[논문]경주 골굴사 응회암 사면의 타포니 분포 특성과 미세구조

추창오; 이진국

doi:10.9720/kseg.2022.3.339

초록
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경주시 골굴사 신생대 응회암에서는 다양한 형태의 타포니가 다수 발달한다. 응회암은 풍화변질되어 있는데, 석영, 장석류, 운모, 버미큘라이트, 녹니석, 스멕타이트와 제올라이트 광물인 아날사이트 등으로 구성된다. 타포니는 초기 단계에서는 각력이 제거된 동공이나, 응회암 결정 입자의 풍화변질에 의해 형성된 미세 동공에서부터 시작하여 점차 확대된다. 타포니는 사면의 반대방향으로 약하게 경사지면서 발달한다. 타포니의 상관계수는 폭-높이 0.839, 폭-깊이 0.900, 높이-깊이 0.856인데 서로 밀접한 관련성이 있다. 타포니 벽체가 제거되면 반달형이나 신장된 타포니로 되는데, 작은 동공들이 횡적으로 병합되면서 확대된다. 커다란 타포니 동공들은 암반 사면에 비하여 내부가 비어있기 때문에 암반의 강도가 더 낮다. 따라서 타포니 사면의 강도, 동공의 비율, 체적, 합병 양상에 대한 지속적인 모니터링이 요구된다.

Abstract ▼ AI-Helper

There are a variety of types in tafoni formed in Miocene tuff from Golgulsa, Gyeongju. Tuff bearing tafoni was quite weathered, composed of quartz, feldspars, micas, vermiculite, chlorite, smectite, and analcite. In the early stage of the tafoni development, tafoni preferentially formed from cavitie...

There are a variety of types in tafoni formed in Miocene tuff from Golgulsa, Gyeongju. Tuff bearing tafoni was quite weathered, composed of quartz, feldspars, micas, vermiculite, chlorite, smectite, and analcite. In the early stage of the tafoni development, tafoni preferentially formed from cavities where volcanic breccias were removed or from microcavities where microcrystals were chemically altered. Small tafoni grew into large one by merging each other. The orientation of tafoni is inversely arranged to slopes, with slight inclination toward the inner cavity. Height, width, and depth of tafoni are closely interrelated: the correlation coefficients are 0.839 (width-height), 0.900 (width-depth), and 0.856 (height-depth), respectively. Removal of walls between tafoni resulted in lenticular or crescent forms, and small tafoni laterally combined to large tafoni. Large tafoni is weak because of high porosity and low strength compared to normal slope. Therefore, systematic monitoring for slope strength, pore proportion and volume, and growth of cavity needs to secure the slope stability where tafoni in Golgulsa is widespread.

Keyword

표/그림 (12)

그림 Fig.1. (a) Geologic map modified after KIGAM (1922). (b) Geographic map of investigated sites of the Golgulsa area. Kqf: Felsic porphyry, Tcwt: Waeumri andesitic tuff, Tacg: Andongri comglomerate, Tcyt: Yongdongri tuff, Tcpa: Tcpa:Beomgokri andesite and tuff, temp: temple. MB arrowed indicates Golgulsa Maaeseokbul and numbers represent investigated sites. Diagonal black line in the right represents a fault line.
그림 Fig.2. A variety of tafoni patterns in the site 5. (a). (b) Lenticular tafoni groups facing the south. (c), (d) Merge of small tafoni. (e) Honeycomb tafoni array. The arrangement of ribs and cavities in the gafoni indicates the dependence of horizontal bedding planes in the tuff. (f) Crescent-shaped tafoni by merging small tafoni with walls between holes inside still remained.
그림 Fig.3. Golgulsa in the site 4. (a) Tafoni and weathering with Mn crust contamination under the Budda statue, Left arrow indicates iron-coating and right arrow is manganese coating. (b) Tafoni holes with angles open to sun illuminance. (c), (d) Remained clasts (shown as arrows).
그림 Fig.4. Photomicrographs of tuffaceous rocks in Golgulsa tafoni. (a) Site 1: host rocks (cross polarized light). (b) Site 1: host rocks (cross polarized light). (c) Site 1: altered tuff (plane polarized light). (d) Site 2: altered tuff (plane polarized light). Symbols: B: biotite, C: chlorite, O: orthoclase, Q: quartz, P: plagioclase, R: rock fragment. Scale: (a), (b), (d) 1,000 μm; (c) 100 μm.
그림 Fig.5. SEM microphotographs of altered tuffaceous rocks in sites 1 and 2. (a) Hollows in tafoni. (b) Enlarged image of teh box area in (a) shows alteration minerals in hollow. (c) Analcite formed in glassy tuff. (d) An enlarged image in the box area in (c) showing euhedral analcite. An: Analcite.
표 Table 1. XRD quantitative analysis data of tafoni rocks (unit: wt.$)
그림 Fig.6. SEM microphotographs of altered tuffaceous rocks in sites 1 and 2. (a) Hollow surrounded by plagioclase laths. (b) Plagiodase laths dissolved. (c), (d) Quartz crysstals with altered surface and chlorite supporting crystals. C: Chlorite, P: Plagioclase, Q:Quartz.
그림 Fig.7. SEM microphotographs of altered rocks in the site 1. (a) Array of calcite micro-needles by dissolution and altered plagioclase. (b) Enlarged image of the box area in (a). Cc: calcite, P: Plagioclase.
그림 Fig.8. SEM microphotographs of altered rocks in association with pollen particles in the site 1. (a) Euhedral quartz crystal (upper left) and altered quartz crystal (upper rright) and pollen (lower right as arrowed). (b) Pollen (arrowed parts) and altered calcite and plagioclase. (c) and (d) pollen (arrowed parts) in contact with altered plagioclase. Cc: Calcite, P: Plagioclase, Q: QUartz.
그림 Fig.9. Dip angles of Golgulsa tafoni showing the long axis orientations and slopes. (a) site 1. (b) sites 3 and 4.
표 Table 2. Sizes of representative tafoni measured in Golgulsa tafoni (unit:cm)
표 Table 3. Pearson correlation coefficients of width, height, and depth in tannin from Golgotha temple (N=78)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 골굴사 입구와 경내지역에 발달하는 모암의 특성에 따른 타포니의 분포와 미세조직의 특징을 파악하고, 문화재 사면의 보존과 안정성을 고찰하는 데 있다. 이를 위하여 기반암의 풍화 특성, 타포니의 규모와 발달 특징, 현미경적 조직, 구성 광물의 종류와 함량, 미세조직의 특징을 분석하였다.

제안 방법

본 연구의 목적은 골굴사 입구와 경내지역에 발달하는 모암의 특성에 따른 타포니의 분포와 미세조직의 특징을 파악하고, 문화재 사면의 보존과 안정성을 고찰하는 데 있다. 이를 위하여 기반암의 풍화 특성, 타포니의 규모와 발달 특징, 현미경적 조직, 구성 광물의 종류와 함량, 미세조직의 특징을 분석하였다.
골굴사 지역의 타포니는 그 크기가 다양하면서도 집단적이며 대규모로 발달하고 있다. 본 연구에서는 타포니의 형태적 분류와 발달 방향을 확인하기 위해 마애불을 중심으로 약 70여 개의 타포니의 배향, 타포니의 깊이(내부 쪽 길이), 폭 및 높이를 측정하였다. 타포니 생성과 암석학적 특징의 관련성을 파악하기 위해 라필리의 함량에 따라서 각각 채취하여 박편을 제작한 후에 편광현미경으로 관찰하였다.
본 연구에서는 타포니의 형태적 분류와 발달 방향을 확인하기 위해 마애불을 중심으로 약 70여 개의 타포니의 배향, 타포니의 깊이(내부 쪽 길이), 폭 및 높이를 측정하였다. 타포니 생성과 암석학적 특징의 관련성을 파악하기 위해 라필리의 함량에 따라서 각각 채취하여 박편을 제작한 후에 편광현미경으로 관찰하였다. 편광현미경은 Zeiss사의 Axiophot를 이용하였다.
편광현미경은 Zeiss사의 Axiophot를 이용하였다. 한편 광물조성과 미세구조분석은 X-선회절분석(XRD), 주사전자현미경(SEM)을 이용하였다. XRD는 국립안동대학교 공동기기원의 Ultima IV Rigaku 기종을 사용하여 5~65° 2θ 범위, 40 kv/30 mA 조건에서 Ni 필터 Cu 타켓 빔을 통하여 광물분석을 시행하였고, 정량계산 프로그램인 Siroquant v.
3을 이용하여 구성 광물의 함량을 정량적으로 계산하였다. 주사전자현미경 분석은 한국기초과학지원연구원(Korea Basic Science of Institute, KBSI) 대구센터의 전계방출형 주사전자현미경(field emissionscanning electron microscope, FE-SEM, Hitachi S4800)을 이용하여 오스뮴(Os)으로 시료 표면을 코팅한 후에 20 kV/10 nA 조건 하, 40~10,000배율에서 관찰 분석하였다. 미세조직의 화학조성 분석은 SEM의 에너지분산스펙트럼(energy dispersive spectrum, EDS)을 이용하여 반 정량분석(semi-quantitative analysis)적으로 수행하였다.
타포니가 발달하는 5개의 소구역 사면에서 동공의 폭(width), 높이(height), 수평 방향의 심도(lateral depth)를 측정하고, 심도의 방향을 기준으로 타포니의 경사와 경사배향을 측정하였다(Fig. 9).

데이터처리

XRD는 국립안동대학교 공동기기원의 Ultima IV Rigaku 기종을 사용하여 5~65° 2θ 범위, 40 kv/30 mA 조건에서 Ni 필터 Cu 타켓 빔을 통하여 광물분석을 시행하였고, 정량계산 프로그램인 Siroquant v.3을 이용하여 구성 광물의 함량을 정량적으로 계산하였다

이론/모형

타포니 생성과 암석학적 특징의 관련성을 파악하기 위해 라필리의 함량에 따라서 각각 채취하여 박편을 제작한 후에 편광현미경으로 관찰하였다. 편광현미경은 Zeiss사의 Axiophot를 이용하였다. 한편 광물조성과 미세구조분석은 X-선회절분석(XRD), 주사전자현미경(SEM)을 이용하였다.
주사전자현미경 분석은 한국기초과학지원연구원(Korea Basic Science of Institute, KBSI) 대구센터의 전계방출형 주사전자현미경(field emissionscanning electron microscope, FE-SEM, Hitachi S4800)을 이용하여 오스뮴(Os)으로 시료 표면을 코팅한 후에 20 kV/10 nA 조건 하, 40~10,000배율에서 관찰 분석하였다. 미세조직의 화학조성 분석은 SEM의 에너지분산스펙트럼(energy dispersive spectrum, EDS)을 이용하여 반 정량분석(semi-quantitative analysis)적으로 수행하였다.

성능/효과

전자현미경(SEM) 분석 결과, 타포니 응회암은 다양한 형태의 미세조직을 보여준다. 응회암에서 광물 반정이나 기질부의 차별적인 물성 차이로 인해 풍화 용해되어 형성된 미세 동공이 흔히 확인된다.
타포니의 수평 방향 너비인 폭, 수직 방향의 높이, 구멍 내부로의 수평 깊이 간의 상관계수는 높게 나타나 이들은 서로 매우 밀접한 관련성이 있는 것으로 밝혀졌다(Table 3). 예를 들면 폭-높이 간 상관계수는 0.
타포니 동공은 항상 사면의 반대 방향으로 발달하는데, 사면 안쪽으로 약하게 경사한다. 타포니의 폭, 높이, 동공 내부로의 수평 깊이 간의 상관계수는 서로 밀접한 것으로 나타났다. 커다란 타포니 동공들은 많은 작은 동공이 병합되어 형성되는데 특히 횡적으로 확장되는 특징이 있다.

참고문헌 (14)

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