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포항지진은 촉발지진…진원 깊이 등 남은 쟁점들

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2019년 03월 20일 12:55 프린트하기

대한지질학회를 중심으로 구성된 포항지진 정부조사연구단이 질의응답하고 있다. 조승한 기자 shinjsh@donga.com
대한지질학회를 중심으로 구성된 포항지진 정부조사연구단이 발표를 하고 있다. 연구단은 포항지진 원인이 물 주입에 따른 '촉발지진'이라는 결론을 내렸다.  조승한 기자 shinjsh@donga.com

대한지질학회를 중심으로 구성된 정부조사연구단이 1년간 연구 끝에 2017년 11월 15일 발생한 규모 5.4의 포항지진 원인이 지열발전을 위한 물 주입에 따른 ‘촉발지진’이라는 결론을 내렸다.

촉발지진은 규모 5.4의 지진 전체가 지열발전소 물 주입에 의해 직접 발생했다는 ‘유발지진’과 달리, 물 주입으로 유발된 작은 지진(미소지진)이 스트레스가 쌓여 임계 상태에 있던 (알지 못했던) 단층에서 스트레스를 방출하며 큰 지진을 발생시킨 지진이다.

 

그러나 지열발전을 위한 지열정의 끝부분인 깊이 4km 인근을 중심으로 데이터를 분석한 정부조사연구단의 결과와는 달리 규모 5.4의 포항지진 본진 진원 깊이가 다르다는 이견도 여전히 존재한다. 또 주입된 물의 양과 기존 통상적인 지열발전에 의한 유발지진 양상과는 다르다는 점, 포항지진 본진이 일어난 단층에 축적된 임계응력에너지가 어떻게 쌓였는지는 아직 명확하지 않다.

 

2016년 일어난 규모 5.8의 경주지진이 포항지진의 방아쇠 중 하나라고 분석한 연구결과를 지난 8월 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트’에 실었던 홍태경 연세대 지구시스템과학과 교수는 포항지진이 유발지진이라는 근거가 부족하다는 입장이다. 홍 교수는 “현재 포항지진 원인을 분석할 수 있는 가능한 모든 데이터를 확보해 논문을 작성한 상태이며 곧 학술지 사이언스에 투고할 예정”이라고 밝혔다.

 

남아 있는 이견과 쟁점은 크게 두 가지다. 우선 지진이 발생한 위치인 진원의 깊이로 측정된 수치가 정확하냐는 것이다. 진원의 깊이인 4㎞가 지열발전을 위해 물을 주입한 깊이와 일치한다는 게 촉발지진의 주된 근거로 제시됐다.

 

문제는 이번 포항지진에서는 측정에 주로 쓰이는 느린 S파보다 빠른 P파의 도착 시간만 측정된 것이다. 지진이 너무 강했던 데다 지진계가 진앙 위치에서 가까워 지진계가 P파의 작은 진폭만으로도 측정 한계에 도달해버려 S파 도달을 측정하지 못했다.

 

본진 주변 지진계 측정자료에 따르면 P파가 가장 먼저 도달한 지진계와 가장 늦게 도달한 지진계 사이의 도달시간 차이가 0.03초에 불과했다. 지진계는 0.01초에 한 번씩 측정이 가능하므로, 더 짧은 시간은 분간이 어렵다. 그러므로 어떤 지점을 P파 도달 시점으로 특정하느냐에 따라 진원의 깊이가 4~6㎞로 달리 측정되는 큰 오차가 날 수 있다는 게 홍 교수의 설명이다. 같은 자료를 바탕으로 홍 교수 연구팀이 추정한 진원의 깊이는 6.1㎞다. 

 

포항지진이 발생한 주변 지역 지질에 지진파가 전파되는 속도를 나타내는 속도구조 모델도 논란거리다. 지열발전을 위해 땅을 파 내려가는 과정에서 얻은 실제 땅의 속도구조 데이터가 존재하는데, 2017년 4월 사이언스에 발표된 포항지진이 유발지진이라고 주장한 연구에서는 이를 제대로 반영하지 않았다는 지적이다. 홍 교수는 “김광희 부산대 교수 연구팀이 쓴 속도구조는 실제보다 훨씬 느리고, 그리골리 교수는 빠른 걸 썼다”며 “서로 다른 속도를 썼는데도 결과가 4㎞로 맞는 상황”이라고 지적했다. 

 

다른 쟁점은 기존에 보고된 유발지진의 패턴이 이번 포항지진에서는 보이지 않는다는 점이다. 지열발전으로 인한 유발지진이 발생했던 스위스 바젤의 경우 본진이 발생하기 이전에 수천 건의 미소지진이 발생했다. 반면 포항지진은 규모 2.0 이하 미소지진을 합해도 100건밖에 되지 않았다는 게 홍 교수의 설명이다. 실제로 포항지진이 발생하기 전까지 4번의 물 주입 동안 공식적으로 측정된 규모 2.0 이상의 지진은 3건이었다. 본진은 마지막 물 주입 이후 2개월만에 발생했다.

 

정부조사연구단이 결론을 발표하기 전인 지난해 12월에는 2개월의 시간차가 포항지진을 유발지진으로 보기 어렵게 하는 증거라는 분석도 나왔다. 지난해 12월 열린 ‘2018 미국지구물리학회 가을 학술대회’에서 아서 맥가 미국 지질조사국 박사는 “다른 곳의 경우 물을 주입하고 지진이 수일 내 발생했지만 포항지진은 물을 주입한 이후 두 달 만에 발생했다”며 “이것이 유발지진일 경우 수일 이상의 간격을 두고 유발지진이 발생한다는 새로운 증거”라고 언급했다.

 

포항지진과 같은 큰 지진을 유발하려면 지열발전을 위해 주입한 물보다 훨씬 많은 물이 필요하다는 지적도 있다. 홍 교수는 “지금까지 유발지진에 대해 알려진 경험식으로 보면 남아있는 물 규모를 놓고 봤을 땐 규모 3 정도, 물이 하나도 빠져나가지 않았다고 가정해도 3.5 수준의 지진이 발생해야 한다”며 “규모 5.4가 일어나려면 이론적으론 천 배 가까운 물이 들어가야 한다”고 말했다. 

 

홍 교수는 이번 지진은 복합적 원인이 있다고 봤다. 홍 교수는 “포항지역은 조선왕조실록에서도 규모 5 정도 지진이 5차례 보고되는 등 활성단층이 있는 곳인데, 1970년부터 별다른 지진이 없었다는 것은 활성단층이 힘을 축적하는 과정으로 해석된다”며 “여기에 동일본대지진과 경주지진이 발생하면서 포항지역의 지각이 약화됐다”고 말했다. 

 

이번 포항지진은 활성단층이 에너지를 축적하고, 외부 지진으로 인해 지각이 약해진 상황에서 물 주입이 방아쇠를 당겼을 수 있다는 게 홍 교수의 설명이다. 홍 교수는 “지진 위험이 있던 지각에 쌓인 힘이 여러 계기로 인해 폭발한 것”이라며 “물 주입만 놓고 볼 것이 아니고 전체를 봐야 포항지진을 이해할 수 있을 것이라 생각한다”고 강조했다. 맥락상으로는 정부조사연구단이 결론을 내린 '촉발지진과 유사한 의견이지만 진원 깊이나 주입된 물의 양, 축적된 응력에너지의 원인 등에서 이견을 보인 것이다. 

 

이와 관련 해외조사위원회는 촉발지진이 일어난 단층에 축적된 응력에너지가 경주지진과 직접적인 연관이 있느냐는 질문에 "100% 단정할 순 없지만 직접 영향을 줬다고 보기에는 거리가 있다"고 밝혔다. 이강근 정부조사연구단장은 "동일본 지진이나 경주지진이 포항지진 단층면에 응력변화를 줬는지 계산한 결과 포항지진 단층을 움직일 정도의 응력을 주지는 못한 것으로 분석됐다"고 말했다. 

 

20일 경북 포항시 북구 흥해읍 남송리에 있는 포항지열발전소 전경이다. 현재 가동이 중단된 상태이다. 연합뉴스
20일 경북 포항시 북구 흥해읍 남송리에 있는 포항지열발전소 전경이다. 현재 가동이 중단된 상태이다. 연합뉴스
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