[논문]공주 공산성 원형연못의 지반에 대한 탄성파 굴절법 탐사

변성환; 오진용; 서만철

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변성환 (공주대학교 문화재비파괴진단연구실) , 오진용 (공주대학교 문화재비파괴진단연구실) , 서만철 (공주대학교 문화재비파괴진단연구실)

탄성파 탐사는 인공지진파를 이용하여 지표면 하부의 물성을 알아내는 지구물리탐사로서 20 세기 초부터 석유탐사와 공학적 지반조사에 가장 널리 사용되었다. 굴절법 탄성파 탐사는 지층의 탄성파 속도를 알아내는 방법으로서 최근에는 석조문화재 등의 지반특성 조사에서 사용된 예가 있다. 이번 연구에서는 공주 공산성의 쌍수정 광장에 위치하는 공산성 원형연못 주변의 지반에 대하여 굴절법 탐사를 실시하였다. 쌍수정 광장은 기존의 발굴조사를 통하여 백제 추정왕궁지가 위치한 곳으로 알려졌으며, 광장 남쪽에 원형연못(상면직경 7.3 m, 바닥직경 4.78 m, 높이 3 m)도 발굴되었다. 원형연못 주변에 5개 탄성파 측선을 설치하였고, 해머 타격점과 수신기의 배열을 3가지 다른 방식을 적용하여 24 m, 31 m, 48 m 측선깊이의 굴절법 자료를 얻었다. 대체로 공산성 원형연못 주변의 지반은 3개 층으로 구성되어 있다. 각 층의 겉보기 속도는 약 261${\~}$391 m/s, 약 591${\~}$992 m/s, 약 1950${\~}$3230 m/s이며, 첫 번째와 두 번째 층의 두께는 각각 약 2${\~}$2.4 m 와 4.6${\~}$8.6 m이다. 일반적으로 최하부 층의 속도는 기반암, 상부층들의 속도는 풍화토에 대응한다. 그러나 두 번째 층의 주시곡선 형태와 속도범위는 국내 석탑 문화재 하부의 것과 유사한 것으로 보아 공산성 연못주변은 인공적인 기초지반의 가능성을 제기하며, 그렇다면 공산성 원형연못은 파내려 간 것보다는 쌓아 올렸을 것이다.

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문제 정의

이 연구의 목적은 충청남도 공주시 공산성내에 위치한 쌍수정 광장 (혹은 공산성 운동장) 및 광장 남쪽에 위치한 원형연못 부근의 천부 지반구조를 밝히는 것이다. 쌍수정 광장은 기존의 문화재 발굴조사를 통하여 백제 추정왕궁지가 위치한 곳으로 알려졌으며, 이 때에 원형 연못(상면직경 7.

제안 방법

사용된 자료처리 프로그램은 SUCSeismic Unix) 이다. 각 야외자료에서 읽혀진 초동시각 (first arrival time)은 주시곡선에서 기울기가 달라지는 구간을 나누어 최소자승법을 이용한 직선 방정식을 얻었다. 이 직선식에서 기울기의 역수를 취하여 각 층의 겉보기속도를 구하였으며 절편 값을 이용하여 각 층의 두께를 구하였다.
공산성 쌍수정 광장의 남쪽에 위치한 원형연못 주변에서 탄성파 굴절법을 5개의 측선을 따라서 수행하였다. 주시곡선의 분석결과 구한 천부지반은 대략적으로 3층으로 구성되어있다.
공산성 원형연못을 중심으로 주변에 5개의 탄성파 굴절법 측선을 설정한 후, 각 측선에 맞는 발파점-수신기 전개방식을 선택하였다 (Fig. 2). 각 측선의 방향, 전개방식, 트레이스 (trace) 간격, 발파점-수신기 최대 거리 (maximum offset)를 Table 1에 나타내었다.
최하부층은 쌍수정 주변에 노출된 기반암의 연장으로 해석한다. 기반암 위의 지반은 주시곡선 형태와 속도범위가 국내 석탑 문화재 지반의 것과 유사한 것으로 보아 인공적인 다짐층으로 해석한다. 따라서 공산성 연못 주변은 인공적인 기초지반의 가능성을 제기하며, 그렇다면 공산성 원형연못은 파내려 간 것보다는 쌓아 올렸을 것이다.
각 측선의 방향, 전개방식, 트레이스 (trace) 간격, 발파점-수신기 최대 거리 (maximum offset)를 Table 1에 나타내었다. 사용된 에너지원은 2kg sledge hammer 이었으며, 자료기록은 1회 타격 후 도달되는 파형을 관찰하여 결정하였고, 중합(stack)을 실시하지 않았다. 수진기는 고유주파수 100 Hz의 수신기와 24채널 OYO GEO-SPACE사의 DAS-1 system을 사용하여 0.
사용된 에너지원은 2kg sledge hammer 이었으며, 자료기록은 1회 타격 후 도달되는 파형을 관찰하여 결정하였고, 중합(stack)을 실시하지 않았다. 수진기는 고유주파수 100 Hz의 수신기와 24채널 OYO GEO-SPACE사의 DAS-1 system을 사용하여 0.125ms 간격의 자료를 0.512초 길이로 기록하였다. 주시곡선의 작성을 위하여서는 탄성파 파형의 미세한 왜곡 가능성 때문에 아무런 자료처리를 하지 않은 야외자료를 주로 이용하였으며, 자료 제시를 목적으로 필터링(filter ing)과 이득조절(gain control)을 자료처리 기법을 적용하였다.
각 야외자료에서 읽혀진 초동시각 (first arrival time)은 주시곡선에서 기울기가 달라지는 구간을 나누어 최소자승법을 이용한 직선 방정식을 얻었다. 이 직선식에서 기울기의 역수를 취하여 각 층의 겉보기속도를 구하였으며 절편 값을 이용하여 각 층의 두께를 구하였다.
512초 길이로 기록하였다. 주시곡선의 작성을 위하여서는 탄성파 파형의 미세한 왜곡 가능성 때문에 아무런 자료처리를 하지 않은 야외자료를 주로 이용하였으며, 자료 제시를 목적으로 필터링(filter ing)과 이득조절(gain control)을 자료처리 기법을 적용하였다. 사용된 자료처리 프로그램은 SUCSeismic Unix) 이다.

대상 데이터

쌍수정 앞에 광장은 표고 85m. 너비 약 6, 800m2의 면적인데 (Fig. 1), 공산성내에서 비교적 넓은 이 광장 전 지역에 걸쳐 1985년과 1986 년에 걸쳐 발굴조사를 실시하였다 (안승주.이남석, 1987). 발굴 결과 건물지를 비롯하여 원형 연못과 목곽고 및 저장구덩이 등이 발굴되었는데 이들 유구는 모두 백제시대에 만들어진 것이다.
이남석, 1987). 탄성파 굴절법탐사는 2003년 4월과 5월에 쌍수정 광장에서 원형연못을 중심으로 설치한 측선을 따라서 실시하였다. 연구 결과는 쌍수정 광장의 조성 및 공산성 원형 연못의 축조에 대한 이해를 높이는데 도움을 줄 것이다.

성능/효과

따라서 발굴조사 결과를 바탕으로 굴절법 탄성파조사에서 밝혀진 결과로는 쌍수정 광장의 기반암 위에 놓인 천부지반의 인공적인 조성 가능성을 제시한다. 우선 약 >2000 m/s의 속도를 보이는 최하부층은 쌍수정 주변에 노출된 기반암의 연장으로 해석한다.

후속연구

탄성파 굴절법탐사는 2003년 4월과 5월에 쌍수정 광장에서 원형연못을 중심으로 설치한 측선을 따라서 실시하였다. 연구 결과는 쌍수정 광장의 조성 및 공산성 원형 연못의 축조에 대한 이해를 높이는데 도움을 줄 것이다.

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