접수 13. 07. 05 / 심사종료 13. 09. 02 / 게재승인 13. 09. 07 Vol.29, No.3, pp209-221(2013)
DOI http://dx.doi.org/10.12654/JCS.2013.29.3.02 Printed in the Republic of Korea
부여 동남리 백제유적 출토 토층의 물리화학적 성질과 제작특성
김애라 | 이찬희1 | 김란희 | 복문강*
공주대학교 문화재보존과학과, *(재)한얼문화유산연구원
Construction Characteristics and Physicochemical Properties of Soil Layers from Baekje Dongnamri Site in Buyeo, Korea
Ae Ra Kim | Chan Hee Lee1 | Ran Hee Kim | Mun Kang Bok*
Department of Cultural Heritage Conservation Sciences, Kongju National University, Gongju, 314-701, Korea
*Haneol Research Institute of Cultural Heritage, Gongju, 314-030, Korea
1Corresponding Author: [email protected], +82-41-850-8543
초 록 이 연구에서는 부여 동남리 유적에서 발굴된 백제시대 개량 토층의 제작특성과 원료의 산지를 해석하였다 . 토층은 크게 현대층, 백제층 및 하부층으로 구분되며, 백제시대에 조성된 토층은 일정한 시간적 단절에 따라 제1백제층 과 제2백제층으로 구분된다. 토층은 하부로 내려갈수록 점차 색상이 어두워지며 광물의 함량이 높아지는 양상을 보였지 만 층위별로 큰 차이는 없었다. 또한 층위에 관계없이 광물학적 및 지구화학적 특성이 상당히 유사하게 나타났다. 이는 동일한 기반암에서 풍화된 토양을 이용하여 축조하였음을 의미하며 유적 일대의 토양과도 유사한 경향성을 확인하였 다. 그러나 입도분석 결과로 볼 때 제1, 2백제층은 세부적으로 모래의 함량이 높은 토양과 미사의 함량이 높은 토양을 반복 성토하여 토층을 조성한 것으로 나타났다.
중심어: 토층, 제작특성, 원료산지, 반복 성토
ABSTRACT This study is to interpret the construction characteristics and the provenance of soil layers from the Dongnamri site in Baekje Kingdom of Buyeo, Korea. The soil layers is divided into present age layer, Baekje layer and lower part layer, and the soils formed in the Baekje Kingdom period is divided into the Baekje 1st layer and the Baekje 2nd layer according to temporal intervals. The soil layers gradually becomes darker in color and higher in mineral content towards the lower part layer. However, the particular distinction between layers of the soils could not be identified. Additionally, the soil layers show a similar characteristics of mineralogy and geochemical evolution regardless of the layers. This indicates that the sites were made with weathered soil from an identical bed rock, and the site show a similarity to the surrounding soil, indicating its possibility of being the original materials. However, through the analysis of particle size, the first and second Baekje layers occurred that these layers were formed by setting up the soil with high content of sand on the bottom and stacking the soil with high content of silt on top of it.
Key Words: Soil layers, Construction characteristics, Provenance, Staking the soil
1. 서 론
부여 동남리 백제유적은 궁남지 일대를 서동공원으로 확대하기 위한 시굴조사 과정에서 확인되었다. 조사결과, 이 지역 전반에 걸쳐 현재 지표면의 2.0∼3.2m 깊이에서 120∼150cm 두께를 갖는 상하로 구분되는 토층이 나타나 주목받았으며, 토층에서는 백제 사비기의 기와, 토기 및 도 자기 유물들이 나타났다. 발굴조사에서는 백제층 상부에서 현대 경작면과 복토층이 확인되었으며, 백제층 하부에서 풍화암반층과 남쪽으로 저습한 환경이 조성된 것으로 파 악되었다(Haneol Research Institute of Cultural Heritage;
HRICH, 2011).
대지는 건물을 조영하기 앞서 일차적으로 이루어지는 토목사업의 결과물로, 백제시대에는 낮은 구릉의 사면이 나 정상부, 곡간, 평지, 저습지 등 다양한 장소에서 대지조 성이 이루어졌다. 특히 부여는 538년 백제 성왕이 공주에 서 천도하면서 왕경이 확대되었으며 넓은 대지를 필요로 했다. 그러나 산지 및 구릉을 제외한 대부분 지역이 본래 저습지로 이루어져 있어 지반개량이 필수적이었을 것이다.
이는 사비기의 대표적 사지로 알려진 정림사지 뿐만 아니 라 구아리, 군수리, 성북리 지역도 저습지에 조성되어 있는 것을 통해 알 수 있다(Cho, 2009; 2010).
이러한 부여지역의 역사적 및 지정학적 특성으로 인해 백제시대에 인위적으로 개량된 지반의 학술적 구제발굴이 수차례 이루어졌으며, 이들의 토목공법에 대한 검토 또한 활발하게 진행 중이다. 그러나 대부분 문헌과 사례분석 및 기초공법을 분류한 고고학적 연구이며(Chung and Son, 1992; Cho, 2009) 토층의 자연과학적 및 조성기법에 대한 연구는 아직 미진한 상태이다. 따라서 개량토층에 대해 보 다 세밀한 연구가 이루어지기 위해서는 자연과학적 분석 을 통한 종합적인 연구가 필요하다.
이 연구에서는 유적 내의 연약지반 위로 조성된 토층에 대한 층위별 제작특성을 검토하고자 이들의 물리적, 광물 학적 및 지구화학적 특성과 입도분포를 파악하였다. 이를 통해 연약지반 개량을 위한 원료의 재료과학적 특성을 규 명하고, 보다 객관적인 대지조성 기법을 검토하였다. 또한 원료토양의 산지를 해석하기 위해 각각 다른 목적으로 이 용되고 있는 유적일대의 고토양을 수습하여 이와 동일한 방법으로 연구를 진행하였다. 이 결과를 바탕으로 토층의 제작특성 및 원료산지를 고고과학적으로 해석하였다.
2. 현황 및 연구방법
2.1. 유적의 현황 및 시료선정
부여 동남리 백제유적 일대는 부여시내와 금강 사이에 발 달한 저지대가 서쪽으로 형성되어 있고, 동쪽에는 화지산이 인접하여 동고서저의 지형적 특징을 보여준다. 특히 유적의 북동쪽에 화지산 남서사면의 말단부가 있어 완만히 떨어지는 지형을 보이고, 남서쪽으로 갈수록 저지대로 이뤄지면서 비교 적 급하게 경사져 있다(Buyeo County, 2003; HRICH, 2011).
부여 일대의 지질은 기반암인 선캠브리아기의 변성암류 와 후기 트라이아스기에서 전기 쥬라기에 형성된 대동누층 군의 퇴적암류 및 변성암류로 구성된다. 이를 중생대의 쥬 라기 화강암과 백악기의 맥암류가 곳곳에서 이들을 관입하였 으며, 선캠브리아기의 변성암류는 대부분 호상편마암과 안구 상편마암 혹은 화강편마암으로 구성된다(Chungcheognamdo Office of Education;COE, 1994; HRICH, 2011).
연구지역 일대에는 흑운모화강암과 화강편마암이 분포하 고 있으며, 부여읍을 중심으로 대체로 북동∼남서 방향의 저지대가 형성되어 있고, 백마강 유역과 여기로 유입되는 각 지류를 따라 충적층이 발달하였다(Figure 1A). 흑운모 화강암은 부여군의 최남단에서 변성암류와 대동누층군을 관입하였으며 남동 방향을 갖고 부여읍 일대까지 분포한 다. 암상은 주로 담회색 중립질로 등립상 입상조직을 나타 낸다(COE, 1994). 또한 부여 일대에는 화강편마암의 풍화 물로 형성되어 논과 밭으로 이용되는 사양질 및 식양질 토 양이 넓게 분포하고 있으며(Buyeo County, 2003) 지질 및 토성과 관계없이 심토의 주토색은 갈색, 회갈색계열로 구 분된다(Figure 1B).
동남리 백제유적 내 토층은 크게 현대층, 백제층 및 하 부층으로 구분되며, 백제시대에 조성된 토층은 일정한 시 간적 단절에 따라 제1백제층과 제2백제층으로 구분된다 (Figure 1C). 또한 토층은 세부적으로 13개의 층으로 구분 되며 연구를 위해 각 층위별로 총 13점의 시료를 채취하였 다. 이와 함께 토층의 원료 공급지를 해석하기 위해 유적일 대의 산, 밭, 논 및 저습지 등 다양한 유형의 고토양을 분석 대상으로 선별하여 수습하였다(Table 1).
2.2. 연구방법
이 연구에서는 동남리 백제유적 내 토층에서 수습한 층 위별 토양을 대상으로 재료과학적 특성을 파악하고 이들
Figure 1. (A) Geological map (Geological Survey of Japanese Government-General of Korea, 1931) of the study area.
(B) Distribution map of soil color around the study area (National Academy of Agricultural Science, 2013). (C) Photograph of soil layers from Baekje Dongnamri Site.
Type Layer Samples Munsell soil color
Color
Magnetic susceptibility L* a* b*
Soils
Present Age Layer
BSS1-1 10YR5/4 32.31 3.64 21.83 0.07 BSS1-2 2.5Y6/3 42.60 -0.56 16.24 0.09 BSS1-3 5Y7/2 47.17 -1.37 14.67 0.09 Baekje 2nd
Layer
BSS2-1 2.5Y5/2 33.90 -0.25 11.90 0.10 BSS2-2 2.5Y5/2 29.12 0.34 11.81 0.06 BSS2-3 2.5Y8/4 46.96 -0.69 17.85 0.08
Baekje 1st Layer
BSS3-1 5Y3/1 25.65 -0.09 9.46 0.05 BSS3-2 5Y3/1 28.25 -0.58 9.24 0.06 BSS3-3 5Y3/1 31.64 -0.62 10.09 0.04 BSS3-4 2.5Y5/2 32.05 -0.26 11.43 0.04 Lower Part
Layer
BSS4-1 2.5Y3/2 32.94 0.72 11.98 0.03 BSS4-2 2.5Y3/1 30.15 0.59 10.44 0.02 BSS4-3 2.5Y3/1 24.77 0.34 8.55 0.03
Soils around the Site
Mountain BS-1 10YR5/4 36.57 7.0 25.8 0.17
Field BS-2 2.5Y6/3 38.41 7.1 26.5 0.11
Rice Field BS-3 2.5Y4/3 36.5 2.1 12.4 0.28
BS-4 5Y3/2 32.3 2.0 12.2 0.27
Swamp BS-5 2.5Y4/2 43.8 2.1 14.2 0.10
Table 1. Physical properties of analytical samples from Baekje Dongnamri Site.
의 제작기법 및 원료산지를 규명하였다. 우선 토층에 대한 육안관찰과 함께 먼셀토색첩 및 Minolta Chroma Meter CR-300 색도계를 사용하여 정확한 색도를 측정하였다. 토 층의 자화강도를 알아보기 위해 전암대자율을 측정하였으 며 측정에는 10-7 SI 단위의 측정한계를 가진 SM-30(ZH Instrument)을 이용하였다.
토양의 공극특성 및 미세조직을 살펴보기 위해 실체현미경 관찰을 실시하였으며, 이용된 기기는 Nikon SNZ1000 모델 이다. 이외에 토양의 광물조성, 미세조직 및 기질의 특성을 관찰하기 위해 자동계수기가 장착된 Nikon Eclipse E600W 편광/반사 겸용 현미경을 이용하였다. 이와 함께 시료를 구성 하고 있는 광물의 정확한 동정을 위해 X-선 회절분석을 실시
Figure 3. Chromaticity (A) and magnetic susceptibility (B) of analytical samples from Baekje Dongnamri Site. Sample numbers are the same as those in Table 1.
Figure 2. Photographs of analytical samples from Baekje Dongnamri Site. Sample numbers are the same as those in Table 1.
하였으며, 분석기기는 Bruker D8 Advance이다. X-선은 CuK α에 양극의 가속전압 및 필라멘트의 전류는 각각 40kV와 40mA였으며, 2θ를 3°∼60° 까지 1°/min으로 회절 시켰다.
층위별 토양의 토성분석을 위해 입도분석을 실시하였으 며, 채취한 시료에 과산화수소수를 이용하여 유기물을 제거 한 후 1㎜ 이상의 입도분은 습식체질로 분류하고, 그 이하 는 Mastersizer 2000(Malvern Instrument)를 이용하여 레이 저 회절법으로 분류하였다. 또한 토층과 원료토양의 상관관 계를 해석하기 위해 주성분, 미량 및 희토류원소를 정량분석 하였다. 이를 위해 X-선 형광분석(XRF), 유도결합 플라즈마 분광분석기와 질량분석기(ICP-AES, ICP-MS) 및 중성자방 사화분석기(INAA)를 사용하였다. 이와 함께 작열감량법을 이용하여 층위간의 유기물 함량 차이를 확인하였다.
3. 결과 및 해석 3.1. 산출상태 및 물리적 특성
동남리 백제유적의 토층은 현대층, 제1, 2백제층 및 하 부층으로 나누어지며 모두 부여읍 일대의 토양색을 반영 하고 있다(Figure 1B). 토층토양 중 현대층 시료는 적갈색 및 황색계열로 다른 층위의 토양들보다 밝은 색상을 띠며 인위적인 압력에 의해 다져져 입단으로 분리된다. 백제층 은 BSS2-3을 제외하고 모두 회색 계열로 층위가 내려갈수 록 점차 어두워지는 경향을 보인다. 이 중 제2백제층은 입 단으로 분리되지만 제1백제층은 토괴를 형성하여 차이가 있다. 하부층은 흑갈색으로 토층 내에서 가장 어두운 색상
Figure 4. Microphotographs (A to H), and polarizing microphotographs (I to P) of analytical samples from Baekje Dongnamri Site. Sample numbers are the same as those in Table 1.
을 보이며 점도가 높아 큰 덩어리로 뭉쳐져 있다(Figure 2).
토양을 관찰함에 있어 주관적인 판단을 배제하고 보다 정 량적인 색도분석을 위하여 먼셀토색첩과 색도계를 병행하여 측정하였다. 측정 결과, 토층의 a*와 b*는 각각 -1.5~4.1과 7.4~26.4의 범위에서 측정되었다. 이 중 현대층의 b*값이 다 른 토층 시료들에 비해 높게 나타나 분리되는 양상을 보였으 며 제2백제층과 제1백제층 및 하부층 토양시료는 BSS2-3을 제외하면 L*, a*, b*가 모두 밀집되어 도시되었다(Figure 3A).
한편 유적 인근의 야산과 밭에서 채취한 BS-1과 BS-2 는 모두 적황색계열로 관찰되었으며, 논 및 습지에서 채취한 BS-3, 4, 5는 점성이 높고 갈색계열을 띠고 있다. 주변토양 의 a*와 b*는 각각 1.9~8.1과 11.5~27.8의 다소 넓은 범위를 보였으며 산과 밭에서 수습한 시료들은 토층과 논 및 습지에 서 수습한 시료들과 분리된 영역에 도시되었다(Figure 3A).
토층토양 13점과 유적일대의 토양 5점을 대상으로 총 180회 전암대자율을 측정하였다. 이 결과, 현대층, 제2백제
층, 제1백제층 및 하부층은 각각 0.04∼0.13, 0.04∼0.19, 0.02∼0.10 및 0.01∼0.09(×10-3 SI unit)의 범위로 나타났 다. 이를 Figure 3B에 도시한 결과, 모두 0.2(×10-3 SI unit) 이하의 값에서 유사한 전암대자율 분포를 보였다. 유적일 대 토양은 평균 0.19(×10-3 SI unit)로 수습 위치에 관계없 이 0.05~0.59(×10-3 SI unit)로 낮은 영역에 밀집되어 측정 되었다. 이처럼 토층과 유적일대의 토양 모두 매우 낮고 좁 은 영역에 도시되는 것으로 보아 자화강도가 거의 동일함 을 알 수 있다(Dearing, 1999).
3.2. 광물학적 특성
토층과 주변 토양시료의 광물조성과 구성광물의 형태, 입자크기, 기질의 상태 등을 관찰하기 위해 단면에 대한 실 체 및 편광현미경 관찰을 실시하였다(Figure 4). 이 결과, 토층은 층위가 하부로 내려갈수록 바탕색이 어두워지는
Figure 6. Contents of gravel, sand, silt and clay of samples from Baekje Dongnamri Site. Sample numbers are the same as those in Table 1.
Figure 5. X-ray powder diffraction patterns of analytical samples from Baekje Dongnamri Site. Q: quartz, M: mica, AF:
alkali feldspar, P: plagioclase, K: kaolinite. Sample numbers are the same as those in Table 1.
경향을 보였다. 최상부층인 BSS1-1은 바탕색이 가장 밝고 은미정질 기질 사이로 0.5㎜ 미만의 입자크기를 갖는 석영 이 관찰된다. 최하부층인 BSS4-3 시료는 바탕색이 어둡고 0.5㎜ 이상의 광물이 거의 관찰되지 않지만 200㎛ 이하의 석영과 장석이 미정질 및 은미정질 기질과 함께 산출된다.
반면 제1, 2백제층은 중립에서 세립질의 석영 및 알칼리장 석이 다량 관찰되어 차이를 보인다.
편광현미경 하에서 토층토양은 석영과 정장석이 다량 관찰되었으며, 이와 함께 사장석, 미사장석 및 흑운모가 부 성분 광물로 다양하게 나타났다. 대부분 시료의 광물분급 은 불량하며 바탕기질은 미정질 내지 은미정질로 이루어 져 시료간의 유사성이 확인되었다. 한편 주변토양은 바탕 기질의 색과 광물의 입도가 수습 위치별로 차이를 보이지 만 구성광물이 토층시료와 유사한 특징들을 공유한다.
토층과 주변토양의 구성광물을 동정하기 위해 X-선 회 절분석을 실시하였다(Figure 5). 이 결과, 토층의 모든 층위 에서는 공통적으로 석영과 알칼리장석 및 운모가 동정되었 으며 다수의 토층시료에서 미량의 사장석이 검출되었다.
한편 일부 현대층과 하부층에서는 백제층에서 동정되지 않 은 고령석이 확인되어 백제층과 차이를 보인다. 주변토양 은 공통적으로 석영, 알칼리장석, 사장석 및 운모가 동정되 어 토층과 유사성이 인정된다. 그러나 현대층과 BSS4-3에 서만 검출되었던 고령석이 논토양에서만 동정되어 층위별 로 조금씩 다른 토양을 원료로 이용했을 것으로 판단된다.
3.3. 입도분석
이 연구에서는 입도분석을 수행하여 동남리 백제유적 내 중앙토층의 층위별 입도특성을 확인하였다(Figure 6).
Figure 7. Triangular diagrams of sand-silt-clay (A), and particle size distribution (B) of samples from Baekje Dongnamri Site. Sample numbers are the same as those in Table 1.
이 결과, 토층은 자갈 4.88~30.21%, 모래 40.74~66.48%, 미사 16.49~48.32%, 점토 1.17~11.36%으로 조립질과 세 립질이 폭넓게 분포한다. 이들의 평균입도를 살펴보면, 자 갈, 모래, 미사 및 점토는 각각 14.61%, 55.80%, 27.33%
및 2.26%로 대부분 모래의 함량이 가장 높고 점토의 함량 이 가장 낮게 확인된다. 그러나 현대층과 하부층 중 BSS1-2, 4-3은 미사의 함량이 각각 47.62%와 48.32%로 평균 27.33%보다 매우 높으며, 자갈이 각각 6.23% 및 4.88%로 낮아 다른 층위들과 차이를 보인다.
유적 일대 토양의 입도는 자갈 3.05∼25.74%, 모래 44.16∼60.48%, 미사 17.44∼46.34%, 점토 2.78∼6.71%
로 토층과 유사하다. 이를 세분하여 살펴보면 산 및 밭토양 은 모래-자갈-미사-점토의 순으로 함량이 낮아지며, 논토 양은 모래-미사-자갈-점토, 습지토양은 모래-미사-점토-자 갈의 순으로 나타나 채취 위치별로 차이를 보인다.
이 결과를 토대로 미국 농무성(USDA)에서 제안한 삼 각도표 분류법(soil survey staff, 1951)을 이용하여 토양시 료의 입도조성을 분류하였다(Figure 7A). 토층시료들은 미사질양토(silt loam)에 도시된 BSS1-2과 BSS4-3 시료를 제외하고 모두 사질양토(sandy loam)와 양질사토(loamy sand) 영역에 도시되었다. 또한 주변토양 시료들도 모두 양 질사토와 사질양토에 도시되어 토층토양과의 유사성을 확 인하였다.
이상의 분석결과를 토대로 토양시료의 보다 세밀한 입 도경향을 검토하기 위해 Udden-Wentworth 규격에 의한 입도별 분류를 살펴보았다(Table 2). 입도분포를 종합적으 로 살펴보기 위하여 그래프에 도시한 결과, 제2백제층과 제1백제층은 자갈과 극조사의 함량이 높게 나타났으며 산 및 밭토양과 유사한 경향성을 보였다. 반면 현대층과 하부 층은 세부 층위별로 불규칙한 양상을 보이며 백제층과는 다르게 나타나는 것으로 보아 원료토양에 차이가 있었을 가능성이 높다. 또한 유적 일대의 토양시료들과도 다른 패 턴을 보이므로 다양한 토양을 혼합하여 재료로 사용했을 가능성도 배제할 수 없다(Figure 7B).
3.4. 지구화학적 특성분석
동남리 백제유적에서 수습한 토층 및 주변토양에 대하 여 지구화학적 거동특성을 규명하고자 주성분원소, 미량 및 희토류 원소의 함량을 분석하였다(Table 3). 일반적으 로 점토광물은 모광물의 풍화, 유출, 침적, 퇴적 등에 의해 형성되며, 풍화가 진행되면 규산염류가 분해되어 산에 가 용성인 AlO, FeO가 증대된다. 따라서 상대적으로 풍 화에 안정한 원소인 SiO2에 대한 조성비를 구하여 토층 및 주변 토양의 풍화도와 점토화 정도를 비교하였다
토층토양에 대한 주성분원소 분석 결과, 현대층, 제2백제층,
Particle size (㎜) BSS
1-1 BSS 1-2 BSS
1-3 BSS 2-1 BSS
2-2 BSS 2-3 BSS
3-1 BSS 3-2 BSS
3-3 BSS 3-4 BSS
4-1 BSS 4-2 BSS
4-3 BS -1 BS
-2 BS -3 BS
-4 BS -5 Pebble 8 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.20 0.00
4 2.80 0.00 0.00 6.09 0.33 0.00 0.00 0.00 5.11 0.06 0.00 0.00 0.00 1.42 4.44 0.00 8.67 0.29 Granule 2 11.08 6.23 11.10 30.21 15.37 11.67 10.45 15.22 22.03 21.66 5.67 24.34 4.88 25.74 19.36 12.29 16.19 3.05 Very coarse
sand 1 34.58 25.78 31.42 49.60 45.46 42.70 47.66 37.90 51.57 42.22 11.21 47.67 14.97 42.02 45.34 25.39 30.68 7.67 Coarse sand 0.5 42.77 26.84 40.96 50.51 50.92 51.11 49.39 39.86 54.72 51.79 15.94 55.14 20.04 50.41 50.79 33.47 33.46 10.25
Medium
sand 0.25 54.09 28.97 52.98 51.71 60.58 59.31 52.48 45.00 60.52 63.79 24.45 64.36 24.38 61.41 59.66 41.94 39.16 17.66 Fine sand 0.125 59.36 33.07 62.88 56.00 70.18 66.50 56.60 52.34 67.58 72.06 37.85 70.90 30.12 69.47 69.33 49.36 48.71 29.08 Very fine
sand 0.063 63.95 44.13 75.19 66.66 79.27 74.71 64.09 64.11 76.42 81.41 57.52 78.00 42.58 76.85 79.79 59.34 63.24 47.21 Coarse silt 0.05 66.14 49.25 79.41 70.95 81.85 77.27 67.22 68.50 79.47 84.28 63.35 80.37 47.24 79.09 82.67 62.94 68.11 54.07 0.035 70.15 57.86 84.98 77.31 85.18 80.86 72.35 75.00 83.91 87.85 70.87 83.72 54.60 82.23 86.42 68.57 74.91 64.34 Medium silt 0.02 77.27 71.42 90.73 85.75 89.19 85.94 80.42 83.71 89.76 91.61 79.89 88.19 66.73 86.61 91.08 77.55 83.79 77.84 0.015 80.87 77.59 92.57 89.13 90.90 88.33 84.15 87.23 92.09 93.03 83.54 90.14 72.69 88.65 92.96 81.89 87.48 82.96 fine silt 0.01 85.44 84.62 94.48 92.71 93.01 91.32 88.56 90.99 94.58 94.71 87.68 92.51 79.89 91.22 94.99 87.14 91.60 88.16 Very fine silt 0.005 91.51 92.18 96.78 96.20 95.89 95.08 93.74 95.03 97.12 96.96 92.75 95.63 88.64 94.72 97.22 93.29 96.03 93.55
Clay
0.002 96.50 96.87 98.65 98.34 98.34 97.93 97.50 97.97 98.80 98.83 97.01 98.25 95.57 97.79 98.87 97.42 98.56 97.25 0.001 98.55 98.58 99.41 99.23 99.30 99.07 98.91 99.09 99.46 99.50 98.68 99.26 98.13 99.03 99.47 98.79 99.29 98.65 0.0005 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 Sample numbers are the same as those in Table 1.
Table 2. Result of particle size for analytical samples from Dongnamri Baekje Site.
제1백제층 및 하부층의 SiO2 함량은 각각 57.00∼71.89wt.%, 71.59∼74.52wt.%, 74.01∼76.82wt.%, 65.34∼76.88wt.%
의 범위로 측정되었다. Al2O3 함량은 현대층에서 하부층까지 각각 16.42~20.32wt.%, 13.95~15.66wt.%, 12.45~14.41wt.%, 11.26~17.75wt.%의 범위에서 측정되었다. 이를 통해 현대층 및 하부층과 비교하여 제1, 2백제층은 세부 층위별로 유사 한 광물조성과 암편을 포함한 것으로 나타났다. 유적일대 의 토양은 SiO2 와 Al2O3 함량이 각각 67.97∼74.40wt.%
와 11.97∼15.78wt.%로 측정되어 토층토양과의 유사성을 확인하였다.
토층토양과 주변토양을 구성하는 주성분 원소에 대한 부화와 결핍양상을 비교하기 위해 일반적인 화강암의 평 균함량(Nockolds, 1954)을 기준으로 각 시료의 주성분 원 소 함량을 표준화하였다(Figure 8A). 이 결과, 토층토양은 일부 원소의 함량이 차이를 보이지만 거동특성이 유사하 게 나타났으며, 특히 제1, 2백제층은 부화와 결핍 양상이 거의 일치한다. 또한 주변토양은 대체적으로 토층토양과 유사한 거동특성을 보였지만 Na2O 함량은 다소 불규칙한 경향을 보인다.
토층토양의 희토류, 호정 및 불호정 원소 분석치를 운석 값(Taylor and McLennan, 1985)과 원시 맨틀조성(Pearce, 1983)으로 표준화하여 지구화학적 거동특성과 진화경향 을 검토하였다. 이 결과, 풍화나 속성작용에 큰 영향을 받 지 않는 희토류 원소는 모든 시료의 거동특성이 상당히 유
사하였으며 경희토류와 중희토류 원소는 감소하는 경향을 보였다(Figure 8B). 호정 및 불호정원소에서도 각 시료의 부화와 결핍 양상이 거의 일치하였다. 주변토양은 일부원 소에서 다소 차이를 보이지만 대체로 토층토양과 일치한 다(Figure 8C). 이러한 지구화학적 특성은 토층이 성인적 으로 동일한 종류의 기반암에서 생성된 토양을 이용하여 제작되었음을 지시해주며, 토층의 원료토양은 유적일대에 서 조달했을 가능성이 높다.
3.5. 유기물 함량
토층의 층위별 토양과 유적 일대의 토양에 대하여 상대 적 유기물 함량 차이를 살펴보았다. 토양의 유기물은 주로 C, H, O, N, S, P 등으로 구성되어 있으며 이들 중에서 유 기탄소의 함량이 매우 중요하다. 정확한 유기물 함량을 측 정하기 위해서는 토양 중의 탄소, 수소, 질소의 양을 측정 하는 장비(CHN Detector)를 이용하여 정량적으로 측정하 지만 대부분의 경우 간접적인 작열감량법으로 계산한다 (Lee, 2001). 이 결과, 토층토양은 현대층, 제2백제층, 제1 백제층 및 하부층 순으로 4.58∼8.68, 4.14∼4.30, 3.19∼
4.71 및 3.94∼8.99%의 범위를 보인다. 이처럼 제2백제층 과 제1백제층은 비교적 고른 분포를 보인 반면 현대층 및 하부층은 세부 층위별로 함량의 차이가 크게 나타났다.
유적일대의 토양 중 산 및 밭토양은 각각 3.82, 2.83%로
Element BSS 1-1 BSS
1-2 BSS 1-3 BSS
2-1 BSS 2-2 BSS
2-3 BSS 3-1 BSS
3-2 BSS 3-3 BSS
3-4 BSS 4-1 BSS
4-2 BSS 4-3 BS
-1 BS
-2 BS
-3 BS
-4 BS -5 SiO2 57.00 66.08 71.89 74.52 72.42 71.59 74.01 74.25 76.05 76.82 67.46 76.88 65.34 71.70 74.40 67.97 73.83 68.65 Al2O3 20.32 18.59 16.42 14.46 13.95 15.66 14.41 13.01 12.45 13.04 17.29 11.26 17.75 14.97 12.71 14.73 11.97 15.78 Fe2O3 6.39 2.40 1.45 1.42 1.46 1.42 1.48 1.47 1.29 1.17 2.47 0.99 1.95 1.88 1.49 2.89 2.57 2.75 MnO 0.04 0.02 0.01 0.02 0.02 0.01 0.02 0.02 0.02 0.01 0.03 0.01 0.02 0.03 0.03 0.06 0.03 0.02 MgO 0.74 0.48 0.33 0.32 0.32 0.29 0.31 0.25 0.21 0.22 0.46 0.24 0.47 0.32 0.19 0.58 0.55 0.53 CaO 0.31 0.18 0.13 0.14 0.14 0.11 0.17 0.14 0.11 0.10 0.20 0.11 0.23 0.15 0.25 0.45 0.54 0.2 Na2O 0.70 0.63 0.55 0.57 0.57 0.65 0.58 0.57 0.54 0.54 0.54 0.38 0.59 1.56 2.31 1.58 0.95 0.48
K2O 3.25 4.30 4.78 4.89 4.58 5.02 4.69 4.70 5.46 5.61 4.23 3.91 4.06 4.54 4.37 4.22 3.43 3.94 TiO2 0.52 0.38 0.28 0.28 0.28 0.20 0.25 0.20 0.18 0.20 0.40 0.22 0.43 0.20 0.11 0.333 0.434 0.498 P2O5 0.47 0.11 0.05 0.05 0.06 0.05 0.04 0.20 0.19 0.08 0.29 0.04 0.08 0.04 0.09 0.14 0.12 0.08 LOI 8.68 6.19 4.58 4.14 4.21 4.30 4.71 4.82 3.24 3.19 7.59 3.94 8.99 3.82 2.83 5.47 4.39 5.6 Total 98.42 99.36 100.47 100.81 98.01 99.3 100.67 99.63 99.74 100.98 100.96 97.98 99.91 99.21 98.78 98.42 98.82 98.53
Ba 519 597 653 671 608 610 609 601 724 748 621 525 603 543 301 575 659 1190
Be 4 4 3 3 3 2 2 2 2 2 3 2 3 3 3 3 2 3
Co 9 5 4 3 5 3 4 4 4 4 8 3 7 6 3 8 8 8
Cr 66 52 32 39 28 15 38 21 16 18 51 30 59 17 14 57 59 24
Cu 24 25 23 50 49 81 31 18 16 14 29 21 40 7 10 12 13 8
Hf 6 7 5 6 5 5 6 5 6 5 6 5 6 6 5 7 7 7
Ni 36 21 15 17 16 11 12 11 9 9 26 15 28 11 9 19 16 12
Pb 29 34 33 37 40 44 37 36 39 41 31 30 36 47 35 52 27 29
Rb 250 240 260 260 260 270 260 280 260 270 270 220 240 220 260 180 100 120
Sc 12 8 6 6 6 5 5 5 4 4 8 5 9 6 6 8 7 4
Sr 65 72 78 80 71 72 73 74 89 92 75 65 72 77 44 90 113 178
V 53 37 27 29 28 20 24 19 17 21 47 22 44 23 15 36 42 31
Zn 91 65 51 58 53 55 73 69 42 43 64 34 65 52 52 91 79 90
La 50.00 44.80 37.70 46.60 43.80 44.30 43.40 44.90 45.00 45.30 46.70 28.90 46.20 49.10 30.90 52.10 43.00 67.60 Ce 93.00 79.00 67.00 86.00 77.00 76.00 84.00 79.00 83.00 80.00 90.00 53.00 89.00 84.00 60.00 101.00 82.00 112.00 Nd 44.00 37.00 27.00 39.00 32.00 33.00 31.00 33.00 29.00 35.00 37.00 20.00 38.00 40.00 23.00 32.00 30.00 45.00 Sm 5.70 4.60 3.80 4.50 4.40 4.40 4.40 4.30 4.20 4.10 4.80 2.80 4.80 4.90 4.80 6.70 4.60 6.10 Eu 1.70 1.10 0.90 1.00 1.00 1.00 1.00 0.90 0.90 0.90 1.20 0.80 1.40 0.80 0.60 1.20 0.90 1.50 Tb <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 1.00 0.90 <0.5 <0.5 Yb 2.60 2.10 1.60 2.10 2.70 1.90 2.00 1.80 1.90 1.90 2.20 1.60 2.40 1.40 2.30 4.00 1.80 1.40 Lu 0.35 0.26 0.22 0.29 0.39 0.30 0.28 0.28 0.32 0.29 0.35 0.22 0.32 0.24 0.33 0.61 0.35 0.21 Sample numbers are the same as those in Table 1.
Table 3. Major (wt.%), some minor and rare earth elements (ppm) composition of analytical samples from Baekje Dongnamri Site.
산출되어 백제층과 유사하게 나타났다. 반면 논토양은 5.47, 4.39%, 습지토양은 5.60%로 백제층과 비교하여 다소 높게 측정되었으며 현대층 및 하부층과 유사하거나 더 낮게 나 타났다. 이에 따라 토층에서 산출된 유기물은 인위적으로 첨가된 것이 아닌 원료 토양으로부터 영향을 받았을 가능 성이 높다. 또한 유기물 함량이 상당히 높은 일부 하부층 (BSS4-1, BSS4-3)은 토층 조성 이전에 존재했던 저습지와 투수성과 통기성 등이 불량한 매장환경의 영향으로 인해 나타난 결과로 해석할 수 있다.
4. 고 찰 4.1. 제작특성
동남리 백제유적 내 토층은 저습지의 인위적인 개량 과
정에서 각 층위별로 제작 시기가 다르므로 제작기법에도 차이가 있을 것으로 판단된다. 따라서 각 층위별 토층에 대 한 분석결과를 종합하여 고찰하였다. 토층은 현대층에서 하부층으로 갈수록 색상이 점차 어두워지고 점도가 높아 지는 양상을 보이지만 층위별 뚜렷한 차이는 확인되지 않 는다. 또한 모든 층위는 공통적으로 미정질 또는 은미정질 기질 사이로 세립의 석영과 장석이 산재하였으며 기질조 직 및 지구화학적 특성이 상당히 유사하다. 따라서 토층은 층위에 관계없이 성인적으로 동일한 토양을 원료로 사용 하였음을 확인하였다.
토층의 입자크기 분포상태를 쉽게 파악하기 위하여 입 도누적곡선을 작성하였으며 층위별로 세분하여 살펴보았 다. 이 결과, 제1, 2백제층은 입도분포가 유사하지만 0.1㎜
이하의 입도에서 BSS2-2, 2-3, 3-3, 3-4시료가 BSS2-1,
Figure 8. Normalized geochemical variations of major (A), rare earth (B), compatible and incompatible elements (C) for analytical samples from Baekje Dongnamri Site. Sample numbers are the same as those in Table 1.
Figure 9. Particle size distribution curves of samples from Baekje Dongnamri Site. Sample numbers are the same as those in Table 1.
3-1, 3-2시료와 분리되는 양상을 보이며 토성에서도 차이 를 보인다(Figure 9). 이 중 전자는 모두 사질양토로서 0.1㎜
이상의 중량비가 높고 양입도(well grading)의 경향을 보 인다. 또한 유적일대의 토양 중 산 및 밭토양과 유사한 패 턴을 보이므로 이들을 원료로 사용했을 가능성이 높다. 반 면 후자는 모두 양질사토로서 미사의 함량이 다소 높게 확 인되므로 인위적인 입도조절이 이루어졌을 가능성이 높다.
따라서 백제층은 산 또는 밭토양과 같이 모래와 자갈의 함량이 높은 토양을 이용해 지반을 먼저 다진 후 이들의 입 도를 조절하여 미사의 함량이 높은 토양을 성토한 것으로 해석할 수 있다. 이러한 대지조성 공법은 지반의 강도를 높 이기 위해 입자가 큰 토양과 입자가 작은 토양을 번갈아 성 토하여 저습지에 대지를 조성한 부여 능사지의 금당지 동 쪽 대지 조성 사례(Cho, 2009)와 유사하다.
한편, 현대층은 양질사토-미사질양토-사질양토 순으로 성토되었으며, 하부층은 미사질양토-양질사토-사질양토 순으로 조성되었다. 이처럼 현대층 및 하부층은 백제층과 비교하여 토성이 다양하게 나타났으며 입도분포 또한 세 부 층위별로 각기 다른 양상을 보인다. 그러나 이들은 입자 크기가 다른 토양을 번갈아 성토하는 조성방식이 백제층 과 유사하며 최하부층은 대지조성 이전에 존재하던 습지 가 잔존한 것으로 추정된다. 따라서 현대층 및 하부층은 세 부 층위별로 서로 다른 유형의 토양을 이용하여 토층을 개 량한 것으로 판단된다. 또한 주변토양 시료들과 입도특성 이 다르게 확인되므로 조성 목적에 따라 다양한 토양을 혼 합했을 가능성도 배제할 수 없다.
분석결과들을 종합해보면 현대층과 백제층 및 하부층 은 모두 입자크기가 다른 토양을 반복 성토하는 양상을 보
Figure 10. (A) Distribution map of soil texture around the study area (National Academy of Agricultural Science, 2013).
(B) Diagram on soil texture of the studied vertical section. Sample numbers are the same as those in Table 1.
였지만 층위별로 입도분포가 다르게 확인되었다. 따라서 지반의 강화를 위한 대지조성 방식은 유사하지만 토층의 조성시기별로 토양의 원료에 차이가 있었던 것으로 판단 된다.
4.2. 원료산지
토층은 광물조성 및 재료과학적 특성에서 제1, 2백제층 이 현대층 및 하부층과 구분되었다. 그러나 전암대자율 측 정 결과에서 모든 층위는 0.2(×10-3 SI unit) 미만으로 상당 히 좁은 범위내에서 일치하였으며 이는 층위간의 성인적 유사성을 간접적으로 지시한다. 또한 토층은 각 층위별로 지구화학적 거동특성이 유사한 경향을 보이므로 이들의 원료토양은 동일한 기반암에서 풍화되어 생성된 것으로 해석할 수 있다. 특히 제1, 2백제층은 지구화학적 거동특성 이 완벽하게 일치하므로 동일한 토양을 원료로 이용했을 가능성이 매우 높다.
한편 유적일대에서 수습한 다양한 유형의 토양시료에 대하여 토층과 동일한 분석방법을 적용하여 원료토양과의 동질성을 해석하였다. 이 결과, 주변토양은 일부 원소의 함 량 차이를 제외하고 지구화학적 거동특성이 토층시료들과
유사한 경향을 보인다. 이는 토층이 유적지 일대의 지질학 적 특성을 반영하고 있음을 지시해준다.
또한 제1, 2백제층의 원료토양으로 가능성이 가장 높았 던 산 및 밭토양은 이들과 정확히 일치하지는 않지만 아주 유사한 패턴을 보였다. 분석결과를 종합할 때 광물학적 및 입도특성이 상당이 일치하며 유적 일대에 동일 토성이 넓 게 분포하므로 대량의 흙을 조달할 수 있다는 점에서 원료 로의 가능성이 충분하다고 판단된다(Figure 10A).
각 층위별 토층과 주변토양의 주성분원소 중 점토화 정 도를 판별하기 위하여 원소들을 선별하였으며 A-CN-K계 와 A-CNK-FM계의 삼각도에 도시하였다(Figure 11). 이 결과, A-CN-K계의 삼각도에서 모든 시료는 좁은 범위 내 에 분포하고 있으며, 특히 제1, 2백제층은 매우 조밀하게 밀집분포하고 현대층 및 하부층에 비해 상대적으로 풍화 정도가 낮은 영역에 도시된다. A-CNK-FM계의 삼각도에 서도 제1, 2백제층은 산 및 밭토양과 동일 범위 내에서 분 포하고 있어 점토화 정도가 유사함을 확인하였다. 또한 토 층 및 주변토양은 모두 일정한 방향을 따라 밀집 분포하므 로 동일한 화학적 풍화경로를 거친 것으로 해석된다.
이상의 결과를 종합하면 모든 층위의 토층은 유적 일대 의 토양을 이용하여 제작되었을 가능성이 매우 높지만 재
Figure 11. A-CN-K and A-CNK-FM ternary diagrams of analytical samples from Baekje Dongnamri Site. Sample num- bers are the same as those in Table 1.
료학적으로 현대층과 백제층 및 하부층은 구분된다. 이 중 현대층과 하부층의 원료토양은 주변토양 시료들과도 다소 차이를 보여 유적 일대의 토양을 그대로 사용했을 가능성 과 층위별 대지조성 목적에 따라 서로 다른 토양을 혼합하 여 사용했을 가능성을 모두 고려해야 한다. 반면 제1, 2백 제층은 동일한 원료토양에 대하여 입도를 조절하여 대지 를 조성한 것으로 추정되며 유적 일대의 야산 또는 경작지 토양을 원료를 조달했을 가능성이 가장 높다.
5. 결 론
1. 부여 동남리 백제유적은 서쪽으로 저지대가 형성되 었으며 동쪽으로 화지산이 인접하여 동고서저의 특징을 보인다. 유적은 지질학적으로 흑운모 화강암과 충적층이 넓게 분포된 지역에 있으며, 유적을 중심으로 사질양토와 미사질양토, 양토, 양질세사토 및 양질사토가 분포되어 있 다. 유적의 전반에서 인위적으로 개량된 토층이 확인되었으 며, 토층은 현대층과 제1, 2백제층 및 하부층으로 구분된다.
2. 토층은 현대층에서 하부층으로 내려갈수록 점차 색상 이 어두워지는 양상을 보였으나 층위별 뚜렷한 차이는 확인 되지 않았다. 이들은 전암대자율이 0.2(×10-3 SI unit) 미만으 로 매우 유사한 자화강도를 나타냈다. 이를 통해 토층개량을 위해 성인적으로 동일한 토양이 이용되었음을 알 수 있다.
3. 토층 내 모든 층위는 현미경 하에서 석영과 장석이 다 량 관찰되며 바탕기질은 미정질 내지 은미정질로 확인되 었다. XRD 분석결과에서도 석영과 알칼리장석 및 운모가 공통적으로 검출되어 층위간의 유사성을 확인하였다. 그
러나 광물의 함량과 입도 및 원마도는 층위별로 다소 차이 를 보이며 현대층과 하부층에서는 제1, 2백제층에서 검출 되지 않은 고령석이 동정되어 층위별 차이를 보였다. 따라 서 토층을 조성함에 있어 백제층은 현대층 및 하부층과 다 른 토양이 원료로 이용된 것으로 추정된다.
4. 입도분석 결과, 제1, 2 백제층은 입도특성이 상당히 유사하지만 세부적으로는 모래의 함량이 높은 토양과 미 사의 함량이 높은 토양을 반복 성토한 양상을 보인다. 또한 유적일대의 토양 중 산 및 밭토양과 가장 상당히 유사한 입 도분포를 보이므로 이들의 입도를 조절하여 지반을 개량 한 것으로 판단된다. 반면 현대층과 하부층은 입자크기가 다른 토양을 번갈아 성토하는 조성방식이 백제층과 유사 하지만 세부 층위별로 입도분포가 모두 다르고 유적일대 의 토양과도 차이를 보여 서로 다른 토양을 혼합해 지반을 개량한 것으로 추정된다.
5. 토층 및 주변토양은 지구화학적 거동특성이 유사한 경향성을 보이므로 동일 기반암에서 형성된 유적일대의 토양을 원료토양으로 이용했을 것으로 추정된다. 또한 토 층은 동일한 풍화과정을 거쳐 생성된 원료를 이용하여 제 작된 것으로 확인되었다. 한편 토층을 구성하고 있는 사질 양토와 양질사토 및 미사질양토가 유적을 중심으로 부여 지역에 넓게 분포하고 있으므로 유적일대의 토양은 토층 의 원료로 사용하기에 용이했을 것으로 판단된다.
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