A Study on the Various Noerok from Janggi-myeon, Pohang

포항 장기면 일대에 산출되는 뇌록의 다양성 연구

문성우¹·김재환²·공달용²·문동혁³·정혜영¹*

1국립문화재연구소 복원기술연구실, ²국립문화재연구소 자연문화재연구실,

3국립문화재연구소 보존과학연구실

A Study on the Various Noerok from Janggi-myeon, Pohang

Seong Woo Mun¹, Jae Hwan Kim², Dal-Yong Kong², Dong Hyeok Moon³ and Hye Young Jeong¹*

1Division of Restoration Technology, National Research Institute of Cultural Heritage, DaeJeon 34122, Korea

2Division of Natural Cultural, National Research Institute of Cultural Heritage, DaeJeon 34122, Korea

3Division of Conservation Science, National Research Institute of Cultural Heritage, DaeJeon 34122, Korea

요 약: 뇌록은 조선시대 건축물의 바탕칠(가칠)에 사용된 광물 안료로서, 포항 장기면 일대 뇌성산과 광정산 에서 다양한 뇌록이 산출된다고 보고되었다. 이번 연구에서 두 지역에서 나타나는 뇌록의 암석학적 연구를 실 시하여 비교·고찰 하고자 하였다. 연구결과 두 지역에서 산출되는 뇌록은 청록색 내지 녹색을 띠며 산출양상 은 간극충진상 또는 맥상으로 유사하다. 하지만 두지역의 뇌록에 대한 기재적인 특성, 구성광물의 종류, 지구 화학적 특성에서 차이를 보인다. 뇌성산에서 산출하는 뇌록의 구성광물은 대부분 셀라도나이트인 반면 광정 산의 경우는 셀라도나이트, 석영, 크리스토발라이트, 트리디마이트, 장석 등 다양하며 유리질화 된 뇌록도 관 찰된다. 전체 뇌록시료에 대한 주성분 분석 결과, SiO

가 증가함에 따라 Al

O

, Fe

O

, MgO, K

O 는 선형적 으로 감소하며, MgO가 증가함에 따라 Fe

O

는 증가하는 경향을 보인다. 포항시 장기면 일대에 산출되는 뇌 록은 암석의 색, 구성광물, 유리질화 유무에 의하여 네 가지(Type 1, Type 2, Type 3-1, Type 3-2) 타입으로 분류되며, 이는 지구화학적 특징에 따른 분류와 일치하는 경향을 보인다.

핵심어: 뇌록, 셀라도나이트, 뇌성산, 광정산

Abstract:

Keywords:

서 론

뇌록은 조선시대 건축물의 바탕칠(가칠)에 사용된

광물 안료로서, 불국사 대웅전, 기림사 대적광전, 보경 사 대적광전 등 주요 건축물의 단청에 사용되었으며 (안병찬 외, 2007), 세종실록지리지(世宗實錄地理志), 신증동국여지승람(新增東國輿地勝覽), 일성록(日省錄) 등을 통해 경상도 장기현(포항시 장기면), 황해도 풍 천군, 평안도 가산군 등에서 산출된 것으로 알려져

*Corresponding author Tel: +82-42-860-9348 E-mail: [email protected]

있다(Lee et al., 2007; Lee et al., 2018). 이 중 우리나라 내 유일한 뇌록 산출지로 알려져 있는 경북 포항 장기면 뇌성산 동남쪽 사면 일대에는 현무암질 내에 맥상 또는 간극충진 형태로 뇌록이 국부적으로 확인되어 천연기념물 제547호로 지정되어 있으며 뇌 록에 대한 연구는 주로 뇌록의 입자 특성 및 기능성 에 주안점을 두고 있다.

그러나 최근 광정산 일대 ‘포항 블루밸리 국가산업 단지’ 조성 현장에서 부지를 조성하면서 대량의 뇌록 이 산출 되었으며, 뇌성산 뇌록산지에 비해 다양한 산출양상과 유리질화 된 뇌록도 나타난다고 보고되었 다(Jang, 2017; Jeong et al., 2018). 따라서 이번 연구의 목적은 포항 광정산 일대에 산출되는 산출양 상과 암석학적 특징을 연구하고, 뇌성산 일대에 산출 되는 뇌록과 비교·고찰해 보고자 한다. 이러한 연구는 향후 포항 장기면 일대에 나타나는 다양한 뇌록의 성 인을 연구하는데 기초자료로 활용 될 것으로 판단된 다.

지질개요

한반도 남동부 지역에는 올리고세 말부터 마이오세 동안 동해의 확장에 따른 북북서-남남동 방향의 우수 향 주향이동 단층운동에 기인한 다수의 신생대 마이 오세 분지들이 발달해 있다. 이러한 분지들은 지리적 위치와 퇴적물의 특징에 따라 포항, 장기, 와읍, 어일, 하서, 정자, 울산분지 등으로 구분된다(Kim, 1970;

Lee et al., 1992; Son and Kim, 1994; Son, 1998; Son et al., 2000, 2005; Kim et al., 2011).

연구 지역인 뇌성산과 광정산 일대는 신생대 마이오 세 분지 중 장기분지에 해당하며, 분지 충전물은 하 위의 장기역암과 상위의 성동리층, 그리고 후기의 뇌 성산현무암질암으로 구분된다(Fig. 1). 장기분지 최하 부 지층인 장기역암은 역암과 사암으로 구성되며, 데 사이트질 응회질 사암이 협재되어 있다. 성동리층은 주로 데사이트질 응회암 또는 응회질 사암으로 구성 되며, 최상부 층인 뇌성산현무암질암은 하위의 암석

Fig. 1. Geological map around Mt. Noeseongsan, showing study area of the present study (Kim et al., 2011).

을 분출 또는 관입한 용암류와 응회질각력암, 그리고 맥암류로, 그 야외산상은 다양하게 나타난다. 이러한 뇌성산 현무암질암의 다양한 야외산상은 복잡한 퇴적 환경을 반영하며, 동시기의 일련의 화산활동의 결과 라 보고된 바 있다(Kim et al., 2011, 2015).

연구방법

이번 연구에서는 포항 장기면 일대에 산출하는 다 양한 뇌록의 암석학적 특성을 비교하기 위해 연구를 수행하였다. 이를 위해 뇌록의 산출이 보고된 뇌성산

Fig. 2. Occurrence and mineral composition of Noerok in Mt. Noeseongsan site. (a) Outcrop photographs showing

Noeseongsan site. (b) Output condition of Noerok. (c) Noerok samples, showing light blue green-dark blue green

color. (d) The boundary between Noeseongsan basaltic rock and Noerok. (e~f) Thin-section photomicrographs

showing the boundary between Noeseongsan basaltic rock and Noerok. (Mineral abbreviation: Cel, celadonite; Ol,

olivine; Pl, plagioclase).

및 광정산 일대에 대한 광역지질조사를 통해 뇌록의 산출양상을 기재하고, 구성광물 및 지구화학적 분석 을 위한 최소한의 시료를 확보하였다. 뇌록을 구성하 고 있는 구성광물을 동정하기 위해 X-선 회절 분석 을 실시하였다. X-선 회절 분석은 국립문화재연구소 에서 보유하고 있는 X-선 회절분석기(X-ray Diffracto-

meter, MEPYREAN, PANalytical co., Netherlands) 를 이용하였다. 분석 조건은 40 kV, 40 mA하에서 2- theta는 5~70°, 주사간격은 0.04°, 주사기간은 0.5초로 설정하여 연속스캔방식으로 측정하였다. 주원소분석 은 부경대학교 공동실험실습관에서 보유하고 있는 X선형광분석기(X-ray Fluoresoence Spectrometer,

Fig. 3. Occurrence and mineral composition of Noerok in Mt. Gwangjeongsan site. (a~c) Outcrop photographs

showing Gwangjeongsan site. (d) Vitrified and non-vitrified Noerok samples. (e) The boundary between

Noeseongsan basaltic rock and Noerok from Gwangjeongsan site. (f) Thin-section photomicrographs showing

Noeseongsan basaltic rock from Gwangjeongsan place. (Mineral abbreviation: Ap, apatite; Cel, celadonite; Cpx,

clinopyroxene; Opx, orthopyroxene; Ol, olivine; Opq, opaque mineral; Pl, plagioclase)

XRF-1800, SHIMADZU, Japan)를 이용하였으며, 가 속전압 및 전류는 40 kv, 70 mA로 측정하였다.

연구결과

1. 뇌록의 산출양상

뇌성산 일대에는 과거 뇌록을 채굴한 흔적이 남아

있으며, 뇌록은 뇌성산현무암질 내에 맥상 또는 간극 충전형태로 산출된다(Fig. 2a, b). 뇌성산에서 산출되 는 뇌록은 대체로 밝은 청록색에서 어두운 녹색을 띠 고 있다(Fig. 2c). 편광현미경 하에서 관찰해보면, 뇌 록과 현무암의 경계는 뚜렷하며, 경계부에서 변질 또 는 풍화 양상을 보인다(Fig. 2d). 뇌록은 입자상 결정 이 보이며, 뇌록과 접하고 있는 뇌성산현무암질암은

Fig. 4. Classification of Noerok samples according to its color.

Fig. 5. X-ray diffraction analysis of Noerok samples from Mt. Noeseongsan and Mt. Gwangjeongsan.

미정질의 기질에 사장석, 감람석이 관찰되며, 특징적 으로 1~2 mm 크기로 자형의 사장석 반정이 관찰된 다(Fig 2e, f).

광정산 뇌록 산출지는 뇌성산 북동쪽 구룡포읍 성 동리 일대로 뇌성산 뇌록 산지로부터 약 2 km 떨어 져 있다. 뇌록은 다양한 크기의 맥상으로 나타난다 (Fig. 3a~c). 노두의 상부에는 유리질화 되지 않는 뇌 록과 하부에 유리질화 된 뇌록이 확인되며 그 사이 미색을 띠는 암질과 그 하부에 석영질암석이 확인된 다(Fig. 3b, d). 일부 전석에서 뇌록은 뇌성산현무암질 암의 현무암과 현무암질 안산암의 경계에서 뇌록이 관찰된다(Fig. 3e). 편광현미경 하에서 관찰한 결과, 뇌성산현무암질암은 미정질의 기질에 자형 또는 반자 형의 장석반정, 단사휘석 및 사방휘석 그리고 인회석 이 관찰되며, 특징적으로 사방휘석 내부에 셀라도나 이트가 관찰된다(Fig. 3f).

2. 기재적인 특성에 의한 뇌록 분류

뇌성산 및 광정산에서 산출되는 뇌록은 밝은 청록 색에서 어두운 녹색까지 다양한 색을 띤다. 뇌성산 뇌록은 유리질화 되지 않은 뇌록만 산출된 반면, 광 정산 뇌록의 경우 유리질화 되지 않은 뇌록에서부터 유리질화 된 뇌록까지 다양하게 산출되며, 뇌성산에 비해 보다 밝은색의 뇌록도 산출된다(Fig. 4).

3. 뇌록의 구성광물

포항 장기면 일대(뇌성산, 광정산)에서 산출하는 다

양한 뇌록에 대하여 X-선 회절 분석을 실시하여 구 성 광물을 비교하였다. 먼저 뇌성산에서 산출된 뇌록 의 구성 광물은 색상 차이에 관계없이 대부분 셀라도 나이트(celadonite)로 동정된다. 하지만 광정산에서 산 출하는 뇌록의 경우, 유리질화 되지 않은 뇌록은 석 영, 셀라도나이트, 크리스토발라이트로 구성되는 반면 유리질화 된 뇌록은 크리스토발라이트(cristobalite), 트 리드마이트(tridymite), 셀라도나이트, 석영, 클리노프 틸로라이트(clinoptilolite) 등으로 동정된다(Fig. 5).

X-선 회절 분석 결과, 두 지역에서 산출하는 뇌록은 구성광물에서 뚜렷한 차이를 보이며, 광정산에서 산 출하는 뇌록의 경우 뇌성산의 뇌록과는 달리 클리스 토발라이트, 석영, 트리디마이트 등이 나타난다. 특히 유리질화 된 뇌록에서 특징적으로 트리디마이트가 추 가적으로 관찰되며, 유리질화가 많이 진행될수록 크 리스토발라이트가 우세한 경향을 보인다.

4. 지구 화학적 특성

포항 장기면 일대 뇌성산과 광정산에 산출하는 뇌록 에 대한 지구화학적 분석 결과는 표1에 제시하였다. 뇌 성산 뇌록의 경우 SiO₂의 함량은 58.75~59.19 wt.%, Al₂O₃는 4.74~5.25 wt.%, Fe₂O₃는 15.53~16.49 wt.%, MgO는 4.92~5.36 wt.%, K₂O는 7.60~8.42 wt.% 인 반면, 광정산의 경우 SiO₂의 함량은 60.21~94.1 wt.%, Al₂O₃는 1.73~5.57 wt.%, Fe₂O₃는 0.32~16.83 wt.%, MgO는 0.37~5.47 wt.%, K₂O는 0.71~8.59wt.%로 넓 은 범위의 값을 가진다. 뇌성산과 광정산에서 산출하

Table 1. Chemical analyses of the Noerok samples in study area. Unit: (wt. %)

Sample NS GJ

NL-1 NL-2 NL-3 NL-1 NL-2 NL-3 NL-4 NL-5 NL-6 NL-7 NL-8 NL-9 NL-10 NL-11 NL-12 SiO₂ 58.75 59.19 59.01 73.80 83.54 76.05 77.19 60.21 94.11 87.62 90.81 89.19 87.13 81.96 85.21 Al₂O₃ 4.74 5.25 4.76 5.57 3.09 3.56 3.69 4.85 1.92 1.81 2.21 1.96 1.73 3.60 2.56

TiO₂ 0.05 0.14 0.05 0.11 0.09 0.05 0.05 0.05 0.01 0.07 0.03 0.07 0.03 0.05 0.08 Fe₂O₃ 16.42 15.53 16.49 8.21 4.74 9.45 7.34 16.83 0.32 3.78 1.08 2.77 3.60 4.46 3.06 MnO 0.03 0.03 0.03 0.04 0.03 0.04 0.03 0.03 0.01 0.02 0.01 0.02 0.03 0.03 0.02 MgO 5.34 4.92 5.36 3.01 1.79 2.66 3.34 5.47 0.37 1.28 0.66 1.08 1.25 1.67 1.04 CaO 0.24 0.63 0.24 0.20 0.27 0.25 0.26 0.25 0.15 0.17 0.29 0.16 0.27 0.67 0.40 Na₂O 0.16 0.31 0.16 0.09 0.17 0.12 0.10 0.16 0.12 0.09 0.17 0.10 0.10 0.18 0.23 K₂O 8.38 7.60 8.42 6.71 2.94 4.71 4.40 8.59 1.16 2.12 1.53 1.76 1.64 2.31 0.71 P₂O₅ 0.01 0.07 0.01 0.03 0.00 0.02 0.01 0.01 0.00 0.00 0.07 0.00 0.00 0.01 0.01 LOI* 5.72 6.17 5.30 2.16 3.24 3.03 3.49 3.47 1.85 2.91 3.15 2.80 4.15 4.94 6.70 Total 99.84 99.83 99.84 99.93 99.89 99.92 99.89 99.93 100.01 99.88 100.01 99.91 99.94 99.88 100.02

LOI*, Loss on igniton

는 뇌록을 비교해보면 뇌성산 뇌록의 경우 광정산에 비해 SiO₂의 함량은 낮은 값을 보이나, Al₂O₃,Fe₂O₃, MgO, K₂O의 경우 대체로 높게 나타난다. 이를 SiO₂ 의 함량을 기준으로 각 산화물의 변화 경향을 살펴보 면, SiO₂ 함량이 증가함에 따라 Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, K₂O의 함량은 선형적으로 감소하는 경향을 보이는 반 면 MnO, CaO, Na₂O, P₂O₅의 함량은 산발적으로 도시된다. 또한 MgO의 함량을 기준으로 Fe₂O₃의 변

화 경향을 살펴보면 MgO가 증가함에 따라 Fe₂O₃의 함량이 선형적으로 증가하는 경향을 보인다(Fig. 6).

고 찰

포항 장기면 일대 뇌성산 및 광정산에서 산출하는 뇌록은 현무암질암의 절리 및 파쇄대를 따라 맥상 또 는 간극 충진형태로 그 산출 양상은 유사하다. 그러

Fig. 6. SiO

, MgO versus oxides variation diagrams of Noerok samples.

나 육안관찰, 구성광물 및 주성분 원소의 함량에서 차이를 보인다. 뇌성산 및 광정산에서 산출하는 뇌록 은 암석·광물학적 특징에 따라 4가지 유형으로 분류 된다.

Type 1의 경우 유리질화 되지 않으며 대부분 셀라 도나이트로 구성된 뇌록으로 주로 뇌성산에서 산출된 다. Type 2의 경우 유리질화 되지 않으며 셀라도나이 트 이외 석영 및 장석을 함유하고 일부 소량의 크리 스토발라이트를 함유하기도 한다. Type 3의 경우 유 리질 화된 뇌록으로 두 가지 세부유형으로 나뉜다. 3- 1 유형은 유리질화 되었으며 석영이 우세하고 소량의 셀라도나이트, 장석류, 크리스토발라이트로 구성된다.

3-2 유형은 유리질화 되었으며 크리스토발라이트가 우 세하고 소량의 셀라도나이트, 트리드마이트로 구성된 다(Fig. 5, 7). 이러한 분류는 지화학적 특성에도 반 영되며 암석·광물학적 분류와 유사하다(Fig. 6).

포항 장기면 일대에 나타나는 뇌록은 SiO₂ 함량이 증가함에 따라 Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, K₂O의 함량은

선형적으로 감소하는 지화학적 특성에 따라 하나의 열수의 정출과정에 따른 결과로 해석된다. 또한 Neuhoff et al., (1999)에 의하면 셀라도나이트는 열 수의 초기정출광물이며 시기에 따라 Stage I~III 단계 에 따른 광물 정출순서를 제시하였다. 본 연구결과와 비교하면 뇌성산 산출지는 stage I 초기단계에 해당되 고, 광정산 산출지는 석영, 장석 및 클리노프틸로라이 트 확인됨에 따라 stage I 단계에서 stage III 단계의 초기에 해당된다고 사료된다.

특징적으로 광정산에서 산출되는 Type 3-2 유형은 Opal CT타입에 해당되며(Smith, 1997), 셀라도나이트 로 인해 녹색을 띠는 것이 특징이다. 특히, 녹색을 띠는 오팔(green opal)과 셀라도나이트의 산출은 얕은 해양성 환경의 열수(해수)변질의 산물로 해석하고 있 다(Odin et al., 1988; Bustillo, 2003). 이는 포항 장기면 일대의 지질학적 요소와 밀접한 관련이 있는 것으로 판단되며, 추후 종합적으로 고찰해야 할 필요 성이 있다. 따라서 본 연구는 추후 포항 장기면 일대

Fig. 7. A classified table of Noerok sample according to its features from present study.

뇌록의 성인적 연구에 많은 기여를 할 것으로 사료된 다.

결 론

1. 뇌성산에서 산출되는 뇌록은 밝은 청록색에서 어 두운 녹색을 띠고 세맥형으로 산출되며 대부분 셀라 도나이트 광물로 구성된다. 블루벨리 산업단지(광정산 산출지)에서 산출되는 뇌록은 셀라도나이트 외에 크 리스토발라이트, 석영, 장석류, 트리드마이트 등을 포 함하고 있으며, 유리질화 된 뇌록도 관찰된다.

2. 포항시 장기면 일대 뇌성산과 광정산에서 산출 되는 뇌록의 산출양상은 유사하나, 색, 구성광물, 유 리질화의 정도에 의하여 4가지 타입으로 구분된다.

3. 뇌록의 지구화학적 특징에 의하면 SiO₂ 함량에 따른 Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, K₂O 함량변화와 MgO 함량에 따른 Fe₂O₃ 함량변화 경향은 각각 선형적인 경향을 보이며, 뇌록의 기재적 특징 및 광물학적 특 징에 따라 분류된 4가지 유형과 지화학적 특징이 일 치한다.

사 사

본 연구는 문화재청 국립문화재연구소 문화유산조 사연구(2014~2018년)의 지원을 받아 수행되었으며, 이에 감사드립니다. 그리고 천연기념물 제547호 뇌록 산출지의 현장조사를 위해 협조해주신 포항시청 관계 자에게 감사드린다.

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Received November 12, 2018 Review started November 15, 2018 Accepted November 29, 2018