바닷속의 잠재된 위험을 밝혀라, 해저단층연구
기상청에서 공개하고 있는 지진 규모별 순위에 따르면 상위 14개 중 8개가 해양에서 발생할 정도로 우리가 일반적으로 알고 있는 것보다 많은 지진이 해양에서 발생하고 있다.바닷속의 잠재된 위험을 밝혀라해저단층연구Writer. 이광수(해저지질탐사연구센터 박사) 본격적 해저활성단층 연구의 시작해저단층이란 해양의 지각이 지구 내부의 움직임 및 힘에 의해 깨어져 지반이 어긋나면서 발생하는 지질구조를 의미한다. 이러한 해저단층은 전 지구적인 맨틀 및 지각의 움직임과 관련 있으며, 해저지진 및 해저화산에 수반되어 나타나기도 한다. 해저단층은 구조적 특징에 따라 육상 단층과 같이 정단층, 역단층, 수평단층 등 다양하게 분류된다.2016년 9월 12일 경주 인근에서 국내 지진 관측 상 최대 규모인 5.8의 강진이 발생했다. 기상청에서 공개하고 있는 1978년 지진관측소 측정 이후 지진크기 순위에 따르면 상위 14개 중 8개가 해양에서 발생할 정도로 우리가 일반적으로 알고 있는 것보다 많은 지진이 해양에서 발생하고 있다. 또한 2011년도 동일본 대지진 이후 지진 발생 빈도 및 규모가 증가 추세에 있어 향후 경주 지진과 유사한 대규모 지진 발생 가능성이 점차 높아지고 있다. 특히 원전 등 핵심시설이 밀집된 한반도 남동부 지역(육상 및 해상 포함)은 지진 발생 빈도/규모가 증가하고 있으며, 지진 발생과 연계된 대규모 단층의 존재 가능성이 높은 지역이다.그럼에도 불구하고 육상에 비해 해양에 분포하고 있는 주요 단층의 분포현황, 규모, 활성 유무, 육상 단층과의 연계성에 대한 연구는 전혀 진행되지 못하였다. 반면, 미국, 일본 등 지진 위험성이 존재하는 선진국의 경우는 자국의 해저 단층 지도 제작 및 위험 등급 분류를 통해 원전 및 해양 핵심시설의 건설 지역 선정 시 가장 중요한 자료로 활용하고 있다.일본은 지질조사소 주도로 지진, 화산, 단층 등 지구조 관련 지질재해를 계속적으로 연구해 왔다. 1975년 동경대학교에 활성단층 연구회를 설립하여 일본 주변 해역에 대한 활성단층 분포도(1:200,00 및 1:1,000,000) 등 각종 지질재해도를 발간하였다. 1980년도에 전국을 대상으로 “일본의 활단층”을 발간한 이후로 1991년도에 개정판, 2002년도에 “활단층 상세디지털 맵”을 발간하였다. 하지만 일본 역시도 2007년 이시카와 현 노토반도 지진과 니가타 현의 주에쓰 해상지진이 발생하여 막대한 피해를 주기 전까지는 해저단층에 대한 연구는 비교적 소홀했다. 하지만 이후 해저에 발달한 해저단층의 육상 연계성이 크고 대규모 단층이 해저에 발달하고 있음을 인지하여 2008년부터 AIST(산업기술총합연구소)는 일본지질조사소의 다학제간 과제로 “연안지역 지질과 활단층 조사”를 출범시켰다. 그리고 2009년도에는 미래성장을 위한 과학기술정책 주요 과제에 활성단층 조사 및 대규모 해구형 지진관측 연구를 포함시켰다.미국은 지질조사소(USGS: United States Geological Survey)를 중심으로 해저지진 및 단층, 그리고 해저산사태에 대한 연구를 전 세계를 대상으로 하는 대규모, 각 주를 대상으로 하는 중규모, 미국 서부 및 중남미 연안을 대상으로 하는 소규모 연구로 나누어 수행하고 있다. 또한 별도의 연안 해저지질 프로그램을 만들어 미국의 11개 지역별 연구소에서 지구과학 전반에 걸친 지질재해 연구를 수행하고 있으며 이러한 자료를 취합하여 미국 전해역에 대한 단층 지도를 만들고 발생 시기별로 분류하고 있으며, 해저단층 지도는 웹기반 데이터베이스 시스템을 통해 단층 분포를 누구나 쉽게 확인 할 수 있도록 대국민 정보제공 시스템을 운용하고 있다.한국의 경우는 일본, 미국 등 지진 발생 가능성이 높은 국가들에 비해서는 그 동안 연구가 미비한 실정이다. 우리 연구원은 1975년부터 국내 해역의 광역 해저 지질도 작성 사업을 통해 일부해역에서 지구물리자료를 이용한 해저 단층대 일부를 확인 하였다. 그 후 2005년부터 수행한 연안지질 위험요소 사업을 통해 동해 및 서해 연안을 대상으로 해저 지질위험요소를 파악하기 위한 광역 조사를 수행하였으며, 이를 통해 해저활성 단층의 존재를 일부 파악 하였다. 우리 연구원 외에도 기상청과 한국해양과학기술원은 지진기술개발 사업의 일환으로 제한적인 탄성파자료를 이용해 국부적인 해저단층 분포를 확인하였다. 하지만 이러한 사업 및 연구에서 파악된 해저단층은 한반도 해저단층 지도를 만들기에는 턱없이 부족한 실정이다. 이에 따라 최근 발생한 강진에 따른 국민의 불안감을 해소하고 국가 주요 시설에 대한 안정성을 재평가하기 위한 한반도 주변 해저단층 지도를 제작하고자 2018년부터 해양수산부 국가연구개발사업으로 한국지질자원연구원이 해저활성단층 연구를 본격적으로 시작하게 되었다.한반도 해저단층지도 제작을 위한 노력해저활성단층 연구의 목적은 한반도 주변 해저단층의 분포와 활동특성을 분석하고 해저단층과 육상지질구조선과의 연계성을 파악할 수 있는 해저단층 지도를 제작하는 것이다. 연구의 핵심 내용은 해저단층 분포와 특성을 파악하기 위한 해양 탄성파 탐사·분석 연구, 육상의 주요 단층 구조선과 연계된 해저단층의 유무 및 특성 분석, 해저단층의 활성여부와 해저지형의 안정성을 평가, 한반도 주변 해역 해저활성단층 연구의 중장기 로드맵을 제시하는 것으로 구성되어 있다. 해저활성단층 연구는 우선적으로 기존 탄성파 및 지구물리 탐사자료를 종합하여 육상-해양의 주요 지질구조를 파악하고 가장 적절한 탐사방법을 검토하는 것에서부터 시작한다. 이후 해저단층의 공간적 분포 현황을 파악하기 위해 광역 탄성파 탐사를 진행하고, 일부 주요 해저단층에 대해서는 3D 탄성파탐사를 통해 보다 정밀한 해저단층의 분포를 확인한다. 육상의 주요 지질구조선의 해양 연계성 파악을 위해서는 연안육역에 대한 육상단층 조사와 육상-해양 융복합 탄성파 탐사 등을 수행한다. 이렇게 확인된 해저단층은 활동 시기를 파악하여 활성 유무를 밝히기 위해서 해저면으로부터 50m 이상의 퇴적물 시료를 획득하고 연대를 측정한다. 이를 통해 최종적으로 한반도 주변 해저단층 지도를 완성하게 된다.단층 조사는 기본적으로 단층이 존재하는지, 존재한다면 얼마만큼의 길이를 가지고 있는지, 단층의 발생 시기가 언제인지를 파악하는게 가장 중요하다. 이러한 측면에서 보자면 해저단층의 존재 유무와 길이는 육상에 비해 비교적 파악하기 용이하다. 해저에 존재하는 단층을 파악하기 위한 조사는 해양 탐사선을 이용한 탄성파 탐사를 중심으로 수행된다. 해양 탄성파 단면에서는 단층에 의해 기반암과 지층에 나타나는 어긋남이나 지층의 단차를 쉽게 파악 할 수 있다. 또한 조사 측선 간격에 따라 다르지만 비교적 정확하게 단층의 수평적 분포 특성을 파악하여 단층 길이를 알 수 있다. 다만, 해양 탄성파 탐사는 음파를 발생시키는 음원의 주파수 크기에 따라 투과심도와 해상도가 달라지기 때문에 단층 특성에 따라 탐사 방법을 달리하여 적용하여야 하는 어려움이 있다. 한국지질자원연구원에서는 탐해2호에 장착된 Air-gun, Sparker, Mini Gi-gun의 다양한 주파수대역의 음원을 이용한 다중채널 탄성파 탐사와 Chirp을 이용한 고해상도 지층 탐사, Multi-beam 음향 수신기를 이용한 정밀 해저지형 탐사에 대한 우수한 기술력을 확보하고 있고 이러한 복합적인 탐사를 통해 해저에 발달하고 있는 단층을 찾고 수직·수평 길이를 파악한다. 단층의 유무와 길이를 비교적 용이하게 파악하는 것과는 달리 해양에서 단층의 발달 시기를 규명하는 것은 매우 어려운 일이다. 해양에서 단층의 발달 시기를 규명하기 위해서는 시추를 통해 퇴적물을 회수하고 연대를 측정해야 하는데 해양 시추는 비용이 아주 많이 들고 기술적으로도 육상에 비해 훨씬 어렵다. 이러한 이유로 해양에서는 육상만큼 많은 시추를 할 수 없기 때문에 시추 위치 선정이 매우 중요하다. 해저에서 회수된 퇴적물 코어는 실험실로 옮겨져 코어 주상도 작성, 물성 측정, 연대 측정 등 다양한 분석들이 수행되고 이러한 분석 결과를 통해 해저단층의 특성과 발생 시기를 규명한다. 해저단층에 대한 궁금증 해소 기대 최근 우리 연구원은 해저단층 조사를 통해 양산단층의 연장에 있는 해저에서 일부 단층의 존재를 확인하였으며 정확한 단층 연장성을 확인하기 위한 연구를 계속 진행하고 있다. 또한 이전에 발견하지 못한 중소 규모의 단층들을 새롭게 찾아 분포도를 작성하였다. 이들 단층들 중 일부는 육상 인근 연안에서 확인하였고 육상 단층과의 연계성을 파악하고 있다. 울진에서 포항 인근까지 동해에 남북으로 길게 분포하는 후포단층은 대규모 단층임에도 불구하고 정확한 길이, 분포 특성, 발생 시기, 활동성 유무가 그동안 밝혀지지 않았지만, 이번 우리 연구원의 해저단층 연구를 통해 후포단층에 대한 지질학적 궁금증을 상당히 해소할 수 있을 것으로 기대한다.이러한 해저단층 연구를 통해 제시되는 결과들은 향후 국내해역 해저지질재해 위험등급 분류 및 안정성 평가 자료로 활용되어 국가 기반 시설물의 지질 및 지진학적 안정성 확보와 관련 정책 수립의 기초자료가 될것이다. 또한 원자력 발전소 등 국가핵심시설 건설을 위한 부지선정 시지질위해요소 유무를 포함한 지반 안정성 평가의 중요 자료로 활용할수 있다. 그뿐만 아니라 향후 발생 가능한 해저지질재해에 대한 체계적인 대비전략 수립과 효율적인 방제 대책 마련을 통해 국가 경제적 손실을 최소화하고 인명 피해를 막는데 이바지할 수 있을 것이다. 게다가 해양 환경 요소의 시·공간적 변화를 효과적으로 모니터링하고, 예측되는 정보를 시의 적절하게 수요자에게 제공함으로써 자연재해 예방, 지구환경변화 예측, 해양환경보전 등에 활용하고, 어업, 해운, 관광 등 각종 해양 산업 활동의 의사결정에 상시로 지원할 수 있을 것으로 기대된다.
