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동남권 지역특화 강지진동 예측 연구
  • 작성자홍보실
  • 작성일시2022/03/31 15:39
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2016년과 2017년에 연이어 발생한 경주, 포항 지진은 우리나라도 큰 피해를 일으키는 강진이 발생할 수있으며 더 이상 지진 안전지대가 아니라는 경각심을 갖게 하였다(그림 1). 필자는 지진 위험도가 높다고 하는 미국 캘리포니아에서 9년간 생활을 했고 지진동을 직접 경험한 지진은 2008년 로스앤젤레스 동쪽에서 발생한 규모 5.4 Chino Hills 지진이 유일한데 오히려 국내에 돌아와서 큰 지진을 연이어 두 번이나 경험하였다. 비행기를 타고 하늘에 떠 있거나 배를 타고 바다 위에 있지 않는 이상, 우리가 발 딛고 있는 땅은 안전하고 정지되어 있다는 생각을 하게 되는데 이것이 갑자기 심하게 흔들리는 경험을 하게 되면 누구나심한 공포감을 느낄 수밖에 없다. 특히 현대 산업 사회는 주거, 산업 공간이 고층화 대형화되고 있으며 2011년 동일본 대지진에 의한 후쿠시마 원전사고에서 보듯이 지진은 특정 시설이 피해를 입을 경우 우리가 감당하기 어려운 수준의 재해를 일으킬 수 있다. 그러므로 미래에 발생할 수 있는 지진재해를 정확히 이해하고 이에 대응할 수 있는 역량을 강화하는 것은 중요한 일이라고 할 수 있다.

 

 

 

 

동남권 지역특화 강지진동 예측 연구
글. 송석구 본부장(지질재해연구본부)

 

 


 

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지진 예측 vs. 지진 대비

 

 

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<그림1> 경주(위), 포항(아래) 지진 피해 사진

 


필자가 지진연구를 한다고 하면 주변 지인들이 가장 관심을 보이는 것은 ‘지진 예측이 가능한지, 불가능 하다면 그 이유는 무엇인지’이다. 구름의 모양이나 동물의 이상 반응 등으로 지진을 예측할 수 있는지 묻는 사람도 있다. 그러나 이러한 현상과 지진발생과의 과학적 인과 관계는 아직 충분히 입증되지 못해서 지진예측에 활용하기에는 신뢰성과 안정성이 떨어진다. 동물의 이상 반응으로 지진을 성공적으로 예측했다는 가장 대표적인 예는 1975년 중국에서 발생한 하이청 지진인데 이 지진을 미리 예측했다고 흥분하던 중국의 지진 연구자들은 그 다음해인 1976년 발생하여 수십만의 사상자를 낸 탕산 지진을 전혀 예상하지 못함으로써 지진예측의 어려움을 실감해야 했다.


우리가 내일 비가 내릴지, 태풍이 우리나라를 관통할지 비껴 지나갈지 어느 정도 예측해 볼 수 있는것은 이러한 기상현상에 대한 과학적 이론이 어느정도 정립되어 있고 기상위성을 비롯한 다양한 관측 장비로 실시간 관측이 가능하기 때문이다. 그러나 지하의 단층 파열로 발생하는 지진 현상은 아직 과학적 이론이 온전히 정립되어 있지 못하며, 땅속에서 일어나는 일로 단층에 작용하는 응력의 축적상태나 파열의 징조를 실시간으로 관측하여 정확히 파악하는 데는 여전히 기술적 어려움이 있다.


지진 예측이 기술적으로 어려운 일이라면 지진재해로부터 우리의 생명과 재산을 보호하기 위해서 어떤 노력을 해야 할까? 암은 우리의 건강과 생명을 위협하는 가장 위협적인 질병 중 하나이다. 내가 살면서 암에 걸릴 것인지, 걸린다면 언제일지 정확하게 예측하기는 어렵다. 다만 암에 걸릴 가능성을 줄이기 위해서 식습관이나 생활습관을 개선하고 암보험에 가입해서 만약 암에 걸릴 경우 좋은 치료를 받거나 경제적 부담을 더는 방향으로 암에 대비하는 경우가 많다. 필자는 지진 대비도 같은 방향으로 생각해 볼 수 있다고 생각한다. 내진설계가 제대로 구현된 주거, 사무 시설에서 생활하고 가까운 곳에 원자력 발전소가 있다고 할지라도 웬만한 강진에도 안전할 수 있도록 설계, 시공되었다는 확신이 있다면 지진이 언제 발생할지 알 수 없을 지라도 어느 정도는 안심할 수 있을 것이다. 일부 발생할 수 있는 경제적 손실을 분산시킬 수 있는 지진보험에 가입해 있다면 추가적인 안정망이 될 수 있다.

 

 


강지진동 예측과 지진재해 평가

 

 

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<그림 2> 동남권 지역특화 강지진동 예측 연구

 


경주, 포항 지진 발생 이후 한국지질자원연구원에서는 이들 지진이 발생한 우리나라 동남권 지역에 대해서 고도화된 지진재해 평가를 위한 다양하고 체계적인 연구를 수행하고 있다. 필자가 속한 연구 그룹에서는 지진 발생 시 지진단층이 어떻게 역학적으로 파열하고, 탄성 에너지인 지진파가 지하의 삼차원 지각을 통해 전파해서 각 관심 지역의 부지특성에 따라 지진파가 최종적으로 증폭되어서 우리가 사는 지역의 땅을 어느 정도의 세기로 흔들지에 대한 이해를 위한 다양한 연구를 수행 중에 있다(그림 2). 지진학 연구에서 이러한 연구 분야를 특별히 강지진동 예측 연구라고 하는데, 사람들이 인지하고 공포감을 느끼며 구조물에 피해를 일으킬 수 있는 강한 지진동의 특성을 이해하는 것은 특정 지역에 잠재하고 있는 지진재해의 수위를 평가하고 대비하는데 중요한 정보다. 우리가 암에 언제 걸릴지 정확히 알 수 없지만 지난 수십 년의 통계 자료를 이용하면 한국인이 잘 걸리는 암의 종류와 특성, 인구 만 명당 발생 비율 등의 유용한 정보를 얻을 수 있다. 이러한 정보는 개인이 암에 대비하고 의료기관이 치료체계를 구축하고 정부가 의료 보험을 운영하는데 중요한 정보를 제공한다. 강지진동 예측 연구는 우리가 명시적으로 미래 어느 시점에 지진이 발생할지 예측할 수 없지만, 내가 사는 지역 근처에 지진을 일으킬 수 있는 지진단층이 존재한다거나 그 단층에서 강진이 발생한다면 내가 생활하는 지역의 땅은 어느 정도 세기로 흔들릴지 물리적, 통계적 정보를 제공함으로써 시설물의 내진 설계에 어느 정도 돈을 써야 하는지 지진보험에 가입할 것인지 결정하는데 유용한 정보를 제공하는 것을 목표로 한다.

 

 

 

 

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<그림 3> 경주(위)와 포항(아래) 지진 동역학 지진원 모델

 

 


경주, 포항 지진에 대한 정확한 지진원 특성을 이해하는 것은 앞으로 이 지역에서 발생할지도 모르는 미래의 강진 특성을 이해하는데 중요한 단서가 된다. 그림 3에서 보듯이 규모 5.8 경주 지진과 규모5.4 포항 지진은 직사각형 한 변의 길이가 5km 전후 되는 단층면이 1~2초 정도 되는 시간에 평균 수십 센티미터 정도 단층 변위를 일으키면서 발생하였다. 이러한 땅속 지진단층의 운동은 지진파의 형태로 지표에 전달되어 우리가 경주, 포항 지진에서 경험했듯이 건축 구조물 등에 큰 피해를 주기도 한다. 그렇다면 동남권 지역에 규모 6.0 이상의 강진이 발생한다면 어떤 상황이 발생할까. 역사지진 연구를 비롯한 다양한 지진학적 연구는 우리나라, 특히 동남권 지역에 규모 6.0 이상 강진 발생 가능성이 충분히 있음을 지시하고 있다. 규모 6.0 이상 강진 발생 시 그 지진원 특성을 파악하고 관심 지역에서 예상되는 강지진동 특성을 이해하는 것은 지진재해 평가 연구에 유용한 정보를 제공한다.

 

 

 

 

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<그림 4> 규모 6.3 시나리오 동역학 지진원 모델

 

 


우리가 미래 강진이 발생할 위치와 시간을 정확히 예측할 수는 없지만 고지진학적 방법 등을 동원하면 지질학적으로 최근에 단층 운동 흔적이 있는 지역 위치를 찾을 수 있는,데 최근에 운동한 흔적이 있는 단층은 가까운 미래에도 지진을 일으킬 가능성이 높기 때문에 미래 강진 발생과 관련하여 유용한정보를 제공할 수 있다. 그림 4는 고지진학적 연구및 동남권 지각 응력장 특성을 고려하여 구축한 이지역에 발생 가능성이 있는 규모 6.3 지진의 동역학 시나리오 지진 모델이다. 경주, 포항 지진에 비해 단층 파열 길이가 20km 정도 되고 파열 시간도 6초 정도로 긴 것을 알 수 있다.

 

 

 

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<그림 5> 삼차원 지진파 전파 시뮬레이션 예시

 

 

 

만약에 이러한 강진이 발생한다면 우리가 생활하고있는 건물은 어느 정도의 세기로 흔들릴까. 그림 5는 규모 6.3 시나리오 지진 발생 시 동남권 지각을통해서 전파하는 지진파의 모습을 보여준다. 이러한 컴퓨터 삼차원 지진파 시뮬레이션을 통해서 우리는 시나리오 지진으로부터 각 관심 지점에서 예상되는 강지진동의 특성을 파악할 수 있다. 물론 현시점에서 우리는 특정 지점에서 예상되는 강지진동의 특성을 통계적으로 예측해 볼 수밖에 없지만, 이는 지진재해 평가와 지진대비에 유용한 정보를 제공할수 있다. 경주, 포항 지진이 발생한 우리나라 동남권 지역에 대해서 수행되고 있는 지역특화 강지진동특성 예측 연구도 이 지역 고도화된 지진재해 평가 및 경감에 크게 기여할 수 있기를 희망한다.

 


지진재해로부터 안전한 사회


지진예측을 가능하게 하는 기술이 개발된다면 우리모두를 흥분시키는 사건일 것이다. 그러나 지진을 정확히 예측하여 우리가 건물 밖으로 대피함으로써소중한 생명을 지켰다고 할지라도 지진으로 건물이완전히 무너져서 돌아갈 곳이 없어 졌다면 어떨까? 미래의 지진을 정확하게 예측할 수 없다고 할지라도 강진 발생 시 나의 주거시설과 사회생활은 큰 피해를 입지 않는다는 확신이 있으면 더 좋을 수도 있지 않을까. 더욱이 후자는 우리의 노력으로 어느 정도 달성할 수 있다는 장점이 있다. 필자는 지진을 예측하려는 노력도 중요하지만 우리가 사는 지역에 지진발생 특성을 이해하고 예상되는 강지진동 특성을 통계적으로라도 예측함으로써 내진 설계가 확실히 구현된 구조물을 구축하는 등 언제 어느 곳에 지진이 발생하더라도 지진재해로부터 안전한 사회를 만드는 노력이 더욱 중요하다고 생각한다.