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이웃집과학자

포항 지진 발생 원리 결론

By 이웃집과학자

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포항 지진 정부조사연구단에 참여했던 주요 연구자들이 포항 Mw 5.5 지진 사례를 통해 물 주입에 따른 촉발·유발지진 발생 메카니즘을 제시한 논문이 <Nature Communications>에 게재됐습니다.  

지진.

출처AdobeStock
소량의 물 주입, 큰 지진 촉발할 수 있다

이 논문에서는 그동안 소량의 물 주입으로 포항 지진과 같은 큰 지진이 촉발될 수 있느냐에 대한 의견들이 제시됐는데요. 포항 지진 사례를 통해 그것이 충분히 가능하다는 사실을 과학적으로 입증했습니다. 포항지진정부조사연구단은 2019년 3월 포항 지진의 원인에 관한 결론을 공식적으로 발표했습니다. 이후, 결론의 근거가 된 세부적인 분석 내용을 국제적으로 논문 게재를 통해 검증하면서 국제학계에 포항지진과 같은 유사 사례를 예방하기 위한 방안을 제시하려 노력해오고 있습니다.

단층이 미끄러지면 암석이 분쇄되거나 마모되어 형성된 세립질의 점토를 단층비지(Fault Goughe)라고 하는데 단층비지가 존재하는 경우(Case A)와 아닌 경우(Case B)에 대해 공극압 분석 결과를 도시한 그림. 이 두 경우에 대해 2017년 4월 15일 규모 3.2의 지진과 2017년 11월 15일 규모 5.5의 포항지진이 발생할 당시 단층과 그 주변 지중에서의 공극압의 분포를 도시했다.

출처서울대학교

이번 논문은 포항지진정부조사연구단이 게재한 4번째 논문입니다. 이 논문과 이전의 3편의 논문(Science 게재 논문, Seismological Research Letters (SRL) 게재 논문, JGR-Solid Earth 게재 논문)을 합하면 포항 지진의 원인에 관한 주요 이슈들을 거의 다 다루게 됩니다. 포항지진이 촉발 지진이라는 결론에 이른 정부조사연구단의 분석 내용이 국제 학계의 논문 리뷰 시스템을 통해 검증되었다고 할 수 있습니다.

물 주입에 의해 발생한 지진들의 상호작용에 의해 큰 규모의 지진이 촉발되는 메카니즘을 설명하는 모식도.

출처서울대학교

연구진들은 포항지열발전시설 인근에서 발생한 2017 Mw 5.5 포항지진의 사례 연구를 통해 물 주입에 따른 촉발 지진의 발생 메카니즘을 제시했습니다. 공극압 변화와 쿨롱 응력 전달 모델링을 통해 초기에 물 주입에 따른 공극압의 변화가 임계 응력 상태에 있던 단층에 미소 지진들을 발생시켰습니다. 미소 지진에 의한 응력의 이동을 통해 축적된 변형 에너지가 순차적으로 다른 지진의 발생을 촉진하는 과정을 거치면서 지진의 상호작용에 의해 더 큰 지진을 초래(촉발)한다는 것을 보여줬습니다.

  •  쿨롱 응력전달 (Coulomb Stress Transfer)

지진이 발생하면 단층을 따라서 암석의 불연속적인 변형이 일어나고 이로 인하여 주변 암석에 응력의 변화를 초래하게 됩니다. 지진의 발생으로 이렇게 주변에 응력이 전달되는 것을 쿨롱 응력전달이라고 합니다.

  • 공극압 (pore pressure)

암석이나 토양사이의 틈을 공극이라고 하며 공극압은 공극을 채우고 있는 유체의 압력을 말합니다.


연구진은 이 연구 결과를 통해 "공극압의 변화와 초기 지진들의 위치, 그리고 이러한 지진들로부터 야기되는 응력의 변화 과정을 실시간으로 평가하는 것이 큰 지진의 촉발 가능성을 판단하는데 매우 중요하다"고 제언했습니다.

##참고자료##

  • I. W. Yeo et al., "Causal mechanism of injection-induced earthquakes through the Mw 5.5 Pohang earthquake case study", Nature Communications volume(2020)  


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