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“포항 지진, 지열발전 자극으로 유발 가능성”…논문 2편 ‘사이언스’ 게재

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2018년 04월 27일 03:00 프린트하기

지난해 11월 포항에서 규모 5.4 지진이 발생했을 당시의 피해 지역 모습. - 사진 출처 뉴시스
지난해 11월 포항에서 규모 5.4 지진이 발생했을 당시의 피해 지역 모습. - 사진 출처 뉴시스

“진원지, 지열발전소 지열정 아래 150m 위치”
한국과 유럽 연구진 나란히 ‘사이언스’ 논문

지난해 11월 발생한 리히터 규모 5.4의 경북 포항 지진이 지열발전에 의한 자극으로 일어났을 가능성이 높다는 연구 결과가 나왔다. 포항 지진과 지열발전의 연관성에 대한 의혹은 이전에도 제기된 바 있지만 과학적 근거가 논문을 통해 발표된 것은 이번이 처음이다.
 
이진한 고려대 지구환경과학과 교수 팀은 김광희 부산대 지질학과 교수팀과 공동으로 포항 지진기록 데이터를 분석한 결과, 포항 지진 본진의 진원이 포항 지열발전소의 지열정(주입정) 2곳 중 1번 지열정 아래 약 150m 지점에 위치해 있는 것으로 나타났다고 과학저널 ‘사이언스’ 27일자에 발표했다. 연구진이 분석한 여진 210의 진원지를 토대로 추정한 단층면(역단층) 역시 지열정 바로 아래였다.
 

 

포항 지진의 본진과 여진의 진원을 바탕으로 추정한 단층면(역단층)의 위치. 본진의 진원지는 포항 지열발전소의 1번 지열정(주입정) 아래 약 150m 지점(4.5㎞ 깊이)에 위치해 있는 것으로 추정된다는 연구 결과가 나왔다. - 자료: 사이언스
포항 지진의 본진과 여진의 진원을 바탕으로 추정한 단층면(역단층)의 위치. 본진의 진원지는 포항 지열발전소의 1번 지열정(주입정) 아래 약 150m 지점(4.5㎞ 깊이)에 위치해 있는 것으로 추정된다는 연구 결과가 나왔다. - 자료: 사이언스

같은 날 프란체스코 그리골리 스위스 취리히연방공대(ETH) 교수팀 역시 영국, 독일 연구진과 함께 포항 지진은 통상적으로 한반도에서 일어나는 지진의 진원 깊이(10∼20㎞)보다 지표면에 가까운 4.5㎞ 지점에서 일어났고, 이 진원지의 위치가 지열발전소 시설과 매우 가깝다는 점 등을 들어 포항 지진이 지열발전과 연관돼 있을 가능성이 있다고 사이언스 27일자에 발표했다. 위성자료와 지진계 데이터 등을 비교 분석한 결과다. 국내 최대 규모 지진이었던 2016년 9월 규모 5.8의 경주 지진 역시 진원 깊이가 14㎞였다.
 
지열발전소에서는 발전 효율성을 높이기 위해 주입정에서 지하 암반에 물을 주입해 인공적인 틈을 만드는 수리자극을 한다. 이때 상대적으로 높아진 수압으로 규모 3.5 이하의 유발지진이 발생할 수 있다고 알려져 있다.

 

포항 지열발전소는 2016년 1월부터 지난해 9월까지 5차례에 걸쳐 총 1만2800m³의 물을 주입했다. 하지만 주입 속도는 초당 49L에 불과한 낮은 수압이었다. 기존 이론에 따르면 이런 낮은 수압으로 규모 5.4의 지진이 발생하려면 810배 많은 양의 물이 주입돼야 한다. 이 교수는 “포항 지열발전소에서 주입한 물이 바로 단층대에 흘러들어가 자극을 준 것으로 보인다. 이것이 낮은 수압에도 큰 지진이 발생한 이유일 수 있다”고 설명했다.
 

1978년 이후 지열발전소 건립 전까진
규모 2.0 이상 지진 일어난 적 없어
지난해 4월엔 물 주입 후 규모 3.1 지진


연구진은 1978년 이후 지열발전소 실증 시설이 건립된 2015년 이전까지 반경 10㎞ 이내에서 규모 2.0이 넘는 지진이 발생한 적이 없었는데, 이후 수리자극을 하면서 점차 지진 발생 횟수가 증가했다는 점도 근거로 들었다. 수리자극 직후에 일어난 유발지진으로 확인된 지진 150건 중 4건은 규모 2.0이 넘었다. 그리골리 교수는 “포항 지진의 본진과 상대적으로 큰 규모의 여진들은 지열발전소 2㎞ 이내에서 발생했다. 지난해 4월 15일 수리자극 당시 발생한 규모 3.1의 유발지진도 지열발전소 1.5㎞이내”라고 설명했다. 

 

만약 연구진의 이 같은 주장이 사실로 밝혀질 경우 포항 지진은 세계적으로 가장 큰 규모의 지열발전 유발지진이자 인적, 물적 피해를 입힌 첫 유발지진이 된다. 현재까지 보고된 유발지진 중 가장 큰 규모의 지진은 스위스 바젤 지열발전소에서 3.4 규모로 발생한 지진이다.
 

포항 지진 본진과 여진의 진앙지와 포항 지열발전소의 위치. 동그라미 크기가 클수록 리히터규모가 큰 지진을 의미한다. 본진을 포함한 큰 규모의 지진은 지열발전소 반경 2㎞ 이내에서 발생했다. - 자료: 사이언스
포항 지진 본진과 여진의 진앙지와 포항 지열발전소의 위치. 동그라미 크기가 클수록 리히터규모가 큰 지진을 의미한다. 본진을 포함한 큰 규모의 지진은 지열발전소 반경 2㎞ 이내에서 발생했다. - 자료: 사이언스

지질학계 “직접적 증거 수집 더 필요”
정부 출범 정밀조사단, 현장 실측조사 착수
관련 자료 총망라해 내년 2월까지 결론

다만 지질학계 전문가들은 포항 지진과 지열발전의 연관성을 입증하려면 좀 더 직접적인 근거가 필요하다는 입장이다. 산업통상자원부 ‘포항 지진과 지열발전의 연관성 분석연구단’의 총괄책임자인 이강근 서울대 지구환경과학부 교수(대한지질학회장)는 “포항 지진은 마지막 수리자극 후 두 달 뒤에 일어났다. 두 논문 모두 이런 지연 시간을 설명할 근거가 없다”고 말했다. 연구단의 여 교수도 “단층대의 지질학적, 수리(水理)적 특성에 대한 실측치가 반드시 반영돼야 한다”고 강조했다. 

 

앞서 정부는 포항지진과 지열발전의 연관성 의혹이 불거지자, 산업통상자원부를 주축으로 공모를 거쳐 지난달 초 연관성 분석연구단을 꾸렸다. 전면적인 정밀 조사에 착수한 연구단은 현장실험을 통해 물 주입량에 따른 주입 압력과 암반의 지질학적 특성 등 관측치를 얻는 것은 물론이고 지진기록 데이터, 위성자료 같은 활용 가능한 모든 자료를 총망라한다. 여 교수는 “이번에 발표된 논문 2편은 정부 출범 연구단과는 무관하다. 하지만 관련 연구진들에게도 연구 자료를 제공받아 참고하기로 했다”고 말했다.

 

같은 시뮬레이션 모델로도 암반의 ‘확산계수’ 특성에 따라 결과가 크게 달라질 수 있다는 게 연구단 관계자들의 설명이다. 확산계수는 암반에 주입한 물이 얼마나 잘 흘러가는지를 나타내는 값이다. 확산계수가 낮으면 많은 양을 주입해도 수압이 크게 높아지지 않고, 반대로 확산계수가 높으면 적은 양을 주입해도 수압이 순간 높아질 수 있다. 여 교수는 “우리 연구단은 현장조사를 바탕으로 최대한 신중하게 접근할 계획이다. 내년 2월까지는 결론을 내릴 수 있을 것”이라고 설명했다.
 
한편 포항 지열발전소는 메가와트(MW)급 지열발전 상용화 기술 개발을 위한 실증 시설로 2015년 건립됐다. 지난해 11월 15일 국내 발생 지진 중 가장 큰 피해를 입힌 포항 지진이 발생한 직후부터 유발지진 논란에 휩싸였다. 지난달 대구지방법원 포항지원은 포항지진 범시민대책본부가 포항지열발전소와 넥스지오를 상대로 낸 ‘발전소 공사 및 운영중지 가처분 신청’을 받아들여 산자부 지정 연관성 분석연구단의 조사 결과가 나올 때까지 포항지열발전소에 설치한 제반 설비 가동을 중지한다고 결정했다.

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