해양방위연구센터 선임연구원 김광희

2011년 3월 11일 일본 도호쿠(東北) 대지진 및 지진해일의 피해를 목격하면서, 우리나라 국민들의 지진에 대한 관심과 우려가 커지고 있다. 특히 일본 도호쿠 지진의 경우 원자력 발전소 사고로 인한 방사능이 유출되면서 전 세계의 방사능 피해에 대한 우려도 더욱 커졌으며, 에너지소비의 상당부분을 원자력으로 충당하고 있는 우리나라로서는 더욱이 이웃나라 일본의 인적, 물적 피해를 남의 일처럼 볼 수 없는 상황이 되었다.

  지진재해는 지구상에서 발생하는 많은 자연재해 중에서도 가장 갑작스럽게 닥쳐오고, 그 피해 규모가 다른 어느 자연재해 보다 크게 확대되는 경향이 있다. UN 산하기구인 CRED(Center for Research on the Epidemiology and Disasters)의 통계 자료에 의하면 전 세계 지진 발생 횟수는 지구상에서 발생하는 총 자연재해 횟수의 10% 미만이지만, 지진으로 인한 인명과 재산피해는 자연재해로 인한 전체 피해의 30%에 달하고 있다. 그러나 현재의 과학 기술 수준으로는 지진발생에 관한 정확한 단기 예보가 불가능하다.

지진은 단층면을 따라서 오랜 기간에 걸쳐 축적된 응력이 임계한도에 도달하여 발생하는데, 새로운 단층을 형성하면서 발생하기 보다는 이미 기존에 존재하고 있던 단층에서 발생하는 경우가 대부분이다. 이 때문에 과거에 발생한 지진을 정확히 분석하고, 현재 지진이 발생하고 있는 현황을 정확히 파악함으로서 대규모 지진이 발생할 수 있는 단층의 위치와 크기 등에 관한 정보를 알아낼 수 있다. 우리나라에서 발생하는 지진 또한 넓은 지역에 걸쳐 일정한 규칙 없이 산만하게 발생하는 것처럼 보이지만 알고보면 같은 장소 혹은 비슷한 장소에서 반복적으로 발생하는 경우가 많다. 우리나라는 대규모 지진 다발지역에 위치하고 있지 않지만, 과거 발생한 지진의 위치를 살펴보면 우리나라에서는 한반도 남동부에 위치한 양산단층 시스템을 따라서 비교적 많은 수의 지진이 발생하였으며, 육상에서 발견된 양산단층 시스템의 해저 연장선상에 위치하는 동해 해저에서도 비교적 많은 수의 지진이 꾸준히 발생하고 있다.

우리나라에서 본격적인 계기지진 관측 역사는 불과 40여년에 불과하므로 수 백년을 주기로 발생하는 대규모 지진의 발생현황을 이해하기 위해서는 과거 역사기록을 참고해야만 한다. 우리나라 지진 및 지진해일에 관한 기록은 삼국사기, 고려사, 조선왕조실록 등의 역사문헌에 수록되어 있으며, 특히 조선시대 이후의 기록은 상당히 정확하고 구체적이다. 역사문헌에 지진과 지진해일이 동시에 기록되어 있는 경우가 있는데, 조선왕조실록에는 다음과 같은 지진 및 지진해일관련 기록이 있다.

강원도(江原道)에서 지진(地震)이 일어났는데, 소리가 우레가 같았고 담벽이 무너졌으며, 기와가 날아가 떨어졌다. 양양(襄陽)에서는 바닷물이 요동쳤는데, 마치 소리가 물이 끓는 것 같았고, 설악산(雪岳山)의 신흥사(神興寺) 및 계조굴(繼祖窟)의 거암(巨巖)이 모두 붕괴[崩頹]되었다. 삼척부(三陟府) 서쪽 두타산(頭陀山) 층암(層巖)은 옛부터 돌이 움직인다고 하였는데, 모두 붕괴되었다. 그리고 부(府)의 동쪽 능파대(凌波臺) 수중(水中)의 10여 장(丈) 되는 돌이 가운데가 부러지고 바닷물이 조수(潮水)가 밀려가는 모양과 같았는데, 평일에 물이 찼던 곳이 1백여 보(步) 혹은 5, 60보 노출(露出)되었다. 평창(平昌)·정선(旌善)에도 또한 산악(山岳)이 크게 흔들려서 암석(巖石)이 추락하는 변괴(變怪)가 있었다. 이후 강릉(江陵)·양양(襄陽)·삼척(三陟)·울진(蔚珍)·평해(平海)·정선(旌善) 등의 고을에서 거의 10여 차례나 지동(地動)하였는데, 이때 8도(八道)에서 모두 지진이 일어났다.

그림1. 조선왕조실록 숙종 11권,  7년(1681년) 5월 11일 강원도 지진 및 지진해일관련 기록 (자료출처:조선왕조실록 홈페이지)

만약 동해연안에서 지진에 대한 기록 없이 지진해일에 관한 기록만 있다면, 일본 서부해저에서 발생한 대규모 지진으로 인하여 지진해일이 발생했을 가능성이 있다. 그러나 동해연안에서 지진과 지진해일이 함께 기록되어 있다면, 이것은 한반도와 가까운 해저에서 대규모 지진이 발생하였고 이에 따른 지진해일이 발생했음을 의심하여야 한다. 이는 과거 대규모 지진 및 지진해일 발생기록과 함께 동해해저에 아직 그 존재가 확인되지 않은 대규모 해저단층의 존재가능성을 암시하고 있다. 

그림2. 우리나라 지진발생 현황  (1978년~2010년, 지진목록제공:기상청)		그림3. 동해 지진발생현황 (2007~2010).  지진관측소의 위치가 삼각형으로 표시되어있다

  
위 그림을 보면 우리나라 동해에서 비교적 큰 지진들이 자주 발생하고 있음을 알 수 있고, 특히 울진-영덕-포항 앞바다에서 크고 작은 지진이 꾸준히 발생하고 있음을 알 수 있다. 이 지역은 지체구조상 한반도 대륙붕에 해당하는 지역으로서 해양지각 특성의 동해 해저지각으로부터 대륙지각 특성의 한반도 지각으로의 변화가 발생하는 지역이다. 그림 2와 그림 3의 동해 해저에서 발생하는 대부분의 지진은 직？간접적으로 해양지각-대륙지각 변화와 관련이 있을 것으로 생각되지만, 정확한 상관관계는 아직도 밝혀지지 않았다. 


    

일반적으로 지진이 발생하면 육상에 분포되어 있는 지진관측망에서 지진신호를 관측하게 되고, 이를 이용하여 지진 발생위치, 발생시간 및 규모를 결정하게 된다. 하지만 모든 지진관측소가 육상에 위치해 있어 영덕앞바다에서 발생하는 미소지진들은 육상관측소에서 관측이 안 되는 경우가 대부분이므로, 실제 그림에 표시된 것보다 많은 수의 지진이 발생하고 있을 것으로 생각된다. 이에 우리 연구원에서는 동해에서 발생하는 지진을 가까운 거리에서 정밀 모니터링하기위한 노력을 수행하고 있다. 이 연구에서는 2011년 10월부터 6개월간 이동식 해저지진계 4대(그림 4)와 육상지진계 8대를 이용한 영덕앞바다 지진 정밀/근접 감시가 포함되어 있다.  

그림 4. 그림 이동식 해저지진계 (Ocean Bottom Seismograph)

우리나라의 지진관측 및 관련연구는 지난 10여 년 동안 괄목할 만한 성장을 이루어 냈다. 그러나 현재와 같이 육상에 한정된 지진관측만으로는 해저에서 발생하는 지진에 대한 정확한 정보획득, 해저지진으로 인한 연안시설물 위험성 규명, 해저활단층 규명, 한반도 주변해역에 존재하는 대형 단층으로 인한 피해 예상 등이 불가능하다. 정확한 해저지진 발생특성 파악은 해저지진이 발생하는 지역에서 지진을 정밀 근접 감시함으로써 가능할 것이다. 정확한 해저지진의 발생현황 파악은 지진을 일으키는 지하구조의 규명을 가능하게 할 것이고, 일단 피해를 일으키는 지하구조를 알고 얼마나 자주 지진이 발생하는지를 규명할 수 있다면, 보다 효과적인 지진 및 지진해일에 대한 대비도 가능할 것이다.

2011-12-19