[과학과 놀자] 지진의 90% 이상은 활성단층에서 발생해요

(136) 활성단층

2016년 9월 경주에서 규모 5.1의 지진이 발생하고 1시간도 되지 않아 다시 규모 5.8의 지진이 발생했다. 1978년 지진 통보를 시작한 이후 최대 규모였다. 그리고 2017년 11월 15일 포항에서 규모 5.4의 지진이 발생했고, 16일 예정됐던 대학수학능력시험이 23일로 연기됐다.

사진=한경DB

포항 지진은 진원 깊이가 7㎞에 불과해 피해가 더 컸다. 게다가 포항은 1700만 년 전 땅이 바다에 가라앉아 1000만 년 전까지 물속에 있었던 지역이라 완전히 고체화되지 않은 해성 퇴적층이 200m 두께로 쌓여 있다. 이때 지진으로 생긴 진동으로 지반 속 물이 고여 흙이 액체처럼 행동하는 ‘액상화’ 현상이 국내 최초로 발견됐다.

이때부터 한반도가 더 이상 지진 안전지대가 아님을 인식하기 시작했다. 경주와 포항 근처에는 원자력발전소가 모여 있어 지역 주민의 불안이 높아졌고, 낙동강 하구를 시작으로 경주를 거쳐 영덕으로 이어지는 180㎞에 달하는 양산단층이 활성단층일 수 있다는 의혹이 제기됐다. 그리고 2022년 10월에는 괴산에서 규모 4.1, 2023년 1월에는 인천 강화군에서 규모 3.7의 지진이 발생했다. 두 지진 모두 활성단층 지역임이 밝혀졌다. 이제는 전국에 어느 지역에 단층이 존재하는지, 그 단층은 활성단층인지 모든 국민이 알아야 하는 시점이 된 것이다.

활성단층이란 최근 지질시대까지 움직였고 미래에도 움직일 가능성이 있는 단층을 의미한다. 다만, ‘최근’에 대한 시간 기준은 국가마다 다르다. 우리나라 연구진은 2014년 우리나라 실정에 맞게 활성단층을 ‘우리나라의 현재 지질환경이 형성된 제4기(신생대, 약 200만 년 전) 이후 활동 흔적이 있는 단층’으로 정의했다. 단층이 한 번 생기면 그 부분이 약해지고, 이후에 지각이 힘을 받았을 때 다른 곳보다 지진을 일으킬 가능성이 높기 때문에 ‘활성’이라 한다. 실제로 발생하는 지진의 90% 이상은 활성단층에서 발생한다.

우리나라는 2008년 지진재해대책법을 수립했고, 2009년부터 전국 활성단층 조사를 시작해 2012년에 ‘활성단층 지도 및 지진위험 지도 제작’ 보고서를 완성했다. 당시에도 전국에 450개 이상의 활성단층이 있을 것으로 추정했다. 그리고 2017년부터 3개 팀이 활성단층 지도를 제작하고 있다. 육상 표면 단층은 행정안전부, 해저 표면 단층은 해양수산부, 육상과 해상의 지하 단층은 기상청에서 조사 중이다.

활성단층 지도와 지진위험 지도를 만들기 위해서는 활성단층의 분포, 길이, 분절, 단층 활동연대, 재발 주기, 변위율 등 많은 데이터가 필요하다. 우리나라에서는 대규모 지진 발생 빈도가 상대적으로 낮고, 지진의 흔적과 단층이 일본과 달리 표면에 드러나 있지 않다. 표면에 드러난 경우에도 이미 풍화침식으로 사라진 경우가 많아 조사 지역을 정확하게 하는 것부터 시작한다. 이를 위해 항공라이다(LiDAR: Light Datection and Ranging)와 도로를 깔기 전 촬영해두었던 항공사진을 토대로 지형을 분석해 단층이 존재할 것으로 보이는 깊은 계곡을 우선 조사한다. 라이다 기법을 이용하면 항공에서 지상으로 레이저 광선을 쏜 뒤 받은 반사파의 속도와 강도로 실제 지형을 알아낼 수 있다. 단층 존재 가능성이 높은 지역을 찾아낸 뒤 야외 지질 조사, 지구 물리 탐사, 굴착 조사, 연대 측정, 고지진학적 해석 순서로 조사가 이뤄진다. 굴착(트렌치) 조사는 해당 지역을 굴착기로 파내 수직면에 쌓인 지층의 모습을 보고 중간이 어긋나 끊어진 지층, 중간이 끊어지지 않고 계속 이어져 있는 지층 등으로 단층면을 확인한다. 그리고 해당 지층에서 표본을 채취해 단층이 마지막으로 변동을 일으킨 시기를 알아낸다.

지진이 일어날 때마다 단층 전체의 지표가 파열되는 것이 아니기 때문에 단층의 활성 여부를 판단하기 위해서는 단층을 구성하는 구간에 대한 정보를 얻어야 한다. 비슷한 주향과 경사, 특성을 보이는 구간을 ‘분절(segment)’이라 하며, 이는 단층을 구성하는 기본단위다. 연구단은 단층의 정확한 분절을 확인하고 있고, 동남권에서만 구간별 14개의 활성단층을 확인했다.

우리나라는 두 땅덩어리가 충돌해 만들어졌다고 알려져 있고, 그 경계면에 단층이 많아 긴 주기로 큰 지진이 발생할 가능성이 높다. 앞으로 제작돼 온라인으로 서비스될 활성단층 지도와 지진위험 지도에 관심을 가져야 하는 이유다.√ 기억해주세요

활성단층이란 최근 지질시대까지 움직였고 미래에도 움직일 가능성이 있는 단층을 의미한다. 다만, ‘최근’에 대한 시간 기준은 국가마다 다르다. 우리나라 연구진은 2014년 우리나라 실정에 맞게 활성단층을 ‘우리나라의 현재 지질환경이 형성된 제4기(신생대, 약 200만 년 전) 이후 활동 흔적이 있는 단층’으로 정의했다. 단층이 한 번 생기면 그 부분이 약해지고, 이후에 지각이 힘을 받았을 때 다른 곳보다 지진을 일으킬 가능성이 높기 때문에 ‘활성’이라 한다. 실제로 발생하는 지진의 90% 이상은 활성단층에서 발생한다.

서윤희 한성과학고 교사