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문제 정의
- 고분의 축조 연구방법은 지형, 지질, 토질역학, 물리탐사 방법으로 구분된다. 고분군과 그 주변에 대한 지형과 지질학적 연구는 고분의 입지 특성과 고분군을 개략적으로 파악하기 위한 것이다. 고분의 축조기술을 파악하기 위하여 고분 자체에 대한 물리탐사, 지질학적 기재 및 토질시험 등도 수행하였다.
- 본 연구는 경남 함안군 도항리 6호 고분에 대한 물리탐사, 지질조사 그리고 토질시험을 통하여 그 당시의 고분 축조를 이해하기 위한 것이다. 물리탐사는 비파괴로 탐사 대상체 내부의 구조적 형상과 물리·역학적 성질을 간접적으로 추정할 수 있는 방법이다.
- 물리탐사는 비파괴로 탐사 대상체 내부의 구조적 형상과 물리·역학적 성질을 간접적으로 추정할 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 고분의 내부구조 및 구성 물질 분포 특성을 파악하기 위한 전기비저항 탐사와 고분 기저부의 분포특성을 파악하기 위한 탄성파 굴절법 탐사를 실시하였다. 고분의 지질학적 연구에서는 고분 축조 재료의 원산지 파악을 위하여 고분 구성 물질에 대한 암석의 관찰과 기재를 실시하였다.
- 봉분을 구성하고 있는 물질의 현장 상태에서의 물리·역학적 성질을 파악하고 이를 기초로 봉분의 토질 특성을 검토하기 위하여 토사부에 대해서 토질시험을 수행하였다.
- 함안군 도항리 6호고분의 축조기술을 파악하기 위하여 6호고분과 그 일원의 지질학적, 지구물리학적, 지질 공학적 연구를 수행하였다. 이 연구를 통해 도항리 6 호고분 축조에 이용된 흙과 암석의 원산지, 성토 재료의 성질과 적합성, 재료의 이용, 봉분과 석실부 내부구 조에 대한 안정성 등의 축조 기술 전반에 대한 문제를 규명하였다.
- 또한 고분 구성물의 물리적, 역학적 성질을 파악하고자 토질시험을 실시하였다. 이를 통하여 고분 축조에 사용된 흙과 암석의 원산지, 성토물의 공학적 성질과 적합성, 봉분과 석실 내부의 공학적 안정성 등을 규명하고자 하였다.
- , 2005)와 탄성파 굴절법 탐사(Anderson, 1989; Claebout, 1976; Tucker and Yorkston, 1973)가 있다. 전기비저항 탐사는 지반의 전기비저항을 구하는 것으로 봉분을 구성하고 있는 물질의 분포 특성과 개략적인 구조적 형상을 밝히기 위한 것이다. 유적 탐지에 유용한 쌍극자 배열과 웨너 배열법을 이용하였다(Dahlin, 1996).
제안 방법
- ArcGIS 프로그램을 이용하여 지형등고선과 표고점들을 대상으로 수치지형모델을 생성하였다. 먼저 수치지형 도로부터 표고 관련 자료를 추출하고, 이를 shape 파일 형태로 변환시켰다.
- 고분을 구성하고 있는 물질들의 지질학적 특성과 도항리 고분군 구릉부와 주변 구릉부의 지질학적 및 지형학적 특성으로부터 이 재료들의 원산지를 추정하였다. 축조 재료의 원산지는 봉분과 석실로 구분하여 살펴보았다.
- 본 연구에서는 고분의 내부구조 및 구성 물질 분포 특성을 파악하기 위한 전기비저항 탐사와 고분 기저부의 분포특성을 파악하기 위한 탄성파 굴절법 탐사를 실시하였다. 고분의 지질학적 연구에서는 고분 축조 재료의 원산지 파악을 위하여 고분 구성 물질에 대한 암석의 관찰과 기재를 실시하였다. 또한 고분 구성물의 물리적, 역학적 성질을 파악하고자 토질시험을 실시하였다.
- 국립지리원에서 발간된 1:5,000 수치지형도를 이용하여 지형분석을 실시하였다. 연구지역이 위치하고 있는 구릉 지역을 중심으로 주변 지역과의 지형적 유사성이나 차이를 비교 분석하기 위하여 넓은 범위를 분석 대상으로 선정하였다.
- 0 m의 격자망으로 전극을 설치하여 전기비저항 탐사를 수행하였다(Loke, 2012). 또 굴절법 탄성파 탐사 측선방향과 동일하게 전극 간격 2 m의 쌍극자배열 전기비저항 탐사를 실시하였다. 현장에서 획득한 전기비저항 탐사 자료를 DIPRO(v.
- 고분의 지질학적 연구에서는 고분 축조 재료의 원산지 파악을 위하여 고분 구성 물질에 대한 암석의 관찰과 기재를 실시하였다. 또한 고분 구성물의 물리적, 역학적 성질을 파악하고자 토질시험을 실시하였다. 이를 통하여 고분 축조에 사용된 흙과 암석의 원산지, 성토물의 공학적 성질과 적합성, 봉분과 석실 내부의 공학적 안정성 등을 규명하고자 하였다.
- ArcGIS 프로그램을 이용하여 지형등고선과 표고점들을 대상으로 수치지형모델을 생성하였다. 먼저 수치지형 도로부터 표고 관련 자료를 추출하고, 이를 shape 파일 형태로 변환시켰다. 수치지형도는 dxf 파일로 구축되었기 때문에 지형등고선은 3차원의 polyline이므로, 이를 2차원의 polyline으로 전환시킴으로써 TIN(Triangular Irregular Networks)을 생성하였다.
- 봉분과 석실의 기저층을 통과하는 탄성파 속도를 측정하여 기반암의 분포 양상을 해석하기 위하여 탄성파 굴절법 탐사를 실시하였다. 탄성파 굴절법 탐사는 미국 Seistronix사의 RAS-24 탄성파 탐사기와 28 Hz 수진기, 12~24 채널 케이블을 이용하였고, 측선 간격은 1 m로 수진기를 배열하여 총 연장 12 m를 전개하였다.
- 봉분을 대상으로 하는 웨너 배열법 전기비저항 탐사는 현재 잔존하고 있는 봉분을 포함하여 일부 봉분의 최대 범위로 추정되는 구간까지 탐사 범위를 설정하였다. 총 9개의 측선을 전개하였으며, 전극 간격은 1 m로 하고, 측선 간격은 전극 간격과 큰 차이가 나지 않도록 최대 2m 이내에서 조정하였다.
- 정량적인 미지형분석에서는 수치지형도의 등고선과 수준점 등의 표고 자료를 추출하고 이를 이용하여 부정형삼각네트워크(Triangular Irregular Network; TIN)와 수치표고모델(Digital Elevation Model; DEM) 등의 수치지형모델을 생성하고 이를 기초로 미지형 형상 및 경사도 등의 분석을 수행하는 과정을 거친다. 수치지형도는 국립지리원에서 발간된 1:5,000 축척의 수치지형도를 사용하였고, AUTO CAD프로그램을 이용하여 수치지형도에서 등고선, 수준점 등의 표고 관련 자료들을 추출하였다. 추출된 파일을 Arcview(V.
- 현장 토질시험에서는 봉분에 대한 밀도 즉, 현장 상태의 단위중량을 파악하기 위한 들밀도 시험을 수행하였다. 실내 토질시험은 물리적 성질을 파악하기 위하여 함수비 측정을 4회, 비중시험을 2회 실시하였으며, 역학적 성질을 파악하기 위하여 직접전단시험을 4회 수행하여 각 토질시험의 평균값을 산정하였다. 실내 토질시험을 위해서는 현장에서 불교란 상태의 블록 시료(block sample)를 채취하였으며, 직접전단시험은 봉분의 안정성 검토에 적용되었다.
- 연구지역이 위치하고 있는 구릉 지역을 중심으로 주변 지역과의 지형적 유사성이나 차이를 비교 분석하기 위하여 넓은 범위를 분석 대상으로 선정하였다. 연구지역과 주변 지형에 대한 경사도, 사면의 방향 등의 각종 지형분석을 위하여 수치지형도상의 자연 지물(논, 밭 등)과 인공구조물(가옥, 제방, 도로 등)은 CAD와 ArcViewGIS 프로그램을 이용하여 모두 제거하고 지형등고선과 표고점만을 각각 Polyline data와 Point data로 나누어 저장하고 지형등고선과 표고점 도면을 작성하였다. 추출된 지형 관련 레이어들과 실제 조사지역의 좌표일치를 위해서는 TM(Transverse Mercator)좌표계를 기준으로 중부 원점(38°N, 127°E)을 사용하였다.
- 3) 등의 지리정보시스템(GIS) 프로그램을 사용하여 shape 파일 형태로 변환하고, 이를 TIN 및 DEM 작성에 필요한 기초 자료로 이용하였다. 이 분석에서는 TIN을 생성한 후 이를 다시 DEM으로 변환시키는 과정을 거쳐 실제적인 지형의 모습을 유추하고 정확한 분석이 용이하도록 하였다. 최종적으로 생성된 DEM은 격자간격이 5 m로서 여기서 표고의 추출 및 경사도 분석을 실시하였으며 음영기복도를 제작하여 미지형분석의 보조 자료로서 활용하였다.
- 01)를 이용하여 격자 파일을 생성하였다. 이 파일을 기본으로 하여 광역적 규모에서의 지형 특성 분석을 위한 영상도(image map)와 음영기복도(shaded relief map)를 작성하였다.
- TIN에서 생성된 고도들은 하천이나 계곡 부분 등에서 표고점의 부족 또는 오류로 인해 발생될 수 있는 sink 현상 때문에 정확한 값을 표현하지 못하는 경우가 있다. 이를 수정하기 위하여 약간의 보정 작업을 거친 후 래스터 형식의 DEM(Digital Elevation Model)을 생성하였다. 이때 TIN 자료를 grid 파일로 변환시키고 이를 직접 DEM 자료로 이용하였다.
- 수치지형 고도자료는 거리 간격이 1초로서 25 m의 해상도를 가진다. 지형분석 소프트웨어인 Surfer(V. 8.01)를 이용하여 격자 파일을 생성하였다. 이 파일을 기본으로 하여 광역적 규모에서의 지형 특성 분석을 위한 영상도(image map)와 음영기복도(shaded relief map)를 작성하였다.
- A-1과 A-3 시료에 대해 수행된 직접전단시험 결과를 Table 2에 제시하였다. 직접전단시험은 현장 조건 그대로의 습윤 상태와 물로 간극을 완전히 포화시킨 상태로 구분하여 시험을 수행하였다. 포화 상태에서의 시험은 봉분이 강수나 지하수에 의해 완전히 침수된 조건을 감안한 것으로 최악의 봉분 상태를 고려한 것이다.
- 직접전단시험을 통하여 봉분의 안정성 검토에 필요한 역학적 성질인 점착력과 마찰각을 산정하였다. A-1과 A-3 시료에 대해 수행된 직접전단시험 결과를 Table 2에 제시하였다.
- 봉분을 대상으로 하는 웨너 배열법 전기비저항 탐사는 현재 잔존하고 있는 봉분을 포함하여 일부 봉분의 최대 범위로 추정되는 구간까지 탐사 범위를 설정하였다. 총 9개의 측선을 전개하였으며, 전극 간격은 1 m로 하고, 측선 간격은 전극 간격과 큰 차이가 나지 않도록 최대 2m 이내에서 조정하였다. 측정 자료를 내삽법으로 처리하여 작성한 지표면 기준 심도 1.
- 최종 생성된 DEM에서의 지형 특성을 보다 자세하게 파악하기 위하여 연구지역의 고도 분포를 표준 편차 값으로 환산하여 DEM을 재 작성하여 최저, 평균, 최고 고도를 기준으로 전 지역의 상대적인 고도 분포 경향을 Fig. 4에 나타내었다. 초록색으로 표시되는 곳이 고도가 높은 산지 지역이고, 빨간색으로 나타나는 곳이 고도가 낮은 충적 평야 지역을 표현한 것이다.
- 추출된 지형 관련 레이어들과 실제 조사지역의 좌표일치를 위해서는 TM(Transverse Mercator)좌표계를 기준으로 중부 원점(38°N, 127°E)을 사용하였다.
- 고분을 구성하고 있는 물질들의 지질학적 특성과 도항리 고분군 구릉부와 주변 구릉부의 지질학적 및 지형학적 특성으로부터 이 재료들의 원산지를 추정하였다. 축조 재료의 원산지는 봉분과 석실로 구분하여 살펴보았다. 봉분은 흙을 주체로 하는 토사부와 암석편을 주체로 하는 암석부로 크게 구분된다.
- 봉분과 석실의 기저층을 통과하는 탄성파 속도를 측정하여 기반암의 분포 양상을 해석하기 위하여 탄성파 굴절법 탐사를 실시하였다. 탄성파 굴절법 탐사는 미국 Seistronix사의 RAS-24 탄성파 탐사기와 28 Hz 수진기, 12~24 채널 케이블을 이용하였고, 측선 간격은 1 m로 수진기를 배열하여 총 연장 12 m를 전개하였다. 탄성파의 발신원은 5 kg의 해머를 사용하였으며, 원거리발신 없이 측선의 양 끝과 중앙부에서 해머 타격에 의해 탄성파를 발생시켜 수신기에서 도달 시간을 측정하였다.
- 5와 같다. 탄성파 굴절법 탐사는 약 60%의 봉분이 남아있는 상태에서 실시하였으며, 고분의 기저부와 거의 인접한 고분의 동쪽 말단에서 수행하였다. Fig.
- 탄성파 굴절법 탐사는 미국 Seistronix사의 RAS-24 탄성파 탐사기와 28 Hz 수진기, 12~24 채널 케이블을 이용하였고, 측선 간격은 1 m로 수진기를 배열하여 총 연장 12 m를 전개하였다. 탄성파의 발신원은 5 kg의 해머를 사용하였으며, 원거리발신 없이 측선의 양 끝과 중앙부에서 해머 타격에 의해 탄성파를 발생시켜 수신기에서 도달 시간을 측정하였다. 탄성파 탐사 해석방법은 임의의 셀에 지나가는 주시곡선 속도값을 역산하는 Seisimager software를 이용하여 주시곡선 및 단면도를 작성하였다(Taner and Koehler, 1969).
- 0 m 간격으로 전기비저항 값을 획득하여 2차원적인 전기비저항 평면도를 작성한다. 탐사구간 내에서 이 전기비저항 평면도의 분포에 의해서 유적의 상태를 파악하였다.
- 토질시험은 고분을 구성하고 있는 흙의 물리적 성질과 역학적 성질 등을 파악하기 위한 것으로 현장 토질시험과 실내 토질시험으로 구분하여 수행하였다. 현장 토질시험에서는 봉분에 대한 밀도 즉, 현장 상태의 단위중량을 파악하기 위한 들밀도 시험을 수행하였다.
- 실내 토질시험을 위해서는 현장에서 불교란 상태의 블록 시료(block sample)를 채취하였으며, 직접전단시험은 봉분의 안정성 검토에 적용되었다. 토질시험을 통하여 고분 조성에 이용된 흙과 암석의 원산지, 성토 재료의 성질과 적합성, 봉분과 석실 내부구조에 대한 안정성 등을 파악하였다.
- 함안군 도항리 6호고분의 축조기술을 파악하기 위하여 6호고분과 그 일원의 지질학적, 지구물리학적, 지질 공학적 연구를 수행하였다. 이 연구를 통해 도항리 6 호고분 축조에 이용된 흙과 암석의 원산지, 성토 재료의 성질과 적합성, 재료의 이용, 봉분과 석실부 내부구 조에 대한 안정성 등의 축조 기술 전반에 대한 문제를 규명하였다.
- 토질시험은 고분을 구성하고 있는 흙의 물리적 성질과 역학적 성질 등을 파악하기 위한 것으로 현장 토질시험과 실내 토질시험으로 구분하여 수행하였다. 현장 토질시험에서는 봉분에 대한 밀도 즉, 현장 상태의 단위중량을 파악하기 위한 들밀도 시험을 수행하였다. 실내 토질시험은 물리적 성질을 파악하기 위하여 함수비 측정을 4회, 비중시험을 2회 실시하였으며, 역학적 성질을 파악하기 위하여 직접전단시험을 4회 수행하여 각 토질시험의 평균값을 산정하였다.
- 또 굴절법 탄성파 탐사 측선방향과 동일하게 전극 간격 2 m의 쌍극자배열 전기비저항 탐사를 실시하였다. 현장에서 획득한 전기비저항 탐사 자료를 DIPRO(v. 4.0)의 역산 프로그램을 사용하여 2D 수직 전기비저항 단면을 작성하고, 각 측선별로 0.5~1.0 m 간격으로 전기비저항 값을 획득하여 2차원적인 전기비저항 평면도를 작성한다. 탐사구간 내에서 이 전기비저항 평면도의 분포에 의해서 유적의 상태를 파악하였다.
대상 데이터
- 연구지역은 행정구역상으로 경남 함안군 도항리 고분군의 6호고분 지역이다(Fig. 1). 도항리 고분군은 함안군 소재지 남쪽 배후 지역과 직접 연결되어 있는 구릉부에 위치하고 있다.
- 연구지역의 산계는 부분적으로 북서 방향과 북북동 방향이지만, 전체적으로는 북북서 방향의 주요 산계를 보여주고 있으며, 산계의 발달은 선형의 지질구조에 의해서 규제된다(Fig. 2). 주요 산계와 사교하거나 거의 직교하는 방향으로 소규모 산계가 분기되고 있어서 전체적으로 격자상의 산계가 발달되어있다.
- 국립지리원에서 발간된 1:5,000 수치지형도를 이용하여 지형분석을 실시하였다. 연구지역이 위치하고 있는 구릉 지역을 중심으로 주변 지역과의 지형적 유사성이나 차이를 비교 분석하기 위하여 넓은 범위를 분석 대상으로 선정하였다. 연구지역과 주변 지형에 대한 경사도, 사면의 방향 등의 각종 지형분석을 위하여 수치지형도상의 자연 지물(논, 밭 등)과 인공구조물(가옥, 제방, 도로 등)은 CAD와 ArcViewGIS 프로그램을 이용하여 모두 제거하고 지형등고선과 표고점만을 각각 Polyline data와 Point data로 나누어 저장하고 지형등고선과 표고점 도면을 작성하였다.
- 특징적으로 개석의 일부는 화강암질 암석으로서 전혀 다른 암상을 띠고 있어 개석의 원산지에 대한 최대 범위를 결정하는 기준이 될 수 있다. 이 개석은 흑운모 화강암으로 밝혀졌으며, 개석의 암상과 일치하는 흑운모 화강암 노두는 연구지역의 최남단인 쌍계천 상류부의 별천마을 입구지류에서 확인된다. 흑운모 화강암은 십 수 cm 두께의 판상절리를 보이며, 평면상에서도 거의 서로 직교하는 수직절리를 수반하고 있다.
- 또한 지질은 인문환경의 기저를 형성하기 때문에 고분의 입지와 직접적인 상호관련성을 가진다. 지질은 제4기 이전의 지질시대 암석과 제4기 표토층(일반적인 흙)을 대상으로 한다. 지질학적 연구는 야외지질조사와 기존에 발간된 의령 지질도폭(Choi and Kim, 1963)을 참고하여 수행하였다.
- 이 분석에서는 TIN을 생성한 후 이를 다시 DEM으로 변환시키는 과정을 거쳐 실제적인 지형의 모습을 유추하고 정확한 분석이 용이하도록 하였다. 최종적으로 생성된 DEM은 격자간격이 5 m로서 여기서 표고의 추출 및 경사도 분석을 실시하였으며 음영기복도를 제작하여 미지형분석의 보조 자료로서 활용하였다.
- 수치지형도는 국립지리원에서 발간된 1:5,000 축척의 수치지형도를 사용하였고, AUTO CAD프로그램을 이용하여 수치지형도에서 등고선, 수준점 등의 표고 관련 자료들을 추출하였다. 추출된 파일을 Arcview(V. 3.3) 및 ArcGIS(V. 8.3) 등의 지리정보시스템(GIS) 프로그램을 사용하여 shape 파일 형태로 변환하고, 이를 TIN 및 DEM 작성에 필요한 기초 자료로 이용하였다. 이 분석에서는 TIN을 생성한 후 이를 다시 DEM으로 변환시키는 과정을 거쳐 실제적인 지형의 모습을 유추하고 정확한 분석이 용이하도록 하였다.
이론/모형
- 전기비저항 탐사는 지반의 전기비저항을 구하는 것으로 봉분을 구성하고 있는 물질의 분포 특성과 개략적인 구조적 형상을 밝히기 위한 것이다. 유적 탐지에 유용한 쌍극자 배열과 웨너 배열법을 이용하였다(Dahlin, 1996). 웨너 배열법은 동일 깊이에 대한 수평적인 전기비저항 변화를 파악하기 위하여 0.
- 지질은 제4기 이전의 지질시대 암석과 제4기 표토층(일반적인 흙)을 대상으로 한다. 지질학적 연구는 야외지질조사와 기존에 발간된 의령 지질도폭(Choi and Kim, 1963)을 참고하여 수행하였다.
- 탄성파의 발신원은 5 kg의 해머를 사용하였으며, 원거리발신 없이 측선의 양 끝과 중앙부에서 해머 타격에 의해 탄성파를 발생시켜 수신기에서 도달 시간을 측정하였다. 탄성파 탐사 해석방법은 임의의 셀에 지나가는 주시곡선 속도값을 역산하는 Seisimager software를 이용하여 주시곡선 및 단면도를 작성하였다(Taner and Koehler, 1969). 굴절법 탄성파탐사 주요 장비는 컴퓨터, 송신원, 수진기, 트리거 (trigger), 증폭기, 필터, 이득장치 등이다.
성능/효과
- 봉분 구성 물질에 대한 토질시험 결과, 봉분의 토사부는 낮은 함수비와 간극 특성뿐만 아니라 비교적 큰 단위중량을 보이고 있어 다짐 정도가 매우 양호한 재료로 성토되었음을 보여준다. 또한 직접전단시험에 의한 봉분의 전단특성은 일반적인 암반의 전단특성을 초과하고 있어 매우 안정성 있게 성토, 유지되고 있는 것으로 해석된다.
- 6은 심도 3 m까지의 탄성파 속도 분포도와 동일 측선상의 전기비저항 분포도를 나타낸 것이다. 전체적으로 탄성파 속도는 280~1,260m/sec의 비교적 낮은 속도 범위를 보이고, 측방으로 일정하게 탄성파 속도가 분포하며, 깊이가 증가할수록 속도가 빨라지는 층상 구조를 보인다. 현장에서 표토층의 평균 두께는 1.
- 직접전단시험 결과, 두 시료의 전단특성은 거의 유사한 결과를 보여주며 약 1.0 kgf/cm 2 이상의 높은 점착력과 52°를 초과하는 매우 높은 내부마찰각을 가짐을 알 수 있다.
- 탄성파 굴절법 탐사 결과, 도항리 6호고분 기저부의 기반암인 함안층은 탄성파 속도가 1,200 m/sec 이하로 절리 간격이 조밀하고 풍화작용을 심하게 받은 암반 특성을 가진다. 봉분에 대한 전기비저항탐사 결과, 봉분은 구성 물질에 따라 저비저항대와 고비저항대로 구획되어 나타나고 있다.
- 5의 DH-01~08 지점에서 지표조사를 실시한 결과, 수평적인 표토층의 불연속성과 기반암의 비정상적인 노출로 볼 때, 고분이 위치하고 있는 지형면의 상당 부분이 인위적으로 재조정되었으며 고분 조성을 위해 표토층과 기반암 상부까지 굴착하였음을 지시한다. 탄성파 굴절법 탐사 결과에서 알 수 있듯이 연구지역의 기저를 형성하고 있는 기반암은 인위적으로 굴착이 가능할 정도로 상당히 연약한 공학적 특성을 가졌다. 실제 도항리 고분군 구릉에서는 심하게 풍화되어 있어 매우 연약한 성상을 유지하는 함안층의 노두가 쉽게 발견된다.
- 탄성파 굴절법 탐사와 동일 측선 구간에서의 쌍극자 배열 전기비저항 탐사 결과를 보면, 전기비저항이 100~150 Ohm-m 범위에서 표토층과 풍화대층의 경계에 해당하는 것으로 해석된다. 단면 시점부의 200 Ohm-m 이상의 전기비저항 분포영역은 현 봉분 개발로 인해 일부 기반암이 노출된 구간과 일치하고 있다.
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