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문제 정의
- 석불군이 조성된 암반은 다양한 형태를 갖는 암괴로 분리되어 있다. 따라서 사면의 분포특성 및 방향성을 알아보기 위해 다양한 불연속면이 산재되어 있는 호키 Ⅰ군을 대상으로 주향과 경사를 측정하였다. 측정지점은 32개로 불상군 내에서도 불감별 상대적인 사면안정성을 평가하고자 제1불감, 제2불감및 제3, 4불감으로 구분하여 8개, 10개 및 14개를 대상으로 살펴보았다(Figure 10A).
- 따라서 이 연구에서는 우스키 마애불상군의 재질특성을 밝히고, 손상유형별 정밀진단을 통해 훼손상태에 대한 기초 자료를 확보하였다. 이를 토대로 호키 Ⅰ군과 후루조노 석불군을 대상으로 훼손지도를 작성하였고 보존과학적 손상 도를 정량적으로 평가하였다.
- 우스키 마애불상군에는 다양한 훼손양상이 복합적으로 나타나며 이들을 정량적으로 평가하고자 훼손지도를 작성 하였다. 마애불상 4군 가운데 다양한 훼손양상이 복합적으로 나타나는 호키 Ⅰ군과 후루조노를 대상으로 손상도를 평가하였다.
- 이 연구에서는 석불군의 재질특성을 밝히고 풍화 및 훼손상태에 따른 정량적 손상도 평가를 수행하였다. 또한 석 불군 주변 암반에서 탈락된 암편을 수습하여 실내 실험 및 분석을 수행하였다.
가설 설정
- 3. (H) Lichens on the pedestal of the Buddha. (I) Herbaceous plants growing on the gap of the rock.
- (G) The Sannosan group Buddha statues. (H) The Furuzono group Buddha statues.
- (C, a) Fresh rock in the Furuzono. (C, b) Old rock in the Furuzono. (D) Basement rocks.
제안 방법
- 한편 마애불상군과 주변암반의 물성측정을 위한 초음파 속도는 CNS Farnell사의 PUNDIT-plus를 이용하여 측정하였다. 각 측정지점별 데이터는 입면도에 투영하여 2D 모델링을 수행하였다. 또한 마애불상과 기반암에 불연속적으로 분포하는 절리를 대상으로 사면안정성 평가를 실시하였다.
- 우스키 석불군의 기반암은 암회색을 띠는 응회암으로서, 수 cm의 암색 렌즈상 피아메(fiamme)가 잘 발달된 용결 응회암과 부분적으로 암편을 함유하는 암편질 응회암이 혼재되어 있다(Figure 4A). 기반암 주변에서 암편을 수습하여 편광현미경 관찰을 실시하였다. 이 결과, 마애불의 구성 암석은 주로 미정질 석기와 2㎜ 이하의 석영, 사장석 및 정장석 반정으로 이루어져 있는 것이 확인되었다.
- 결국 우스키 마애불상군도 암반의 직접적인 역학적 영향을 받고 있으며 독립된 절리로 존재하거나 탈락면과 함께 공존하여 또 다른 파괴유형을 보이기도 하였다. 따라서 호키 Ⅰ군에서 추출한 32개의 절리를 대상으로 이들의 방향성을 근거로 평사투영법을 이용하여 파괴유형과 파괴가능성을 분석하였다.
- 또한 구성암석의 광물학적 및 조직적 특징을 관찰하기 위해 수습 시료로 박편을 제작하였다. 박편은 Nikon사의 Eclipse E600W 편광/반사 겸용 현미경을 이용하여 관찰하였다.
- 이를 토대로 호키 Ⅰ군과 후루조노 석불군을 대상으로 훼손지도를 작성하였고 보존과학적 손상 도를 정량적으로 평가하였다. 또한 다양한 불연속면을 대상으로 사면안정성 평가를 수행하였다. 이 연구결과는 우스키 마애불상군 보존의 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
- 각 측정지점별 데이터는 입면도에 투영하여 2D 모델링을 수행하였다. 또한 마애불상과 기반암에 불연속적으로 분포하는 절리를 대상으로 사면안정성 평가를 실시하였다. 이는 마애불과 암반의 파괴가능성을 예측하기 위한 비파괴 분석방법으로 클리노미터로 주향과 경사를 측정하고 이를 DIPS 프로그램에 적용하여 구조적 안정성을 해석하였다.
- 이 연구에서는 석불군의 재질특성을 밝히고 풍화 및 훼손상태에 따른 정량적 손상도 평가를 수행하였다. 또한 석 불군 주변 암반에서 탈락된 암편을 수습하여 실내 실험 및 분석을 수행하였다. 우선 우스키 마애불상군을 구성하는 암석의 자화강도를 파악하고자 전암대자율을 측정하였고 ZH Instrument사의 SM30 모델을 이용하였다.
- 우선 물리적 훼손유형은 균열, 박리박락, 탈락, 염풍화로 인한 박락 및 공동으로 분류하였다. 또한 화학적 및 생물학적 훼손유형에는 갈색, 백색 및 흑색변색과 생물학적요인(녹조류, 선태류, 지의류 및 초본류에 대한 전반적인 양상을 모두 병합)으로 나누어 나타냈다. 훼손지도는 국립문화재연구소의 ‘석조문화재 풍화훼손지도 작성방법’에 따라 완성하였고17 손상도는 전체면적에서 각 훼손유형별 면적을 백분율로 환산하여 산출하였다.
- 우스키 마애불상군에는 다양한 훼손양상이 복합적으로 나타나며 이들을 정량적으로 평가하고자 훼손지도를 작성 하였다. 마애불상 4군 가운데 다양한 훼손양상이 복합적으로 나타나는 호키 Ⅰ군과 후루조노를 대상으로 손상도를 평가하였다. 도면에 표시한 훼손유형의 분류와 기준은 일반적으로 석조문화재에서 나타나는 현상을 기준으로 정한 것이다(Table 1).
- 마애불상군과 주변 암반의 자화강도를 파악하고자 전암대자율을 측정하였다. 이는 외부자기장에 대한 암석의 미세 대자율을 의미하는데, Ishihara(1977)는 일본 서남부에서 화강암계열을 대상으로 대자율측정과 불투명광물 및 화학분석을 통해 자철석 계열과 티탄철석 계열을 제안하였고 이들은 특정 광상과 밀접한 성인적 관계를 가진다고 보고 하였다10.
- 시료의 일부를 분말화하여 X-선 회절분석을 실시하였다(Figure 4D). 모든 시료에서 석영, 사장석 및 정장석이 검출되었고 이외에도 각섬석, 휘석, 마그헤마이트 등이 함께 동정되었다.
- 우선 물리적 훼손유형은 균열, 박리박락, 탈락, 염풍화로 인한 박락 및 공동으로 분류하였다. 또한 화학적 및 생물학적 훼손유형에는 갈색, 백색 및 흑색변색과 생물학적요인(녹조류, 선태류, 지의류 및 초본류에 대한 전반적인 양상을 모두 병합)으로 나누어 나타냈다.
- 풍화훼손도 평가에서는 훼손유형을 물리적, 화학적 및 생물학적 요인으로 세분화하여 조사하였다. 우선 현장에서 유형별로 나타나는 훼손상태를 도면에 표시하고 향후 실내에서 정확한 훼손영역을 재드로잉 하기위해 고해상도 사진을 정면에서 수차례 촬영하였다. 실내에서는 각종 2D 그래픽 전문 응용프로그램을 이용하여 손상도를 산출하는데 전체영역에서 훼손영역에 해당하는 부분을 백분율로 환산하여 구하였다.
- 우스키 마애불상군을 구성하는 암반의 물성을 진단하고, 교체석으로 사용된 신석재와의 초음파속도를 비교하였다. 초음파 측정조건은 이찬희 외(2009)에 의해 검증된 조건을 반영 하였다18.
- 박편은 Nikon사의 Eclipse E600W 편광/반사 겸용 현미경을 이용하여 관찰하였다. 이 암석의 조암광물을 동정하기 위해서 X-선 회절분석을 수행하였는데, 시료는 분말화하여 24시간 건조한 뒤 Rigaku제 D/Max-ⅡB X-선 회절분석기기를 이용하여 분석하였다. 타겟으로 사용된 X-선은 CuKα이며 양극의 가속전압 및 필라멘트의 전류는 각각 40㎸와 100㎃이다.
- 또한 마애불상과 기반암에 불연속적으로 분포하는 절리를 대상으로 사면안정성 평가를 실시하였다. 이는 마애불과 암반의 파괴가능성을 예측하기 위한 비파괴 분석방법으로 클리노미터로 주향과 경사를 측정하고 이를 DIPS 프로그램에 적용하여 구조적 안정성을 해석하였다.
- 따라서 이 연구에서는 우스키 마애불상군의 재질특성을 밝히고, 손상유형별 정밀진단을 통해 훼손상태에 대한 기초 자료를 확보하였다. 이를 토대로 호키 Ⅰ군과 후루조노 석불군을 대상으로 훼손지도를 작성하였고 보존과학적 손상 도를 정량적으로 평가하였다. 또한 다양한 불연속면을 대상으로 사면안정성 평가를 수행하였다.
- . 측정지점별 데이터를 실측도면에 투영하여 풍화도를 분석하였다. 애 염명왕은 불상 불두와 우측 상단, 좌측 하단에서 저속도대를 보였고(Figure 9A), 신석재인 아미타여래좌상 대좌는 기단의 중앙과 우측 하단에서 상대적인 저속도대를 보였으나 취약한 물성으로 인한 문제는 없는 것으로 여겨진다 (Figure 9B).
- 실내에서는 각종 2D 그래픽 전문 응용프로그램을 이용하여 손상도를 산출하는데 전체영역에서 훼손영역에 해당하는 부분을 백분율로 환산하여 구하였다. 특히 석불군의 전체영역은 암반면 중에서도 보호각이 설치되어 있는 영역을 기준영역으로 설정하였다.
- 풍화훼손도 평가에서는 훼손유형을 물리적, 화학적 및 생물학적 요인으로 세분화하여 조사하였다. 우선 현장에서 유형별로 나타나는 훼손상태를 도면에 표시하고 향후 실내에서 정확한 훼손영역을 재드로잉 하기위해 고해상도 사진을 정면에서 수차례 촬영하였다.
대상 데이터
- 1. 우스키 마애불상군은 12~14세기에 조성된 총 60여개의 불상군으로 일본 오이타현에 위치한다. 이 석불군은 마애불로서는 최초로 국보로 지정되었고 규모와 조각이 뛰어나 일본을 대표하는 마애불로 평가받고 있다.
- 탐사기기는 CNS Farnell에서 제조된 PUNDIT-plus이고, 탐촉자는 UTREXTX(RX)를 사용하였다. 또한 접촉매 질은 마애불의 표면과 탐촉자와의 직접적인 접촉을 방지하며 탐사흔적이 남지 않은 고무찰흙을 선택하였다. 초음파 측정방식은 간접전달방법으로 수행하였고 호키 Ⅰ군 제2불감의 애염명왕을 대상으로 직접-간접전달방식간의 보정계수 1.
- 또한 구성암석의 광물학적 및 조직적 특징을 관찰하기 위해 수습 시료로 박편을 제작하였다. 박편은 Nikon사의 Eclipse E600W 편광/반사 겸용 현미경을 이용하여 관찰하였다. 이 암석의 조암광물을 동정하기 위해서 X-선 회절분석을 수행하였는데, 시료는 분말화하여 24시간 건조한 뒤 Rigaku제 D/Max-ⅡB X-선 회절분석기기를 이용하여 분석하였다.
- 측정은 총 74지점으로 원 불상인 애염명왕에 58지점, 교체석인 아미타여래좌상의 대좌에 16지점을 대상으로 수행 하였다. 우선 원암인 애염명왕의 평균 초음파속도는 2,298㎧로 이는 아미타여래좌상의 교체석인 대좌의 평균 초음파 속도인 3,813㎧와 약 1,600㎧ 정도 차이가 난다.
- 따라서 사면의 분포특성 및 방향성을 알아보기 위해 다양한 불연속면이 산재되어 있는 호키 Ⅰ군을 대상으로 주향과 경사를 측정하였다. 측정지점은 32개로 불상군 내에서도 불감별 상대적인 사면안정성을 평가하고자 제1불감, 제2불감및 제3, 4불감으로 구분하여 8개, 10개 및 14개를 대상으로 살펴보았다(Figure 10A).
- 타겟으로 사용된 X-선은 CuKα이며 양극의 가속전압 및 필라멘트의 전류는 각각 40㎸와 100㎃이다.
- 초음파 측정조건은 이찬희 외(2009)에 의해 검증된 조건을 반영 하였다18. 탐사기기는 CNS Farnell에서 제조된 PUNDIT-plus이고, 탐촉자는 UTREXTX(RX)를 사용하였다. 또한 접촉매 질은 마애불의 표면과 탐촉자와의 직접적인 접촉을 방지하며 탐사흔적이 남지 않은 고무찰흙을 선택하였다.
- 훼손지도는 국립문화재연구소의 ‘석조문화재 풍화훼손지도 작성방법’에 따라 완성하였고17 손상도는 전체면적에서 각 훼손유형별 면적을 백분율로 환산하여 산출하였다. 호키 Ⅰ군과 후루 조노의 전체면적은 보호각이 설치된 내부를 대상으로 설정 하였다(Figure 6, 7).
이론/모형
- 기준사면은 전면방향을 중심으로 N70W/90으로 설정하였고, 파괴위험성 도시를 위한 용결응회암의 마찰각은 Jiang and Esaki(2002)가 제시한 34°를 적용하였다20.
- 또한 석 불군 주변 암반에서 탈락된 암편을 수습하여 실내 실험 및 분석을 수행하였다. 우선 우스키 마애불상군을 구성하는 암석의 자화강도를 파악하고자 전암대자율을 측정하였고 ZH Instrument사의 SM30 모델을 이용하였다. 이 대자율 단위는 10-3 SI unit으로 표기하였다.
- 또한 접촉매 질은 마애불의 표면과 탐촉자와의 직접적인 접촉을 방지하며 탐사흔적이 남지 않은 고무찰흙을 선택하였다. 초음파 측정방식은 간접전달방법으로 수행하였고 호키 Ⅰ군 제2불감의 애염명왕을 대상으로 직접-간접전달방식간의 보정계수 1.48을 적용하였다.
- 우스키 마애불상군을 구성하는 암반의 물성을 진단하고, 교체석으로 사용된 신석재와의 초음파속도를 비교하였다. 초음파 측정조건은 이찬희 외(2009)에 의해 검증된 조건을 반영 하였다18. 탐사기기는 CNS Farnell에서 제조된 PUNDIT-plus이고, 탐촉자는 UTREXTX(RX)를 사용하였다.
- 한편 마애불상군과 주변암반의 물성측정을 위한 초음파 속도는 CNS Farnell사의 PUNDIT-plus를 이용하여 측정하였다. 각 측정지점별 데이터는 입면도에 투영하여 2D 모델링을 수행하였다.
- 훼손지도는 국립문화재연구소의 ‘석조문화재 풍화훼손지도 작성방법’에 따라 완성하였고17 손상도는 전체면적에서 각 훼손유형별 면적을 백분율로 환산하여 산출하였다.
성능/효과
- 3. 전암대자율 측정결과, 석불군은 2.19~9.90(×10-3 SI unit) 의 넓은 분포범위를 보이며 구석재와 신석재간에 서로 다른 평균값을 보이나 일대 기반암은 3.39~6.15 (×10-3 SI unit)으로 성인적으로 모두 유사한 영역에 분포한다.
- 4. 호키 Ⅰ군과 후루조노의 훼손지도 작성결과, 암반상부에 균열, 지하수위 영역에 박리박락의 훼손양상을 나타냈고, 각 석불군 모두 다종의 생물학적 훼손이 암반 전면에 걸쳐 고르게 분포하였다. 이를 정량적 훼손율로 산출해보면, 호키 Ⅰ군은 66.
- 5. 호키 Ⅰ군 애염명왕의 초음파속도는 2,298㎧로 상당히 풍화단계(HW)에 해당하고, 신석재인 아미타여래좌상의 대좌는 3,813㎧로 약간 풍화단계(SW)로 분류된다. 이 구석재와 신석재는 약 1,600㎧의 물성차이를 보인다.
- 6. 우스키 마애불상군의 호키 Ⅰ군은 다양한 불연속면이 존재하며 사면안정성 평가를 통해 네 불감 모두 평면, 전도 및 쐐기파괴의 가능성이 나타났다. 특히 제3불감과 제4불감 사이의 자연암반에서는 빈도 높은 파괴위험성이 확인되었으며, 정기적인 모니터링을 실시하여 거동가능성 여부를 진단해야 한다.
- 각 훼손양상을 종합한 종합훼손지도는 Figure 6C와 같으며, 호키 Ⅰ군의 불감을 기준으로 한 손상도는 제1불감 62.5%, 제2불감 80.9%, 제3불감 55.8%, 제4불감 49.0%로, 제2불감에서 가장 높게 나타났다. 또한 호키 Ⅰ군 전체는 66.
- 다양한 훼손양상이 고루 나타나는 호키 Ⅰ군과 후루조노 불상군은 균열, 생물, 염풍화로 인한 박락에서 높은 점유율을 보였다. 이들은 독립되어 나타나지 않고 서로 연계되어 복합적인 손상을 불러일으키는 것으로 판단된다.
- 또한 우스키 마애불상군에 나타나는 다양한 변색과 이차오염물은 갈색, 백색 및 흑색변색으로 관찰되었다. 갈색 변색은 불상을 중심으로 분포하는데 옅은 갈색을 띤다 (Figure 5F).
- 시료의 일부를 분말화하여 X-선 회절분석을 실시하였다(Figure 4D). 모든 시료에서 석영, 사장석 및 정장석이 검출되었고 이외에도 각섬석, 휘석, 마그헤마이트 등이 함께 동정되었다. 또한 석영의 동질이상 광물인 크리스토발라이트가 검출된다.
- 물리적 훼손지도 작성 결과, 호키 Ⅰ군은 제2불감에서 균열 44개, 염풍화로 인한 박락 25.8%, 탈락 4.6%, 박리박락 1.9%, 제1불감에서 공동 1.4%로 불감별로 높은 손상율을 보였다. 호키 Ⅰ군 전체는 균열 121개, 염풍화로 인한 박락 19.
- 우스키 마애불상군은 비교적 강도가 낮은 연질의 용결 응회암에 조성되어 상대적으로 풍화속도가 빠르게 진행 중이다. 우스키 석불군 중 다양한 훼손상태를 보이는 호키 Ⅰ군과 후루조노를 대상으로 현장 정밀조사를 실시한 결과, 다방향성의 균열이 암반의 전 영역에서 고른 분포를 보였으며 미세균열과 박리상 균열도 불상과 광배를 중심으로 나타났다(Figure 5A). 공동은 자연암반의 상부와 불상간의 틈에서 확인되는데, 이는 암석 내 성분과 공급된 수분이 용출되어 자연적으로 형성된 것이다(Figure 5B).
- 우스키 석불군의 대자율 측정 결과, 호키 Ⅰ군은 2.19~6.28 (×10-3 SI unit)의 범위를 보이며, 산노산은 4.53~9.79 (×10-3 SI unit)로 확인되었다.
- 이 결과, 대자율 값이 낮은 곳은 풍화가 심한 부분이거나 높은 수분을 함유한 곳이며, 반대로 대자율 값이 높은 경우에는 마애불상의 상태가 양호하거나 표면의 수분함유율이 낮은 곳으로 나타났다.
- 기반암 주변에서 암편을 수습하여 편광현미경 관찰을 실시하였다. 이 결과, 마애불의 구성 암석은 주로 미정질 석기와 2㎜ 이하의 석영, 사장석 및 정장석 반정으로 이루어져 있는 것이 확인되었다. 이외에도 각섬석, 휘석 등의 유색광물이 관찰된다.
- 호키 Ⅰ군과 후루조노의 훼손지도 작성결과, 암반상부에 균열, 지하수위 영역에 박리박락의 훼손양상을 나타냈고, 각 석불군 모두 다종의 생물학적 훼손이 암반 전면에 걸쳐 고르게 분포하였다. 이를 정량적 훼손율로 산출해보면, 호키 Ⅰ군은 66.3%, 후루조노는 49.9%로 나타났다.
- 4%로 불감별로 높은 손상율을 보였다. 호키 Ⅰ군 전체는 균열 121개, 염풍화로 인한 박락 19.0%, 탈락 3.0%, 공동 1.3%, 박리박락 1.2%의 순으로 높은 물리적 손상율을 보였다. 반면 후루조노는 균열 48개, 염풍화로 인한 박락 23.
- 7%로 모든 양상에서 높은 점유율을 보였다. 호키 Ⅰ군 전체는 흑색변색 5.0%, 백색변색 0.8%, 갈색변색 0.7% 순의 화학적 변색 점유율을 보였고, 생물학적 훼손은 50.8%로 나타났다. 후루 조노는 백색변색 1.
- 이중 균열은 호키 Ⅰ군과 후루조노 암반 전 사면에 다방향의 분포를 보이는데, 이는 석불군의 구조적 안정성에 위협을 줄 수 있는 요소가 된다. 호키 Ⅰ군을 대상으로 사면안정성을 평가한 결과, 모든 불감에서 평면, 전도 및 쐐기파괴의 가능성이 확인되었고 제3, 4불감에서는 쐐기파괴로 인한 탈락이 균열선상에서 확인되었다. 이들은 마애불의 물리적인 훼손과 구조적인 불안정성에 큰 영향을 미치므로 정기적인 모니터링을 실시하여 거동가능성 여부를 진단해야 한다.
- 화학적 및 생물학적 훼손지도 작성 결과, 호키 Ⅰ군의불감별 점유면적은 제2불감에서 갈색변색 1.8%, 흑색변색 8.7%, 백색변색 1.4%, 생물학적 훼손 61.7%로 모든 양상에서 높은 점유율을 보였다. 호키 Ⅰ군 전체는 흑색변색 5.
후속연구
- 또한 다양한 불연속면을 대상으로 사면안정성 평가를 수행하였다. 이 연구결과는 우스키 마애불상군 보존의 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
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