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(1)지질학회지 제 44 권 제 6 호, p. 765-779, (2008년 12월). 경천사십층석탑의 암석학적 특성과 풍화훼손도 이찬희. 1,‡. 1. 2. ․이정은 ․신은정 ․김사덕. 2. 1. 2. 공주대학교 문화재보존과학과 국립문화재연구소 보존과학연구실 요 약. 경천사석탑을 구성하고 있는 원부재는 대부분 세립질의 회백색 대리암으로서 조성, 조직 및 색에 따라 여러 종류의 암상으로 세분된다. 주요 조암광물은 방해석과 백운석으로 미정질, 거정질 및 재결정 조직이 혼재한다. 일부 석재에서는 크기와 종류가 다른 여러 종류의 방추충과 해백합 화석이 관찰된다. 이는 석재의 원석이 중부 석탄기의 암석임을 지시하는 표준화석일 가능성이 있다. 복원용 대체석으로 사용한 신부재는 회백색에 미세 층 리가 발달된 괴상 대리암으로서 방해석과 백운석이 주요 조암광물이며 백운모, 석영 및 앵커라이트가 검출되었 다. 이 석탑의 원부재와 신부재는 서로 다른 지구화학적 진화경향을 보여주었으며, 탄소 및 산소동위원소 조성 에도 다소 차이가 있는 것으로 나타났다. 이 석탑에 나타난 물리적 훼손상태는 보강부분의 이격, 석재의 균열, 결실, 박리박락, 표면마모 및 파손 등으로서, 가장 심각한 현상은 균열과 파손이다. 또한 경천사석탑 전체 표면 석재의 60% 정도가 흑색 오염물로 피복되어 있고, 석재를 고정하기 위해 설치한 철편 주변에는 황갈색 침전물 들이 고착되어 있으며, 석재의 표면에는 부분적으로 회백색 침전물이 산재한다. 오염물들의 대부분은 석고, 경 석고, 방해석, 침철석과 흑연의 혼합물질로서 원석재와 기존의 보강물질 및 대기오염물질이 복합적으로 작용하 여 생성된 것이 석재의 표면에서 피각상을 이루고 있는 것이다. 이 석탑은 총 145개의 석재로 구성되어 있으며, 복원과정에서 기단부 부재의 45%에 달하는 23개를 신석재로 교체하였다. 신부재는 원부재와의 물성이 서로 달라 구조적 왜곡을 초래할 수 있으며, 보존처리된 부재와 이질감을 줄 수 있어 지속적인 관리가 필요하다. 주요어: 원부재, 회백색 대리암, 신부재, 지구화학적 거동, 물리적 훼손, 오염물, 보존처리 Lee Chan Hee, Yi Jeong Eun, Shin Eun Jeong and Kim Sa Dug, 2008, Deterioration Degree and Petrological Characteristics of the 10th-storied Stone Pagoda in Gyeongcheonsa Temple, Korea. Journal of the Geological Society of Korea. v. 44, no. 6, p. 765-779 ABSTRACT: The original rock material for the stone pagoda in Gyeongcheonsa temple is composed mainly of fine-grained light gray marble, which is classified into several kinds of lithology according to composition, texture and color. The major rock-forming minerals include calcite and dolomite, showing microcrystalline, coarse-grained and recrystallized texture. In some original rocks, different types of the fusulina and crinoid fossils are found with varying sizes and kinds. These are probable to be index fossils indicating that the original rock came from the middle Carboniferous Period. The new rock material added for the restoration is massive light gray marble with well-developed fine laminations. Its major rock-forming minerals include calcite and dolomite with muscovite, quartz and ankerite. Geochemical composition reveals that the original and new materials have different evolution trends and carbon and oxygen isotopic compositions also show different between the two. The frequent forms of physical deteriorations on the pagoda are cracks in the stone and the old reinforced part, losses, exfoliations and surface abrasion. The most dominant form is crack. In addition, about 60% of the rock surface is covered with black contaminants. There are yellowish brown precipitates around the iron plates tying the rock blocks. And light gray precipitates are scattered on the rock surfaces. The precipitates are usually a mixture of gypsum, anhydrite, calcite, goethite and graphite, resulted from complex reactions between the original rock, restoration materials and air pollutants. They form crusts on the rock surface. The pagoda consists of total 145 rock blocks. During restoration project, the 23 rock blocks of the stylobate (about 45%) were replaced with new ones. The problem is that the new rocks have different physical properties from the original rocks, and thus it may cause a structural distortion. Also, it gives rise to different looking against the original. Therefore, it is very important for the pagoda to be monitored and maintained with careful observation. ‡. Corresponding author: +82-41-850-8543, E-mail: [email protected].

(2) 766. 이찬희․이정은․신은정․김사덕. Key words: original material, white grey marble, new material, geochemical behavior, physical deterioration, contaminants, conservation treatment (Lee Chan Hee and Yi Jeong Eun, Department of Cultural Heritage Conservation Sciences, Kongju National University, Gongju, 314-701, Korea; Shin Eun Jeong and Kim Sa Dug, Conservation Science Division, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon, 305-380, Korea). 1. 서 론 이 연구는 현재 국립중앙박물관의 실내에 전시된 경천사십층석탑(국보 제86호)의 구성부재를 대상으 로 암석학적 특성, 풍화훼손 정도와 요인 및 해체복 원과 보존처리 과정에서 사용한 신석재의 재질적 특 성을 검토한 것이다. 경천사는 경기도 개풍군 광덕면 부소산에 있던 절로, 고려시대 전기에 세워졌던 것으 로 알려져 있다. 경천사 터에 축조되어 있던 이 탑은 일제강점기에 해체되어 일본으로 무단 반출되었다 가 다시 환수하여 특별한 관리 없이 보관되기도 하 고, 다시 세워져 있다가 또 다시 해체되어 보존처리 과정을 거쳐 재조립 되는 등, 우리나라 석조문화재 수난의 역사를 대표하는 석탑이다. 경천사석탑은 기단을 3단으로 구성하였으며 위에서 보면 아(亞)자 모양이고, 그 위로 올려진 10층의 높은 탑 신 역시 3층까지는 기단과 같은 모양이었다가, 4층에서 부터 정사각형의 평면구조를 이루고 있다. 이 탑의 기단 과 탑신에는 부처, 보살, 풀꽃무늬 등이 뛰어난 조각수 법으로 새겨져 있다. 4층부터는 각 옥신마다 난간을 둘 렀으며, 지붕돌은 옆에서 볼 때 팔작지붕 형태에 기왓골 을 표현해 놓는 등, 목조건축을 연상케 하는 풍부한 조 각들을 섬세하게 새겨 놓았다. 또한 이 탑의 1층 몸돌에 고려 충목왕 4년(1348년)에 세웠다는 기록이 있어 조성 연대를 정확히 알 수 있다(국립문화재연구소, 2005). 석조문화재의 대부분은 상당히 손상되어 있어 정 밀한 풍화훼손도 평가와 시급한 보존처리가 요구되 나, 문화재의 특성상 훼손이 불가하여 정량적 진단과 연구에 어려움이 있다. 최근 한국에서도 석조문화재 에 대한 암석학적 특징과 풍화훼손 및 보존처리에 대 한 연구는 지속적으로 진행이 되어왔다(Lee et al., 2003; 2005; 2006; 박찬수와 이상헌, 2003; 이찬희 외, 2005; 2007; 김영택 외, 2005; 양희제 외, 2006; 좌용 주 외, 2006; 황상구와 남재국, 2007; 조영훈 외, 2007; Lee and Yi, 2007). 그러나 이들의 대부분은 화강암 질암으로 구성되어 있어, 화려한 조각과 부조를 가지. 고 있는 석회암이나 대리암 등으로 구성된 석조문화 재에 대한 연구(김사덕과 이상헌, 1995; 조연태 외, 2001; 최석원 외, 2001)는 상당히 드물다. 따라서 외 국의 연구 사례와 같이(Torok and Rozgonyi, 2004; Ercoli et al., 2004), 여러 재질의 석조문화재에 대한 심도 있는 연구가 필요하다. 경천사석탑은 주로 세립질 회백색 대리암으로 구 성이 되었으며 도시의 한가운데 위치하던 지리적 영 향으로 인해 대기환경에 의한 피해가 심각한 수준이 었다. 또한 풍화되기 쉬운 석회암질암의 특성상 부재 의 표면침식이 왕성하게 발생되어 있으며, 이전에 보 존처리된 부분과 기존 부재는 풍화양상에 차이를 보 이고 있었다. 따라서 국립문화재연구소에서는 1995 년부터 경천사십층석탑의 모든 부재를 대상으로 미술 사학적 연구와 오염물 세정, 부재교체, 수지접합 및 충 전 등의 보존처리를 진행한 바 있다(김사덕 외, 1996; 이은희 외, 2002; 신은정 외, 2003; 김진형 외, 2004). 이 연구에서는 경천사십층석탑을 구성하고 있는 대리암을 대상으로 암석학적 특성, 풍화양상 및 보존 상태를 검토하였으며, 표면에 생성된 이차침전물을 동정하여 화학적 풍화요인을 규명하였다. 또한 경천 사석탑의 해체복원과 보존처리에 사용된 신부재와 기 존부재를 대상으로 광물학적 및 지구화학적 정량분석 을 통해 암석학적 차이점과 유사성을 평가하였다. 이 연구결과는 이와 유사한 석조문화재의 종합적 보존연 구를 위한 중요한 자료로 활용될 수 있을 것이다.. 2. 현황 및 연구방법 2.1 현 황. 경천사석탑은 높이가 13m에 달하는 대리암 10층 탑으로, 네 면이 돌출된 사면 두출성형의 3층 기단 위 에 같은 평면을 한 탑신을 3층 올린 뒤 정사각형의 탑 신 7층을 쌓았다. 기단과 탑신 및 옥개석 처마 구조는 목조건물의 구조를 그대로 나타내고 있어 당시의 건 축양식을 엿볼 수 있다(그림 1). 또한 이후 조선시대.

(3) 경천사십층석탑의 암석학적 특성과 풍화훼손도. 에 이르러 원각사지십층석탑(국보 제2호)의 원형에 영향을 주기도 하였다(문화재청, 2008). 이 탑에 대하여는 세키노 다다스에 의해 처음으로 조사된 기록이 있다. 그는 조선총독부의 명으로 1902 년 조선의 고건축과 문화재들을 탐방하고 『조선건 축조사보고』를 발표하였는데, 이 보고서에 조사당 시 경천사탑의 전경사진(그림 1A)이 게재되어 있다. 이후 일본으로 밀반출되었다가 1916년 조선총독부 에서 석탑 반출사건에 대해 조사가 이뤄짐에 따라 1918년 돌아왔으며, 1962년 국보 제86호로 지정되었 다. 1960년에는 이 석탑의 손상 및 결실된 부재에 대 해 시멘트 몰탈을 이용해 수리와 복원을 하였으며, 이후 경복궁 내에 다시 세우게 되었다(그림 1B). 그러나 이곳은 대기오염과 산성비의 극심한 영향 을 받는 곳으로 구성부재의 풍화훼손 및 오염물 피복 등이 진행되어 해체와 보존처리가 불가피하게 되었다. 정밀진단은 1990년부터 매년 실시되었으며, 1995년 해체보수가 결정되어 그해 5월 9일부터 6월 24일까 지 해체를 실시하였다. 이 탑의 6층 이상 부재는 1960년 수리복원 당시 찰주공을 통해 충전시킨 시멘 트 몰탈로 인해 하나의 부재처럼 연결이 되어 있었 다. 따라서 이를 각 층 부재별로 절단하면서 해체하 였는데, 기단부부터 상륜부까지 해체된 부재는 총 145개였다. 보존처리에서는 균열부분은 에폭시 수지 를 사용하여 접합하였으며, 큰 균열부는 부식이 되지. 767. 않는 스테인레스 스틸 봉으로 연결하여 접합하였다. 이때 일부 부재는 신석재를 사용하여 복원하였는데, 현존하지 않은 조각부분은 별도로 조각하지 않고 신 부재로 빈 공간만 보충하였다. 정밀보존처리에 앞서 1995 후반기에는 암석의 성분 분석과 적합한 보존처리를 위한 물성시험이 시행되었 다. 1996년부터는 오염물 제거, 균열부 접합, 시멘트 몰탈 제거 등을 비롯한 원형복원을 진행하여 신석재를 대체하기 위해 부재의 원산지 및 유사 석재를 찾기 위 한 연구도 진행되었다. 또한 결손 부위를 보강하기 위 한 수지의석 및 복제품 제작도 실시하였으며 시멘트 몰탈의 성능 실험도 진행하였다. 이후 이 석탑은 거의 10년에 걸친 처리기간을 거쳐 2005년 4월에 국립중앙 박물관으로 이전하여 복원하였다(그림 1C). 이 석탑의 역사적 배경과 현황 및 보존처리에 관하여는 별도의 보고서를 출간하였다(국립문화재연구소, 2005). 2.2 연구방법. 이 연구를 위하여 석탑부재의 암석학적 정밀조사와 풍화훼손도 및 손상요인을 정량적으로 규명하였다. 또 한 보존처리에 사용된 신부재의 지구화학적 특성과 원 부재와의 동질성을 평가하기 위한 정량분석이 진행되었 다. 각각의 방법론은 이찬희 외(2005)와 Lee et al.(2005) 에 잘 기재되어 있으며, 이 연구를 위해 다음과 같은 분 석기기를 사용하였다. 부재를 구성하는 암석의 반정량. Fig. 1. Overview of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda. (A) Photograph within Survey Report of Korean Architecture published in 1902. (B) Photograph showing the stone pagoda located in Gyeongbok Palace of 1960. (C) Photograph showing located in inside of the Korea National Museum after 2006..

(4) 768. 이찬희․이정은․신은정․김사덕. 적인 광물조성, 상대적 함량, 광물학적 공생관계, 조직 및 풍화에 의한 변질광물의 생성 등을 관찰하기 위하여 편광현미경과 주사전자현미경(SEM)을 사용하였다. 조암광물의 상대적 함량비는 각각의 암석에 관한 박편을 대상으로 전통적인 방법에 따라 모드분석을 실시하였다. 이용기기는 자동계수기가 장착된 Nikon 사 모델의 Eclipse E600W 편광/반사 겸용 현미경이 다. 주사전자현미경의 모델은 LINK 사의 에너지 분 산형 X-선 분석기(EDXA, PV 9100/60)가 장착된 Shimatzu 사의 ISI-SX-40 이다. 분석시료는 탄소와 금으로 이중 피복한 것을 이용하였다. 또한 일부 시 료에서 X-선 회절분석을 실시하였다. 분석기기는 Rigaku제 모델 D/Max-IIB였고, X-선은 CuKα에 조 건은 30 kV와 15 mA 였다. 일부 부재의 암석에 관한 지구화학적 분석은 X-선 형광분석기(XRF; RIX 2100), 유도결합 아르곤 플라 즈마 분광분석기와 질량분석기(ICP-AES; New Optima 3000, ICP-MS; Elan 6000)를 이용하여 정량분석 하 였다. 또한 석탑 부재의 기원 및 진화과정을 검토하 고자 탄소와 산소동위원소 분석을 실시하였다. 분석 방법은 이찬희와 이인성(1997)에 상세히 기록되어 있으며, 분석에 사용된 질량분석기는 Finnigan Delta-E 모델이다. 여기에 제시된 안정동위원소 자료들은 δ 13 18 C는 PDB로 δ O는 SMOW에 대비한 값으로 표시 되었으며, 분석 오차는 각각 ±0.1‰이다.. 3. 암석 및 지구화학적 특징 3.1 암석학적 특징. 경천사석탑을 구성하는 부재는 정밀조사와 실내 연구 및 정량분석을 통하여 세립질의 회백색 대리암 으로 동정하였다. 현재 이 석탑은 보존처리 시 사용 된 신부재와 원래의 부재 및 수지의석이 혼재되어 있 다. 일부 부재에서는 시멘트와 콘크리트 몰탈로 복원 된 부분도 공존한다. 그러나 이 대리암들은 조성과 조직 및 색에 따라 아주 불균질한 특징을 갖는 것으 로 나타났다. 원부재의 구성암석은 산출상태에 따라 결정질 대리암, 어란상 대리암, 괴상 대리암, 미정질 대리암으로 분류되며, 이 중에서 괴상 대리암이 가장 많이 사용되었다. 광물 및 화학 조성에 따라서는 백 운암질 대리암, 석회암질 대리암, 이회암질 대리암이 공존하며 석회암질 대리암이 가장 대표적이다.. 또한 색에 따라서는 암흑색, 암회색, 회백색 및 유 백색 대리암으로 나눌 수 있으며 회백색을 띄는 것이 우점종을 이룬다(그림 2A, 2B, 2C). 일부 부재의 표 면에서는 해백합 화석이 관찰되며, 생흔 및 방추충 화석과 미화석이 있던 곳에 생성된 이질물질도 관찰 된다(그림 2C). 종합적으로 볼 때, 경천사석탑의 구 성 암석은 회백색에 세립질 괴상조직을 갖는 대리암 이 가장 높은 점유율을 보인다. 그러나 이 석탑의 방 위와 위치에 따라 어떤 종류의 암상을 갖는 것이 사 용되었는지를 상세히 설명하기는 많은 어려움이 있 다. 신석재는 일정한 방향으로 형성된 미세층리를 포 함하고 있는 회백색의 세립질 대리암이다(그림 2A). 원부재의 구성암석이 갖는 고생물학적 특징은 방추 충과 해백합 및 생흔 화석이다. 이 중에서 방추충은 후 기 고생대의 표준화석으로 잘 알려져 있으며 국지적 생 층서 대비는 물론 대륙간 생층서 대비에 중요한 자료로 이용되고 있다. 한국에서 산출되는 유공충 화석은 크게 고생대의 대형 유공충인 방추충과 신생대의 소형 유공 충으로 나눌 수 있다. 고생대 석회암 지층에서 산출되는 방추충은 삼척, 단양, 영월 등지에서 보고된 바 있다(정 창희, 1973; 이창진, 1998; Lee, 1985; 1998). 경천사석탑에서 관찰되는 방추충의 형태적 특징 과 최근까지 보고된 고생대 석회암층에서 기재된 방 추충을 비교해 볼 때, 이 석탑 부재와 동일시대의 석 회암으로 판단되는 암석은 강원도 영월, 평창 및 미 탄 일대에 분포하는 고생대 후기의 중부 석탄기에 해 당하는 요봉층 및 밤치층에 협재된 석회질암일 가능 성이 아주 높다(이창진과 윤승로, 1990; 이창진과 나 기왕, 1999; 이창진과 강찬우, 2000). 그러나 현시점 에서는 경천사석탑에 이용된 부재의 원산지 암석과 직접적인 비교가 어려워 단정하기는 불가하다. 3.2 광물학적 특징. 경천사석탑 원부재의 대부분은 세립질 방해석이 주류를 이루고 있으나, 부분적으로 당정질 조직을 보 이는 백운석의 재결정 조직이 확인되었다(그림 2D). 또한 미립의 방해석이 괴상조직을 이루고 있으며, 거 정의 방해석과 유기물이 공존하기도 한다(그림 2E). 대체석으로 사용된 신부재에서는 주로 방해석과 백 운석의 입상조직이 관찰되었다. 이들은 시료에 따라 조립질의 반자형을 이루고 있기도 하며, 모자이크 조 직을 이루는 과립상으로도 관찰된다(그림 2F)..

(5) 경천사십층석탑의 암석학적 특성과 풍화훼손도. 769. Fig. 2. Representative lithology and microphotographs showing host rocks of the Gyeongcheonsa temple stone. pagoda. (A) Replaced new rock materials show white grey calcareous marble with sedimentary structure. (B) Original host rocks of the pagoda composed of grey massive limestone with irregular clay veinlets. (C) Original rock occurred with some fossils of fusulina and crinoidea. (D) Original rock material consists mainly of recrystallized calcite and dolomite. (E) Grey massive marble composed of microcrystalline calcite, dolomite and clay minerals. (F) Granular textured dolomite and calcite of replaced new rock of the pagoda.. 이 석탑의 구성부재에 대한 X-선 회절분석 결과, 주성분 광물은 원부재와 신부재에 관계없이 방해석 이며 소량의 백운석이 검출되었다. 신석재의 일부에 서는 백운모와 석영 등의 조암광물이 동정되었다(그 림 3). 또한 신부재 시료에서는 앵커라이트가 확인되 었는데, 이 광물은 백운석의 유질동상 광물로서 Fe 가 많을수록 진한 갈색을 보인다. 이 석영과 앵커라 이트는 원래 조암광물일 가능성이 높으나 백운모는 변성과정에서 생성된 이차광물일 것으로 판단된다 (이찬희와 박희인, 1996). 이 광물들은 석회질 대리암 의 전형적인 조암광물들이다. 3.3 지구화학적 특징. 경천사석탑의 해체와 보존처리 과정에서 탈락된 암석 중에서 석탑과 동일한 암종의 시료를 선택하여 화학조성 및 풍화에 의한 지구화학적인 조성변화를 검토하기 위해 주성분, 미량 및 희토류 원소를 분석 하였다. 또한 대체석으로 이용한 신석재에 대하여도 동일한 방법으로 정량분석 하였다. 분석결과를 토대 로 각각의 원소들을 표준화하여 원부재와 신부재의. 구성원소에 관한 상대적인 증감과 진화경향을 규명 하였다. 표 1은 이 탑을 구성하는 원부재와 신부재의 화학분석 결과이다. 주성분 원소의 함량변화를 보면 대부분의 시료에 서 CaO의 함량이 상대적으로 높은 것으로 나타났으 나 일반적인 대리암의 원소함량과 유사하다. 또한 원 부재와 신부재의 주성분 원소에는 약간의 차이가 있 는데 CaO, Na2O, TiO2 함량의 경우 신부재와 원부 재의 값이 거의 동일하였으나 LOI, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MnO, MgO 및 K2O의 함량은 원부재보다 신 부재에서 훨씬 높은 값을 보였다. 이는 미량 및 희토 류 원소의 함량에서도 차이를 보이는 것으로 보아 원 부재와 신부재는 서로 다른 화학적 조성을 갖는 암석 임을 지시하는 것이다. 한편 각 부재의 주성분 원소에 대하여 동일 종류 끼리의 부화와 결핍정도를 비교하고자, 남한에서 산 출되는 대표적인 고생대 석회암인 풍촌석회암의 평 균함량(노진환 외, 2004; 노진환과 오성진, 2005)을 기준치로 표준화하였다. 이들의 부화계수를 원부재 와 신부재로 나누어 도시한 결과, 그림 4와 같이 원부.

(6) 770. 이찬희․이정은․신은정․김사덕. Table 1. Concentration of major (wt%), some minor and rare earth element (ppm) in host rocks of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda. No. SiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O TiO2 P2O5 LOI Total As Bi Cd Co Cr Cs Cu Hf Ni Pb Rb S Sb Sc Sr Th U V Y Zr La Ce Nd Sm Eu Yb Lu. KC-1 0.13 0.04 0.03 0.01 0.15 55.35 0.01 0.01 0.01 0.01 43.54 99.23 <2 <2 1.0 <1 2 <0.5 5 <0.5 15 6 <20 910 <0.2 <0.1 152 <0.5 <0.5 <5 6 <1 1.8 <3 <5 0.3 <0.1 0.2 <0.05. Original Materials KC-2 KC-3 0.12 0.13 0.03 0.04 0.03 0.02 0.01 0.01 0.15 0.15 55.92 55.30 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 43.49 43.57 99.71 99.21 <2 <2 2 4 0.8 0.9 <1 <1 2 2 <0.5 <0.5 2 2 <0.5 <0.5 13 11 7 5 <20 <20 910 1250 <0.2 <0.2 <0.1 0.1 179 173 <0.5 <0.5 0.7 0.5 <5 <5 4 6 <1 1 1.6 2.7 <3 <3 <5 <5 0.2 0.3 <0.1 0.1 0.1 0.2 <0.05 <0.05. KC-4 0.11 0.04 0.07 0.01 0.14 55.88 0.01 0.04 0.01 0.01 43.45 99.71 <2 5 1.2 <1 4 <0.5 5 <0.5 14 15 <20 1520 <0.2 0.2 154 <0.5 <0.5 <5 8 <1 3.1 <3 <5 0.4 0.1 0.3 <0.05. KC-5 4.44 0.50 0.25 0.20 0.69 51.52 0.01 0.19 0.01 0.06 41.27 99.12 <2 2 0.7 1 2 <0.5 1 <0.5 10 6 <20 840 <0.2 0.4 246 1.2 <0.5 <5 3 3 3.8 7 <5 0.7 0.1 0.2 <0.05. New Materials KC-6 1.80 0.37 0.60 0.24 1.67 51.62 0.01 0.17 0.01 0.06 42.41 98.94 <2 2 0.4 2 2 <0.5 2 <0.5 8 4 <20 780 <0.2 0.6 253 1.4 <0.5 <5 5 <1 4.0 9 <5 0.8 0.2 0.3 <0.05. KC-7 9.50 4.04 0.50 0.11 1.54 45.17 0.01 1.31 0.17 0.19 37.22 99.74 3 <2 1.4 3 17 0.7 42 0.7 17 14 22 770 0.5 4.4 193 4.5 0.7 30 11 29 6.5 12 6 1.5 0.3 0.9 0.15. Fe2O3; as total FeO, LOI; loss-on-ignition. 재와 신부재는 주성분 원소의 상대적 함량 차이가 심 하며 거동 특성도 서로 다른 것으로 나타났다. 또한 이 석탑의 구성암석이 가지고 있는 일부 미량, 희토 류, 호정 및 불호정 원소에 대하여, 각각의 함량을 풍 촌석회암과 심해저 탄산염암(Deep Sea Carbonates). 의 조성(Veizer, 1990)으로 표준화하여 성분변화도 를 도식화하였다(그림 5, 6). 비교대상인 풍촌석회암은 강원도 영월, 정선, 삼 척, 태백 일대에 걸쳐 넓게 분포하는 석회암으로 미 크라이트질(micritic) 기질부와 우이드(ooid) 같은.

(7) 경천사십층석탑의 암석학적 특성과 풍화훼손도. Fig. 3. X-ray diffraction patterns showing host rocks of. the Gyeongcheonsa temple stone pagoda. KC-1 and 3 are original materials. KC-5, 6 and 7 are samples of replaced new materials. Ca: calcite, M: mica, A: ankerite, D: dolomite.. Fig. 4. Diagram showing normalized pattern of major. elements composition for host rocks of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda. SKC: Samples of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda, PL: Cambrian Pungchon Limestone.. 석회암 특유의 조성과 조직을 잘 보존하고 있다. 또 한 자형의 결정형을 이루는 백운석이 20% 내외 포함 되어 있기도 하다. 이 석회암은 보통 층을 이루며 하. 771. 부로부터 유백색 괴상석회암, 암회색 괴상석회암, 백 운암질 괴상석회암, 회백색 괴상석회암, 어란상 석회 암 등이 혼재한다. 이 중에서 회백색 내지 유백색을 보이는 석회암이 풍촌석회암층의 대표적인 암상이 다(이찬희와 이인성, 1997; 노진환 외, 2004; 노진환 과 오성진, 2005). 한편 경천사석탑의 원형복원 과정에서 원부재의 결 손부위를 대체한 신부재가 풍촌석회암과 동일시대에 속하는 정선석회암이다. 따라서 회백색 풍촌석회암과 일반적인 표준형 석회암의 조성을 가지고 있는 심해저 탄산염암이 경천사석탑의 원부재와 신부재의 조성 차 이를 비교 검토할 수 있는 좋은 시료가 될 것으로 판단 하였다. 그림 5 및 6과 같이 비교변화도에 도시한 결과, 경천사석탑의 원부재와 신부재는 미량, 희토류, 호정 및 불호정 원소 모두 서로 다른 함량 변화를 보이며 상 대적인 거동특성이 다르다. 이는 원부재와 신부재의 지 구화학적 조성에 차이가 있으며, 서로 다른 지구화학적 성질을 가지고 있는 암석임을 지시하는 것이다. 또한 경천사석탑의 구성암석과 풍촌석회암층의 탄산염암에 대하여 탄소와 산소의 안정동위원소를 분석하여 서로 비교하여 보았다. 이 결과, 그림 7과 같이 원부재의 탄소동위원소 값은 -1.35~0.18‰이 고, 신부재의 탄소동위원소 값은 -0.11~1.08‰이며, 각각 -0.70‰과 0.68‰의 평균 조성을 갖는다. 산소 동위원소 값은 원부재는 19.5~21.9‰, 신부재는 15.7~ 20.4‰의 범위를 보이며 평균값은 각각 20.8‰과 18.5‰이다. 따라서 경천사석탑을 이루는 원부재와 대체석인 신부재의 동위원소 조성에 다소 차이가 있 는 것으로 나타났다. 이는 원부재와 신부재가 서로 다른 환경에서 생성된 대리암이며 진화과정도 동일 하지 않았음을 지시하는 것이다. 또한 신부재는 광역 변성 및 열수의 영향에 따라 동위원소 조성의 변화가 있었던 것으로 보인다(이찬희와 이인성, 1997). 경천사석탑의 보강에 사용된 신부재는 강원도 정 선군 남면에 분포하는 고생대 캠브리아기의 정선석 회암으로서 풍촌석회암과 유사한 암상을 갖는 것이 다. 따라서 이 석탑의 원부재와 동일시대의 지층에 분포하고 있는 암석은 아니다. 이 석탑의 원부재와 동일한 지질시대의 동종 암석은 강원도 영월과 평창 및 미탄 일대에 분포하는 중부 석탄기의 석회질암일 가능성이 높은 것으로 판단하였다. 그러나 이 지역에 노출된 대리암질암을 대상으로 석재를 상업적으로.

(8) 772. 이찬희․이정은․신은정․김사덕. Fig. 5. Diagrams showing normalized patterns of some. Fig. 6. Diagram showing normalized patterns of some. minor elements composition for host rocks of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda. SKC: Samples of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda, PL: Cambrian Pungchon Limestone, DSC: Deep Sea Carbonates.. rare earth elements composition for host rocks of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda. SKC: Samples of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda, PL: Cambrian Pungchon Limestone, DSC: Deep Sea Carbonates.. 생산한 실적이 없고 층의 두께가 얇아서 괴석이나 판 석의 형태로 가공하기도 상당히 어렵다. 따라서 현재 채석이 진행되고 있으며 전체적인 암상이 유사한 정 선석회암이 경천사석탑의 보강용 대체석으로 이용 된 것은 충분히 이해할 수 있는 선택이라 판단된다.. 분의 파손, 이격, 균열, 결실, 박리박락, 마모, 입상분 해 등이다(그림 8). 이 중 외관상 가장 심각한 훼손은 균열 및 이미 접합되어 있던 보강부분의 파손이다. 부재의 상당수에 발달된 균열은 이 탑을 이루는 구성 암석이 대리암으로 이루어져 있어 외부의 충격과 편 하중에 의해 쉽게 파손될 수 있기 때문이며, 보강부 분의 균열은 접착제로 사용된 시멘트 콘크리트와 구 성 석재의 풍화 진행 속도의 차이로 인한 것이다(그 림 8A). 또한 정교하게 조각된 기단부 탑신석의 경우 표면 마모와 입상분해 등이 진행되어 있으며, 일부 부재에 서는 박리박락도 관찰되었다. 표면마모는 물리적 풍 화에 의해 생성된 경우가 대부분이나 일부 기단부와 탑신의 저단부에서 인위적 손상으로 보이는 암편의 탈락과 부재파손이 확인되었다(그림 8B). 이와 같은 물리적인 마모와 분해 현상은 각 층의 옥개석 상부와 하부에서도 심각한 상태로서 이를 제어하기 위한 부 분적인 경화처리가 필요할 것으로 보인다. 한편 이 탑의 탑신에는 수직방향의 균열이 발생되 어 있다(그림 8C). 이와 같은 수직 균열부는 이미 오 래 전에 형성되어 보강되었던 부분과 최근에 발생한. 4. 부재의 풍화훼손도 4.1 물리적 풍화훼손도. 경천사석탑의 외면을 구성하고 있는 부재에는 아 주 다양한 환경적 및 물리화학적 훼손현상이 나타나 있으며, 내구성도 떨어져 부재들 중에 일부는 하중과 외부요인에 의한 풍화의 가중으로 인하여 원형복원 과정에서는 재사용율이 낮았다. 특히 기단부는 부재 의 45% 정도가 시멘트 몰탈, 수지의석 및 신부재로 대체되었다. 또한 1960년대에 시행된 보존처리로 인 하여 원부재의 재사용율도 낮은 상태였으며, 석재의 균열, 탈락 및 결실이 발생한 부재에 사용된 수지의 석과 시멘트 몰탈은 시간이 지남에 따라 원부재와의 부조화를 발생시켜 구조적으로도 불안정한 상태였다. 이 탑의 부재에 나타난 물리적 훼손상태는 보강부.

(9) 경천사십층석탑의 암석학적 특성과 풍화훼손도. 773. Fig.7. Stable isotope compositions of carbon and oxygen for host rocks of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda.. The data of Pungchon Limestones was reported by Lee and Lee (1997).. 것으로 추정되는 부분이 함께 나타나있다. 이들의 대 부분은 해체복원 과정에서 석탑에 작용된 수직 하중 으로 인한 편압력이 발생하여 주로 부재의 모서리를 따라 생성되었다. 이런 균열 등의 물리적 풍화양상은 시간이 지날수록 진전되는 경향이 있으므로 정확한 메커니즘의 규명과 함께 접합, 강화 및 보강 등의 시 급한 보존처리가 필요하다. 1995년부터 2005년까지 실시한 보존처리는 주로 물리적 풍화와 손상 부재에 대한 신석 교체, 접합 및 수지의석 등을 이용한 기단부 부재의 보강이다. 대체 석으로 사용된 신부재는 전형적인 대리암으로 미세 층리가 발달되어 있다(그림 8D). 부재 교체는 주로 동, 서, 남, 북 방향의 기단부 돌출 부분에서 이루어졌 다. 또한 섬세한 조각이 필요한 부분은 수지의석을 사용하여 복원하였다(그림 8E). 한편 이전에 접합된 부분 중에서 시멘트 콘크리트를 이용한 부분에서는 접합물질과 부재 사이의 이격 등이 발생하였으며, 이 런 부분 중 미관과 안정성을 해치는 곳과 제거가 가 능한 곳은 정교하게 제거하고 에폭시 수지를 이용하 여 재접합 하였다(그림 8F). 이와 같은 직접적인 보존처리와 원형복원 과정에 대하여는 상세한 기록이 보고되어 있다(국립문화재. 연구소, 2005). 그러나 경천사석탑의 종합적 풍화훼손 현상을 방위와 위치에 따라 각각의 정량화된 도면을 작성하고 모든 손상요소에 따른 훼손률을 수치화해야 할 것이다. 또한 각각의 도면에는 대체석, 수지의석, 콘크리트 몰탈로 보강한 부분을 표기하여 전체적으로 수리 및 복원된 부재의 점유율을 산출해야 할 것이다. 4.2 화학적 풍화훼손도. 경천사석탑과 같은 암석에서 생성될 수 있는 이차 적인 수산화물은 팽창성 점토광물과 수활석 등이다. 증발 또는 탄산염 광물은 방해석, 아라고나이트 (aragonite) 및 석고와 염류 같은 증발 잔류물이다. 이와 같은 화학적 분해산물을 확인하기 위해 주사전 자현미경(SEM) 관찰을 실시하였다(그림 9). 이 석탑 의 표면에는 위와 같은 화학적 풍화작용에 따라 다양 한 이차 광물종을 만들어 놓았다. 특히 방해석과 백 운석의 경계에서 성장한 엽편상 백운모는 층간이 아 주 불균질하며 변질을 받았다. 내부의 미세 공극에서는 백운석의 분해에 따라 방 해석이 자생하였다(그림 9A). 또한 이차적으로 생성 된 부정형의 아라고나이트가 관찰되기도 한다. 부재 의 표면에 농집된 침전물에서는 도변상 석고의 집합.

(10) 774. 이찬희․이정은․신은정․김사덕. Fig. 8. Representative physical deterioration state showing host rocks of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda.. (A) Vertical and horizontal fractures developed on surface of host rock. (B) Artificial break out the head part of Buddha statues in the stylobate face stone. (C) Cracked basement supporting stone by differential load pressure. (D) Replaced new rocks showing white grey marbles in stylobate part of the pagoda. (E) Replaced new rocks and pseudomorph-rock materials using epoxy resin in the basement supporting materials. (F) Remaking face by cement mortal in the roof supporting materials of the pagoda.. 체도 확인된다(그림 9B). 한편 부재 표면의 내부에서 는 점토광물과 백운석 결정 사이에 이미 고사된 지의 류의 포자근과 식물의 뿌리도 혼재되어 있는 것으로 보아 부재의 생물학적 풍화도 진행되었다는 것을 의 미한다(그림 9C). 이는 대기환경과 조암광물들이 화 학적 반응을 통해 풍화가 진행되었다는 것을 지시한다. 물(산성비)은 광물 또는 유기물을 분해시킴으로써 산화를 촉진한다. 이와 같은 침전물은 강수의 흐름을 따라 형성되어 있다. 또한 대기 오염물의 영향으로 인 한 흑색 침전물 및 부재 사이를 고정하기 위해 설치한 철편 주변에서 황갈색 침전물도 형성되었다. 흑색 침 전물의 경우 단단하게 고착되어 있으며, 강수의 흐름 이 없는 안정한 곳에 형성되어 있다. 황갈색 침전물은 부재와 부재 사이에 형성되어 있으며 육안으로도 쉽 게 관찰된다. 또한 모든 침전물들이 복합적으로 혼재 되어 부재의 표면에서 한꺼번에 나타나기도 한다. 4.3 표면변색 및 오염. 석조문화재의 표면변색과 오염은 화학적 풍화작 용의 범주에 포함되는 것이나, 경천사석탑의 경우는 부재의 암흑색 변색이 워낙 심하여 별도로 다루기로. 한다. 이 탑은 1960년 복원된 이후, 부재들의 보존상 태는 양호하였으나 대도시의 중심에 위치한 지리적 특성 때문에 환경적 영향을 강하게 받게 되었다. 특 히 산성비, 온도, 습도, 광 및 공기오염물질 등의 환경 인자에 오랫동안 노출되어 있었다. 현대의 에너지원 인 화석연료는 연소 시 분진과 SO2, NOx, HC 등이 다량 배출되어 도시 대기오염의 주범인 광화학스모 그 및 강수의 산도를 낮추는 원인을 제공한다. 이 대 기오염 물질 중에 포함되어 있는 미세분진인 탄소가 석조물에 피각을 형성하며 흑화현상을 유발한다. 경천사석탑의 전체 표면부재 중 60% 이상이 흑색 의 이차침전물에 의해 피복되어 있으며(그림 10), 이 는 방위별로 약간의 차이를 보인다. 이 흑색의 이차 오염물은 주로 석탑의 표면에 형성되어 있으나, 부재 의 조각된 부분과 틈 사이에도 피복되어있다(그림 10A). 방위별로는 북쪽이 남쪽과 서쪽보다 피도가 높으나, 북쪽에 형성된 침전물보다는 남쪽에 형성된 침전물이 더 넓고 두꺼운 층상으로 나타난다. 이들의 대부분은 아주 매끈한 표면을 이루며 각질과 같이 피 복되어 있으나 부분적으로는 구상, 과립상 또는 분말 상의 형태를 보이기도 한다(그림 10B, 10C)..

(11) 경천사십층석탑의 암석학적 특성과 풍화훼손도. 775. Fig. 9. Scanning electron microphotographs of surface contaminants showing host rocks of the Gyeongcheonsa tem-. ple stone pagoda. (A) Recrystallized euhedral calcite and mica composing the white precipitates. (B) Bladed gypsum occurred in the black precipitates. (C) Organic materials in the cavities of host euhedral dolomite.. 이 침전물들은 특히 옥개받침 부분에 가장 많이 형 성이 되어 있는데 정교한 조각이 있는 경우 조각의 사 이사이에는 형성되어 있지 않다(그림 10D). 이는 대기 환경에 의해 생성된 오염물이 강수의 유입경로를 따라 이동하면서 증발잔류물을 형성할 때 수분유지 시간이 상대적으로 긴 옥개석 하부와 같은 장소에서 침전이 용이하였기 때문으로 해석된다. 강수의 유지시간이 상 대적으로 짧거나 유속이 빠른 조각된 부분의 틈 사이 에는 빗물과 대기오염물질의 반응시간이 짧아 상대적 으로 침전물의 형성이 적었을 것으로 판단된다. 흑색 이차침전물은 작은 구형의 입자상으로 집합 되어 있는 형태이며, 날카로운 기구에 의해 쉽게 제 거된다(그림 10E). 이 구형 침전물들은 앞에서 언급 한 바와 같이 흑연과 백화유발 이차광물(석고, 방해 석)의 집합체로 구성되어 있다. 이와 같은 이차침전 물이 제거된 표면의 풍화 정도는 심하지 않으나 남쪽 과 서쪽면에는 일부의 오염물이 단단하게 고착되어 있어 제거가 어렵다. 또한 제거 후 표면 관찰 결과, 원 래 부재의 표면에 풍화가 진행되어 있는 것으로 나타 났다(그림 10F). 침전물들의 광물조성을 정밀하게 동정하고자 X-선 회절분석을 실시하였다(그림 11). 분석대상 시료는 부 재의 표면에 고착되어 있던 흑색 및 회백색 침전물로 구분하였지만, 분석결과에는 황갈색, 회백색, 흑색의 오염물을 유발하는 광물들이 혼재되어 있는 것을 확 인할 수 있다. 이 석탑의 표면 오염물로 동정된 광물 중 방해석(CaCO3)과 석고(CaSO4ㆍ2H2O)는 회백색 침전물을 유발하는 물질로 판단되며, 일부 시료에서 동정된 경석고(CaSO4)와 바사나이트(2CaSO4ㆍH2O) 역시 회백색 오염물의 주요 구성광물이다. 또한 침철 석(Fe2O3ㆍH2O)이 동정되었는데, 이는 황갈색 오염. 물로 인한 변색을 유발하는 철편의 산화광물이다. 경천사석탑에 발생한 오염물 중 가장 큰 부분을 차 지하고 있는 것은 흑색오염물로서 이 오염물에 대한 제거실험은 이미 진행된 바 있다(김진형 외, 2004). 이 와 같은 흑색오염물의 발생원인 및 조성은 다양한 것 으로 알려져 있다. 이 연구에서 X-선 회절분석을 통해 동정된 흑색 오염물은 흑연(graphite)으로서, 미세분 진은 탄소(C)가 흡착된 것임을 지시한다(그림 11). 특 히 경천사석탑이 해체보수 이전에 위치한 장소는 자 동차 등의 유동량이 많은 곳으로서 주변 공장들에서 비산된 분진과 대기오염물질 속의 탄소가 화합물을 이루어 고착되면서 형성된 것으로 판단된다.. 5. 보존과학적 고찰 5.1 부재의 산지추정. 앞에서 서술한 바와 같이 경천사석탑을 이루는 원 부재의 구성암석은 대부분 회백색의 세립질 대리암 이다. 이 암석은 방추충, 해백합 및 생흔 화석을 포함 하고 있는데, 이 산출화석들을 근거로 강원도 평창일 대에 분포하는 중기 석탄기의 요봉층에 협재하는 석 회암과 유사한 암상임을 보고한 바 있다(김사덕과 이상헌, 1995). 이 방추충들은 고생대 석탄기의 표준 화석으로서(Lee, 1985; 1998; 이창진과 나기왕, 1999; 이창진과 윤승로, 1990), 원부재는 약 3억년 전에 생 성된 것으로 추정할 수 있다. 그러나 경천사석탑의 대체석으로 사용한 암석은 강원도 정선군 북면에서 채석한 것으로서 약 5억년 전에 생성된 캠브리아기의 정선석회암이다. 최근까 지의 연구에 의하면 경천사석탑 원부재와 지질시대 및 암상이 가장 유사한 석회질 대리암이 분포하고 있.

(12) 776. 이찬희․이정은․신은정․김사덕. Fig. 10. SRepresentative chemical deterioration state showing host rocks of the Gyeongcheonsa temple stone pagoda.. (A) White precipitates over the black coated face rock in the stylobate. (B) Reddish brown contaminants cover the body supporting rock over the basement roofs. (C) Decorative small Buddha statues coated by dark brown precipitates in the stylobate rocks. (D) Black contaminants covered to roof and face rocks in the upper part of the pagoda. (E) Black contaminants coated with the 2nd body rock. (F) Laser cleaning area (1cm x 1cm) in the contaminated black surface showing the basement rock of the pagoda.. 는 곳은 강원도 영월군과 평창군 일대에 분포하는 요 봉층과 밤치층의 구성암석인 것으로 판단된다. 그러 나 이 대리암을 포함하는 암층의 석재는 강도가 단단 하지 못하고 층후도 두텁지 않다. 또한 석재를 생산 한 실적도 없으며 대량의 채석도 어렵다. 따라서 정 선군 북면의 정선석회암층중에서 경천사석탑의 원 부재와 가장 유사한 조직과 암색을 갖는 석회질 대리 암을 대체석으로 선정하였던 것으로 판단된다. 한편 한반도 중부일대의 임진강 주변에 발달된 임 진계 퇴적암층에서는 경천사석탑과 유사하게 해백 합류 및 완족류 등의 중부 고생대를 지시하는 화석을 포함하고 있는데, 이 지층이 분포하는 지역이 경천사 석탑이 있던 개성과 지리적으로 인접해있다. 임진계 층은 서울도폭 조사 시 처음으로 발견된 것으로 개성 시, 금천군, 토산군, 철원군 일대의 암석조성, 변성정 도와 습곡 구조상태가 어느 층과도 대비되지 않는다. 그러나 해백합 화석 등의 중부 고생대를 지시하는 화 석을 포함하고 있어 그 시대를 중부 고생대로 규정하 고 임진강 유역의 분포특성을 고려하여 임진계라는 이름을 붙였다(리죽남, 1993). 이에 관하여는 이근착 (1995)과 이창진(1998)의 연구와 보고가 있다.. 이와 같이 임진계의 석회암질암은 고생대 데본기 로 알려져 있어 석탄기에 형성된 요봉층 또는 밤치층 의 형성 시기와는 차이가 있다. 그러나 임진계에 대 한 설명은 학자들 간에도 견해가 달라 일부에서는 하 부에서 중부에 이르는 석탄기의 암층도 존재하는 것 으로 보고 있다(이창진, 1998). 특히 임진계의 화석상 과 경천사석탑의 화석상은 부분적으로 일치하고 있 다. 따라서 지리적인 위치나 양상 및 화석상으로 보 아 임진계의 석회질 대리암이 경천사석탑의 원부재 로 이용되었을 가능성도 있을 것으로 추론된다. 그러 나 이와 동일시대의 지층과 유사한 암상을 갖는 암석 은 평양 일대, 북중국과 남중국 일대에도 넓게 분포 하고 있다. 앞에서 설명한 바와 같이 경천사석탑의 구성암석 에서 관찰되는 방추충은 고생대 석탄기를 대표하는 표준화석으로서 이를 전공하는 고생물학자의 동정 이 이루어진다면, 이 석재의 지질시대와 원산지 대비 도 가능할 것으로 판단된다. 그러나 현시점에서 경천 사석탑의 원부재가 갖는 지질시대가 고생대 중부 석 탄기의 암석이며, 이 암석의 원산지가 개성 부근이었 는지, 강원도 영월 및 평창 일대의 암석이었는지에.

(13) 경천사십층석탑의 암석학적 특성과 풍화훼손도. Fig. 11. X-ray diffraction patterns showing surface contaminants in the Gyeongcheonsa temple stone pagoda. Q: quartz, Ca: calcite, Gr: graphite, G: gypsum, Go: geothite, B: bassanite, A: anhydrite.. 대하여는 불분명하다. 따라서 이에 대한 정밀한 연구 가 병행되어야 부재의 산지추정 및 기원암에 대한 해 석이 정확하게 이루어질 수 있을 것이다. 5.2 보존관리를 위한 제언. 일반적으로 석탑은 좁은 직사각형 평면 위에 많은 석재를 쌓은 조적구조이다. 따라서 석탑의 부재는 재 하하중의 압축력을 받는 수직부재와 전단력을 받는 수평부재로 분류할 수 있다. 보통 석탑 부재의 압축 파괴는 기단부에서 주로 발생하고 전단파괴는 부재 와 부재의 연결부분에서 많이 발생한다. 또한 오랜 시간 하중이 집중되어 기초지반이 부등 침하되면 상 부구조는 불안정하게 변형된다. 이 석탑의 경우, 정 밀진단을 통해 해체복원이 필요하다고 판단되었으 며, 진단 결과에 따라 보존 처리가 실시되었다. 실제 경천사석탑은 상부 부재로 갈수록 오염물에 의한 화학적 풍화가 왕성하였으며, 물리적 손상은 기 단부에서 심화된 상태였다. 특히 상부 옥개석의 구성 부재는 대부분 마모되었으며 일부는 시멘트 콘크리 트로 보수되었다. 시멘트 몰탈 등으로 처리된 부재에 서는 수직 방향의 균열이 다수 관찰되었다. 이와 같 은 수직 방향의 균열은 기단부의 탑신 부분에 많다.. 777. 이는 재하하중의 압축력을 받아 변형이 발생된 증거 이다. 한편 해체복원은 부재별 정밀 상태조사와 그에 적 합한 보존처리가 시행될 수 있다는 장점이 있지만 다 시 복원할 경우 부재 사이의 전단력이나 하중 등에 변화가 생긴다. 이로 인해 부재의 새로운 균열 및 암 편 탈락 등이 발생할 수 있다. 특히 이 석탑의 지반은 신축력과 지지력이 거의 변화가 없는 콘크리트 구조 물이 기반을 이루고 있어 전체적인 하중의 분산이 불 리한 상태이다. 이에 대해서는 복원 후 부재 간의 전 단력과 부재압축 등에 대한 정밀진단과 하중에 의한 영향 등의 연구가 필요할 것으로 판단된다. 석조문화재는 다른 재질의 문화재에 비하여 내구성 측면에서 유리하지만 열, 물, 대기, 생물 등의 외부 요 인에 의해 풍화되거나 붕괴되는 경우가 발생될 수 있 다. 이러한 점에서 석조문화재의 보존처리를 검토하는 것은 문화재의 원형보존에 큰 의미를 갖는다. 이와 같 은 연구를 통하여 보존상태가 양호한 석조문화재는 더 이상의 훼손이 진행되지 않도록 손상요인을 제거하고, 문제가 발생하였을 경우에 검증된 방법과 재처리가 가 능한 방안을 고안하여 보존처리를 실시한다. 석조문화재의 풍화요인 중에서 우선적으로 고려 되어야 할 것이 사이트 환경이다. 특히 암석의 이차 적 풍화는 환경요인 등에 의해 발생하며 훼손의 속도 는 외부에 있는 석조문화재에서 특히 가속된다. 최근 에 야외에 있는 석조문화재의 보호를 위해 원각사지 십층석탑, 골굴암 마애불 등의 경우처럼 현대적 보호 각 및 보호케이스 등을 설치하는 경우가 있으나 이는 내부 습기, 이차오염물 침전, 곤충 서식 등의 다른 손 상 요인을 유발하기 때문에 신중한 판단이 필요하다. 경천사석탑은 10년간의 수리복원을 수행하였으 며, 현재 국립중앙박물관에 전시되어 있다. 이는 단 기적으로 탑의 보존에 유리한 환경을 제공할 것으로 생각되지만 실제 암석의 풍화는 실내의 환경적 영향 에 의해서도 발생한다. 특히 이 탑이 위치한 장소는 관람객들의 유동량이 가장 많은 곳으로 관람객들이 발생시키는 이산화탄소 및 인위적인 훼손으로 인한 피해가 예상된다. 또한 전시실 내의 온도나 습도가 관람객들의 편의 위주로 조성이 되어있어 이차풍화 가 진행될 소지가 있으며, 전시 조도 또한 탑의 이차 적 손상을 가속화시킬 것이다. 따라서 석탑 주변에서 발생하는 관람객들의 유동량에 대한 정량적 데이터.

(14) 778. 이찬희․이정은․신은정․김사덕. 와 공기순환 측정시스템을 통한 이산화탄소의 흐름 을 파악할 수 있어야 할 것으로 판단된다. 또한 온습 도 조절장치를 이용한 지속적인 모니터링도 요구된다.. 6. 결 론 1. 경천사석탑을 이루는 원부재는 대부분 세립질 의 회백색 대리암으로 조성, 조직 및 색에 따라 여러 종류의 암상으로 세분된다. 이 암석들은 산출상태에 따라 어란상, 괴상, 미정상 및 결정상 대리암으로 분 류되고, 조성에 따라서는 백운암질, 석회암질 및 이 회암질 대리암으로 세분할 수 있으며, 색에 따라서는 암흑색, 암회색, 회백색, 유백색 대리암으로 나눌 수 있다. 대부분 부재의 구성광물은 방해석과 백운석이 며 미정질, 거정질 및 재결정 당정질 조직이 혼재한 다. 또한 일부 시료에서는 크기와 종류가 다른 여러 종류의 방추충과 해백합 화석이 다수 발견되었다. 이 는 부재의 원석이 중부 석탄기의 암석임을 지시하는 표준화석일 가능성이 있다. 2. 대체석으로 사용한 신부재는 회백색에 미세 층리 가 발달된 괴상 대리암으로서 방해석과 백운석이 주요 조암광물이며 백운모, 석영 및 앵커라이트가 검출되었 다. 신부재에서는 특별한 화석이 관찰되지 않았으며 전체적인 암상과 조암광물 및 조직이 원부재와 다소 다르다. 이 석탑을 이루는 구성암석의 화학조성 변화 를 살펴본 결과, 원부재와 신부재가 서로 다른 지구화 학적 진화경향을 보여주었다. 또한 원부재와 신부재의 탄소 및 산소동위원소 조성에도 다소 차이가 있는 것 으로 나타났다. 따라서 원부재와 신부재가 서로 다른 조건에서 형성된 대리암으로서 구성암석의 퇴적과정 과 성인이 동일하지 않는다는 것을 의미한다. 3. 경천사석탑의 부재에 나타난 물리적 훼손상태 는 보강부분의 이격, 균열, 결실, 박리박락, 마모, 파손 등이다. 이 중 외관상 가장 심각한 손상은 균열과 파 손 및 접합과 보강 부분의 이격이다. 정교한 조각이 있는 탑신석에서도 마모와 입상분해 등이 진행되어 있으며, 일부 부재에서는 박리박락도 관찰된다. 또한 전체 표면부재중에 60% 이상이 흑색 및 회백색 침전 물로 피복되어 있고, 부재 사이를 고정하기 위해 설치 한 철편주변에서는 황갈색 침전물들이 고착되어 있 다. 각각의 오염물에서는 석고, 경석고, 수활석, 방해 석, 침철석 및 흑연이 검출되었다. 이 침전물들은 대. 기오염물질과 부재의 용해과정에서 발생한 탄산염 복합물질이 피각상을 이루고 있는 것으로 판단된다. 4. 이 석탑을 이루는 원부재는 방추충, 해백합 등 을 포함하는 중기 석탄기 요봉층 및 밤치층을 구성하 는 석회질 대리암과 유사한 암석이다. 그러나 이 탑 이 있던 개성 일대에는 이와 동일한 지질시대의 암석 분포가 미상하다. 개성 일대에 분포하는 임진계의 석 회질암이 경천사십층석탑의 원부재로 사용했을 가 능성도 있어 보이나, 이를 명확히 규명하기 위해서는 임진계 석회암질 대리암, 경천사석탑의 원부재 및 요 봉층과 밤치층 구성 암석의 암상과 화석상에 관한 정 밀한 연구가 필요할 것이다. 5. 경천사석탑의 기단부 부재는 물리적 풍화가 심 화된 상태였으며, 시멘트 몰탈 등으로 처리된 부재에 서 수직방향의 균열이 심각한 상태이다. 특히 수직균 열은 탑신부에 많다. 이는 재하하중의 압축력을 받아 생성된 것으로 추정된다. 이 탑은 현재 콘크리트 지 반 위에 재조립되어 있어 부재 간의 전단력과 하중 및 압축력에 대한 분산 능력이 저하되어 있다. 따라 서 기단부의 모서리를 중심으로 지속적인 균열과 암 편의 탈락이 발생될 수 있음으로 부재의 지지강도, 전단력 및 압축강도에 대한 정밀진단과 하중 등에 의 한 구조적 변형을 예방할 수 있는 연구가 필요하다. 6. 경천사석탑의 총 부재 145개 중에 23개의 기단 부 부재를 신석재로 교체하였으며 콘크리트 몰탈과 수지의석을 합하여 총 45% 정도의 기단부 부재가 대 체되었다. 이들은 원부재와의 물성이 서로 달라 구조 적 왜곡을 초래할 수 있으며, 보존처리된 부재와 이 질감을 줄 수 있어 지속적인 관리가 필요하다. 또한 이 석탑의 표면 변색 및 오염물의 확산 방지와 제어 를 위한 관리체계를 수립해야 할 것이다.. 사 사 이 연구는 국립문화재연구소 연구개발사업인 “석 조문화재 손상평가기술 연구”의 일환으로 수행되었 음을 명기하며, 재정적 및 행정적 지원에 깊이 감사 한다. 또한 원고에 대한 세심한 심사와 건설적인 비 평과 가해주신 박계헌 편집위원장님과 한국지질자 원연구원의 홍세선 박사님 및 익명의 심사위원님께 도 감사드린다..

(15) 경천사십층석탑의 암석학적 특성과 풍화훼손도. 참고문헌 국립문화재연구소, 2005, 경천사십층석탑: I. 해체에서 복 원까지, II. 연구논문집, III. 부재별 상세자료. 국립문화 재연구소, 258p., 258p., 621p. 김사덕, 김병호, 김창석, 1996, 경천사십층석탑 균열 및 파손 부위 보존처리에 관한 연구. 보존과학연구, 17, 51-61. 김사덕, 이상헌, 1995, 대리석 석탑 및 석탑과 유사재질에 대한 암석조사. 보존과학연구, 16, 145-151. 김영택, 이찬희, 이명성, 2005, 부여 정림사지오층석탑의 보 존과학적 훼손도 평가. 자원환경지질, 38, 675-687. 김진형, 이주완, 강대일, 2004, 경천사십층석탑의 오염물분 포별 현황조사를 통한 석탑 풍화도에 관한 연구. 보존과 학연구, 25, 75-92. 노진환, 김경진, 오성진, 2004, 풍촌층에서 산출되는 고품위 석회석의 광화작용 특성 및 생성관계 연구. 광진, 49-89. 노진환, 오성진, 2005, 풍촌충 석회암의 열수변질과 고품위 석회질의 생성. 지질학회지, 41, 175-197. 리죽남, 1993, 한반도 중부 일대에 발달되어 있는 임진계 (D2-C1)층에 대하여. 지질과학, 5, 2-9. 문화재청, 2008, 문화재 상세정보, 경천사십층석탑. www. cha.go.kr. 박찬수, 이상헌, 2003, 숭례문 구성석재의 암석학적 및 광물 학적 특징. 한국암석학회지, 12, 196-206. 신은정, 김사덕, 강대일, 2003, 경천사십층석탑 복원에 관한 연구. 보존과학연구, 24, 61-79. 양희제, 이찬희, 최석원, 이명성, 2006, 익산 미륵사지석탑 구성부재의 암석학적 특징과 석재의 원산지 해석. 지질 학회지, 42, 293-306. 이근착, 1995, 연천북서부의 임진속과 북한의 연구동향. 광 업진흥, 53, 134-141. 이은희, 김사덕, 신은정, 2002, 경천사십층석탑 복원에 관한 고찰 Ⅰ -상륜부를 중심으로. 문화재, 35, 100-118. 이찬희, 김영택, 이명성, 2007, 부여 정림사지 오층석탑 구성 암석의 원산지 추정. 지질학회지, 43, 183-196. 이찬희, 박희인, 1996, 탄산염암 충준교 대형 백전광상의 천 열수 금-은 광화작용과 생성환경. 자원환경지질, 29, 105-117. 이찬희, 이명성, 서만철, 2005, 영주 가흥리 마애삼존불상의 풍화특성과 불연속면의 안정성 해석. 지질학회지, 41, 401-413. 이찬희, 이인성, 1997, 백전 금-은 광상의 천열수 변질작용: 탄산염암의 광물 및 지구화학적 변화. 지질학회지, 33, 87-98. 이창진, 1998, 한국의 지질: 상부 고생대층. 대한지질학회, 시그마프레스, 129-203. 이창진, 강찬우, 2000, 보은탄전 상부 고생대층에서 발견된 방추충. 한국지구과학회, 21, 250-257. 이창진, 나기왕, 1999, 영월군 대림탄광-접산 부근 요봉석 회암의 방추충 생층서와 계통발생. 한국지구과학회지, 20, 469-475. 이창진, 윤승로, 1990, 강원도 영월군 북면 밤치 부근 밤치층 에서 산출된 폐름기 유공충. 고생물학회지, 6, 180-187. 정창희, 1973, 삼척탄전산 방추충의 고생물학적 연구. 지질. 779. 학회지, 9, 47-88. 조영훈, 이찬희, 전성원, 2007, 증평 남하리사지 마애불상군 의 재질특성과 훼손도 평가. 지질학회지, 43, 501-515. 좌용주, 김건기, 고석배, 김종선, 2006, 감은사지 삼층석탑 (서탑)에 사용된 석재의 공급지에 대한 연구. 한국암석학 회지, 15, 128-138. 조연태, 김창석, 강대일, 이명희, 2001, 회암사지 선각왕사 비 보존처리. 회암사지 선각왕사비 보존, 국립문화재연 구소, 11-41. 최석원, 이찬희, 남광우, 2001, 선각왕사비의 암석학적 및 물리화학적 특성과 변화연구. 회암사지 선각왕사비 보 존, 국립문화재연구소, 43-77. 황상구, 남재국, 2007, 봉화 북지리 마애여래좌상의 지질환 경과 훼손원인. 자원환경지질, 40, 47-66. Ercoli, L. Rizzo, G. and Algozzini, G., 2004, Petrography and decay of a marly limestone in the cloister of a medieval cathedral in Sicily. Environmental Geology, 46, 414420. Lee, C.H., Choi, S.W. and Suh, M., 2003, Natural deterioration and conservation treatment for the granite standing Buddha of Daejosa Temple, Republic of Korea. Geotechnical and Geological Engineering, 21, 63-77. Lee, C.H., Lee, M.S., Suh, M. and Choi, S.W., 2005, Weathering and deterioraion of rock properties of the Dabotap pagoda (World Cultural Heritage), Republic of Korea. Environmental Geology, 47, 547-557. Lee, C.H., Lee, M.S., Kim, Y.T. and Kim, J.Y., 2006, Deterioration assessment and conservation of a heavily degraded Korean stone Buddha from the 9th Century. Studies in Conservation, 51, 305-316. Lee, C.H. and Yi, J.E., 2007, Weathering damage evaluation of rock properties in the Bunhwangsa temple stone pagoda, Gyeongju, Republic of Korea. Environmental Geology, 52, 1193-1205. Lee, C.Z., 1985, Moscovian Fusulinids from the upper Yobong and Pangyo formation in the Yeongweal coalfield, Korea. Journal of Palentological Society of Korea, 1, 71-94. Lee, C.Z., 1998, Fusulinids from the Carboniferous strata in the Mitan area, Kwangwon-Do, Korea. Journal Paleontological Society of Korea, 14, 99-114. Torok, A. and Rozgonyi, N., 2004, Morphology and mineralogy of weathering crusts on highly porous oolitic limestones, a case study from Budapest. Environmental Geology, 46, 333-349. Veizer, J., 1990, Trace elements and isotopes in sedimentary carbonates. Reviews in Mineralogy, 11, 265-299.. ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 투 고 일 : 2008년 11월 5일 심 사 일 : 2008년 11월 17일 심사완료일 : 2008년 12월 26일.

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