A Study on the Provenance of the Stones and the Surface Cracks in the Suljeongri East Three-story Stone Pagoda, Changnyeong, Korea

창녕 술정리 동삼층석탑 석재의 원산지 해석 및 표면균열에 관한 연구

김재환¹·좌용주²*

1국립문화재연구소 보존과학연구실, ²경상대학교 지구환경과학과

A Study on the Provenance of the Stones and the Surface Cracks in the Suljeongri East Three-story Stone Pagoda, Changnyeong, Korea

Jae Hwan Kim¹ and Yong-Joo Jwa²*

1Conservation Science Division, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon, 305-380, Korea

2Department of Earth & Environmental Sciences, Gyeongsang National University, Jinju 660-701, Korea

요 약: 국보 제34호 창녕 술정리 동삼층석탑에는 다수의 수직, 수평, 대각선 균열이 발달하고 있으며, 일부 부재들이 떨어져 나감에 따라 이에 대한 보존처리가 시급한 실정이다. 이 석탑은 중립질이며 등립질 조직을 나타내는 담홍색의 흑운모 화강암을 석재로 사용하였다. 석재에 대한 전암대자율 측정결과 2~9(×10^-3 SI unit) 사이의 값을 가지며, 감마스펙트로미터 측정결과 K는 3~7%, eU는 8~19 ppm, eTh는 11~35 ppm의 범위를 가진다. 석탑이 위치한 인근 화왕산 일대에 분포하는 흑운모 화강암과 석탑의 석재에 대한 암석기재적 특징, 전암대자율 및 감마스펙트로미터 측정 자료를 비교 분석한 결과, 화왕산 서쪽 사면의 등립질 흑운모 화강암 이 석탑부재와 가장 유사한 암석으로 판단된다. 석탑에는 수직, 수평 및 대각선 균열이 발달하고 있는데 주 로 석탑 하부인 기단부와 1층 탑신을 이루는 부재들에 집중되어 나타난다. 석탑에 사용된 석재는 원래부터 리프트 결과 그레인 결의 방향으로 미세균열이 잘 발달된 암석으로 이 두 결이 균열성장과 그에 따른 손상 을 야기한 것으로 판단된다. 수직 균열은 주 압축응력에 평행한 방향으로 석재의 미세균열이 성장한 결과로 해석되는 반면 수평 균열의 경우 주 압축응력에 대한 반발 인장력이 균열의 성장을 촉진시킨 것으로 해석할 수 있다. 한편, 상하 대각선 방향의 균열은 리프트 결과 그레인 결이 부분적으로 사교하면서 나타나는 양상 으로 해석된다.

핵심어: 술정리 동삼층석탑, 원산지, 흑운모 화강암, 표면균열, 균열성장

Abstract: The Suljeongri east three-story stone pagoda in Changnyeong (National Treasure No. 34) has been damaged mainly by lots of cracks. The stones used for this pagoda are medium-granied equigranular pinkish biotite granite. Measured magnetic susceptibility values are of from 2 to 9 (×10^-3 SI unit). From the γ-ray spectrometer mesurement K, eU, and eTh contents of the stones are 3 to 7%, 8 to 19 ppm, and 11 to 35 ppm, respectively. Comparing the petrographical and chemical characteristics between the stones of the pagoda and the country rocks near Suljeongri, it is suggested that the most similar rock could be equigranular biotite granite in the western slope of the Mt. Hwawangsan. Vertical, horizontal and diagonal cracks are intensely developed at the lower part of the stone pagoda. Biotite granite has intrinsic microcracks defined as rift and grain rock cleavages. Both rock cleavages are assumed to have led to the crack growth and consequent mechanical damage of the pagoda. It seems that vertical cracks have been grown parallel to the principal compressional stress, and that horizontal cracks to the reacting tensional stress. Diagonal cracks seems likely to have been resulted from conjugate rift and grain rock cleavages.

Key words: Suljeongri East Three-story stone pagoda, provenance, biotite granite, surface crack, crack growth

*Corresponding author Tel: 055-751-6004 E-mail: [email protected]

서 론

경상남도 창녕군 창녕읍 술정리에 있는 술정리 동 삼층석탑은 2층 기단에 3층의 탑신을 올린 전형적인 통일신라시대의 불교 예술을 대표하는 석탑으로서 경 남에서 가장 오래 되었으며, 1962년 국보 제34호로 지정되었다. 이 석탑은 규모와 조각 수법으로 보아 불국사 석가탑(국보 제21호)과 비교될 만한 통일신라 초기 석탑이며, 창녕 지역이 삼국시대부터 신라에 속 해 있는 지역적인 특성으로 볼 때 탑 건립 양식이 경주에서 지방으로 확산되는 경향을 잘 보여주고 있 어 매우 중요한 가치를 지니고 있다(정영호 외, 1999). 건립된 지 1200여년이 지난 창녕 술정리 동삼 층석탑은 석탑의 기단부에서 3층 옥개석에 이르기까 지 여러 군데 훼손되어 있으며, 특히 상륜부의 노반 및 찰주는 제거된 상태로 남아있다. 또한 석탑의 기 단부와 1층 탑신 등에서 수평과 수직 균열이 동시에 발달하여 석탑부재의 일부가 탈락되는 양상이 두드러 져 구조적으로 불안정하다. 따라서 술정리 동삼층석 탑에 대한 보존 과학적 연구가 시급한 실정이지만 1965년 해체·복원한 이후로 이에 대한 연구는 아직 까지 전무한 실정이다.

창녕 술정리 동삼층석탑은 오랜 시간 야외에 노출 되어 방치되어 왔기 때문에 표면 손상이 발생하고 있 다. 표면 손상을 야기시키는 대표적인 현상으로 박리, 박락, 균열 등이 있으며, 그 중에서도 표면균열은 문 화재 손상의 가장 원천적인 요인이라 할 수 있다. 석 조문화재의 훼손에 대해서는 주로 박리, 박락, 파손 그리고 구조적 안정성 등에 대하여 중점적으로 연구 되어 왔다(이찬희 외, 2005; 이찬희 외, 2006, 2007).

석재의 균열 발달과 그 요인에 대하여는 다수의 연구 가 있으나(박덕원 외, 2001; 서용석 외, 2003; 박덕 원, 2007), 석조문화재의 석재에 적용된 사례는 거의 없었다. 한편, 훼손된 석조문화재의 보존처리를 위해 서는 원래 석재의 종류와 그 원산지를 규명해야 하는 데, 이에 대한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다(좌 용주 외, 2000; 조기만과 좌용주, 2005; 이찬희 외, 2006; 좌용주 외, 2006). 본 연구에서는 창녕 술정리 동삼층석탑에 대한 보존처리를 위하여 사용된 석재의 원산지를 규명하는 한편 석탑 표면의 균열의 방향성 을 측정하여 균열 발달 양상을 살피고, 석탑부재와 유사한 석재를 이용하여 균열 성장의 원인을 고찰해 보았다.

일반지질

창녕 술정리 동삼층석탑 일대의 지질을 간략히 살 펴보면(Fig. 1), 우선 지질도 상에서는 유천도폭과 창 녕도폭의 경계에 속한다(김기완과 박용진, 1964; 김기 완과 이윤종, 1969). 기반암은 경상누층군의 하양층군 에 해당하는 함안층과 진동층으로, 지층의 주향은 대 체로 N45^o~N65^oW, NS, N5^o~15^oE 등이며 경사는 15^o~20^oNE가 지배적이다. 기반을 이루는 퇴적층은 후 기 관입암류에 의해 부분적으로 혼펠스화되어 있다.

하양층군 기반암의 동쪽으로는 유천층군에 해당하는 팔용산 응회암, 주사산 안산암, 각력안산암 등의 화산 쇄설성 퇴적암이 분포하고 있다.

백악기~제3기의 불국사 심성암류는 일반적으로 남 북 및 동서방향으로 연장된 암주, 암맥으로 분포하며 기반 퇴적암층들을 관입하고 있다(Fig. 1). 연구지역 인근에 분포하는 심성암류로는 흑운모 화강암, 각섬 석 화강암, 섬록암, 석영반암 및 산성 암맥 등이다.

이 중에서 흑운모화강암이 가장 큰 규모의 관입암체 로서 나타난다. 창녕 술정리 동삼층석탑의 동쪽에 위

Fig. 1. Geologic map of the study area and sampling sites (modified after Kim and Park (1964) and Kim and Lee (1969)). Location of the Suljeongri east three- story stone pagoda is also shown in the left side of the figure.

치하는 흑운모 화강암은 화왕산을 중심으로 암주상으 로 분포하고 있으며, 암체의 주변부는 약간 세립질이 나 중심부를 향하여 조립질로 변해간다. 구성광물은 주로 석영, 알칼리장석, 사장석, 흑운모, 소량의 각섬 석 등이다.

술정리 동삼층석탑

암석기재적 특징

창녕 술정리 동삼층석탑은 현재 상륜부의 노반이 제거되어 있으며 지반침하가 관찰된다(Fig. 2A). 또한 석탑 하부인 기단부에서 3층 옥개석에 이르기까지 균 열, 표면풍화에 의한 변색, 생물오염, 정동 등에 의해 훼손되어 있으며 특히 균열이 발달되면서 탈락에 의 한 훼손이 심해지고 있다(Fig. 2B). 석탑부재에 대한 암석기재적 특징을 살펴보면 담홍색으로 세립 내지 중립질의 입자크기로서 구성광물은 알칼리장석, 석영, 사장석, 흑운모 그리고 소량의 각섬석이 관찰된다(Fig.

2C).

표면균열의 분포 및 방향성

술정리 동삼층석탑에서는 균열에 의해 탈락된 부재 들을 쉽게 관찰할 수 있다. 표면균열의 빈도를 방위 별로 살펴보면, 석탑의 동쪽은 7개, 서쪽은 10개, 남

쪽은 15개, 그리고 북쪽은 7개로 남쪽에 가장 많이 발달되어 있다(Figs. 3 & 4). 그리고 부재별로 표면 균열의 빈도를 살펴보면 기단부에서는 20개, 1층 탑 신은 10개, 2층 탑신은 2개, 2층 옥개석은 2개, 3층 탑신은 3개, 그리고 3층 옥개석은 2개로서 기단부와 1층 탑신의 균열의 수 전체의 약 77%를 차지하고 있으며, 이로 인한 부재의 탈락이 많이 관찰된다. 석 탑 하부에서의 집중적인 균열 발달은 구조적으로 불 안정함을 시사한다. 한편 술정리 동삼층석탑 표면에 나타나는 균열의 방향성을 관찰하기 위해 표면균열들 의 주향을 측정 하였다. 전체 표면균열의 주향은 N14^oE~N70^oE, N10^oW~N80^oW범위의 값을 가지는데, 방위별로 보면 동쪽은 N45^oE~N60^oE, N30^oW~N60^oW, 서쪽은 N14^oE~N70^oE, N22^oW~N80^oW, 남쪽은 N20^oE~

N80^oE, N10^oW~N42^oW, 북쪽은 N60^oE~N62^oE, N10^oW

~N42^oW의 주향 값의 범위를 가진다. 이를 장미도표 에 도시해보면 석탑 표면에 나타나는 균열의 방향은 거의 직교하는 두 방향이 우세함을 알 수 있다(Fig.

5).

술정리 동삼층석탑과 주변 암석의 비교

창녕 술정리 동삼층석탑에 사용된 석탑부재의 원산 지를 규명하기 위해 주변 화강암체를 조사하였다. 특

Fig. 2. Photographs showing the Suljeongri east three-story stone pagoda. A, overview; B, cracks and breakdown;

C, stone surface.

히 술정리 석탑의 가까운 동쪽, 즉 화왕산을 중심으 로 분포하는 흑운모 화강암에 대해 암석기재적 특징 을 살피고, 비파괴 분석(전암대자율, 감마스펙트로미 터)을 실시하였다(Fig. 1). 전암대자율 측정의 경우 체 코 GF Instruments사의 SM30을 사용하였으며, 감마

스펙트로미터는 체코 GF Instruments사의 GRM260 을 사용하였다.

Fig. 4. Number of the surface cracks in the Suljeongri east three-story stone pagoda according to the relative position and azimuth.

Fig. 5. Rose diagram showing strike of the surface cracks in the Suljeongri east three-story stone pagoda (A, east; B, west; C, south; D, north).

Fig. 3. Distribution of the surface cracks in the Suljeongri east three-story stone pagoda. A, east; B, west; C, south; D, north.

우선 암석기재적 특징을 보면 화왕산 서쪽 사면 (HW1, HW2, HW3)의 흑운모 화강암은 담홍색으로 입자크기는 중립질이며, 등립질 조직을 나타낸다. 구 성광물은 알칼리장석, 석영, 사장석, 흑운모, 그리고 소량의 각섬석이 관찰된다. 이런 기재적 특징은 술정 리 동삼층석탑의 석재 부재들과 매우 유사하다(Fig.

6A & 6B). 한편 화왕산 동쪽 사면(HW4, HW5)의 흑운모 화강암은 서쪽 사면의 암석과 구성광물은 거 의 같으나 암색이 회백색이며 또한 염기성 미립 포획 암(MME)의 양이 많은 점 등에서 차이를 보인다(Fig.

6C & 6D).

다음으로 암석의 전암대자율값을 살펴보면, 술정리 동삼층석탑에 사용된 석재들의 전암대자율 값의 범위 는 2~9(×10^-3 SI unit) 정도로 대체로 일정한 범위 내에 분포한다. 화왕산 서쪽 사면(HW1, HW2, HW3)의 흑운모 화강암의 경우 전암대자율 측정값은 술정리 동삼층석탑 석재의 범위 내에 모두 분포한다.

화왕산 동쪽 사면의 HW4 지점의 전암대자율 값은 술정리 동삼층석탑 석재에 비해 상대적으로 낮은 값

을 가지며, HW5 지점의 대자율 값은 상대적으로 높 게 나타난다. 따라서 전암대자율값으로 비교하건대, 화왕산 정상을 기준으로 서쪽 사면(HW1, HW2, HW3)의 흑운모 화강암이 술정리 동삼층석탑에 사용 된 석재와 유사한 것으로 판단된다(Fig. 7A).

감마스펙트로미터 측정 결과 술정리 동삼층석탑 석 재의 경우, K 함량은 3~7%로 나타나고 우라늄과 토 륨의 환산등가함량에 해당하는 eU는 8~19 ppm의 범 위, eTh는 11~35 ppm의 범위를 가진다(Fig. 7B, 7C, 7D). 화왕산 주변 흑운모 화강암의 K, eU, eTh의 함 량은 대부분 술정리 동삼층석탑 석재의 측정값과 큰 차이를 보이지 않는다. 감마스펙트로미터 측정값은 구 성광물의 조합에 의한 암석의 화학조성에 의존하기 때문에 흑운모 화강암의 분포 위치에 따른 조성적 차 이가 크지 않음을 시사한다. 한편, 술정리 동삼층석탑 의 석재와 주변 흑운모 화강암에 대하여 총 방사선 조사량(total dose rate; 단위 nGy/h), 즉 TDR에 대 한 K, eU, eTh의 함량 변화를 살펴보았다(Fig. 8).

화왕산 동쪽 사면의 HW5 지역은 창녕 술정리 동삼 Fig. 6. Petrological features of the stone pagoda and biotite granites distributed near Suljeongri area. A, Suljeongri east three-story stone pagoda; B, HW1; C, HW4; D, HW5. See Fig. 1 for the relative locations of HW1, HW4, and HW5.

층석탑에 비해 K, eU, eTh의 함량이 상대적으로 낮 으며, 또한 TDR값 역시 낮다. 동쪽 사면의 경우 HW5에서 HW4 지역으로 즉, 정상부로 갈수록 TDR 값에 대한 K, eU, eTh의 함량이 증가하여 술정리 동삼층석탑 석재와 유사한 값을 가지게 된다. 화왕산 서쪽 사면의 흑운모 화강암 역시 HW1에서 HW3 지역으로, 즉 정상부로 올라갈수록 TDR값에 대한 K, eU, eTh의 함량이 증가하는 경향을 살펴볼 수 있다.

술정리 동삼층석탑 석재의 TDR값에 대한 K, eU, eTh의 함량은 HW1과 HW2의 사이값에 대부분 분포 하고 있다(Fig. 8). 한편 화왕산 서쪽 사면의 HW1지 점에서는 석탑부재를 채석하기 위한 쐐기 흔적이 관 찰되어 석탑부재의 원산지로서의 증거를 뒷받침 하고 있다(Fig. 9). 따라서 암석기재적 특징, 전암대자율값 및 감마스펙트로미터 측정값으로부터 술정리 동삼층 석탑에 사용된 석탑부재는 화왕산 서쪽 사면의 HW1 과 HW2 지역의 인근 암반에서 공급 되었을 가능성 이 있다.

암석 내의 미세균열

역학적 이방성과 균열의 성장

화강암 암반은 지하 또는 지표의 어떤 경우든 3차 원적인 분포를 나타내며, 암반에 미치는 정수압적 응 력의 크기는 세 개의 공간 축(x, y, z)에서 동일하지 않다. 다시 말해 세 개의 공간 축에서의 응력의 차이, 즉 차별응력이 발생하게 되며, 이런 경우를 역학적 이방성이라고 한다. 그리고 암반에 역학적 이방성이 초래되면 화강암 내부에 있던 미세균열이 성장하여 균열이 발달하고, 이런 균열의 발달은 암반에서의 깨 지기 쉬운 면을 만들게 되는데, 암반에서 깨지기 쉬 운 정도에 따라 리프트 면(rift plane), 그레인 면 (grain plane), 하드웨이 면(hardway plane)이라 한다 ((Herrmann, 1916; Dale, 1923; Ljungner, 1930;

Osborne, 1935; Jahns, 1943). Dale(1923)은 석영과 장석을 가로지르는 미세균열의 우세방향이 상호 수직 을 이뤄 리프트 면과 그레인 면을 형성 한다고 하였 으며, Osborne(1935)은 리프트 면과 그레인 면에 각 Fig. 7. Histograms of magnetic susceptibility and γ-ray spectrometer data for the Suljeongri east three-story stone pagoda and biotite granites distributed near Suljeongri area. A, Measured values of magnetic susceptibility; B, K(%); C, eU(ppm); D, eTh(ppm).

각 수직 관계를 가지는 하드웨이 면을 제안하였고, Twidale(1982)은 세 방향의 면 중에서 리프트 면이 가장 분리성이 좋음을 밝혔다. 한편, 리프트 면은 석 영 내의 열린 균열의 발달과 아주 밀접한 관계가 있 으며, 화강암에서의 가장 깨지기 쉬운 면은 석영 내 의 열린 균열에 의해 제어된다고 할 수 있다(Take- mura et al., 2003). 그리고 석영에서의 균열 성장은 주된 압축력의 축에 평행하게 일어난다(Takemura and Oda, 2004). 결국 화강암의 원래 암석에서 결정 되는 리프트 면은 석영에서의 열린 균열의 성장을 대

표하며, 다양한 풍화 환경에서 균열의 추가적인 성장 이 현저하게 일어날 가능성이 가장 높다. 한편, 박덕 원(2007)은 세 방향의 단면 내부에 상호 직교하는 두 종류의 미세균열을 측정 할 수 있다고 제시하였다.

즉, 각각의 면에서는 서로 직교하는 두 방향의 미세 균열 연장이 설정된다. 면에 나타나는 미세균열의 연 장 방향을 결(rock cleavage)이라고 부르기도 한다.

그리고 각 면에 평행한 결의 경우, 그 면의 명칭을 따라서 리프트 결, 그레인 결, 하드웨이 결로 불린다.

결국 리프트 면에서는 그레인 결과 하드웨이 결, 그 레인 면에서는 리프트 결과 하드웨이 결, 하드웨이 면에서는 리프트 결과 그레인 결이 발달한다(Fig.

10). 화강암에서의 결은 암반이 지하에서 지표까지 융 기하는 동안 그 내부에 발달한 미세균열의 종합적인 성장 방향을 가리킨다. 따라서 화강암의 융기에 따른 균열 생성의 과정과 결의 방향성은 매우 밀접한 관계 에 있다고 할 수 있다.

박편에 나타나는 광물의 미세균열

Twidale(1982)에 따르면 암석의 세 면에서 하드웨 이 면 그레인 면 리프트 면의 순서로 분리성이 좋아 진다. 본 연구에서는 창녕 술정리 동삼층석탑에 사용 된 석재와 동일한 암석이 경험한 차별응력과 그에 따 른 균열의 발달 양상을 파악해 보았다. 화왕산 서쪽 사면의 흑운모 화강암을 대상으로 하여, 시료의 절단 용이성에 근거한 세 면, 즉 리프트 면, 그레인 면, 하 드웨이 면을 설정하였으며, 각 면에 해당하는 시료에 대해 0.1mm 두께로 박편을 제작하여 광물 내의 미 세균열을 표시하였다. 제작된 박편에서 광물 내의 미 세균열을 선으로 표시하였으며, 석영의 경우 결정의 윤곽을 함께 표시하였다(Fig. 11). 리프트 면에 평행 하게 잘린 면의 미세균열은 석영 내에 있고 그레인 결(G-G선상)에 거의 평행하거나 사교하면서 분포하지 만(Fig. 11 left), 그레인 면에 비해 미세균열이 많이 관찰되지 않는다. 그레인 면에 평행하게 잘린 면의 미세균열은 대부분 석영과 장석 내에 있으며, 리프트 결(R-R선상)에 거의 평행하거나 사교하면서 발달하고 있다(Fig. 11 middle). 하드웨이 면에 평행하게 잘린 면의 미세균열은 리프트 결(R-R선상)과 그레인 결(G- G선상)에 평행하거나 사교하면서 미세균열이 발달하 고, 그 수도 매우 많고, 또한 미세균열의 두 방향(리 프트 결과 그레인 결)은 서로 공액을 이룬다(Fig. 11 right). 따라서 암석 내에 나타나는 미세균열로서의 열 Fig. 8. Diagrams of total dose rate (nGy/h) versus

K(%), eU(ppm) and eTh(ppm).

린 균열은 석영과 장석 내에서 잘 발달하며, 리프트 결과 그레인 결의 방향과 거의 일치한다. 결국 리프 트 면이나 그레인 면에 평행한 방향이 암석에서의 분 리성이 좋음을 지시하고, 그 방향들을 따라 균열이 성장할 가능성이 있다.

석탑 표면 균열의 원인 해석

화강암과 같은 암석이 지하에 있을 경우나, 지표에 서 건축물의 일부를 이룰 경우에도 그 암석에 작용하 는 힘은 세 방향의 좌표축에서 크기가 동일하지 않다.

따라서 세 방향에서의 힘의 크기에 차이가 발생하며, 이에 따른 응력의 차별화를 설정할 수 있다. 차별응 력은 그 크기에 따라 세 가지, 즉 σ1, σ2, σ3로 구 분되며, 그 크기는 σ1 > σ2 > σ3의 순이다. 보통 수직 으로 건축된 구조물에서 σ1은 지표에 수직이며, 강한 압축을 나타낸다. 그리고 균열은 σ1에는 평행하지만 σ3에는 수직으로 발달한다.

석조문화재 중 석탑은 건축의 형태로부터 종횡비가 큰 건축물이며 탑의 중심축에 매우 강한 압축응력이 작용한다. 이 압축응력은 그 방향에 평행하게 균열을 발달시키고, 또한 압축과 연관된 반발 인장력 또한 압축의 중심에서 외부로 향하여 균열의 성장을 촉진 시키기도 한다. 석조 건축물의 경우 그 크기가 클수 록 압축-반발인장에 의한 차별응력이 커지게 되며, 이 Fig. 9. Stone-cutting trace found at the western slope of the Mt. Hwawangsan (HW1 site).

Fig. 10. Directions of three planes and three rock cleavages developed in the dimensional granite.

Numbers 1 and 2 stand for the rock cleavages. Rift rock cleavage is parallel to rift plane and so on.

에 따른 균열의 성장은 불가피한 것으로 판단된다.

창녕 술정리 동삼층석탑에 사용된 석재와 가장 유 사한 흑운모 화강암의 균열 발달 양상을 살펴보았을 때, 석영 결정 내부에 발달해 있는 미세균열, 즉 열 린 균열의 방향성은 리프트 결(R-R 선상)과 그레인 결(G-G 선상)에 평행하거나 약간 사교하여 잘 나타 나고 있다(Fig. 11 middle & right). 이는 암석의 리 프트 면과 그레인 면이 균열 발달의 유효면이며, 석 탑부재로 사용된 암석들은 원래부터 리프트 결과 그 레인 결의 방향으로 미세균열이 잘 발달된 암석이므 로 이 두 결이 균열 성장과 그에 따른 손상을 야기 한 것으로 판단된다.

술정리 동삼층석탑에 발달하고 있는 표면 균열의 방향을 살펴보면 수직, 수평, 대각선 방향 등으로 다 양하게 나타난다(Fig. 12). 석탑부재에서의 수직 균열 은 주 압축응력에 평행한 방향으로 석재의 미세균열 이 성장한 결과로 해석된다. 반면 수평 균열의 경우, 주 압축응력에 대한 반발 인장력이 균열의 성장을 촉 진시킨 것으로 해석할 수 있다. 석탑 건축 당시 석재 의 수평면으로 리프트 면을 사용하였다면, 수직 균열 은 그레인 결, 수평 균열은 리프트 결일 가능성이 높 다. 한편, 술정리 동삼층석탑의 상하 대각선 방향의 균열은 매우 특징적이며 또한 그 비율이 가장 높은데, 이는 리프트 결과 그레인 결이 부분적으로 사교하면 서 나타나는 양상(Fig. 11)과 조화적이다. 또한 석탑 과 같은 구조물에서 압축과 인장에 의한 전단력이 사

교하는 두 결의 성장을 촉진시켰을 가능성이 있다.

결론적으로 술정리 동삼층석탑에서 관찰되는 표면 균 열은 압축력과 반발 인장력이 가장 크게 작용하는 석 탑 하부의 기단부와 1층 탑신에 주로 나타나며, 원래 석재가 가지고 있던 미세균열이 응력에 조화적으로 성장한 결과로 해석된다.

결 론

1. 창녕 술정리 동삼층석탑은 중립질의 입자크기로 등립질 조직을 나타내는 담홍색의 흑운모 화강암을 석재로 사용하였다. 석재에 대한 전암대자율 측정결 Fig. 11. Microcrack array developed on rift plane (left), grain plane (middle), and hardway plane (right). A and B of each part show the surface of thin section and the sketch of microcracks observed in quartz and feldspar, respectively. Grain boundaries of quartz are drawn in the sketch (B).

Fig. 12. Relative distribution of the surface cracks in the Suljeongri east three-story stone pagoda according to crack morphology.

과 2~9(×10^-3 SI unit)사이의 값을 가지며, 감마스펙 트로미터 측정결과 K는 3~7%, eU는 8~19 ppm, eTh는 11~35 ppm의 범위를 가진다. 이러한 암석기재 적 특징, 전암대자율 및 감마스펙트로미터 측정값은 석탑부재에 대한 원산지 해석에서 중요한 지시자로 활용된다.

2. 화왕산 일대에 분포하는 흑운모 화강암과 술정 리 동삼층석탑의 석재에 대한 암석기재적 특징, 전암 대자율 및 감마스펙트로미터 측정 자료를 비교 분석 한 결과 화왕산 서쪽 사면의 등립질 흑운모 화강암이 석탑부재와 가장 유사한 암석이며, 화왕산 서쪽사면 의 HW1 지점에서 과거 암석을 채석하기 위한 쐐기 흔적이 관찰되어 원산지로서의 증거를 뒷받침하고 있 다.

3. 술정리 동삼층석탑에는 수직, 수평 및 대각선 균 열이 발달하고 있는데 주로 석탑 하부인 기단부와 1 층 탑신을 이루는 부재들에 집중되어 나타난다. 석탑 에 사용된 석재는 원래부터 리프트 결과 그레인 결의 방향으로 미세균열이 잘 발달된 암석으로 이 두 결이 균열성장과 그에 따른 손상을 야기한 것으로 판단된 다.

4. 수직 균열은 주 압축응력에 평행한 방향으로 석 재의 미세균열이 성장한 결과로 해석되는 반면 수평 균열의 경우 주 압축응력에 대한 반발 인장력이 균열 의 성장을 촉진시킨 것으로 해석할 수 있다. 한편, 상하 대각선 방향의 균열은 리프트 결과 그레인 결이 부분적으로 사교하면서 나타나는 양상으로 해석된다.

사 사

이 연구는 국립문화재연구소 R&D 용역연구과제의 지원을 받았다. 또한 2009년도 경상대학교 연구년제 연구교수 연구지원과제이다. 논문에 대한 건설적인 비 평을 해 주신 한국지질자원연구원의 홍세선 박사와 익명의 심사위원께 감사를 표한다.

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2010년 11월 2일 접수 2010년 11월 3일 심사개시 2010년 12월 7일 채택