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지진

지진기록, 보령지진

BMTARS 2016. 11. 15. 11:24

대천해수욕장으로 유명한 보령입니다.

2016년 11월 13일 21시 52분 57초에 규모 3.5 지진이 충남 보령시 북북동쪽 4km 지역에서 발생했습니다.



이 글을 작성하는 11월 15일 까지 이 지역에서는 여진 등 후속 지진은 발생하지 않고 있지만, 향후 지진이 어떻게 발생할 지 가늠해보고자 합니다.



<출처 : 한국지질자원연구원 KIGAM>


지질도입니다. 검은색 실선 또는 점선은 현재까지 확인된 단층대를 표시합니다. 

금번 보령 지진의 진원지도 경주지진처럼 어떤 단층대에 걸치는 것으로 추정됩니다.

이 주변에는 서쪽에서부터 당산단층, 예산단층(가친,점선), 공주단층, 십자가단층, 계룡산단층(가칭) 등 현재까지 5개의 단층이 발견되었고, 금번지진은 예산단층에서 발생된 것으로 추정됩니다.

이 예산단층은 충남 탄천 북단에 아미산지층과 덕정리편마암단층 사이에서 발달하여 지형적으로 북북동향의 선구조와 일치하고, 현재까지는 대흥도에서 아산만까지만 확인이 되고 있지만, 서울과 경기지역으로 향하는 다수의 단층들과의 단층연장성이 강하게 추정됩니다.

2016년 11월 15일 12시 22분 58초에 북한 강원도 금강군 남남동쪽 29km 지역에서 규모 2.5 금강산지진이 발생했는데, 이는 잠곡단층으로 확인된 단층선의 연장지점으로 볼 수 있고, 보령지진과 금강산지진이 직접적으로 단층이 연결되었다고 보기는 힘들어서 직접적인 연관성에 설득력은 미흡하지만, 서울과 경기 일대지역이 충남지역에서 북북동쪽으로 향하는 단층들과 강원지역에서 남남서쪽으로 향하는 단층들이 뒤엉겨 복잡하고 밀집된 수많은 단층들이 형성되어 있으므로, 이 중간대에서 어느 가닥으로도 영향을 전혀 주지 않았다고 단정하기도 힘듭니다.



콕 집어 추가령단층(원산-서울-홍성)이 지진활동기에 들어섰다고 누구도 단정할 수는 없을 것입니다. 

그러나 2016년 11월 15일 금강산지진(M2.5, 잠곡단층 추정), 2016년 11월 13일 보령지진(M3.5, 예산단층 추정), 2016년 10월 21일 청양지진(M2.0, 공주단층 추정), 2016년 2월 11일 금산지진(M3.1, 단층 불분명), 2015년 12월 22일 익산지진(M3.9, 십자가 단층 추정) 등에서 발생한 지진들은 광역적으로 충남지역부터 서울·경기지역을 거쳐 강원 북부지역에 이르는 지역이 지진활동기에 들어서고 있다고 예고하는 느낌은 강하게 듭니다. 물론 땅속에서 벌어지는 변화는 아직까지 누구도 예측할 수 없지요.


 

<출처 : 한국지질자원연구원 KIGAM>


(Bouguer)이상중력도입니다.

충남지역에서 유독 보령과 홍성 사이에는 약 15~25mGal정도의 중력이상이 확인됩니다. 평균 중력상태가 하늘색이고, 연두색노란색오렌지색주황색붉은색으로 갈수록 중력이 점차 높게 측정되는 이상지역이고, 바다색파란색보라색으로 갈수록 중력이 점차 작게 측정되는 이상지역입니다. 중력이 높게 측정되는 이유는 지각판이 상대적으로 얇아 지각판 평균밀도보다 더 무거운 멘틀이 다른 지역보다 높이 관측되는 것으로 이는 곧, 지각판이 상대적으로 얇다는 것을 증명합니다.

이를 통해서는 이지역의 지각판이 평균대비 1km 내외 더 얇다는 것을 유추할 수 있는데요. 지각판이 얇으면 전체 단층 길이 중에서 응력 집중에 비교적 취약하여 지진이 더 쉽게 일어날 수 있어 예고적 지진을 기대할 수 있지 않을까 하는 생각도 듭니다.

이 중력이상과 지진과의 직접적이고 확실한 연관성이 있다는 논문이나 연구자료는 아직 없습니다.

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지금까지 수집된 여러모로 미흡한 자료로 나마 향후 지진발생을 예측할 수는 없을까요?

몇 개의 의문들을 던지면서, 과학적이거나 아직 과학적으로 검증되지 않은 가설로써 답을 하면서 풀어보고자 합니다.

상식적으로는 지각판은 계속 이동하는 것은 누구나 이미 알고 있지요. 그러나 광역적인 대륙판 자체가 아니라, 하나의 대륙판 안에서도 더 지협적인 지역마다의 이동속도도 다릅니다. 미국지질조사국USGS와 한국천문연구원 등은 2011년 동일본 대지진으로 인해서 지각판이 동쪽으로 이동되었는데, 일본 본토는 동쪽으로 2.4M정도 이동했고, 한반도도 독도 5.16cm, 울릉도 4.07cm, 속초 3.4cm, 소백산 2.43cm, 영천 2.37cm, 밀양 1.97cm, 대전 1.93cm, 고흥 1.33cm, 목포 1.21cm 동쪽으로 이동했고, 서울도 2.11cm 동쪽으로 이동한 것으로 관측했습니다.

의문1. 우리나라만 보더라도 지각판 이동이 지역마다 다른 이유는 무엇일까요? 적어도 두 가지 원인이 있다고 봅니다. 첫째는 지각판 자체가 어느정도의 인장응력을 허용하고 있다고 봅니다. 동일본 대지진으로 그 주변 지각판이 맨틀 속으로 섭입되면서 나머지 지각들도 끌어당겨졌는데, 동쪽지역은 그 이끌린 정도가 컸고 서쪽 지역으로 갈수록 이끌린 정도가 작다는 것이 이를 증명합니다. 사람이 인지할 수 있는 스케일에서 지각은 하나의 거대한 암석덩어리이지만, 미세하게는 어느정도의 스프링강성을 보유하고 있다는 것입니다. 확실한 것은 동일본 대지진 이전보다 지각판이 늘어나 스프링이 당겨진 것과 같은 상태라는 것이고 광범위하게 본다면 평균적으로 인장응력이 커져 있다고 볼 수 있습니다. 둘째는 지각판과 맨틀이 접한 면에서의 마찰응력입니다. 인류가 아직 직접 눈으로 그 접합면을 살펴본 적은 없지만, 지각판과 멘틀은 분명 그 물성치가 다릅니다. 추정되는 밀도도 다릅니다. 마찰접합면에의 미끄러짐에 대한 마찰계수가 무엇이라고 단정할 수는 없지만, 같은 재질의 두 물체라 하더라도 마찰은 작용합니다. 섭입대를 인장력의 작용점이라고 본다면, 작용점에 가까울수록 이 마찰응력이 적용되는 거리가 짧아서 더 많이 이동되고, 멀수록 마찰응력이 커져서 더 적게 이동하는 것입니다.

의문2. 비슷한 경도에 있는 속초와 소백산과 영천과 밀양 4곳의 이동거리가 서로 다르고, 또 서울과 대전과 고흥 3곳의 이동거리도 왜 다를까요? 이것 또한 적어도 두 가지 원인이 있다고 봅니다. 첫째는 작용점을 동일본 대지진이 일어난 도호쿠 해역을 중심으로 우리나라 각지역까지 직선으로 긋고 그 직선의 지각 단면상의 지층이 모두 다르기 때문입니다. 어느 하나도 같을 수 없습니다. 하나의 단면에서도 구간마다 그리고 깊이마다 구성하고 있는 지층이 다르고 물성치도 다릅니다. 앞서 설명한 스프링 효과의 강성도 다 제각각이라서 어디는 느슨하여 더 늘어나고 또 어디는 단단하여 덜 늘어났을 것입니다. 예를들어 서울에서 도호쿠지진 진앙지까지 대략 1,650km인데, 그 사이 길이방향으로 서로 다른 성질의 수 십~수 백개의 다양한 지층과 단층이 있고, 깊이방향으로도 수 십개 이상의 지층과 단층이 있기 때문에 작용반응으로서의 변위가 지점마다 모두 다를 수 밖에 없습니다. 이렇게 2차면적으로도 분석량이 많은데 인접 지역들의 영향을 고려하는 3차원적 분석량은 더 헤아릴 수 없겠죠. 문제는 각 구성 지질의 성분에 대한 데이타소스가 거의 없다는 겁니다. 둘째는 지각판과 멘틀의 경계면이 균일한 수평이 아니라 들쑥날쑥하기 때문입니다. 멘틀은 고체면서도 유동성을 가지고 외핵 외면의 수 천도에 이르는 온도 영향으로 천천히 대류를 하는데, 지각판에 면한 부위에 대한 속도는 현재까지 추정하기로는 1~5cm/year 정도입니다. 1960년대부터 인정받은 판구조론에서의 지각판이동의 원동력을 멘틀의 대류로 보는데, 1994년 일본 동경대 마루야마교수가 주장한 플룸구조론 이후에는 섭입되어 맨틀 깊이 빠져드는 지각판이 압력에 의한 밀도 상승으로 더 깊이 내려앉으면서 동시에 수평 지각판을 더 끌어 당기는 효과도 있는 것으로 점차 밝혀지고 있습니다. 그러나 단순히 지각판이 멘틀 위에 떠다니는 판재가 아니라 더 복잡한 메커니즘으로 이동하고 있다는 것인데, 아직 멘틀의 정확한 유동성이나 대류속도와 방향이 밝혀지진 않았으므로, 그냥 아주 천천히 정지 상태에 가깝게 대류한다고 가정하면, 동일본 대지진때 갑작스러운 지각판의 이동으로 인해 맨틀과 지각판 사이에도 분명 힘의 변화가 생겼을 겁니다. 단순하게 생각해 보더라도, 지각 하부면이 들쑥날쑥하여 맨틀 위에서 이동하면서 그 면의 경사방향에 따라 맨틀의 저항이 있어서 압축력이 발생하는 부위와 그렇지 않고 인장력이 발생하는 부위가 생긴다고 추측할 수 있습니다. 지각판에 스프링효과 없는 무한강성체로 가정하더라도 전체적으로 이렇게 들쑥날쑥한 돌기형태가 많으면 맨틀의 마찰저항이 커서 이동이 덜 될 것이고, 거의 없다면 멘틀의 저항이 비교적 적어서 더 많이 이동될 것입니다. 그리고 지각판을 구성하는 각각의 지층에 각기 다른 스프링강성을 가지고 있다고 가정한다면 여러 돌기에서도 압축을 받는 구간은 덜 이동될 것이고, 그렇지 않은 구간은 좀 더 많이 이동될 것입니다.


아래 부게이상중력도를 통해 서로 비슷한 경도의 서울, 대전, 고흥의 이동 차이 원인에 대한 위의 가설에 대하여 각 지역에서 동쪽 이동 방향상의 지각판하부 돌기분포를 통해 살펴본다면, 

서울 일대는 고른 지각두께, 동쪽 진행방향으로 한반도 내에 횡성 동쪽 1곳에만 맨틀과의 압축 작용으로 2.11cm 이동.


대전 일대는, 쪽 진행방향으로 멘틀과 압축작용, 한반도 내에 속리산과 안동 일대에서 얕게 맨틀과의 압축 작용으로  1.93cm 이동.


고흥 일대는, 쪽 진행방향으로 멘틀과 압축작용, 동쪽으로 도호쿠 해역까지 쓰시마섬과 주코쿠/간사이/주부/간토지역을 거치면서 다수의 지각판 두께 차이 돌기에 의한 압축 작용으로 1.33cm만 이동된 것으로 추정.


100% 신뢰하기는 힘들겠지만 위 가설이 맞다면, 이번의 보령지진을 통해서 다음에는 어디에서 지진이 날 것인지를 예상해 볼 수 있지 않을까?


간단하게 하나의 예만 든다면, 최근 우리나라에서 벌어지고 있는 지진들이 직·간접적으로 동일본 대지진 때문이라는 가정하에, 보령지진 진앙지와 동일본 대지진 진앙지까지 붉은 선을 긋고, 그 사이에 지각판 두께가 달라지는 형상의 개략 단면도를 그리고, 지각판이 동쪽으로 이동할 때 맨틀과의 작용이 압축(C) 또는 인장(T) 구간으로 나눠보고, 응력이 쌓이는 압축대에서 단층이 지나가는 위치를 오버랩하면, 보령일대는 이미 지진이 났으니까(여진이나 본진이 또 날 수도 있지만) 다른 지역을 고려해 본다면 , 다음번에는 유성구, 대전시, 속리산 일대, 상주시, 도개면 등지에서 지진이 날 것으로 예상되며, 위 가설을 좀 더 신뢰한다면, 순차적으로는 유성→대전 또는 속리산→상주 순으로 발생하지 않을까. 조심스럽게 예측해 봅니다. 물론 하나의 직선 상에 놓여진 위치에서만 예상한 것이고, 그 외 지역은 고려하지 않았습니다.



 

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