대형 고분의 발굴 조사를 위한 전기비저항 탐사법의 적용 가능성을 시험하기 위하여, 나주 복암리 3호분에 대하여 3차원전기비저항 탐사를 수행하였다. 높은 해상도의 지하구조 영상을 얻기 위해서는 고분의 정확한 지형 구조 및 전극 위치에 대한 정보 획득이 필수적이다. 이에 따라 문화재 발굴 조사에서 사용하는 방법인 실을 이용한 구획설정법을 응용하여 전극을 설치하였다. 탐사 자료는, 전극 간격은 2 m, 측선 간격은 1 m로 하여 얻었으며, 각 탐사 측선은 상대적으로 1 m 엇갈리게 배열함으로써 전체적으로 고분에 대하여 1 m ${\times}$ 1m 크기의 격자망으로 구성하였다. 탐사 자료에 대하여 3차원 전기비저항 영상화를 수행하고 이를 기존의 발굴 조사 결과와 대비하였으며, 이로부터 확인된 매장 유구 분포와 전기비저항 영상이 매우 잘 일치함을 확인하였다. 이 연구를 통하여 대형 고분에서 매장 유구를 조사할 때 3차원 전기비저항 영상화 기술이 매우 유용함을 밝혔다.
대형 고분의 발굴 조사를 위한 전기비저항 탐사법의 적용 가능성을 시험하기 위하여, 나주 복암리 3호분에 대하여 3차원 전기비저항 탐사를 수행하였다. 높은 해상도의 지하구조 영상을 얻기 위해서는 고분의 정확한 지형 구조 및 전극 위치에 대한 정보 획득이 필수적이다. 이에 따라 문화재 발굴 조사에서 사용하는 방법인 실을 이용한 구획설정법을 응용하여 전극을 설치하였다. 탐사 자료는, 전극 간격은 2 m, 측선 간격은 1 m로 하여 얻었으며, 각 탐사 측선은 상대적으로 1 m 엇갈리게 배열함으로써 전체적으로 고분에 대하여 1 m ${\times}$ 1m 크기의 격자망으로 구성하였다. 탐사 자료에 대하여 3차원 전기비저항 영상화를 수행하고 이를 기존의 발굴 조사 결과와 대비하였으며, 이로부터 확인된 매장 유구 분포와 전기비저항 영상이 매우 잘 일치함을 확인하였다. 이 연구를 통하여 대형 고분에서 매장 유구를 조사할 때 3차원 전기비저항 영상화 기술이 매우 유용함을 밝혔다.
To test the applicability of resistivity survey methods for the archaeological prospection of a large-scale tumulus, a three-dimensional resistivity survey was conducted at the $3^{rd}$ tumulus at Bokam-ri, in Naju city, South Korea. Since accurate topographic relief of the tumulus and el...
To test the applicability of resistivity survey methods for the archaeological prospection of a large-scale tumulus, a three-dimensional resistivity survey was conducted at the $3^{rd}$ tumulus at Bokam-ri, in Naju city, South Korea. Since accurate topographic relief of the tumulus and electrode locations are required to obtain a high resolution image of the subsurface, electrodes were installed after making grids by threads, which is commonly used in the archaeological investigation. In the data acquisition, data were measured using a 2 m electrode spacing with the line spacing of 1 m and each survey line was shifted 1 m to form an effective grid of 1 m ${\times}$ 1 m. Though the 3-D inversion of data, we could obtain the 3-D image of the tumulus, where we could identify the brilliant signature of buried tombs made of stones. The results were compared with the previous excavation results and we could convince that a 3-D resistivity imaging method is very useful to investigate a large-scale tumulus.
To test the applicability of resistivity survey methods for the archaeological prospection of a large-scale tumulus, a three-dimensional resistivity survey was conducted at the $3^{rd}$ tumulus at Bokam-ri, in Naju city, South Korea. Since accurate topographic relief of the tumulus and electrode locations are required to obtain a high resolution image of the subsurface, electrodes were installed after making grids by threads, which is commonly used in the archaeological investigation. In the data acquisition, data were measured using a 2 m electrode spacing with the line spacing of 1 m and each survey line was shifted 1 m to form an effective grid of 1 m ${\times}$ 1 m. Though the 3-D inversion of data, we could obtain the 3-D image of the tumulus, where we could identify the brilliant signature of buried tombs made of stones. The results were compared with the previous excavation results and we could convince that a 3-D resistivity imaging method is very useful to investigate a large-scale tumulus.
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문제 정의
한편, 이와 같이 격자망으로 전극을 설치할 때에는 그 위치 정보를 정확하게 얻는 것이 매우 중요하므로, 이 연구에서는 GPS를 이용하여 각 전극 위치를 측량하였다. 그러나 현장에서 RTK 시스템을 이용한 측량이 이루어지지 못하여 측점 위치에 오차가 있었으며, 이에 따라 기존에 3차원으로 측량된 좌표와 GPS 좌표를 함께 사용하여 최대한 정확한 좌표를 얻고자 노력하였다. 실제 이와 같이 조밀한 측점 간격을 가지는 경우 그 위치를 정확히 측정하는 것이 성공적인 자료 획득의 전제 조건임을 확인할 수 있었다.
이 논문에서는 이와 같은 3차원 전기비저항 탐사 기술을 국내의 대형 고분에 적용하고 그 활용성을 높이고자 나주 복암리 고분군의 3호분을 대상으로 3차원 전기비저항 탐사를 실시하여 그 연구 결과를 발굴 조사 결과와 비교, 검토하고자 한다.
, 2007), 주로 2차원 및 3차원 전기비저항(Resistivity) 영상화 기술이 활발히 적용되고 있다. 전기비저항 영상화 기술의 응용은 원리적으로 고분 위에 전극들을 설치하고 그 하부의 전기비저항 분포를 2차원 또는 3차원적으로 영상화하여 하부에 매장된 유구의 2차원 또는 3차원 분포를 영상으로 얻고자 함에 있다. 특히 매장 유구와 관련된 인공 석재 구조물이나 비어 있는 매장 유구의 경우, 주변의 토양층에 비하여 전기비저항이 높은 특징을 보여 아주 탁월한 영상을 얻을 수 있어, 2차원 또는 3차원 전기비저항 영상화 기술은 이러한 지역에 매우 유용하게 사용되고 있다.
제안 방법
Layout of electrode locations for the 3-D resistivity survey. A Two-dimensional survey was performed along NS directed lines and three cross lines in the EW direction (arrow) were set as auxiliary survey lines.
대형 고분에 대한 3차원 전기비저항 영상화 기술의 적용성을 검토하기 위하여 나주 복암리 3호분에 대하여 3차원 전기비저항 탐사를 수행하였다. 전극은 3호분에 대하여 1 m 간격의 격자망으로 설치하였으며, 설치한 전극의 위치를 정확히 구하기 위하여 GPS 시스템을 이용한 위치측정을 실시하였다.
홑극-쌍극자 배열 탐사 자료의 경우에는 전극 배열의 비대칭성을 감안하여 정방향 홑극-쌍극자 배열 탐사 자료와 역방향 홑극-쌍극자 배열 탐사 자료를 모두 얻었으며, 이로부터 측정된 총 탐사 자료의 수는 49,732개로서 매우 정밀한 탐사 자료를 구할 수 있었다. 실제 예상되는 유구의 분포는 약 1 m 이하 정도의 수평 분해능으로 파악함이 필요하므로, 측선 설정과 마찬가지로 약 1 m의 측점 간격을 이용함으로써 매우 정밀한 탐사가 가능하도록 하였다.
얻어진 탐사 자료에 대하여 자료 편집 후에 3차원 전기비저항 영상화를 수행하였으며, 이 영상으로부터 깊이별로 수평 절개 단면을 구하여 해석하였다. 전기비저항 영상으로부터 기존의 발굴 조사 결과에 대응하는 높은 전기비저항 이상대를 확인할 수 있었으며, 특히 가장 규모가 큰 ’96석실 및 여러 개의 석실 구조에 대하여 이에 맞는 정확한 지하구조 영상을 얻을 수 있었다.
역산에서도 매우 방대한 계산 시간과 계산 용량이 요구되므로 현실적으로 어려움이 따른다. 이와 같은 점을 극복하고자 그림에서 보는 바와 같이 측선 간격은 1 m 로 하고, 측점 간격은 2 m로 하여 각 측선이 1 m 씩 남북 방향으로 떨어지는 방식으로 하여 실제 1 m 전극 간격으로 탐사하는 경우에 비하여 탐사 자료의 분해능이 낮아지지 않도록 측선을 설계하였다. 그림에서 보듯이 전체 전극의 수는 1299개로서 매우 많은 수의 전극을 이용한 고밀도 탐사 자료를 얻을 수 있었다.
대형 고분에 대한 3차원 전기비저항 영상화 기술의 적용성을 검토하기 위하여 나주 복암리 3호분에 대하여 3차원 전기비저항 탐사를 수행하였다. 전극은 3호분에 대하여 1 m 간격의 격자망으로 설치하였으며, 설치한 전극의 위치를 정확히 구하기 위하여 GPS 시스템을 이용한 위치측정을 실시하였다. 또한 발굴 조사 때처럼 실을 이용하여 되도록 정확한 격자망이 설치되도록 하였다.
3과 같이 격자망의 전극을 설치하였다. 전극의 설치를 위한 격자망의 구성은 Fig. 4와 같이 통상적으로 문화재 발굴 조사에 사용하는 방식과 같이 실을 이용하여 격자망을 만들어 개별적인 전극 또는 측점에 측량이 이루어지지 않는 경우에도 상당히 정확한 위치를 얻을 수 있도록 하였다. 한편, 이와 같이 격자망으로 전극을 설치할 때에는 그 위치 정보를 정확하게 얻는 것이 매우 중요하므로, 이 연구에서는 GPS를 이용하여 각 전극 위치를 측량하였다.
한편 탐사에 있어서 중요한 변수의 하나인 전극 배열에는 국내에서 가장 일반적으로 사용되는 쌍극자 배열을 이용하였고, 추가적으로 홑극-쌍극자 배열 탐사 자료도 얻었다. 홑극-쌍극자 배열 탐사 자료의 경우에는 전극 배열의 비대칭성을 감안하여 정방향 홑극-쌍극자 배열 탐사 자료와 역방향 홑극-쌍극자 배열 탐사 자료를 모두 얻었으며, 이로부터 측정된 총 탐사 자료의 수는 49,732개로서 매우 정밀한 탐사 자료를 구할 수 있었다.
4와 같이 통상적으로 문화재 발굴 조사에 사용하는 방식과 같이 실을 이용하여 격자망을 만들어 개별적인 전극 또는 측점에 측량이 이루어지지 않는 경우에도 상당히 정확한 위치를 얻을 수 있도록 하였다. 한편, 이와 같이 격자망으로 전극을 설치할 때에는 그 위치 정보를 정확하게 얻는 것이 매우 중요하므로, 이 연구에서는 GPS를 이용하여 각 전극 위치를 측량하였다. 그러나 현장에서 RTK 시스템을 이용한 측량이 이루어지지 못하여 측점 위치에 오차가 있었으며, 이에 따라 기존에 3차원으로 측량된 좌표와 GPS 좌표를 함께 사용하여 최대한 정확한 좌표를 얻고자 노력하였다.
현장에서 얻은 탐사 자료는 2차원 측선 별로 2차원 해석을 수행하여 기본적인 자료 처리와 자료의 질적 관리(quality control)를 한 후, 전체 탐사 자료에 대하여 3차원 역산을 수행하였다. 역산에는 유한요소법에 기반한 3차원 전기비저항 역산 알고리듬(Yi et al.
대상 데이터
Fig. 3의 전극 위치에 대하여 탐사는 측선별 2차원 탐사 자료를 얻는 방식으로 수행되었으며, 남북 방향으로 49개 측선과 동서 방향(그림에서 청색 화살표로 표시한 측선)으로 3개의 측선에 대한 탐사 자료를 획득하였다. Papadopoulos et al.
조사 대상인 나주 복암리 고분군(사적 제404호)은 전남 나주시 다시면 복암리에 위치하고 3~7세기 영산강 유역의 다장묘, 복합묘적인 성격을 나타내며 충적 평야에 모두 4기의 고분으로 이루어져 있다. 그 중 규모가 제일 큰 복암리 3호분을 국립문화재연구소가 1996 ~ 1998년에 걸쳐 발굴 조사하고 정비 복원하여 고분의 내부 구조를 잘 알고 있어 시험적 성격의 물리탐사 대상지로 이 고분을 선정하였다.
1은 나주 복암리 고분군의 전경을 나타낸다. 연구 대상인 3호분은 화살표로 표시되어 있으며, 4개의 고분들 가운데 가장 크기가 큰 고분임을 알 수 있다. Fig.
발굴 조사를 한 후, 한 분구에서 옹관묘 22기, 횡구식 석실묘 등 19기, 모두 41기의 매장 시설이 400년에 걸쳐 축조되었음을 확인하였다. 옹관과 유물은 박물관으로 이동되어 없는 상태이며, 목관묘는 탐지가 어려울 것으로 판단됨에 따라 전기비저항 탐사로 탐지할 수 있는 매장 시설은 다양한 크기별로 15개를 설정하였다.
이 연구의 조사 대상인 복암리 3호분은 정비 복원 후 그 크기가 커진 상태이며, 현재 X축(동서) 방향으로 48 m, Y축(남북) 방향으로 52 m, 높이 7m이며, 정상부가 사각형인 방대형 고분이다. 반면에 매장 시설의 크기는 길이가 2.
(2006, 2007)에 의하면 이 조사에서와 같이 한 방향으로 탐사 자료를 얻고 3차원 영상화에 의하여 3차원 지하 구조 영상을 구하는 경우, 두 방향으로 자료를 얻은 경우와 큰 차이가 없다고 밝힌 바 있다. 이에 따라 고분을 위한 3차원 전기비저항 탐사를 할 때 한 방향으로 평행한 2차원 탐사를 통하여 충분한 해상도를 확보할 수 있으므로, 남북 방향으로 탐사 자료를 얻고, 보조 측선의 개념으로 3개의 동서 방향 측선에 대하여 탐사 자료를 획득하였다. 실제 탐사에서 조사 대상에 대한 분해능을 고려하면 약 1 m 정도의 전극 간격이 필요하지만, 그러면 최종 전극 개수가 약 2500개 정도에 달하여 너무 많은 자료를 얻어야 할 뿐만 아니라.
조사 대상인 나주 복암리 고분군(사적 제404호)은 전남 나주시 다시면 복암리에 위치하고 3~7세기 영산강 유역의 다장묘, 복합묘적인 성격을 나타내며 충적 평야에 모두 4기의 고분으로 이루어져 있다. 그 중 규모가 제일 큰 복암리 3호분을 국립문화재연구소가 1996 ~ 1998년에 걸쳐 발굴 조사하고 정비 복원하여 고분의 내부 구조를 잘 알고 있어 시험적 성격의 물리탐사 대상지로 이 고분을 선정하였다.
그림에서 보듯이 전체 전극의 수는 1299개로서 매우 많은 수의 전극을 이용한 고밀도 탐사 자료를 얻을 수 있었다. 한편, 각 측선별로 전극 간격이 2 m와 4 m인 두 가지의 전극 간격으로 자료를 얻었으며, 이 때 2 m 전극 간격의 경우에는 전극 전개수를 10까지, 4 m 전극 간격의 경우에는 전극 전개수 8까지 탐사 자료를 얻었다.
한편 탐사에 있어서 중요한 변수의 하나인 전극 배열에는 국내에서 가장 일반적으로 사용되는 쌍극자 배열을 이용하였고, 추가적으로 홑극-쌍극자 배열 탐사 자료도 얻었다. 홑극-쌍극자 배열 탐사 자료의 경우에는 전극 배열의 비대칭성을 감안하여 정방향 홑극-쌍극자 배열 탐사 자료와 역방향 홑극-쌍극자 배열 탐사 자료를 모두 얻었으며, 이로부터 측정된 총 탐사 자료의 수는 49,732개로서 매우 정밀한 탐사 자료를 구할 수 있었다. 실제 예상되는 유구의 분포는 약 1 m 이하 정도의 수평 분해능으로 파악함이 필요하므로, 측선 설정과 마찬가지로 약 1 m의 측점 간격을 이용함으로써 매우 정밀한 탐사가 가능하도록 하였다.
이론/모형
현장에서 얻은 탐사 자료는 2차원 측선 별로 2차원 해석을 수행하여 기본적인 자료 처리와 자료의 질적 관리(quality control)를 한 후, 전체 탐사 자료에 대하여 3차원 역산을 수행하였다. 역산에는 유한요소법에 기반한 3차원 전기비저항 역산 알고리듬(Yi et al., 2001)을 적용하였다. 이 알고리듬을 이용하여 고분의 형태를 3차원 공간상에 유한요소 격자망으로 구현하였으며, 역산의 분해능 향상을 위하여 ACB (Active Constraint Balancing, Yi et al.
, 2001)을 적용하였다. 이 알고리듬을 이용하여 고분의 형태를 3차원 공간상에 유한요소 격자망으로 구현하였으며, 역산의 분해능 향상을 위하여 ACB (Active Constraint Balancing, Yi et al., 2003)법을 적용하였다.
성능/효과
발굴 조사를 한 후, 한 분구에서 옹관묘 22기, 횡구식 석실묘 등 19기, 모두 41기의 매장 시설이 400년에 걸쳐 축조되었음을 확인하였다. 옹관과 유물은 박물관으로 이동되어 없는 상태이며, 목관묘는 탐지가 어려울 것으로 판단됨에 따라 전기비저항 탐사로 탐지할 수 있는 매장 시설은 다양한 크기별로 15개를 설정하였다.
그러나 현장에서 RTK 시스템을 이용한 측량이 이루어지지 못하여 측점 위치에 오차가 있었으며, 이에 따라 기존에 3차원으로 측량된 좌표와 GPS 좌표를 함께 사용하여 최대한 정확한 좌표를 얻고자 노력하였다. 실제 이와 같이 조밀한 측점 간격을 가지는 경우 그 위치를 정확히 측정하는 것이 성공적인 자료 획득의 전제 조건임을 확인할 수 있었다.
전기비저항 영상으로부터 기존의 발굴 조사 결과에 대응하는 높은 전기비저항 이상대를 확인할 수 있었으며, 특히 가장 규모가 큰 ’96석실 및 여러 개의 석실 구조에 대하여 이에 맞는 정확한 지하구조 영상을 얻을 수 있었다.
즉, ’96석실, 석실 12, 석실 11, 석실 6, 석실 7 및 석실 10에 대한 영상이 뚜렷하게 나타나고 있으며, 전기비저항 영상이 실제 매장 유구를 정확하게 영상으로 제공하고 있음을 알 수 있다.
후속연구
이상과 같은 대규모 고분에 대한 현장 응용 실험으로부터 3차원 전기비저항 영상화가 국내에 산재하는 고총 또는 고분의 비파괴적 조사를 위하여 매우 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였으며, 향후 3차원 전기비저항 영상화 기술을 이용한 고분 조사가 표준적인 조사 방법의 하나로써 자리매김 할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
물리탐사란 무엇인가?
물리탐사는 물리적인 현상을 이용하여 지하 하부를 규명하는 학문으로, 특히 문화재 분야에서는 문화재 유구 조사, 문화재 안전 진단 등 다양한 목적으로 이용되고 있으며, 특히 지하 하부에 매장되어 있는 유구를 탐지하고 영상화하는 데 현재 일반적으로 사용되고 있다(Vafidis et al., 2005).
고고학적 현장에서 물리탐사를 하는 최종 목적은 무엇인가?
, 2005). 고고학적 현장에서 물리탐사를 하는 최종 목적은 유구 분포에 대한 영상을 물리탐사 비전문가인 고고학자가 쉽게 이해할 수 있는 형태로 제공하는 것이라 할 수 있으며, 따라서 최종 결과는 실제 시굴 또는 발굴이 이루어진 경우와 유사한 정도의 유구 분포 영상을 제공할 수 있어야 한다(Scollar et al., 1986).
고고물리탐사에서 매우 중요한 영역은 무엇인가?
이와 같은 문화재 물리탐사에 있어서, 특히 매장 유구의 대표적인 형태인 무덤 또는 고분에 대한 탐사는 매우 중요한 영역이며, 이는 동서양을 막론하고 이들 무덤 또는 고분 등이 인간이 만든 가장 보편적인 매장 유구라는 점에 기인한다. 이와 같은 고분은 도굴이 이루어지지 않은 경우 매우 소중한 역사적 유물을 포함하는 경우가 많으며, 해외에서는 물리탐사에 의한 성공적인 고분 탐지 사례가 다수 보고되어 있다(McCann et al.
참고문헌 (16)
Astin, T., Eckardt, H., and Hay, S., 2007, Resistivity imaging survey of the Roman Barrows at Bartlow, Cambridgeshire, UK, Archaeological Prospection, 14, 24-37.
McCann, D. M., Jackson, P. D., and Culshaw, M. G. 1987. The use of geophysical surveying methods in the detection of natural cavities and mineshafts. Quarterly Journal of Engineering Geology & Hydrogeology, 20, 59-73.
Nyari, Z. and Kanli, A. I., 2007, Imaging of buried 3D objects by using electrical profiling methods with GPR and 3D geoelectrical measurements, J. Geophys. Eng., 4, 83-93.
Papadopoulos, N. G., Tsourlos, P., Tsokas, G. N., and Sarris, A., 2006, Two-dimensional and three-dimensional resistivity imaging in archaeological site investigation, Archaeological Prospection, 13, 163-181.
Papadopoulos, N. G., Tsourlos, P., Tsokas, G. N., and Sarris, A., 2007, Efficient ERT measuring and inversion strategies for 3D imaging of buried antiquities, Near Surface Geophysics, 5, 349-362.
Piro, S., Tsourlos, P., and Tsokas, G. N., 2001, Cavity detection employing advanced geophysical techniques: a case study, European Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 6, 3-31.
Polymenakos, L., Papamarinopoulos, S., Liossis, A., and Koukouli-Chryssanthaki, Ch., 2004, Investigation of a monumental macedonian tumulus by three-dimensional seismic tomography, Archaeological Prospection, 11, 145-158.
Sarris, A., Poulioudis, G., Gkiourou, A., Kevgas, V., Triantaphyllos, D., and Terzopoulou, D., 2000, Geophysical investigations of tumuli in Thrace, N. Greece, 32nd International Symposium of Archaeometry, May 15-19, Mexico City.
Scollar, I., Weinder, B., and Segeth, K., 1986, Display of archaeological magnetic data, Geophysics, 51, 623-633.
Tonkov, N. and Loke, M. H., 2006, A resistivity survey of a burial mound in the "Valley of the thracian kings", Archaeological Prospection, 13, 129-136.
Tsokas, G. N., Papazachos, C. B., Vafidis, A., Loukoyiannakis, M. Z., Vargemezis, G., and Tzimeas, K., 1995, The detection of monumental tombs buried in tumuli by seismic refraction, Geophysics, 60, 1735-1742.
Vafidis, A., Economou, N., Ganiatsos, Y., Manakou, M., Poulioudis, G., Sourlas, G., Vrontaki, E., Sarris, A., Guy, M., and Kalpaxis, Th., 2005, Integrated archaeological studies at ancient Itanos (Greece), Archaeological Science, 32, 1023-1036.
Yi, M.-J., Kim, J.-H., Song, Y., Cho, S.-J., Chung, S.-H., and Suh, J.-H., 2001, Three-dimensional imaging of subsurface structures using resistivity data, Geophysical Prospecting, 49, 483-497.
Yi, M.-J., Kim, J.-H., and Chung, S.-H., 2003, Enhancing the resolving power of least square inversion with active constraint balancing, Geophysics, 68, 931-941.
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