A geological and archaeoseismological approach to the causes of physical damage on stone monuments in Gyeongju, SE Korea

Abstract

최근 우리나라에서는 제주도의 지질과 경주시 일대의 신라시대 유적지 등이 유네스코 세계문화유산으로 등재되는 등 문화재에 대한 많은 관심이 고조되면서, 이들과 관련된 지질학적 연구가 꾸준히 진행 중에 있다. 특히, 경주지역의 경우 유구한 역사와 함께 불국사와 첨성대를 비롯한 많은 문화재가 현존하고 있어 이들 문화재에 대한 지질학적 보존 및 특성, 그리고 구성 암석의 산출지를 주제로 한 연구가 수행된 바 있다. 그러나 문화재 파괴에 대한 지질학적 접근 및 문화재에서 발생하고 있는 균열을 비롯한 부분적인 손상과 파괴의 원인규명에 대한 연구는 미흡한 실정이라고 할 수 있다. 따라서 이번 연구에서는 파괴된 석조문화재에 대하여 지질학적 접근으로 파괴 문화재의 원위치 복원과 문화재 내에 발달하고 있는 균열을 분석하여 균열 발생 원인을 고찰해 보고자 한다. 연구지역인 경주는 양산단층과 울산단층이 만나는 곳에 위치하고 있으며, 최근 양산단층과 울산단층 주변에서는 20여개의 제4기 단층이 보고되어 이 단층들의 활성도와 고지진과의 연관성이 주목을 받고 있다. 역사적 기록으로 볼 때 경주지역에서는 역사시대에도 많은 인명과 문화재가 대규모 지진에 의해 피해를 받았음을 알 수 있다. 최근 (2007년 5월) 경주 남산의 열암곡에서는 석불좌상 정비사업 중 8세기 후반의 것으로 추정되는 마애여래입상 (추정 무게 70t)이 엎어진 상태로 발견되었다. 따라서 이번 연구에서는 이 마애여래입상의 붕괴가 779년의 경주지진과 같은 지질재해와 연관될 가능성을 검토하고, 이 불상의 원위치와 방향을 추정하는 작업을 시도하였다. 이를 위하여 조사지역 주변에 발달하는 단열군과 마애여래입상이 새겨진 암반에 존재하는 단열면들을 비교 검토하였다. 그 결과 마애여래입상은 넘어지면서 원래의 위치에서 반시계방향으로 약 20°정도 회전하여 현재의 자리에 위치하게 된 것으로 해석되었다. 또한 불상 뒤편 블록화 된 암석을 대상으로 한 OSL 데이팅 결과, 1250±120 AD 시기에 불상이 넘어진 것으로 추정되며, 비록 이 불상의 붕괴가 지진과 직접적인 연관이 있는 지는 현재로서 단정할 수 없지만 불상의 풍화도, 주위 암석의 분포상태, 그리고 산사면의 형태 등으로부터 이 불상은 제작된 지 오래되지 않아 산사태나 지진 등의 갑작스런 힘에 의해 넘어져 현재에 이른 것으로 판단된다. 또한 경주 불국사 삼층석탑(이하 석가탑)의 동측 상층기단 갑석부에 길이 1,320mm, 폭 5mm의 균열이 발견되면서 석탑의 안정성에 대한 문제가 제기되었으나, 현재까지 균열의 정확한 원인은 파악되지 않은 상태이다. 따라서 이번 연구에서는 석가탑에서 관찰되는 균열의 발달특성을 분석하여 석가탑의 안정성과 균열 원인에 대해 고찰하고자 하였다. 균열분석 결과 석가탑에서 나타나는 균열은 단순한 인공적 외력에 의한 인장균열이나 깨짐 현상이 아닌 인장 및 전단운동의 특성을 보이는 것을 인지할 수 있으며, 이는 손상 및 파괴원인이 단순한 인위적 파괴 또는 화학적․물리적 풍화작용이 아닌 탑신의 하중, 지반침하나 부등침하 또는 지진동과 같은 자연적인 힘에 의한 것임을 지시한다. 특히, 탑신에서 발견되는 균열들을 면밀히 분석한 결과 균열이 탑의 중심축으로부터 양쪽으로 전단변위를 보이고 있어, 이들의 파괴가 탑의 하중과 지반의 불안정에 기원한 상하 압축력에 의한 것으로 해석되고 있다. 이러한 인공구조물의 균열에서 관찰되는 인장, 전단 및 2차 균열은 구조물들에서의 균열발달 원인과 진화를 밝히는 유용한 정보로 쓰일 수 있다. 이러한 연구를 통하여 파괴된 문화재의 손상 원인과 손상과정의 진화를 밝힘으로써 문화재를 보존 방안을 강구하는데 긍정적인 역할을 할 수 있을 것이라 사료되며, 고고지진학이라는 우리나라에서는 다소 생소한 연구 분야는 외국에서 널리 쓰이고 있으나, 우리나라의 지질학적 조건과 지진발생 특성, 문화재 보수 유무 등 실질적으로 이를 판단할 수 있는 기준들이 모호하므로 실질적으로 지진이 문화재 파괴의 원인인지 아닌지를 구분하는 것이 가장 우선적이라고 할 수 있겠다. 하지만 문화재의 파괴 원인은 한 가지 관점으로 바라보기 보다는 여러 가지 가능성을 두고 정밀한 조사와 관찰을 통하여 정확한 원인을 규명하는 것이 중요하므로 다양한 연구 방법을 통하여 파괴원인을 고찰 하고 그에 맞는 적절한 보존방안을 수립하는 것이 바람직 할 것이다.

Concerns over the possibility of future earthquakes are high in Eastern Asia, since the catastrophic earthquake in north-eastern Japan on the 11th of March, 2011. The Korean peninsula is regarded as a relatively safe area from earthquakes because it located within the Eurasian intracontinental region. According to historical records, the Gyeongju area was struck by many large earthquakes. We performed geological approach to two archaeoloigical sites partly. First, a fallen carved Buddha statue was found in Gyeongju. Based on the artistic style of the Buddha, the carving age of the Buddha statue is accidentally coincided with the time of the earthquake in 779 A.D. For these purposes, the fracture patterns within the fallen Buddha statue and the surrounding outcrop were compared. Consequently, they are well matched if the fallen Buddha statue is rotated back 20° clockwise supposing its upright position. Preliminary OSL dating was carried out from weathered soil below a large granite block adjacent to the fallen statue. The age of 0.76±0.12 ka indicates a bracketed time-period between the years 1130 and 1370 AD for the statue fall. However, no earthquake is reported for this time-period in the area. Although the available data does not exactly indicate any specific earthquake, based on the historic records, artistic styles, differential weathering of the statue, OSL dating and nearby historically documented archaeoseismic damage, the 1036 AD earthquake (ML＝6.4) is proposed as the more likely event responsible for the studied damage. Second, a famous pagoda, in Gyeongju, is the Seokgatap. Several cracks have been reported in some stone monuments, but no investigation or studies have been carried out to understand the cause of the cracks. Recently a danger of possible instability at the Seokgatap monument was raised, due to a crack, 1,350 mm long and 5 mm wide, on the first story of the eastern side of the monument. The reason for the damage has not been resolved. In this work we tried to analyze the developmental characteristics of the cracks on Seokgatap and then estimate the instability of Seokgatap. Based on these results, we found that the cracks on Seokgatap are not simple tension cracks neither are they developed by human activity or by physical or chemical weathering. There are indications of shear movement along these cracks that indicate that the cause of this damage may be a natural force such as loading, ground subsidence or seismic shaking. The result of the analysis shows shear displacement from the center of the pagoda towards both sides of the pagoda. The load of the pagoda itself and ground instability may have generated this damage.