지진은 왜 양산단층대에서?

지진은 왜 포항과 경주에서 발생할까

[한겨레21] 지진 예측 연구 불모지 한국… 수도권 관통하는 추가령단층과 원전 밀집한 양산단층 연구 시급

 

11월15일 경북 포항에서 규모 5.4의 지진이 발생한 뒤 서울 동작구에 자리한 국가지진화산종합상황실에서 기상청 직원이 여진 상황을 설명하고 있다. 연합뉴스

2017년 11월15일 경북 포항에서 규모 5.4의 지진이 발생했다. 건물 등에서 피해가 속속 나타나고 일대의 주민들이 불안과 공포에 떨고 있다. 언론 보도에서는 ‘우리나라는 동서 방향으로 압축응력을 받고 있는데 양산단층대를 따라 지진이 일어났다’고 지적하는데, 전문가가 아니라면 도대체 무슨 말인지 알 수 없을 것이다.

인도판의 작용과 태평양판의 반작용이 만나는 한반도

우리가 딛고 사는 암반 지각은 시간적·공간적으로 엄청난 힘을 받고 있다는 것이 판구조론으로 확인된 바 있다. 힘을 단위면적으로 정량화한 것을 스트레스라고 부른다. 지각이 스트레스를 받는 주원인은 지구 내부의 뜨거운 열이다. 지각 하부에는 1200여km 두께의 맨틀이 있다. 이곳에서 발생하는 뜨거운 열을 식히기 위해 안쪽에서 바깥쪽으로 열을 내보낸다. 바로 맨틀의 열대류다.

열대류가 지각을 향해 솟구치는 곳에서 지각이 들어 올려진다. 빵처럼 부풀어 오른 지각은 표면적이 넓어지고, 이내 갈라지고 만다. 바다 아래에는 갈라지며 부풀어 오른 곳이 산맥처럼 늘어서 있다. 이곳이 바닷속 산맥, 즉 해령이다. 이 현상은 동아프리카지구대나 아이슬란드와 같은 육지에서도 볼 수 있다. 해령의 틈 아래쪽에선 압력이 급격히 낮아지면서, 맨틀이 부분적으로 녹아 끊임없이 틈을 비집고 올라온다. 이 과정에서 지각을 해령 양쪽으로 밀어낸다. 해령을 중심으로 새로운 해양판이 계속해서 만들어진다. 해령은 해저가 확장되는 현장이다.

지구의 크기는 유한하니까, 해령에서 확장되어 밀려난 해양판은 지구 어느 곳에선 땅속으로 파고드는 곳도 있어야 할 것이다. 지질학자들은 그곳을 ‘섭입대’라고 부른다. 일본열도 아래로 태평양판이 들어가는 일본해구, 마리아나해구 등이 바로 판과 판이 만나는 섭입대다. 90% 이상의 지진이 섭입대에서 발생한다.

유라시아판과 북미판이 만나는 일본열도는 유라시아판의 판경계부에 속한다. 일본열도 아래로 더 큰 질량을 가진 태평양판이 연간 약 10cm 속도로 섭입하고 있다. 일본열도에는 두 판 사이의 마찰로 크고 작은 지진이 빈번히 발생한다. 2011년 동일본 대지진도 이 때문에 발생한 것이다.

지진 피해라 하면, 2008년 7만여 명의 인명 피해를 냈던 규모 8.0의 쓰촨 대지진이 발생한 이웃 중국을 빼놓을 수 없다. 남쪽에서 북상하는 인도판과 유라시아판의 충돌로 중국 대륙은 남북 방향으로 압축력을 받는다. 두 대륙의 밀도가 비슷하기 때문에 지상에서 제일 높고 험한 히말라야산맥을 만든다. 히말라야산맥에서 남북 방향의 압축력은 말랑말랑한 정구공의 위아래를 누르면 옆으로 튀어나오듯이, 한국이 속한 땅덩어리에 동쪽 방향으로 힘을 가한다. 이 힘이 한국을 파고드는 태평양판에 힘을 가한다. 이와 동시에 그 반작용으로 인한 힘이 한국에 작용한다. 인도판에서 ‘작용’과 태평양판에서 ‘반작용’의 법칙이 한반도에 작용하는 것이다.

포항 지진은 주로 역단층 운동

지구조적으로 유라시아대륙판 경계부에서 살짝 벗어난 한국은 확실히 경계부에 속하는 일본열도와 중국에 비해 지진의 빈도와 규모가 훨씬 작은 것도 사실이다. 그렇지만 이는 한국이 지진의 안전지대라는 말은 아니다. 지난해 경주 지진과 올해 포항 지진으로 이런 사실이 더욱 실감나게 다가온다. 한국 동남부에 영덕~포항~경주~양산~부산을 지나는 골짜기가 있다. 이 골짜기 양옆으로 지질 분포가 수십km 어긋나 있는 단층 계곡, 즉 양산단층이 있다. 양산단층을 따라 비교적 나란하게 밀양단층, 모량단층, 동래단층 등 여러 개의 단층이 발달했는데, 서로 유사한 진화사를 가져 이들을 총칭해 양산단층계 혹은 양산단층대라고 부른다.

영덕~경주~울산을 이어보자. 동쪽에 다이아몬드 모양의 지형이 보인다. 이곳은 신생대 퇴적암 지층과 화산암 지층으로 덮여 있다. 이 지역의 암석은 특이하게도 약 1730만 년을 기준으로 해, 이보다 오래된 지층들은 무려 40~50도나 시계방향으로 돌아가 있는 데 반해 젊은 지층들은 돌지 않은 채 있다. 이 사실은 이 지역 암석의 고지자기(지질시대에 생성된 암석에 획득된 잔류자기) 연구로 밝혀졌다. 이는 양산단층이 1730만 년 전에 우수향 주향이동단층(단층 오른쪽 지반이 남쪽으로 이동하는 수평 운동)으로 수십km나 움직이면서, 다이아몬드 안에 있는 신생대분지를 시계방향으로 회전시킨 것으로 해석할 수 있다. 이후에도 양산단층대는 동해가 닫힌 지구조 환경에서 진화를 거듭해 오늘날처럼 인도판과 태평양판의 영향으로 동서 압축력 아래 놓여 있으면서 움직이는 활성단층으로 남아 있게 됐다.

덧붙여, 며칠 전 포항에서 지진이 일어난 곳은 1730만~1200만 년 전 바다에서 쌓인 퇴적층이 1200만 년께 동해가 닫히면서 양산단층대를 따라 융기한 퇴적분지로서 주로 연약한 이암(진흙이 굳어져 생긴 암석)층으로 돼 있다.

양산단층계는 북북동-남남서의 방향으로 동해가 확장되면서 우수향 주향이동단층운동을 일으킨 바 있다. 해양 물리탐사로 잘 알려졌듯이, 주향이동단층은 깊은 곳에 발달한 커다란 단층이 지표 수km 가까이 오면서 다수의 단층으로 나뉘는 꽃 구조를 갖는다. 밀양단층 등 이웃한 단층들이 하부로 가면 하나의 큰 단층으로 연결돼 있을 것으로 판단된다. 그래서 양산단층 주변에 나타나는 여러 단층들은 통칭해 양산단층대라고 불러도 무방하다.

양산단층에 동서에서 압축하는 힘이 작용하면 단층은 기하학적 특성상 우수향주향운동(옆으로 흔들리는 수평 방향의 지진) 혹은 역단층운동(위아래로 흔들리는 수직 방향의 지진)을 하게 된다. 그러나 양산단층대에서 계기에 기록된 지진의 초동파(지진 발생 시 처음 기록지에 나타나는 지진파)를 이용해 진원 메커니즘을 분석한 결과, 순수하게 우수향 주향이동단층이나 역단층이 일어나는 경우는 드물다. 이곳에선 보통 두 성분이 섞여서 나타난다. 포항 지진의 경우 역단층이 주이고 우수향 주향이동단층이 부수적으로 나타난 반면(포항 지진이 수직 방향의 지진이었다는 의미), 경주 지진은 주향이동단층이 주이고 역단층이 부수적으로 나타났다. 한편 산업화와 도시화의 일환으로 매립이 이뤄진 부산, 서울의 석촌호수 등은 역단층운동에 취약한데, 이는 1995년 일본 고베 지진처럼 매립토가 수직 운동을 받을 때 진흙층에서 액상화가 일어나 지반을 무너뜨리기 때문이다.

한편, 진앙지에서 지역에 따라 유난히 피해 정도가 다른 것을 알 수 있다. 특히 암반의 종류가 중요한데, 포항 지진이 경주 지진보다 작은 규모의 지진이지만 피해가 더 컸던 것은, 앞서 설명한 바와 같이 포항 지역의 기반암이 약한 이암층으로 구성돼 있기 때문인 것으로 판단된다.

한국은 지진 예측 연구의 불모지

 

그렇다면 앞으로 지진에 어떻게 대비해야 할까. 인류가 지진 계측을 처음 시작한 것은 1889년 독일지구과학센터가 일본열도 인근에서 발생한 지진을 기록한 것이다. 한국의 경우 1978년 충남 홍성 지진 이후 지진 계측을 시작했을 정도로 역사가 매우 짧다. 일부 지진학자들이 역사서에서 귀중한 지진 기록을 찾아냈지만, 어느 곳에 어떤 규모의 지진이 일어날지, 판단 자료가 부족하다. 예를 들어 역사 기록에 따르면 서울 인근에 많은 지진이 있었지만, 지금껏 관측된 사례는 미미하다.

지진은 단층면상 임의의 부분에 잠겨 있던 응력(힘)이 더 이상 지탱하지 못할 정도로 커질 때, 지각변동과 함께 응력이 갑자기 풀리며 해소되는 현상이다. 한 곳의 응력이 풀리면, 주변을 자극해 도미노처럼 지진이 발생할 수 있다. 일련의 지진에서 가장 큰 것이 본진이고, 본진 이전 것들은 전진, 이후 것들은 여진이라고 부른다. 규모 5.4의 포항 지진 이후 작은 지진들이 계속 일어나고 있는데, 언제까지 지진이 계속될지, 더 큰 지진이 올지 땅속의 응력 분포 관측 자료가 없기 때문에 아직 예단할 수 없다.

포항 지진은 연약한 이암 지대에서 발생해 피해가 커졌다. 이 점을 교훈 삼아, 한국에서 주요 구조물의 기반 지질의 특성과 상태, 기반암의 깊이 등을 차분히 조사할 필요가 있다. 지진에 대한 지질 조사와 지구 물리탐사에는 비용이 많이 들지만, 전문가가 많지 않아 시간도 많이 걸린다. 이 때문에 중요한 곳부터 우선권을 두어야 하는데, 지질학자들이 활성단층으로 판명한 수도권을 지나는 추가령단층과 원자력발전소와 주요 산업시설들이 밀집한 양산단층의 연구가 중요하다고 판단된다.

내진설계 기준, 소통과 합의 필요

한국의 지진 연구는 주로 지진 관측 연구에 집중돼 있다. 소 잃고 외양간 고치는 셈이다. 유감이지만, 한국은 소를 잃지 않기 위한 연구, 즉 지진 예측 연구의 불모지다. 전문가와 지원 예산이 거의 없는 실정이다. 한국에서 규모 7이 넘는 큰 지진이 발생할 가능성은 매우 낮지만, 역사 지진학자에 따르면 서기 779년 경주 지진은 규모 7에 가까운 큰 규모였다고 한다. 한국은 오늘날 산업화와 도시화로 인구 편중이 심각해, 이들 지역에 대형 지진이 일어나면 인명과 재산 피해는 치명적일 수 있다. 만일 대형 지진을 한 번이라도 예측한다면 수십만 명의 소중한 생명을 구할 수 있으며, 이는 지구물리학자로서 매우 가치 있는 기여라고 생각한다.

지구상에 지진에 안전한 국가는 없다. 다행히도 한국은 일본보다 지체 구조적으로 안정한 지괴에 자리 잡아, 지진의 규모도 작고 빈도도 낮다. 2007년 규모 6.8 일본 니가타 지진의 예에서 보듯, 규모 7에 가까운 대형 지진으로 원전이 큰 타격을 입었지만 방사능 유출은 없었다. 인간의 힘으로 내진설계를 해 어느 정도 안전을 보장받을 수 있음을 보여준 것이다. 한국도 내진설계 기준을 구조물마다 차등 적용하고 있다. 기준을 한 등급 높일 때마다 막대한 비용이 들기 때문에, 절대적으로 사회적인 소통과 합의가 필요하다. 이윤수 한국지질자원연구원 국토지질연구본부 책임연구원 http://h21.hani.co.kr/arti/special/special_general/44487.html 등록 : 2017-11-20 16:22 수정 : 2017-11-21 10:42 2017.11.21. 10:49

양산단층위치

경상북도 영덕군~낙동강 하구

길이

약 170km로 경북 영덕군에서 낙동강 하구로 이어지는 170km 길이의 단층. 1980년대부터 지진이 일어나는 활성단층일 가능성이 제기되었으며 2016년 9월 12일 경주에서 발생한 지진의 원인으로 지목되었다.

개요

경상북도 영덕군에서 낙동강 하구까지 이어지는 170km 정도 길이의 단층대다. 1980년대부터 지진을 일으킬 수 있는 활성단층일 가능성이 제기되었으며 2016년 9월에 경주에서 발생한 지진의 원인으로 지목되어 논란이 커졌다. 양산단층을 중심으로 모량단층, 동래단층, 밀양단층, 자인단층, 일광단층 등의 여러 단층이 있는데, 이들을 통틀어 양산단층대라 한다.

단층

단층이란 지각변동에 의해 지층이 끊어지면서 서로 어긋난 지질구조다. 끊어진 지괴는 개입된 힘의 종류에 따라 각각 다른 방향으로 어긋나며 이를 통해 단층의 종류를 구분한다. 단층면의 위쪽에 있는 지반인 상반이 하반보다 아래로 내려가면 정단층, 올라가면 역단층이라 한다. 위아래가 아닌 수평 방향으로 이동할 경우에는 주향이동단층이라 한다. 단층의 이동은 지표면의 형태에 영향을 미친다. 항공사진을 찍으면 지표면에 선형으로 표시된 단층을 확인할 수 있는데, 이를 선형구조(선구조)라 한다.

활성단층

단층은 지진이나 화산과도 연관이 있다. 특히 진원의 깊이가 70km 미만인 천발지진은 단층에서 발생하는 것으로 알려졌다. 이렇듯 현재도 움직이면서 단층운동을 하여 지진을 일으킬 가능성이 있는 단층을 활성단층이라 한다. 이때 ‘현재'의 기준은 가장 최근의 지질시대인 신생대 제4기(2,600만 년 전~현재)를 뜻한다.

활성단층의 기준은 나라마다 차이가 있다. 한국은 미국원자력규제위원회(U.S.NRC)의 기준에 따라 50만 년 전 이내에 2번 이상 운동한 단층과 35,000년 전 이내부터 현재까지 적어도 1회 운동한 단층을 활성단층으로 본다. 일본은 신생대 제4기 시대에 변위기록이 있는 단층을 활성단층으로 보며 과거 5만년~1만 년 전 이내 단층운동 등을 고려하여 원자력발전소의 설계지진평가에 반영한다.

양산단층의 경우 2016년 9월 경주에서 발생한 지진의 원인으로 지목되면서 활성단층 여부에 대한 논란이 커졌다. 특히 양산단층 주변으로 월성원자력발전소, 고리원자력발전소, 신고리원자력발전소 등 원전들이 밀집해 있어 대책마련의 필요성이 대두했다.

형성

양산단층은 비교적 근래인 신생대 제3기 마이오세(2,600만~700만 년 전)에 형성된 것으로 추정한다. 가까운 지질시대에 형성된 만큼 지질구조가 취약할 가능성이 있다. 학자에 따라서는 양산단층 주변에 작은 단층이 여러 개 있는 것을 약한 지질구조의 근거로 들기도 한다. 양산단층의 안정성이 약하다는 것은 다른 압력에 의해 움직일 가능성이 크다는 뜻이기도 하다. 이는 양산단층이 활성단층일 가능성을 시사한다.

지진 가능성

한국의 지진 발생은 유라시아 판이 받는 충격과 관련이 있다. 유라시아 판은 한반도가 들어있는 대륙판이다. 유럽과 아시아를 어우르는 판으로 아래로는 인도-오스트레일리아 판, 동쪽으로는 태평양 판과 맞닿아 있다. 유라시아 판은 북상하는 인도-오스트레일리아 판과 서쪽으로 이동하는 태평양 판의 압력을 받는 것으로 알려졌다. 이는 중국과 일본 등에서 발생하는 지진의 가장 큰 원인이다.

한반도도 유라시아 판이 받는 압력에서 자유롭지 못하다. 큰 충격을 받는 위치에서는 빗겨나 있지만, 해소되지 않은 에너지가 지각에 영향을 주기 때문이다. 특히 상대적으로 구조가 약한 단층대가 영향을 받기 쉽다. 단층은 이미 압력에 의해 균열이 간 지각이므로 또 다른 힘이 가해진다면 지층이 다시 어긋나면서 지진이 발생하는 것이다.

잦은 여진의 이유

기상청의 발표에 따르면 2016년 9월 12일 경주에서 첫 지진이 발생한 이후 같은 달 20일까지 400여 차례 이상의 여진이 발생한 것으로 나타났다. 일부 학자들은 잦은 여진의 원인으로 양산단층이 비교적 최근에 형성된 단층이라는 점을 꼽았다. 단층의 형성 시기가 오래되지 않을수록 상대적으로 불안정하여 충격이 오래갈 가능성이 크기 때문이다.

양산단층 주변에 작은 단층들이 많이 몰려있는 것도 여진과 관련이 있는 것으로 추정된다. 단층 지역에서 지진이 일어나면 지각이 깨지고 변형되면서 이를 재배치하는 과정에서 또 다른 지진이 발생할 수 있어서다.

출처: 다음백과(http://100.daum.net)

양산단층

양산단층(梁山斷層)은 대한민국의 단층이다. 경상북도 영덕군에서 경상남도 양산시를 거쳐 부산광역시에 이르는 영남 지방 최대 단층대이다. 이 단층은 너비 1km, 길이 약 170km의 규모인 대단층에 속한다. 양산단층은 동해의 후포단층과 함께 대한민국의 대표적인 변환단층 중 하나이다. 변환단층은 보존형 경계에서 나타나는 특징적인 단층인데, 변환단층 주변지역에선 보통 화산활동이 없지만 진원지가 지하 100Km 이내인 천발지진이 발생할 수 있다. 전문가들은 양산단층 아래에 퇴적분지의 존재를 밝힘으로써 예부터 동해에서의 석유 시추 가능성을 논의해왔다.

활성 단층 여부

양산단층 부근 지역은 옛 조선시대에도 큰 지진이 발생했었다는 기록이 남아 있다. <조선왕조실록>에는 1643년 인조 때, 울산에서 땅이 갈라지고, 물이 솟구쳐 나왔으며 지진해일이 발생했다는 기록이 남아 있다. 1681년 숙종 때에도 큰 지진이 발생했다는 내용이 기록되어 있는데, 이 당시의 지진 규모는 6.5 이상의 강진으로 추정되고 있다.

그러나 양산단층의 활성화 여부를 두고 30년 넘게 논쟁이 끊이지 않았는데, 논쟁이 계속된 데는 인근에 대규모 지진이 발생하지 않았고, 정확한 지질 조사가 이뤄지지 못했던 것이 꼽힌다. 첫 제기는 일제 강점기 일본인 학자에 의해 거론된 적이 있었지만, 본격적인 논의는 1983년 이기화 서울대 명예교수로부터 촉발됐다. 이 교수는 양산단층 주변의 소규모 지진 발생을 근거로 양산단층이 활성단층일 수 있다고 주장했다. 당시 국책연구소가 즉각 반론을 제기했고, 원자력발전업계 내에서도 큰 논란이 있었는데 양산단층 인근에 위치한 원자력 발전소들의 안전성 문가 우려되었기 때문이었다.

1990년대에는 한국과 일본의 공동 연구로 ‘포세이돈 프로젝트’가 진행되면서 항공촬영을 통한 지형분석으로 양산단층의 선형구조가 확인됐다. 이후 1997년 한일 양국의 교수 3인으로 구성된 '양산단층의 활성관계' 한일 공동연구팀이 울산광역시 부근에서 현지 굴착 조사를 통해, 양산단층이 20만~30만 년 전에 형성된 제4기 단층임을 확인하면서 활성 여부 논쟁이 다시 가열됐지만 결론을 도출하지 못했다.

2009년부터 2012년까지 당시 소방방재청 (현 국민안전처)의 의뢰로 한국지질자원연구원이 3년간 수행한 연구에서도 양산단층과 울산단층은 활성단층으로 추정된다는 결론이 났지만 공개되지 않은 채 묻혔다. 당시 전문가 그룹은 조사기간이 짧고 조사방식 역시 단일해 신뢰성을 얻기 힘들다고 판단했다.

출처: 위키백과(https://ko.wikipedia.org)

 

대한민국 지진별 규모