[중도마당]지진. 지진피해예측 및 대책 방안에 관해서

김소구/한국지진연구소장

김소구 한국지진연구소장

지진이란 무엇인가?

지진이란 땅속, 지각내의 응력과 변형관계에서 응력이 너무 많이 쌓여 약한 부분인 단층을 파괴 시키면서 탄성에너지가 방출하는 현상이다. 따라서 이 때 땅덩어리 전체를 흔들며 지상의 모든 구조물과 물체들은 동시에 치명적인 피해를 입게 된다. 자연 재앙 중에서 가장 짧은 시간 (최대 수십초)에 엄청난 재산과 인명피해를 줄 수 있는 자연재앙은 지진이 유일할 것이다. 현재 첨단과학이 발달했지만 아직까지 지진예보의 성공률이 3040% 수준밖에 안된다. 지진예보란 언제 (when), 어디서 (where), 얼마만한 크기 (what)인지를 지진발생 하기 전에 예측하는 것이다.

지진은 국지적으로는 활성단층을 따라서 일어나는 판내부지진 (Intra-plate Earthquake) 과 글로벌하게 판경계에서 발생하는 판경계지진 (Inter-plate Earthquake)있다. 중국 대륙이나 미국대륙 내에서 발생하는 지진은 모두 판내부지진이지만, 일본열도나 중남미지역처럼 발생하는 지진들이 모두 판경계에서 일어나는 판경계지진들이다. 그리고 지진은 지표에서 수 킬로미터에서부터 수백킬로미터 (700 km)까지 깊은 땅속에서 일어나고 있고 심부층에서 일어나는 지진들은 지상에 미치는 영향이 크지 않다. 이런 복잡한 지진특성과 지구지각구조 때문에 지진예보의 성공은 매우 어렵다. 따라서 우리는 지진피해를 최소화하는 대책을 연구할 수밖에 없다.

포항지진의 근본적 원인은 2011년 3월 11 일 일본에서 발생한 규모 9.1의 동일본 대지진과 관계가 있다. 동일본 대지진은 일본열도를 순간적으로 동쪽으로 4m 이동시켰고 해안선은 0.5 m 침강시켰다. 이 여파로 한반도도 평균 2.3 cm 동쪽으로 이동했고 울릉도는 4.5 cm 동쪽으로 이동했다. 따라서 한반도 전체의 응력균형을 깨뜨리게 되므로 새로운 지체 구조력을 형성하여 과거 지진이 많이 있었던 지하 10 km의 경주의 기존단층에서 주향단층 (수평운동 메커니즘)에 의해서 2016년 9월 12일 경주지진 (규모 5.4)이 발생했다. 포항지진은 경주 지진의 반작용 영향을 받아 반대쪽에서 지하 10 km 깊이에서 퇴적암 3-4 km밑까지 걸쳐서 신성단층이 생성하면서 2017년 11월 15일 포항지진 (규모 5.4) 이 반대쪽 반대방향역단층 (Antithetic Fault)이 전복배사구조형태(roll-over anticline)로 딸려 내려갔기 때문에 일어났다. 주변에서 지열발전에서 물주입과 간접적영향을 배제할 수는 없지만 그 영향은 크지 않고 경주지진에 의한 반작용 영향에 의한 단층역학운동이 더 크다고 본다 (그림참조).

상부는 지진파 토모그래피, 경주지진 (닫힌별)과 포항지진 (열린별)과 단층구조. 하부는 중력과 밀도토모그래피. 포항제철소에서 높은밀도와 중력이상을 보여준다.경주지진의 단층운동의 반작용으로 새로운 생성반대단층 (Antithetic Fault)에서 포항지진이 발생했다 (열린 별표).

역학적 이론에 의하면 단층길이 16 km가 움직이면 7.0 규모의 지진이 발생하기 때문에 만약 경주-울산지역에서 70 km의 단층이 운동했다면 그 규모는 엄청나게 큰 지진이 발생했을 것이다. 항간에 포항지진이 피해가 심한 이유를 경주지진보다 더 얕기 때문이라고 말한다. 하지만 포항지진이 더 크게 진동과 피해를 주는 이유는 포항 지역이 포항분지의 퇴적암으로 지반이 경주지역 (화강암)보다 훨씬 연약하고 또한 해안에 가깝기 때문에 일종의 액상화 현상이 일어나고, 지진진동의 진폭이 증폭되었기 때문이라고 생각한다.

지진피해를 최소화할 수 있는 방법으로는 현재 지진조기경보 시스템구축과 내진설계가 있다. 지진조기경보에서는 지진파의 P 파와 S 파를 활용하는 것이다. 지진이 일어나면 P 파가 먼저 도착하고 1.752초 늦게 피해를 가져오는 S 파가 도착하고 그 후 큰 진폭의 표면파가 오게 된다. S파와 표면파는 지진 피해를 초래하는 큰 에너지를 운반하기 때문에 이들이 도착하기 전에 피해야 한다. 현재 기상청은 규모 5.0 이상인 경우 지진조기경보를 발령한다. 우선 진앙에 가장 가까운 관측소를 활용해서 지진규모와 진앙위치를 결정해서 실시간으로 지진위험 경보를 발표할 수 있다. 그리고 지진속보는 1분 이내 (5~10초 단축)에 일정크기의 지진발생을 보도하기로 되어 있고, 지진통보는 5분 이내에 모든 지진의 발생의 규모와 크기를 보도한다. 지진조기경보에서 가장 중요한 것은 규모 파악을 지진 발생 즉시 결정하여 지진경보를 발표할지를 결정하는 문제다.