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문제 정의
- 이로 인해 X-선은 표면 오염물층은 물론 구성암석까지 투과하기 때문에 오염물질의 성분만을 검출하기는 어렵다. 따라서 이 연구에서는 구성암석의 함량을 제거하기 위해 신선한 지점의 성분을 분석하여 이들의 함량차이를 구하는 필터링 과정을 수행하였다21.
- 따라서 이 연구에서는 북지리마애여래좌상이 조각된 암반의 사면안정성 분석을 실시하여 붕괴 및 파괴가능성을 예측하였다. 또한 훼손지도, 적외선 열화상, P-XRF, 초음파탐사 등과 같은 비파괴 분석법을 이용하여 손상도에 대한 종합평가를 수행하였고, 마애불 표면을 피복하고 있는 오염물을 분석하여 화학적 풍화도를 정량적으로 평가하였다.
- 이 연구에서는 마애불상과 주변 암반을 대상으로 전암대자율을 측정하였다. 이 전암대자율은 외부자기장에 대한 자화강도를 의미하며, 강자성 광물인 자철석의 함량과 상관관계를 가진다.
가설 설정
- (G) Green algae dispersed on the surface of Buddha and host rock. (H) Foliose lichen inhabited on the rock surface. (I) Herbaceous plants growing in the gap of the crack.
제안 방법
- 구성암석의 표면 풍화상태를 정량적으로 분석하고자 EDS가 장착된 주사전자현미경 분석을 수행하였다. 이중에너지 분산형 성분분석기는 Oxford사의 EDX Inca M/X 이며, 주사전자현미경은 JEOL사의 JSM 6335이다.
- 또한 실내에서는 사진자료를 이용하여 판독 및 재확인 과정을 거쳐 수정 보완하였다. 그런 다음 AutoCAD 프로그램에서 유형별 라인 드로잉 과정을 거쳐 훼손지도를 완성하였고, 각 훼손유형별 면적을 백분율로 환산하여 훼손율을 산출하였다. 이러한 훼손지도 작성과 방법론은 이미 국내외 여러 석조문화재 연구에 적용되어 보고된 바 있다(Figure 4A)18,19,20
- 대자율 측정은 마애불상과 주변 암반을 중심으로 총 385회 실시하였다. 측정 결과, 주변 암반은 0.
- 특히 경사면에 놓여있는 암괴는 형태에 따라 전도의 발생조건을 달리하며 이미 곳곳에서 암괴의 붕락흔적이 관찰된다. 따라서 이 연구에서는 앞에서 측정된 절리의 방향성을 근거로 평사투영법을 이용하여 파괴유형과 가능성을 분석하여 전체적인 안정성을 해석하였다.
- 전체적인 초음파속도는 1,034~2,481㎧의 범위로 일반적인 암반의 풍화도 분류기준에 따르면 완전풍화단계(CW)에서 상당한 풍화단계(HW)에 해당하는 취약한 물성으로 확인되었다. 또한 물성 정량화를 위해 측정된 속도를 실측도면에 투영하여 풍화도를 분석 하였다.
- 이를 위해 현장에서는 각 훼손유형별 범례에 해당되는 영역을 실측도면에 표시하였다. 또한 실내에서는 사진자료를 이용하여 판독 및 재확인 과정을 거쳐 수정 보완하였다. 그런 다음 AutoCAD 프로그램에서 유형별 라인 드로잉 과정을 거쳐 훼손지도를 완성하였고, 각 훼손유형별 면적을 백분율로 환산하여 훼손율을 산출하였다.
- 마애불상과 주변 암반의 강도 측정을 위한 초음파탐사는 CNS FARNELL사의 PUNDIT-PLUS를 이용하였다. 또한 육안으로 식별되지 않는 내부 박리는 타진법과 적외선열화상 카메라(FLIR사의 P640 모델)를 이용하여 분석하였다. 마애불의 기반암에 발달된 불연속면은 클리노미터로 주향과 경사를 측정하였고 측정된 데이터를 Window 용 DIPS 프로그램에 적용하여 암반사면의 구조적 안정성을 검토하였다.
- 우선 탐촉자는 요철에 대한 영향을 거의 받지 않는 CNS Farnell사의 UTREXTX(RX)54㎑ 탐촉자를 사용하였다. 또한 접촉매질은 탐촉자와 암석 표면사이의 음파 전달효과를 높이기 위해 고무찰흙을 이용하였다(Table 3). 측정방법은 마애불상의 형태학적인 점을 고려하여 간접전달방식을 선택하였고, 직접-간접전달방법의 보정계수는 1.
- 이 연구에서는 마애불의 재질특성을 밝히고 풍화 및 훼손상태에 대한 다양한 비파괴 기법을 적용하여 안전진단을 수행하였다. 또한 정량적 자료 확보를 위해 일대 암반에서 떨어진 탈락편을 수습하여 실내 실험과 분석을 수행하였다. 우선 채취한 암편으로 박편을 제작하였고, 이를 Nikon사의 Eclipse E600W 편광/반사 겸용 현미경을 이용하여 광물학적 및 조직적 특징을 관찰하였다.
- 따라서 이 연구에서는 북지리마애여래좌상이 조각된 암반의 사면안정성 분석을 실시하여 붕괴 및 파괴가능성을 예측하였다. 또한 훼손지도, 적외선 열화상, P-XRF, 초음파탐사 등과 같은 비파괴 분석법을 이용하여 손상도에 대한 종합평가를 수행하였고, 마애불 표면을 피복하고 있는 오염물을 분석하여 화학적 풍화도를 정량적으로 평가하였다. 이 연구결과는 마애불상의 구조안정성 평가기법및 보존방안을 확립하는데 크게 기여할 것으로 판단된다.
- 또한 육안으로 식별되지 않는 내부 박리는 타진법과 적외선열화상 카메라(FLIR사의 P640 모델)를 이용하여 분석하였다. 마애불의 기반암에 발달된 불연속면은 클리노미터로 주향과 경사를 측정하였고 측정된 데이터를 Window 용 DIPS 프로그램에 적용하여 암반사면의 구조적 안정성을 검토하였다.
- 봉화 북지리마애여래좌상과 주변암반에 대한 절리의 방향성과 분포특성을 알아보기 위해 불연속면의 주향과 경사를 측정하였다. 측정은 마애불상과 주변암반으로 분류하여 선구조가 뚜렷한 절리를 중심으로 수행하였다.
- 봉화 북지리마애여래좌상을 구성하고 있는 암석의 물성과 과거 보존처리 효과를 평가하기 위해 초음파 측정을 실시하였다. 우선 탐촉자는 요철에 대한 영향을 거의 받지 않는 CNS Farnell사의 UTREXTX(RX)54㎑ 탐촉자를 사용하였다.
- 우선 분석을 위해 갈색 및 황갈색 22지점, 흑색 9지점을 선정하였고 신선한 영역 13지점을 같이 분석하여 서로의 상대적 함량을 비교하였다(Figure 4B). 특히 육안관찰시 다른 농도를 보였던 황갈색 및 적갈색 변색은 모두 갈색변색으로 통합하여 분석결과를 살펴보았다.
- 우선 조사영역에 나타나는 불연속면의 안정성을 분석하기 위해 기준사면을 설정하였다. 이중 마애불상 구역은 N52W와 80°NE의 주향과 경사값을, 주변 자연암반은 N60W와 72°NE의 주향과 경사값을 설정하였다.
- 또한 정량적 자료 확보를 위해 일대 암반에서 떨어진 탈락편을 수습하여 실내 실험과 분석을 수행하였다. 우선 채취한 암편으로 박편을 제작하였고, 이를 Nikon사의 Eclipse E600W 편광/반사 겸용 현미경을 이용하여 광물학적 및 조직적 특징을 관찰하였다. 또한 암석의 광물조성을 밝히고자 X-선 회절분석을 실시하였고, 분석기기는 Rigaku제 D/Max-ⅡB 를 이용하였다.
- 이를 종합해보면, 북지리마애여래좌상 표면에서 확인되는 갈색 표면오염물질들은 Fe가 주성분으로 작용하여 변색을 유발한 것으로 판단되고, 흑색변색은 Mn이 주된 변색 원인으로 판명되었다. 이 결과를 바탕으로 표준화를 실시하여 오염물 분포에 대한 2D 모델링을 실시하였다 (Figure 4B). 각 범례의 영역 중 가장 낮은 농도인 흰색은 신선한 암석에서 산출된 함량의 표준편차를 기준으로 설정하였다.
- 이 마애불상의 구성암석과 동일한 암상을 보이는 암편을 수습하여 시편을 제작하였고, 편광현미경, XRD 및 주사전자현미경 분석을 실시하였다. 우선 편광현미경 관찰 결과, 주요 조암광물은 석영, K-장석, 사장석, 흑운모 및 백운모로 각 광물들은 입상조직을 보이고 있다.
- 이 연구에서는 마애불의 재질특성을 밝히고 풍화 및 훼손상태에 대한 다양한 비파괴 기법을 적용하여 안전진단을 수행하였다. 또한 정량적 자료 확보를 위해 일대 암반에서 떨어진 탈락편을 수습하여 실내 실험과 분석을 수행하였다.
- 이 연구에서는 앞에서 살펴본 물리적, 화학적 및 생물학적 훼손을 각각의 유형으로 분류하여 훼손지도를 제작하였다. 이를 위해 현장에서는 각 훼손유형별 범례에 해당되는 영역을 실측도면에 표시하였다.
- 이중 마애불상 구역은 N52W와 80°NE의 주향과 경사값을, 주변 자연암반은 N60W와 72°NE의 주향과 경사값을 설정하였다.
- 봉화 북지리마애여래좌상과 주변암반에 대한 절리의 방향성과 분포특성을 알아보기 위해 불연속면의 주향과 경사를 측정하였다. 측정은 마애불상과 주변암반으로 분류하여 선구조가 뚜렷한 절리를 중심으로 수행하였다. 특히 이 절리의 방향성은 불연속면의 특성 가운데 가장 중요한 요소로 구조적 불안정을 결정하는데 중요한 역할을 한다.
- 우선 분석을 위해 갈색 및 황갈색 22지점, 흑색 9지점을 선정하였고 신선한 영역 13지점을 같이 분석하여 서로의 상대적 함량을 비교하였다(Figure 4B). 특히 육안관찰시 다른 농도를 보였던 황갈색 및 적갈색 변색은 모두 갈색변색으로 통합하여 분석결과를 살펴보았다. 마애불상의 P-XRF 측정 결과, 전체적으로 K, Ca, Ti, Mn, Fe, Rb, Sr, Zr, Sn, Ba 및 Pb 등이 검출되었으며, 오염물의 주성분은 K, Ca, Mn, Fe로 확인되었다(Table 2).
- 한편 과거 2006년 마애불상의 보존처리 전에 측정했던 초음파속도를 강화 처리후 이번에 측정한 초음파속도와 비교하여 물성의 향상여부를 살펴보았다. 이 결과, 보존처리 전 평균 속도는 629㎧였으나 보존처리 후 평균속도는 1,514㎧로 약 900㎧ 향상된 것으로 나타났다.
- 한편 이 마애불상에서 발생한 변색의 오염원을 밝히고 상대적인 풍화도를 평가하기 위해 P-XRF 분석을 실시하였다. 특히 분석에 사용된 P-XRF의 X-선은 측정대상의 밀도에 따라 투과 깊이가 다르나 일반적으로 암석은 1mm 정도까지 투과하는 것으로 알려져 있다21.
대상 데이터
- 1. 봉화 북지리마애여래좌상은 국보 제210호로 감실형 석실에 본존불을 안치한 형태이다. 이 마애불상의 광배와 두광은 화불이 조각되어 있으며 오른손과 어깨, 가슴 등은 암반의 절리방향을 따라 결실된 상태이다.
- 특히 이 절리의 방향성은 불연속면의 특성 가운데 가장 중요한 요소로 구조적 불안정을 결정하는데 중요한 역할을 한다. 불연속면의 측정은 마애불 구역 11개, 주변암반 38개로 총 49개에 대해서 수행하였다.
- 봉화 북지리마애여래좌상을 구성하고 있는 암석의 물성과 과거 보존처리 효과를 평가하기 위해 초음파 측정을 실시하였다. 우선 탐촉자는 요철에 대한 영향을 거의 받지 않는 CNS Farnell사의 UTREXTX(RX)54㎑ 탐촉자를 사용하였다. 또한 접촉매질은 탐촉자와 암석 표면사이의 음파 전달효과를 높이기 위해 고무찰흙을 이용하였다(Table 3).
- 또한 암석의 광물조성을 밝히고자 X-선 회절분석을 실시하였고, 분석기기는 Rigaku제 D/Max-ⅡB 를 이용하였다. 이때 타겟으로 사용된 X-선은 CuK 이며, 양극의 가속 전압 및 필라멘트의 전류는 각각 40kV와 100mA로 설정하였다. 한편 전암대자율 측정은 ZH Instrument사의 SM30 모델을 이용하였고, 단위는 10-3 SI unit으로 표기하였다.
- 측정지점은 마애불상 71지점, 자연암반 42지점으로 총 113지점에 대해 실시하였다. 전체적인 초음파속도는 1,034~2,481㎧의 범위로 일반적인 암반의 풍화도 분류기준에 따르면 완전풍화단계(CW)에서 상당한 풍화단계(HW)에 해당하는 취약한 물성으로 확인되었다.
데이터처리
- 이 결과를 바탕으로 표준화를 실시하여 오염물 분포에 대한 2D 모델링을 실시하였다 (Figure 4B). 각 범례의 영역 중 가장 낮은 농도인 흰색은 신선한 암석에서 산출된 함량의 표준편차를 기준으로 설정하였다.
- 우선 채취한 암편으로 박편을 제작하였고, 이를 Nikon사의 Eclipse E600W 편광/반사 겸용 현미경을 이용하여 광물학적 및 조직적 특징을 관찰하였다. 또한 암석의 광물조성을 밝히고자 X-선 회절분석을 실시하였고, 분석기기는 Rigaku제 D/Max-ⅡB 를 이용하였다. 이때 타겟으로 사용된 X-선은 CuK 이며, 양극의 가속 전압 및 필라멘트의 전류는 각각 40kV와 100mA로 설정하였다.
이론/모형
- 마애불상과 주변 암반의 강도 측정을 위한 초음파탐사는 CNS FARNELL사의 PUNDIT-PLUS를 이용하였다. 또한 육안으로 식별되지 않는 내부 박리는 타진법과 적외선열화상 카메라(FLIR사의 P640 모델)를 이용하여 분석하였다.
- 적외선 열화상 분석법은 스테판-볼츠만(Steffan-Boltzman) 법칙에 따른 이론으로 흑체의 단위면적으로부터 방출되는 적외선 에너지량(W)은 온도에 비례한다22. W는 방출되는 적외선에너지량이고, ε는 방사율이다.
- 이중에너지 분산형 성분분석기는 Oxford사의 EDX Inca M/X 이며, 주사전자현미경은 JEOL사의 JSM 6335이다. 특히 불상 표면의 변색에 대한 화학적 풍화도는 Innov-X System 사의 Portable XRF( -4000)를 이용하여 현장에서 직접 측정하였다.
성능/효과
- 2. 마애불상의 전암대자율 측정 결과, 평균 0.41(×10-3 SI unit)로 주변암반의 대자율과 유사한 분포를 보였다.
- 3. 훼손지도 작성결과, 불상의 불두는 절리, 입상분해 및 흑색변색에 의한 손상이 심각하였고, 불신에는 절리, 박락, 입상분해 및 갈색변색이 집중되었다. 이를 정량적 훼손율로 산출한 결과, 전체적으로 박리·박락 41.
- 4. 불상 표면의 오염물 분석결과, 갈색변색에서는 Fe (12,200ppm)가, 흑색변색에서는 Mn(1,356ppm)이 주요인으로 나타났다. 또한 불상에 대한 적외선 열화상 분석을 실시한 결과, 물리적 훼손지도와 유사한 영역서 표면으로는 나타나지 않는 박리층과 입상분해가 확인되었다.
- 5. 초음파속도 측정 결과에서는 마애불상은 1,629㎧, 주변암반은 1,549㎧로 완전풍화단계(CW)에서 상당히 풍화단계(HW)에 해당하는 취약한 물성을 갖는 것으로 나타났다. 이 결과는 2006년에 보존처리 전(628㎧)에 측정된 초음파속도에 비해 약 900㎧ 정도 향상된 것이나, 여전히 낮은 물성을 보였다.
- 6. 이 마애여래좌상의 사면안정성을 평가한 결과, 마애불상 구역은 전도파괴의 가능성이, 자연암반은 평면 및 쐐기파괴의 가능성이 확인되었다. 따라서 마애불상의 안정적인 보존을 위해서는 거동가능성이 있는 암반에 계측기를 부착하여 지속적인 모니터링을 수행하며, 붕괴 위험이 높은 암반에 대해서는 지반공학적 보강공법의 적용이 필요할 것으로 판단된다.
- 측정결과를 살펴보면, 갈색변색 부분의 K 함량은 13,428~41,942ppm의 범위를 보이며 평균 26,733ppm을 나타냈고, Ca는 7,928~36,650ppm의 범위에서 평균 15,583ppm으로 측정되어 신선한 지점의 K, Ca 함량과 거의 동일한 농도를 보였다. 그러나 Mn은 193~2,704ppm의 범위를 보이며 평균 993ppm의 함량을 갖는 것으로 나타나 신선한 지점보다 약 2배 높은 함량이 검출되었고, Fe는 4,340~41,120ppm의 범위에서 평균 12,200ppm로 신선한 지점에 비해 약 2배 이상 높은 값을 나타냈다.
- 또한 흑색변색 부분의 경우, K는 15,226~49,039ppm으로 평균 28,178ppm으로 나타났고, Ca는 8,481~27,133 ppm의 범위에서 평균 13,634ppm으로 갈색변색처럼 신선한 지점과 거의 유사하게 나타났다. 그러나 Mn은 755~2,681ppm의 범위를 보이며 평균 1,356ppm의 함량을 갖는 것으로 나타나 신선한 영역보다 약 3배 정도 높은 함량이 검출되었다. Fe는 2,305~16,528ppm의 범위를 보이며 평균 6,747ppm으로 나타나 신선한 영역의 표준편차 범위에 속하는 평균값으로 확인되었다.
- 2% 순으로 높은 손상율을 보였다. 그러나 마애불상에 발생한 변색은 과거 보존처리에 의한 세정으로 인해 변색도는 높지 않았으며, 생물오염도 불상이 아닌 주변암반에서 높은 피복도를 보였다.
- 불상 표면의 오염물 분석결과, 갈색변색에서는 Fe (12,200ppm)가, 흑색변색에서는 Mn(1,356ppm)이 주요인으로 나타났다. 또한 불상에 대한 적외선 열화상 분석을 실시한 결과, 물리적 훼손지도와 유사한 영역서 표면으로는 나타나지 않는 박리층과 입상분해가 확인되었다.
- 마애불과 주변암반의 파괴유형별 안정성을 검토한 결과, 주변암반의 10, 11, 22번 절리계에서 평면파괴의 가능성이 나타났고(Figure 7B), 마애불상의 24, 25, 32번 절리 계는 전도파괴 유형에 도시되었다(Figure 7C). 또한 쐐기 파괴의 영역에서는 주변암반은 7번, 10번, 17번, 19번 및 22번 절리가 속하며, 마애불상 구역에서는 33번 절리와 26번 및 27번 절리와 교차하며 쐐기파괴의 위험성이 있는 것으로 판단된다(Figure 7D).
- 특히 육안관찰시 다른 농도를 보였던 황갈색 및 적갈색 변색은 모두 갈색변색으로 통합하여 분석결과를 살펴보았다. 마애불상의 P-XRF 측정 결과, 전체적으로 K, Ca, Ti, Mn, Fe, Rb, Sr, Zr, Sn, Ba 및 Pb 등이 검출되었으며, 오염물의 주성분은 K, Ca, Mn, Fe로 확인되었다(Table 2).
- 41(×10-3 SI unit)로 주변암반의 대자율과 유사한 분포를 보였다. 암석학적 및 광물학적 특성을 분석한 결과, 이 불상은 중립질의 입상조직을 갖는 복운모 화강암으로 구성되어 있으며, 주요 구성광물은 석영, 사장석, K-장석, 흑운모 및 백운모로 확인되었다. 이 구성광물 중 흑운모는 녹니석화가, 장석류의 일부는 견운모 및 고령석화가 진행되었다.
- 우선 물리적 훼손지도 작성 결과, 절리 11개, 균열 26개가 발생하였고, 박리·박락 41.5%, 입상분해 16.7%, 결실 1.1% 순으로 높은 손상율을 보였다(Table 1, Figure 5).
- 이 결과, 마애불 구역의 주향은 N50~60E에 집중 분포하는 경향을 보였고, 부분적으로 N50~60W의 주향을 갖는 절리계들이 존재하였다. 또한 주변암반에서도 마애불상과 유사하게 N50~60E 주향의 절리들이 주로 분포하였고, 전체적으로는 N40~70E의 절리군이 우세하였다.
- 이 결과, 변색의 중첩이 이루어진 대좌의 상, 하단과 불상의 중앙 가슴에서 Fe와 Mn이 상대적으로 높게 검출되었다. 이중 갈색변색 오염물질들의 최소함량은 신선한 암석보다 낮은 Fe 함량을 보이는 부분도 있었으나 최대 약 35,000ppm 정도의 함량을 갖는 것으로 산출되었다.
- 한편 과거 2006년 마애불상의 보존처리 전에 측정했던 초음파속도를 강화 처리후 이번에 측정한 초음파속도와 비교하여 물성의 향상여부를 살펴보았다. 이 결과, 보존처리 전 평균 속도는 629㎧였으나 보존처리 후 평균속도는 1,514㎧로 약 900㎧ 향상된 것으로 나타났다. 이는 과거 보존처리 당시 접합과 표면의 강화처리 등에 의해 상대적으로 표면의 강도가 향상되었기 때문인 것으로 판단된다.
- 이 결과, 불상의 좌측하단 대좌부근, 가슴 및 양 팔에서 상대적으로 저속도대를 보였으며, 불상의 우측 상단 불두와 가슴 상단부 및 우측 하단부에서는 상대적으로 높은 속도를 보였다. 또한 주변암반에서는 좌측을 중심으로 저속도대가 분포하여 물성이 취약한 것을 알 수 있다.
- 초음파속도 측정 결과에서는 마애불상은 1,629㎧, 주변암반은 1,549㎧로 완전풍화단계(CW)에서 상당히 풍화단계(HW)에 해당하는 취약한 물성을 갖는 것으로 나타났다. 이 결과는 2006년에 보존처리 전(628㎧)에 측정된 초음파속도에 비해 약 900㎧ 정도 향상된 것이나, 여전히 낮은 물성을 보였다.
- 이 불상의 화학적 및 생물학적 훼손율을 산출한 결과, 황갈색 변색 30.9%, 갈색 변색 9.1%, 흑색 변색 3.9%, 녹조류 0.7% 및 지의류 0.2% 순으로 높은 손상율을 보였다. 그러나 마애불상에 발생한 변색은 과거 보존처리에 의한 세정으로 인해 변색도는 높지 않았으며, 생물오염도 불상이 아닌 주변암반에서 높은 피복도를 보였다.
- 그러나 이때 자연암반에 발달된 불연속면과 같은 구조지질학적 문제는 해결하지 못했다. 이로 인해 마애불상과 주변 암반은 현재 다양한 크기의 절리가 발달하였고, 이중 대부분은 12mm의 이격거리를 보이며 부분적으로 미세절리도 나타났다. 또한 불상의 불두에서는 탈락 및 박락이발생하였고(Figure 3A), 불상의 대좌와 수인을 중심으로 입상분해가 진행 중이다(Figure 3B, 3C).
- 이를 정량적 훼손율로 산출한 결과, 전체적으로 박리·박락 41.5%, 입상 분해 16.7%, 결실 1.1%, 갈색 변색 40.0%가 산출되었다.
- 이를 종합해보면, 북지리마애여래좌상 표면에서 확인되는 갈색 표면오염물질들은 Fe가 주성분으로 작용하여 변색을 유발한 것으로 판단되고, 흑색변색은 Mn이 주된 변색 원인으로 판명되었다. 이 결과를 바탕으로 표준화를 실시하여 오염물 분포에 대한 2D 모델링을 실시하였다 (Figure 4B).
- 이 결과, 변색의 중첩이 이루어진 대좌의 상, 하단과 불상의 중앙 가슴에서 Fe와 Mn이 상대적으로 높게 검출되었다. 이중 갈색변색 오염물질들의 최소함량은 신선한 암석보다 낮은 Fe 함량을 보이는 부분도 있었으나 최대 약 35,000ppm 정도의 함량을 갖는 것으로 산출되었다. 또한 흑색변색의 오염물질도 약 2,000ppm 정도의 상대적인 함량차이를 보이고 있으며, 유사한 색상이라 할지라도 표면 오염물질의 침착정도에 따라 상대적인 함량차이가 있음을 알 수 있다(Figure 4B).
- 측정지점은 마애불상 71지점, 자연암반 42지점으로 총 113지점에 대해 실시하였다. 전체적인 초음파속도는 1,034~2,481㎧의 범위로 일반적인 암반의 풍화도 분류기준에 따르면 완전풍화단계(CW)에서 상당한 풍화단계(HW)에 해당하는 취약한 물성으로 확인되었다. 또한 물성 정량화를 위해 측정된 속도를 실측도면에 투영하여 풍화도를 분석 하였다.
- 측정 결과, 주변 암반은 0.07~0.35(×10-3 SI unit)의 범위를 보이며 평균 0.17(×10-3 SI unit)의 값을 나타냈고, 마애불상은 0.23~0.62(×10-3 SI unit)의 범위에서 평균 0.41(×10-3 SI unit)의 수치를 보였다.
- 측정결과를 살펴보면, 갈색변색 부분의 K 함량은 13,428~41,942ppm의 범위를 보이며 평균 26,733ppm을 나타냈고, Ca는 7,928~36,650ppm의 범위에서 평균 15,583ppm으로 측정되어 신선한 지점의 K, Ca 함량과 거의 동일한 농도를 보였다. 그러나 Mn은 193~2,704ppm의 범위를 보이며 평균 993ppm의 함량을 갖는 것으로 나타나 신선한 지점보다 약 2배 높은 함량이 검출되었고, Fe는 4,340~41,120ppm의 범위에서 평균 12,200ppm로 신선한 지점에 비해 약 2배 이상 높은 값을 나타냈다.
- 이와 같은 벽개면 사이의 공간과 점토광물들은 입자들의 분해를 촉진하여 화학적 풍화작용을 가속시키는 것으로 판단된다. 한편 X-선 회절분석 결과에서도 강한 회절선을 갖는 석영, K-장석, 사장석이 동정되어 전형적인 화강암의 광물조성과 일치함을 알 수 있으며, 이외에도 운모류가 확인되었다 (Figure 2G).
후속연구
- 이 마애여래좌상의 사면안정성을 평가한 결과, 마애불상 구역은 전도파괴의 가능성이, 자연암반은 평면 및 쐐기파괴의 가능성이 확인되었다. 따라서 마애불상의 안정적인 보존을 위해서는 거동가능성이 있는 암반에 계측기를 부착하여 지속적인 모니터링을 수행하며, 붕괴 위험이 높은 암반에 대해서는 지반공학적 보강공법의 적용이 필요할 것으로 판단된다.
- 현재 마애불상 암반의 상부에 강수 차단로가 마련되어 있지만 이 차단로의 시멘트는 이미 파손되어 있고, 지지대도 붕괴되어 배수로의 역할을 제대로 수행하지 못하고 있다. 따라서 마애불을 포함한 암반전체에 대하여 강수의 유입로를 정확히 파악한 후에 유도배수로 개수를 늘려 수분 차단을 위한 적극적인 대처방안을 마련해야 할 것이다. 또한 절리대와 암반의 이격 사이에 서식하고 있는 수목은 구조적으로 큰 영향을 끼치기 때문에 경관을 유지하는 범위에서 제거해야 할 필요가 있다.
- 그러나 보존처리가 시행되지 않은 절리들은 길이와 폭이 마애불상의 구조적 안정성에 위협을 줄 수 있으므로 보강이 필요한 상황인 것으로 나타났다. 또한 암반 상부의 토양은 강수와 함께 절리 틈에 유입되어 구조적 거동 및 박리·박락까지 발생시키므로 이에 대한 대책도 요구된다.
- 이는 훼손지도의 박리영역 데이터를 보완해주는 것은 물론 정량적인 박리 면적을 파악할 수 있다. 또한 암석의 강화제 주입을 위한 보존처리에도 신뢰도 높은 자료로 사용될 수 있다.
- 이를 위해 주변암반의 절리계 사이에는 계측기를 설치하여 지반의 변형을 모니터링 할 필요가 있다. 또한 절리의 거동 가능성과 결과를 분석하여 암반의 안정화에 필요한 지반공학적 사면보강공법이 적용되어야 할 것이다.
- 또한 훼손지도, 적외선 열화상, P-XRF, 초음파탐사 등과 같은 비파괴 분석법을 이용하여 손상도에 대한 종합평가를 수행하였고, 마애불 표면을 피복하고 있는 오염물을 분석하여 화학적 풍화도를 정량적으로 평가하였다. 이 연구결과는 마애불상의 구조안정성 평가기법및 보존방안을 확립하는데 크게 기여할 것으로 판단된다.
- 특히 틸트미터나 균열측정기와 같은 정량적인 계측기의 설치는 실시간 구조안정성을 예측할 수 있기 때문에 보존방안을 모색하는데 아주 중요하다. 이 외에도 정기적인 사진촬영, 배수로 정비, 관람객의 인위적 훼손 방지 등에 대한 대책도 마련되어야 할 것으로 판단된다.
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