북한 6차 핵실험 뒤 수년간 지진…만탑산 단층 다시 움직였다

17년 지진파 자료로 장기 변화 추적
북북서 방향 두 단층대 활동 확인
연구결과 국제학술지 사이언스 게재

부산대학교 김광희 교수팀이 분석한 북한 풍계리 만탑산 일대 지형과 지진 분포. 원의 크기는 지진 규모, 색상은 진원 깊이를 나타낸다. (사진=부산대학교 제공)

2017년 북한의 6차 지하핵실험 이후 풍계리 만탑산 주변에서 수년간 지진활동이 이어지며 기존 단층이 다시 움직인 것으로 나타났다. 핵실험 직후 단기간에 그치는 일반적인 양상과 달리 장기간에 걸쳐 단층 활동이 뚜렷해졌다는 연구 결과다.

부산대학교 지질환경과학과 김광희 교수 연구팀은 중국 청두이공대 판싱리 교수팀과 중국과학원, 중국지진국, 산둥대 연구진 등과 한국·중국 동북부에서 확보한 17년간의 연속 지진파 자료를 분석했다.

연구 결과는 미국 동부시간 9월 17일 국제학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 판싱리 교수와 김광희 교수는 공동 제1저자이자 공동 교신저자로 참여했다.

북한은 2006년부터 2017년까지 풍계리 일대에서 모두 6차례 지하핵실험을 실시했다. 연구진이 주목한 것은 규모가 가장 컸던 2017년 6차 핵실험 이후 나타난 변화다.

미국 네바다와 옛 소련 세미팔라틴스크 핵실험장에서는 실험 뒤 발생하는 작은 지진이나 붕괴 현상이 대체로 수일에서 수주 사이 감소하는 것으로 알려졌다. 만탑산에서는 이와 달리 지진활동이 수년에 걸쳐 증가했다.

특히 이전까지 잠잠했던 북북서 방향의 기존 단층대 두 곳으로 지진이 집중됐고 시간이 흐를수록 분포가 뚜렷해졌다.

연구팀은 반복된 핵실험으로 만탑산의 얕은 지각에 균열과 손상이 쌓이고 주변의 응력 상태가 달라진 것이 원인이라고 해석했다. 이후 응력이 재분배되면서 이미 임계응력에 가까웠던 기존 단층의 미끄러짐을 촉진했다는 분석이다.

이는 핵폭발이 끝난 뒤에도 지하 암반에 남은 손상과 응력 변화가 오랫동안 영향을 미치면서 기존 단층을 움직일 수 있다는 의미다.

연구진은 이번 결과가 포괄적핵실험금지조약(CTBT) 검증에도 활용될 수 있다고 봤다. 핵실험 이후 상당한 시간이 흐른 뒤 발생하는 지진도 장기간 축적된 관측자료와 단층 위치, 응력 변화를 종합해 분석할 필요가 있다는 것이다.

지하공간 개발이나 에너지 개발, 지하 유체 주입 등 인간 활동에 따른 지진 위험을 평가하는 데도 시사점이 있다고 연구팀은 설명했다.

김광희 교수는 2017년 핵실험 이후 지진이 빠르게 감소하지 않고 수년 동안 이어지면서 기존 단층을 따라 점차 뚜렷한 분포를 보인 점에 주목했다며 장기간 관측자료를 축적하고 개별 지진을 긴 시간에 걸친 물리적 과정에서 해석할 필요가 있다고 설명했다.

이번 연구에는 김 교수를 비롯해 강수영 연구교수, 류란보 박사, 손유진 박사수료 대학원생, 주형태 박사가 참여했다.

김 교수팀은 앞서 2018년 포항지진이 지열발전 유체 주입에 의해 촉발됐을 가능성이 크다는 연구 결과를 '사이언스'에 발표한 바 있다.

부산=김성욱 기자