Suggestions of Stone Materials for Restoration of Gwanghwamun Woldae in Seoul Based on Lithological Study

Myeong Seong Lee; Yu Bin Ahn; Se Rin Park; Myoungju Choie; Jiyoung Kim

doi:10.9719/EEG.2023.56.6.647

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Special Research Paper on “Conservation and Management of Stone Cultural Heritage and Paleontological Site”

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Econ. Environ. Geol. 2023; 56(6): 647-659

Published online December 29, 2023

https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.647

Suggestions of Stone Materials for Restoration of Gwanghwamun Woldae in Seoul Based on Lithological Study

Myeong Seong Lee^1,*, Yu Bin Ahn¹, Se Rin Park¹, Myoungju Choie¹, Jiyoung Kim²

Author Info. +

¹Conservation Science Division, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon 34122, Republic of Korea
²Heritage for All Co., Daejeon 34085, Republic of Korea

Correspondence to : ^*mslee75@korea.kr

Received: December 8, 2023; Revised: December 14, 2023; Accepted: December 15, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

This study is to analyze the lithological similarities between railing stones of Gwanghwamun Woldae and stone blocks stored in Donggureung Royal Tombs, Guri, to interpret the provenance of the stones, and to suggest the most suitable quarry for a new stones supply among the rocks in the Seoul-Pocheon area in order to select stones for the restoration of the Gwanghwamun Woldae. The railing stones in Donggureung are medium to coarse-grained pink biotite granite, and their lithological characteristics, magnetic susceptibility(Average 5.20 ×10^-3 SI unit), and gamma spectrometer data(K 5.00~6.38%, U 4.92~8.56 ppm, Th 27.60~36.44 ppm) show similarities with the remaining railing stones in Gwanghwamun Woldae(Average 5.38). Therefore, the railing stones in Donggureung can be reused for the restoration of Gwanghwamun Woldae. They have similar lithological and geochemical charateristics to the pink biotite granite found the Suraksan Mt. and Buramsan Mr. areas in Seoul, suggesting that these areas are the source of the stone. However, since the Suraksan Mt. and Buramsan Mt. areas are currently unavailable for quarrying, lithological and geochemical analyses on granite from the Yangju and Pocheon areas are conducted to determine the suitability of the new stone for restoration. As a result, a pink biotite granite similar to the Woldae stones was identified in the Pocheon area, and it is suggested that the stones similar in grain size and colour to the railing stones of Gwanghwamun Woldae should be selected and used for the restoration of Gwanghwamun Woldae.

Keywords Gwanghwamun Woldae, stone railings, new stones for restoration, provenance, pinkish biotite granite, Pocheon granite

암석학적 연구를 통한 서울 광화문 월대 복원용 석재 제안

이명성^1,* · 안유빈¹ · 박세린¹ · 최명주¹ · 김지영²

¹국립문화재연구원 보존과학연구실
²헤리티지포올 책임연구원

요 약

이 연구는 광화문 월대 복원에 사용될 석재를 수급하기 위해 광화문 난간석주와 구리 동구릉 소재 난간부재들의 암석학적 유사성을 비교하고 석재의 산지를 해석하였으며, 서울-포천 일대 암석 중 복원에 가장 적합한 신석재의 채석지를 제안한 것이다. 동구릉에 소재한 난간석주는 중립 내지 조립질의 담홍색 흑운모화강암으로써 이들의 암석기재적 특징, 전암대자율(평균 5.20×10^-3 SI unit), 감마스펙트로미터(K 5.00~6.38%, U 4.92~8.56 ppm, Th 27.60~36.44 ppm) 분석결과는 광화문 월대에 남아 있는 난간석주(대자율 평균 5.38)와 유사성을 보였다. 따라서 동구릉 난간부재들을 광화문 월대 복원에 재사용할 수 있을 것으로 판단된다. 이들은 서울 수락산과 불암산에 분포하는 담홍색 흑운모화강암과 암석학적 및 지구화학적 특성이 유사하여 이 지역을 석재 산지로 추정하였다. 그러나 수락산과 불암산 일대는 현재 채석 활동이 불가능하기 때문에 서울화강암으로 명명된 양주와 포천지역 화강암을 대상으로 암석학적 및 지구화학적 분석을 실시하여 복원용 석재의 적합성을 검토하였다. 연구 결과 포천 지역에서 월대 석재와 유사한 담홍색 흑운모화강암을 확인할 수 있었으며, 이 지역 석재 중 입자 크기와 색상이 광화문 난간석주와 유사한 석재를 선별하여 월대 복원에 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

주요어 광화문 월대, 난간석, 복원용 신석재, 산지, 담홍색 흑운모화강암, 포천화강암

Research Highlights

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Research Highlights
1. 서 언
2. 현황 및 연구방법
3. 암석학적 특징
4. 산지해석 및 복원석재 제안
5. 고찰 및 결언
사 사
REFERENCES

Both railing stones in Gwanghwamun Woldae and Donggureung Royal Tombs are pink biotite granites, which have similar lithological characteristics, and the provenance of these stones is Buramsan Mt. and Suraksan Mt. areas in Seoul.
As quarrying is limited in the provenance aresa, it is suggested that new stones for restoration of the Woldae should be supplied from the quarry in Pocheon since the pinkish biotite granite there is the most similar to the railing stones.

1. 서 언

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1. 서 언
2. 현황 및 연구방법
3. 암석학적 특징
4. 산지해석 및 복원석재 제안
5. 고찰 및 결언
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광화문은 경복궁의 주문으로 정전이나 중요 건축물에서 관찰되는 월대(기단 형식의 대)를 갖추고 있다. 조선시대 궁궐 정문에 설치된 월대 중 양쪽에 난간석이 둘린 경우는 광화문 월대가 유일하다. 광화문 월대는 1866년 고종년간에 축조되었으나 일제강점기에 전차선로가 설치되면서 난간석은 해체되고 월대는 훼철되었다. 현재 남아 있는 광화문 월대는 2010년에 복원된 것이며 사료 해석을 통해 전체 52m 중 일부만 복원되었다(Cultural Heritage Administration, 2011).

문화재청은 2006년부터 광화문 복원ㆍ정비사업을 추진하고 있으며, 월대 복원은 2021년 9월에 시작해 2022년 9월부터 본격적인 공사에 들어갔다. 그러던 중 월대의 난간석 일부로 추정되는 석재들이 구리 동구릉에 보관되어 있다고 보고되었다(Jeon, 2021). 이에 잔존하는 광화문 월대 난간부재와 동구릉 난간석 일부가 동일한 재질인지 비교하고, 광화문 복원에 사용될 신석재를 선정하기 위한 석재산지 연구가 필요하게 되었다.

최근 20년간 석조문화유산의 암석학적 특성을 바탕으로 구성석재의 원산지와 채석과정 및 이동경로 추정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다(Caterina et al., 2004; Lee et al., 2005; 2007; 2010a; 2010b; 2018; 2023; Barba, et al., 2009; Lee and Lee, 2009; Miriello et al., 2011; Kim et al., 2013a). 최근에는 손상된 석조문화유산의 보수와 복원 시 새로 보충되는 신석재 선정을 위한 산지연구가 활발히 수행되고 있다(Lee et al., 2010c; 2016; Jo et al., 2011; Park et al., 2015).

이 연구에서는 광화문 월대 복원을 위해 구리 동구릉에 보관 중인 난간부재와 광화문 월대 난간석주(구부재)의 비파괴 재질분석을 통해 암석학적 동질성을 해석하였고 서울 일대 화강암에 대한 선행 연구자료 분석을 통해 석재 산지를 검토하였다. 또한 동구릉 보관 난간부재와 서울-포천 일대 화강암의 광물학적 및 지구화학적 비교 분석을 통해 광화문 월대 복원에 필요한 신석재 채석지를 제안하였다.

2. 현황 및 연구방법

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2.1. 위치 및 현황

경복궁 광화문은 1395년에 조성되어 1592년에 불탄 이후 고종이 즉위한 1850년~1866년에 다시 영건되었다. 이후 일제강점기에 광화문의 월대가 훼철되었고, 광화문 건물은 경복궁 동편으로 이전되었다. 특히 광화문 월대 난간석 등의 경우 1923년 전차선로 개설로 훼철되었다. 1950년 한국전쟁으로 인하여 광화문 육축을 제외한 목조 누각이 훼철되었고, 1968년에 광화문은 경복궁 남쪽으로 옮겨져 철근콘크리트 구조로 다시 세워졌다.

2010년에 문화재청이 고종 연간의 모습으로 광화문을 복원하면서 건물의 축과 재료를 재구성하였으며, 이때 월대도 일부 복원되었다(Fig. 1A). 월대 복원 당시에 난간석 1주가 경복궁 지역의 국립민속박물관 인근 녹산에서 발견되어 복원용 석재의 기준으로 활용되었다(Fig 1B, Cultural Heritage Administration, 2011). 1920년 일제에 의해 훼철된 광화문 월대의 부재들이 1930년대까지 경복궁 지역에 남아 있다가 구리 동구릉 지역으로 옮겨진 것으로 추정되었고(Jeon, 2021; Fig 1C), 용두와 부재들의 특성이 일제강점기 광화문의 유리건판 사진과 비교했을 때 상당히 유사한 것을 확인하였다.

Fig. 1. Status of Gwanghwamun Woldae and railing stones in Donggureung Royal Tombs, Guri. (A) Gwanghwamun Woldae under restoration. (B) An original railing stone of Gwanghwamun Woldae. (C, D) Railing stones stored in Donggureung Royal Tombs. (E) Photographed Gwanghwamun Woldae in 1920’s(National Institute of Korean History).

현재 동구릉에 보관 중인 난간석은 난간석주 18기, 동자석 20기, 용두석 2기 등이다(Fig. 1C, 1D). 이 석물들은 근대 사진에 보이는 광화문 월대의 난간석주, 동자석, 용두석 등과 유사한 모습이다(Fig. 1E).

2.2. 조사 및 연구방법

이 연구에서는 광화문 월대 난간석주(구부재)와 동구릉 소재 난간석주 암석을 대상으로 색상, 조직, 광물조성 등의 육안관찰에 의한 기재적 특징을 조사하고, 전암대자율과 방사선량을 측정하여 동질성을 분석하였다. 또한 문헌을 조사하여 경복궁 광화문 월대에 대한 선행 연구자료와 기록을 탐색하고 석재 공급지에 관한 정보를 수집하였다. 획득된 자료를 바탕으로 석재의 원산지로서 가능성이 있는 지역들을 일차적으로 선별하여 현장 지질조사를 실시한 후 노두에서 시료를 채취하고 동구릉 난간석주에 적용했던 동일한 기법으로 재질을 분석하여 양자를 비교하였다. 특히 월대 복원에 필요한 적합한 신석재를 찾기 위해 서울과 포천 일대에 가행 중인 채석장의 석재를 분석하여 난간석과 동질성을 분석하였다.

대자율 측정은 ZH Instruments 사의 SM30 모델을 사용하였고, 측정단위는 10^-3 SI unit으로 표기하였다. 감마스펙트로미터는 GRM-260을 사용하였고 신뢰성을 확보하기 위해 한 지점에 대해 3분 간격으로 최소 3회에서 최대 10회 측정하였다. 편광현미경은 자동계수기가 장착된 Nikon사의 LV100NPOL, X-선 회절분석기는 Panalytical EMPYREAN를 사용하였다. 타겟으로 사용된 X-선은 CuKα, 양극의 가속전압 및 필라멘트의 전류는 각각 40kV, 100mA이었다. 난간석주 구성암석과 석재 산지 시료의 주성분, 미량 및 희토류 원소 분석을 위해 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS) 및 중성자방사화분석기(INAA)를 이용하여 정량하였다.

3. 암석학적 특징

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3. 암석학적 특징
4. 산지해석 및 복원석재 제안
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광화문 월대의 난간지주는 분석을 위한 시료채취가 제한되어 정밀한 암석광물학적 및 지구화학적 분석이 불가능하였다. 따라서 광화문 월대의 난간지주 중 녹산에서 발견된 구부재에 대한 육안관찰을 통한 암석기재적 조사를 수행하였다. 육안관찰 결과, 암석은 전체적으로 담홍색을 띠며 중립 내지 조립의 석영과 장석, 흑운모가 관찰되어 담홍색 흑운모화강암으로 판단된다(Fig. 2A). 특히 담홍색의 알칼리장석은 5 mm 이상의 입자크기를 대부분 보이고 흑운모는 1 mm 내외로 관찰된다(Fig. 2B). 이 외에도 광화문 월대 난간석주(구부재)는 부분적으로 괴상의 균열, 박락, 미소부 탈락 등 물리적인 손상이 관찰되었다.

Fig. 2. Lithological characteristics of the railing stones of Gwanghwamun Woldae and Donggureung Royal Tombs. (A) Pinkish biotite granite of the railing stone of Gwanghwamun Woldae. (B) Detailed photograph of the pinkish biotite granite of the railing stone of Gwanghwamun Woldae. (C) Pinkish biotite granite of the railing stone of Donggureung Royal Tombs. (D) Characteristic pinkish feldspar of the railing stones of the Donggureung Royal Tombs. (E) A enclave observed in the railing stones of the Donggureung Royal Tombs.

구리 동구릉 내에는 난간석주 18개가 보관 중이며, 광화문 월대 난간석주와 마찬가지로 육안관찰을 통해 암석기재적 조사를 수행하였다. 육안관찰 결과, 모든 난간석주는 광화문 월대 난간석주와 동일하게 중립 내지 조립의 석영과 사장석, 알칼리 장석, 흑운모가 관찰되고, 알칼리 장석이 담홍색을 띤다(Fig. 2C, 2D). 일부 난간석주에는 염기성 포획암도 관찰된다(Fig. 2E). 이는 서울 지역의 석조문화유산에 많이 사용된 중립 내지 조립질의 담홍색 흑운모화강암으로 판단된다(Kim et al., 2012; 2013b; Jo et al., 2012; Lee et al., 2013; Jo and Lee, 2015; Park et al., 2019). 동자석과 용두석 역시 중립 내지 조립질의 담홍색 흑운모화강암으로 판단되며, 난간석주와 동일한 암석으로 확인된다.

광화문 월대 난간석주와 동구릉 소재 난간석주의 동질성을 파악하기 위해 휴대용 대자율 측정기와 감마스펙트로미터를 이용하여 암석의 자화강도와 방사선량을 측정하였다. 광화문 월대 난간석주의 대자율은 4.25~6.22(×10^-3 SI unit)의 범위를 보이며 평균이 5.38(×10^-3 SI unit)이며, 동구릉 소재 난간석주의 대자율은 4.06~6.33(×10^-3 SI unit), 평균 5.20(×10^-3 SI unit)으로써 분포 양상이 매우 유사하게 나타났다(Fig. 3A).

Fig. 3. Magnetic susceptibility (A) and concentrations of potassium, uranium and thorium measured by gamma spectrometer (B) of the railing stones in the Woldae of Gwanghwamun and Donggureung Royal Tombs.

감마스펙트로미터 측정 결과, 광화문 월대 난간석주의 K값은 5.21~6.56%, U값은 5.07~8.94 ppm, Th값은 25.78~35.25 ppm 범위를 보인다. 동구릉 소재 난간석주는 K값은 5.00~6.38%, U값은 4.92~8.56 ppm, Th값은 27.60~36.44 ppm사이의 범위를 보여 측정치들의 값의 분포가 유사한 것으로 판단된다(Fig. 3B).

이상의 결과를 종합하면, 광화문 월대 난간석주와 동구릉의 부재들은 암석기재적 특징, 전암대자율, 감마스펙트로미터 결과가 모두 유사한 경향을 보이며, 이를 통해 광화문의 난간석주와 동구릉의 부재간 재질적 유사성이 인정된다.

4. 산지해석 및 복원석재 제안

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4.1. 선행연구와 산지탐색

광화문이 위치한 서울 일대는 주로 선캠브리아기의 편마암류와 이를 관입한 중생대 화강암류, 그리고 이들을 부정합으로 덮은 제4기 층적층이 분포한다(Hong et al., 1982). 이 지역에 분포하는 화강암은 서울 부근에 분포하는 저반의 일부로 서울화강암이라 명명되었으며, 서울-의정부-동두천-포천-기산으로 이어지는 남북방향의 화강암질 저반의 남쪽부분에 해당한다(Fig. 4).

Fig. 4. Geologic map of Seoul-Yangju-Pocheon areas(Lee et al., 1999).

서울화강암은 조립질의 흑운모화강암으로 주성분광물로 석영, 알칼리장석, 사장석, 흑운모 등이 나타나며, 그 외에 저어콘, 인회석 등을 포함한다. 또한 서울화강암은 우백질, 담홍색 및 진홍색 화강암으로 분류되며 담홍색 화강암의 경우 전체적으로 분포하지만 남산 북사면에서 수락산ㆍ불암산의 북동방향으로 갈수록 알칼리장석의 선명도와 전암대자율 값이 증가하는 경향을 나타낸다(Jo and Lee, 2015).

서울 일대의 흑운모화강암은 다양한 암상이 나타나는 것으로 확인되며, 서울에 분포하는 많은 석조문화유산에 사용되었다(Jo et al., 2012; Kim et al., 2013b; Lee et al., 2013; Park et al., 2019). 특히 Park et al.(2019)은 광화문 월대 부재인 담홍색화강암의 석재 공급지로 북한산과 수락산을 선정하여 연구를 진행하였으며, 두 지역 모두의 전암대자율 측정값(북한산 평균 2.68, 수락산 평균 5.03)이 유사한 특징을 보이는 것으로 해석하였다.

북한산은 광화문과 인접하여 석재의 공급이 용이한 지형학적 인접성을 가지고 있고 수락산은 조선 후기 채석산지로 알려져 있다. 이 지역의 담홍색화강암은 서로 동일한 광물조성과 유사한 입자크기를 보여 기재적인 특징만으로 명확한 구분이 어렵다고 하였으나, 전암대자율(수락산 평균 5.03) 결과와 암석(또는 알칼리장석)의 색을 고려해 볼 때 수락산의 암석을 채취해 사용했을 것으로 보고하였다.

이 연구에서는 광화문 월대 난간석주와 동구릉 소재 난간석주에 대한 암석학적 특징을 바탕으로 광화문 월대 복원을 위해 보충석 공급지를 검토하였고, 이를 위해 수락산과 불암산 구성암석과 서울화강암 저반의 북단에 위치한 양주·포천 일대의 가행 중인 채석장에 대해 조사를 수행하였다(Fig. 4).

4.2. 산지와 복원용 석재의 암석학적 특징

산지 추정을 위한 시료는 불암산(BAS)과 수락산(SRS)에서 수습하였고, 복원용 석재는 현재 건축용으로 암석 채석이 가능한 양주시 은현면 도하리(YED)와 하패리(YEH), 포천시 창수면 가양리(PCG)와 관인면 초과리(PGC)에서 수습하였다(Table 1). 앞서 분석을 통해 동구릉 소재 난간석주(ENRT)는 중립 내지 조립질을 보이며 석영, 사장석, 알칼리 장석과 부구성광물로 흑운모가 관찰되는 것을 확인하였다(Fig. 5A). 이 암석의 편광현미경 관찰 결과, 담갈색의 간섭색을 보이는 흑운모와 극소량의 각섬석이 나타나며, 장석류는 변질로 인해 견운모화와 백운모 및 퍼사이트 조직이 관찰된다(Fig. 6A, 6B).

Fig. 5. Lithological features of the railing stones of Donggureung Royal Tombs and quarry stones. (A) Pinkish granite of the railing stones of Donggureung Royal Tombs. (B) Pinkish granite in Buramsan Mt. (C) Pinkish granite in the Suraksan Mt. (D) Light gray granite in Doha-ri quarry, Yangju. (E) Light gray granite in Hapae-ri quarry, Yangju. (F) Pinkish granite and gray granite in Gajung-ri quarry, Pocheon. (G) Pinkish granite in Chogwa-ri quarry, Pocheon.

Fig. 6. Polarized microscopic images and X-ray diffraction patterns of the railing stones of Donggureung Royal Tombs and quarry stones in Yangju and Pocheon. (A, B) Pinkish granite of the railing stones of Donggureung Royal Tombs. (C) Pinkish granite in Buramsan Mt. (D) Pinkish granite in Suraksan Mt. (E) Light gray granite in Doha-ri quarry, Yangju. (F) Light gray granite in Hapae-ri quarry, Yangju. (G) Pinkish granite in Gajung-ri, Pocheon. (H) Light gray granite in Gajung-ri quarry, Pocheon. (I) Pinkish granite in Chogwa-ri quarry, Pocheon. Qt; quartz, Or; orthoclase, Pl; plagioclase, Mi; Microline, Bt; biotite, Ch; Chlorite, Am; amphibole. (J) X-ray diffraction patterns of the railing stones and quarry stones. Chl; chlorite, B; biotite, Am; amphibole. K; K-feldspar, P; plagioclase, Q; quartz. Sample names are the same as those of Table 1.

Table 1

Investigated provenance and quarry areas

Sample No.	Location	Rock type	Grain size
ENRT	Donggureung Royal Tombs	Pinkish biotite granite	Medium-coarse
BAS	Buramsan Mountain	Pinkish biotite granite	Medium-coarse
SRS	Suraksan Mountain	Pinkish biotite granite	Medium
YED	Doha-ri Eunhyeon-myeon, Yangju	Biotite granite	Medium
YEH	Hapae-ri Eunhyeon-myeon, Yangju	Biotite granite	Fine-medium
PCG-1	Gayang-ri Changsu-myeon, Pocheon	Pinkish biotite granite	Medium-coarse
PCG-2	Gayang-ri Changsu-myeon, Pocheon	Greyish biotite granite	Medium-coarse
PGC	Chogwa-ri Gwanin-myeon, Pocheon	Pinkish hornblende biotite granite	Medium-coarse

불암산(BAS) 구성암석은 중립 내지 조립의 입도를 가지며, 주구성광물은 석영과 담홍색의 알칼리 장석, 사장석이 나타나고 부구성 광물로 흑운모가 관찰된다(Fig. 5B). 편광현미경 관찰 결과, 석영, 소량의 사장석, 정장석, 미사장석, 녹색-갈색의 간섭색을 보이는 흑운모, 소량의 각섬석 등이 나타나며, 미약한 퍼사이트 조직과 미문상조직이 관찰된다(Fig. 6C). 수락산(SRS)의 구성암석도 중립질이며, 주구성광물로 석영과 담홍색의 알칼리 장석, 사장석이 나타나고 부구성 광물인 흑운모와 함께 유색광물의 함량이 불암산 구성암석보다는 다소 높다(Fig. 5C). 편광현미경 관찰 결과, 석영, 소량의 사장석, 정장석, 미사장석, 녹색-갈색의 간섭색을 보이는 흑운모가 관찰된다(Fig. 6D).

양주시 은현면 도하리(YED)의 채석장의 화강암은 전체적으로 담회색의 색상과 중립 내지 세립질의 입도를 보이며, 석영, 사장석, 알칼리 장석과 흑운모가 관찰된다(Fig. 5D). 편광현미경 관찰 결과, 석영, 사장석, 정장석, 미사장석이 관찰되며, 장석류는 견운모화 및 백운모가 관찰되고 흑운모는 녹니석화가 진행 중이다(Fig. 6E). 양주시 은현면 하패리(YEH) 채석장도 담회색 색상과 중립질의 입도를 보이고 석영, 사장석, 알칼리 장석과 흑운모가 관찰되며 도하리의 채석장보다 입자의 분급이 상대적으로 양호한 편이다(Fig. 5E). 편광현미경 관찰 결과, 석영, 소량의 사장석, 정장석, 미사장석이 관찰되며, 퍼사이트 조직과 장석류의 변질로 인한 견운모화 및 백운모가 관찰된다(Fig. 6F).

포천시 창수면 가양리(PCG-1) 채석장 화강암은 전체적으로 담홍색의 색상과 중립 내지 조립의 입도를 보이며, 석영, 알칼리장석이 관찰되고 암녹색-갈색의 간섭색을 띠는 흑운모가 부구성광물로 나타난다(Fig. 5F). 편광현미경 관찰 결과, 석영, 소량의 사장석, 정장석, 미사장석이 관찰되며, 장석류는 변질로 인해 견운모화 및 백운모화가 진행 중이며, 흑운모는 녹니석화가 진행 중이다(Fig. 6G). 창수면 가양리 채석장 내에는 알칼리 장석의 색상이 상대적으로 담회색에 가까운 암석(PCG-2)이 채석되고 있어 시료를 수습하여 분석을 수행하였다(Fig. 5F). 편광현미경 관찰 결과, 석영, 소량의 사장석, 정장석, 미사장석이 관찰되며, 장석류는 변질로 인해 견운모화가 진행 중이다(Fig. 6H).

포천시 관인면 초과리(PGC) 채석장의 화강암은 중립 내지 조립의 석영, 알칼리장석, 사장석이 관찰되며 각섬석과 흑운모가 부구성광물로 포함한다(Fig. 5G). 편광현미경 하에서 석영, 사장석, 정장석, 흑운모, 각섬석이 관찰되며, 장석류는 변질로 인해 견운모화가 진행 중이다. 특히 이 암석은 암녹색-갈색의 간섭색을 띠는 흑운모와 각섬석 및 불투명 광물의 함량이 높다(Fig. 6I).

이 암석들의 X-선 회절분석 결과, 육안관찰 및 편광현미경 관찰결과와 유사한 경향이 나타났으며, 특히 포천시 관인면 초과리의 채석장은 각섬석이 관찰되어 상이한 특성을 보인다(Fig. 6J). 포천시 창수면 가양리 채석장의 담회색 흑운모화강암(PCG-2)은 녹니석이 동정되지 않아 동구릉 소재 난간석주와 차이를 보인다. 또한 암석의 전암대자율을 비교한 결과, 광화문 월대 난간석주와 동구릉 소재 난간석주, 불암산(BAS), 수락산(SAS), 포천시 창수면 가양리 채석장의 담홍색 흑운모화강암(PCG-1)이 모두 유사한 분포경향을 보인다(Table 2).

Table 2

Average, minimum and maximum values of magnetic susceptibility (MS) of the railing stones and quarry stones (×10^-3 SI unit)

Site	Minimum	Maximum	Average	Rock type	Note
GHM	4.25	6.22	5.38	Pinkish granite	Gwanghwanmum
ENRT	4.06	6.33	5.20	Pinkish granite	Donggureung Royal Toms
BAS	3.55	5.68	5.10	Pinkish granite	Buramsan Mountain
SRS	3.47	6.26	4.55	Pinkish granite	Suraksan Mountain
YED	0.21	0.51	0.38	Greyish granite	Yangju
YEH	5.10	8.76	7.18	Greyish granite	Yangju
PCG-1	3.39	6.64	5.39	Pinkish granite	Pocheon
PCG-2	4.33	6.60	4.33	Greyish granite
PGC	1.15	3.16	2.13	Pinkish granite

동구릉 소재 난간석주와 불암산 및 수락산의 담홍색화강암, 양주 및 포천 일대 화강암의 지구화학적 특성과 상호간 동질성을 확인하고자 주성분, 미량 및 희토류 원소의 정량 화학분석을 실시하였다(Table 3). 암석의 주성분, 미량, 희토류, 호정 및 불호정원소를 각각 화강암의 평균 함량(Nockolds and Allen, 1954), 원석의 초생치(Taylor and McLennan, 1981; 1985), 원시의 맨틀조성(Pearce, 1983)으로 표준화하여 원소의 상대적인 증감과 진화경향에 따른 동일 기원의 여부를 판단하였다.

Table 3

Contents of major(wt.%), some minor and rare earth elements(ppm) for rock samples of the railing stones and quarry stones

Elements	ENRT	BAS	SRS	YED	YEH	PCG-1	PCG-2	PGC
SiO₂	75.55	73.06	72.06	72.44	69.99	74.21	74.31	74.18
Al₂O₃	13.17	13.01	13.97	13.69	15.36	13.89	13.25	13.41
Fe₂O₃	0.90	1.10	1.50	1.80	2.30	1.25	1.37	1.79
MnO	0.05	0.05	0.07	0.04	0.05	0.07	0.08	0.04
MgO	0.17	0.22	0.32	0.37	0.60	0.22	0.23	0.46
CaO	0.84	0.82	0.97	1.44	2.69	1.16	1.11	1.44
Na₂O	3.98	3.52	3.97	3.49	4.12	3.79	3.65	3.43
K₂O	4.54	4.66	4.48	4.51	3.33	5.16	5.07	4.89
TiO₂	0.12	0.14	0.21	0.28	0.30	0.16	0.16	0.21
P₂O₅	0.03	0.04	0.04	0.07	0.10	0.03	0.04	0.04
LOI	0.66	1.58	1.64	1.79	1.96	0.73	0.85	0.66
Total	100.00	98.20	99.23	99.93	100.80	100.70	100.10	100.50
Ba	422	647	673	959	976	714	634	540
Be	4	3	3	4	3	2	2	2
Co	0.9	0.1	2.3	1.7	4.4	0.1	0.1	0.1
Cr	0.5	0.5	3.4	0.5	0.5	0.5	0.5	16
Cs	3.6	2.5	4.2	3.6	4.6	0.2	0.2	3.6
Cu	1	1	1	1	2	1	1	1
Hf	3	3.1	4.1	5.9	6.1	4.4	4.8	5.1
Ni	1	1	2	2	2	1	1	4
Pb	27	28	28	29	22	25	25	18
Rb	240	210	190	250	190	220	210	200
Sc	2.76	2.89	4.07	2.52	3	2.28	2.32	3.2
Sr	114	156	180	295	487	168	159	146
Th	18.2	20.2	25.1	30	20.9	18.9	21.6	17.3
U	4.7	4.5	4.7	2.6	4.4	3.6	4.1	3.4
V	7	10	12	12	25	8	10	16
Y	14	10	9	10	12	7	7	12
Zn	29	36	47	59	51	28	35	31
Zr	62	74	102	176	175	96	113	153
La	18.4	22	22.7	64.2	66.4	28.5	33.9	49.5
Ce	39	42	50	108	106	47	56	85
Nd	9	15	19	37	40	16	19	32
Sm	3	2.94	3.14	5.33	4.74	1.98	2.13	4.16
Eu	0.2	0.4	0.5	0.7	0.9	0.4	0.5	0.6
Tb	0.2	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
Yb	1.69	1	0.9	1.06	1.69	1.12	0.94	1.69
Lu	0.19	0.17	0.12	0.1	0.15	0.16	0.14	0.15

각 암석의 주성분원소를 표준화한 결과, 전체적으로 동구릉 소재 난간석주와 불암산 및 수락산의 구성암석은 원소의 부화와 결핍 양상이 유사하나 세립 내지 중립의 입자크기를 보이는 양주지역 화강암과 포천 관인면 초과리에서 생산되는 화강암은 상대적으로 부화된 경향을 보인다. 각 원소의 부화와 결핍의 차이는 각 지역에 분포하는 암석의 사장석, 정장석 및 흑운모 등이 풍화에 따라 점토광물과 산화철 광물로 변질되는 차이가 있기 때문으로 해석된다.

미량원소는 일부 원소를 제외하고는 대부분의 원소들이 비슷한 부화와 결핍양상을 보인다. 희토류원소는 동구릉 소재 난간석주 구성암석이 경희토류 원소와 중희토류원소에서 부화 경향이 역전되어 나타났지만 유사한 경향을 보인다. 또한 호정 및 불호정원소에서도 모든 암석의 표준화 값은 거동경향이 매우 잘 일치한다(Fig. 7). 이처럼 구성원소의 상대적 호정성과 불호정성이 각 암석별로 거의 동일한 경향을 갖는다는 것은 입자크기와 색상이 다르더라도 유사한 분화과정을 겪은 암석임을 지시하는 증거이다.

Fig. 7. Geochemical behavior patterns showing rock samples of the railing stones and quarry stones.

5. 고찰 및 결언

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Research Highlights
1. 서 언
2. 현황 및 연구방법
3. 암석학적 특징
4. 산지해석 및 복원석재 제안
5. 고찰 및 결언
사 사
REFERENCES

광화문 월대 난간석주와 동구릉 소재 난간석주(18기)는 모두 중립 내지 조립질의 담홍색 흑운모화강암으로 암석기재적 특징, 전암대자율, 감마스펙트로미터 결과가 모두 유사한 특성을 보여 부재간 재질적 유사성이 인정된다. 또한 동구릉 소재 난간석주와 함께 보관된 용두석, 동자석도 담홍색 흑운모화강암으로써, 모두 유사한 암석학적 특징을 보여 향후 광화문 월대 복원 시 사용이 가능할 것으로 판단된다.

1920년대 사진을 보면, 월대 좌우 측면에 난간석이 설치되었는데 한 방향에 20기의 난간석주와 19기의 동자석, 8각의 난간대인 죽석 19기가 배치되어 있다(Fig. 1E). 이에 동구릉 소재 난간석주와 동자석, 용두석을 모두 활용하더라도 광화문 월대 전체 복원을 위해서는 추가로 신석재 보충이 필요하다. 「경복궁영건일기」에는 광화문 월대 석재의 채석지를 구체적으로 명시하지 않았지만, 영건 시 석물의 수급처로 서울 삼청동, 옥천암, 영풍정, 해창위계, 노원‧납대울‧상계‧중계, 손가정, 동소문 밖, 안남동, 사월리, 조계, 불암 등을 언급하고 있다. 본 연구에서 수행된 암석광물학적 및 지구화학적 분석 결과는 광화문 월대 난간석 석재의 산지가 수락산과 불암산 일대였을 것으로 보고 있다.

수락산과 불암산 일대는 거주지가 인접하여 주민의 생활권 침해와 녹지 훼손 문제가 있어 채석활동이 어려우므로 이 지역에서 월대 복원용 석재를 수급하는 것은 불가능하다(Park et al., 2019). 포천지역은 현재 가행 중인 석산이 존재하고, 이 곳 담홍색 흑운모화강암은 서울-의정부-동두천-포천으로 이어지는 서울화강암으로 명명된 화강암질 저반에 해당되어 광화문 월대 복원 석재로 사용될 경우 시각적으로 크게 이질적이지 않아 전체적인 동질성 면에는 문제가 없을 것이다.

다만, 현재 포천지역에서 채석되는 화강암은 색상과 입자크기가 다양하고 심부에서는 담회색 흑운모화강암이 주로 채석되므로 광화문 난간석주와 외관이 유사한 담홍색화강암 석재를 선별하여 월대 복원에 사용해야 한다. 이 연구결과에 따라 광화문 월대는 동구릉 난간석재와 포천지역 창수면 담홍색 흑운모화강암을 신재로 사용하여 최근 복원되었다.

사 사

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2. 현황 및 연구방법
3. 암석학적 특징
4. 산지해석 및 복원석재 제안
5. 고찰 및 결언
사 사
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이 연구는 문화재청 국립문화재연구원 문화유산 조사연구(R&D)의 일환으로 수행되었으며, 궁능유적본부의 협조에 깊이 감사드린다.

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2. 현황 및 연구방법
3. 암석학적 특징
4. 산지해석 및 복원석재 제안
5. 고찰 및 결언
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Article

Special Research Paper on “Conservation and Management of Stone Cultural Heritage and Paleontological Site”

Econ. Environ. Geol. 2023; 56(6): 647-659

Published online December 29, 2023 https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.647

Suggestions of Stone Materials for Restoration of Gwanghwamun Woldae in Seoul Based on Lithological Study

Myeong Seong Lee^1,*, Yu Bin Ahn¹, Se Rin Park¹, Myoungju Choie¹, Jiyoung Kim²

¹Conservation Science Division, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon 34122, Republic of Korea
²Heritage for All Co., Daejeon 34085, Republic of Korea

Correspondence to:^*mslee75@korea.kr

Received: December 8, 2023; Revised: December 14, 2023; Accepted: December 15, 2023