. 마이오세-플라이오세 함탄층들은 동시 조산운동의 지구조환경하에서 해퇴기 동안 퇴적되었다. 조산운동에 기인한 대륙 내부의 융기대로부터 다량의 퇴적물이 공급되어 동부 깔리만탄과 수마트라의 해안선을 따라 전진구축하는 하성-삼각주 환경이 우세하였으며, 이러한 삼각주 평원에서 생산성이 높은 이탄습지들이 광범위하게 발달하여 많은 양의 탄층을 배태하였다. 또한 동시 조산운동 단계에서의 높은 퇴적률은 이례적으로 두꺼운 탄층의 발달을 가능케하였다. 마이오세-플라이오세 탄층들은 에오세 탄층에 비하여 상대적으로 낮은 열량에도 불구하고, 두꺼운 탄폭과 다량의 부존매수로 인해 경제성을 확보하고, 이와 더불어 저회분 및 저유황의 친환경적인 특성으로 인해 청정탄으로 각광받으며 활발히 개발되고 있다. 마이오세 함탄층으로 바리또 분지의 와루킨층, 꾸따이 분지의 뿔라우발랑층, 발릭파판층 및 깜풍바루층, 그리고 남부 수마트라분지의 무아라에님층이 대표적이며, 해당 지층들에 대하여 조사 사업이 활발히 수행되었다. 한편, 압축성 구조운동 또는 제4기 화산활동에 기인한 열과 압력으로 높은 탄화를 경험한 사례들은 앞서 서술한 바와 같이 지질시대에 따른 인도네시아 탄층의 일반적인 특성 및 경향들에 부합되지 않았다(Fig. 6, 8, and 13).

본 논문에서 다루어진 많은 사례들을 통해 알 수 있듯이, 효율적이고 성공적인 탐사를 위해서는 함탄분지의 지구조환경, 함탄층의 분포와 특성, 그리고 구조운동 또는 화산활동의 영향 등의 지질학적 부존여건에 대한 전반적인 이해가 선행될 필요가 있다. 앞으로의 인도네시아 석탄자원 탐사에서도 지표지질조사, 탄질분석, 시추탐사 및 물리검층 등 그동안의 탐사활동으로 효용성이 검증된 방법들을 체계적으로 수행하여 탐사성공률을 제고해야 한다. 그과정에서 국내기업들이 국고보조사업인 해외자원개발 조사사업을 적극적으로 활용하여 탐사자료와 노하우를 보유하고 있는 한국광해광업공단의 지원을 통해 초기탐사단계의 불확실성을 줄여 나가기를 희망한다. 한편, 1980~90년대 이래로 인도네시아 석탄 탐사 및 관련 연구활동이 활발히 수행된 덕분에 각각의 함탄분지와 함탄층의 특성은 비교적 잘 알려져 왔다. 하지만, 관련 전문학술정보의 확보가 쉽지 않을 뿐더러, 이러한 자료 대부분은 외국어로 발간되어 우리나라 민간기업들이 이를 활용하기에 어려움이 있었다. 본 논문에서 제공하는 인도네시아 함탄분지와 함탄층에 대한 전문학술정보는 향후 우리나라 기업들의 탐사활동에 유용한 참고자료로 활용될 것으로 기대된다.

사 사

이 논문에서 다루어진 탐사사례들은 국고보조사업인 해외자원개발 조사사업에 의해 지원되었다. 조사사업을 지원해온 정부관계부처를 비롯하여 그동안 사명감을 가지고 해외 오지의 어려운 여건속에서 조사사업을 수행해 온 대한광업진흥공사, 한국광물자원공사 그리고 한국광해광업공단의 전현직 임직원들께 깊은 사의를 표한다. 논문의 질적 향상을 위해 건설적인 비평을 해 주신 두 익명의 심사위원님들과 권상훈 편집위원장님께 깊은 사의를 표한다.

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June 2022, 55 (3)