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포항지진 정부조사연구단 여인욱(전남대)-이강근(서울대) 교수팀 촉발/유발지진 발생메카니즘 제시한 논문 출간
포항지진 정부조사연구단 여인욱(전남대)-이강근(서울대) 교수팀 촉발/유발지진 발생메카니즘 제시한 논문 출간
  • 하영
  • 승인 2020.05.26 19:36
  • 댓글 0
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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 도시하였다. 단층에서의 공극압은 4월 15일경 가장 크게 나타나 규모 3.2의 지진은 물 주입에 의해 발생한 것으로 분석되었다. 2017년 9월 물 주입 종료 후 2017년 11월 15일의 공극압은 점진적으로 감소하였다. 하지만 쿨롱응력모델 결과, 이전 지진들에 의한 응력의 전이로 인해 2017년 11월 15일 포항지진의 진원에서 쿨롱응력의 변화가 공극압보다 더 크게 나타났다. 물 주입에 의해 발생한 지진들의 상호작용에 의해 큰 지진이 촉발된 것을 의미한다.
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 도시하였다. 단층에서의 공극압은 4월 15일경 가장 크게 나타나 규모 3.2의 지진은 물 주입에 의해 발생한 것으로 분석되었다. 2017년 9월 물 주입 종료 후 2017년 11월 15일의 공극압은 점진적으로 감소하였다. 하지만 쿨롱응력모델 결과, 이전 지진들에 의한 응력의 전이로 인해 2017년 11월 15일 포항지진의 진원에서 쿨롱응력의 변화가 공극압보다 더 크게 나타났다. 물 주입에 의해 발생한 지진들의 상호작용에 의해 큰 지진이 촉발된 것을 의미한다.
물 주입에 의해 발생한 지진들의 상호작용에 의해 큰 규모의 지진이 촉발되는 메카니즘을 설명하는 모식도이다. 물 주입에 따라 공극압이 증가하면서 단층에서 작은 규모의 지진들이 발생한다. 물 주입 이후에도 지중의 공극압은 지속적으로 증가하며 지진들을 발생시킨다. 공극압의 증가가 감소하는 단계에서도 이러한 지진들의 상호작용에 의해 약해진 단층에서 더 큰 지진이 발생한다.
물 주입에 의해 발생한 지진들의 상호작용에 의해 큰 규모의 지진이 촉발되는 메카니즘을 설명하는 모식도이다. 물 주입에 따라 공극압이 증가하면서 단층에서 작은 규모의 지진들이 발생한다. 물 주입 이후에도 지중의 공극압은 지속적으로 증가하며 지진들을 발생시킨다. 공극압의 증가가 감소하는 단계에서도 이러한 지진들의 상호작용에 의해 약해진 단층에서 더 큰 지진이 발생한다.

포항지진 정부조사연구단에 참여했던 주요 연구자들이 포항 Mw 5.5 지진 사례를 통해 물 주입에 따른 촉발/유발지진 발생 메카니즘을 제시한 “Causal mechanism of injection-induced earthquakes through the Mw 5.5 Pohang earthquake case study”논문을 자연과학분야의 권위있는 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 5월 26일(화)자에 게재하였다.

 이 논문은 그동안 소량의 물 주입으로 포항지진과 같은 큰 지진이 촉발될 수 있느냐에 대한 의견들이 제시되었는데, 이번 연구는 포항지진 사례를 통해 그것이 충분히 가능하다는 것을 과학적으로 입증하였다. 포항지진정부조사연구단은 2019년 3월 포항지진의 원인에 관한 결론을 공식적으로 발표한 이후, 결론의 근거가 된 세부적인 분석 내용을 국제적으로 논문 게재를 통해 검증하면서 국제학계에 포항지진과 같은 유사 사례를 예방하기 위한 방안을 제안하는 노력을 전개하고 있다. 이번 논문은 포항지진정부조사연구단이 게재한 4번째 논문으로 이 논문과 이전의 3편의 논문(Science 게재 논문, Seismological Research Letters (SRL) 게재 논문, JGR-Solid Earth 게재 논문)을 합하면 포항지진의 원인에 관한 주요 이슈들을 거의 다 다루었으며, 포항지진이 촉발지진이라는 결론에 이른 정부조사연구단의 분석 내용이 국제 학계의 논문 리뷰 시스템을 통해 검증되었다고 할 수 있다.

연구진들은 포항지열발전시설 인근에서 발생한 2017 Mw 5.5 포항지진의 사례연구를 통해 물 주입에 따른 촉발지진의 발생 메카니즘을 제시하였다. 공극압 변화와 쿨롱 응력전달 모델링을 통해 초기에 물 주입에 따른 공극압의 변화가 임계 응력상태에 있던 단층에 미소 지진들을 발생시켰다. 미소지진에 의한 응력의 이동을 통해 축적된 변형에너지가 순차적으로 다른 지진의 발생을 촉진하는 과정을 거치면서 지진의 상호작용에 의해 더 큰 지진을 초래(촉발)한다는 것을 보여주었다. 연구진은 이 연구결과를 통해“공극압의 변화와 초기 지진들의 위치, 그리고 이러한 지진들로부터 야기되는 응력의 변화 과정을 실시간으로 평가하는 것이 큰 지진의 촉발 가능성을 판단하는데 매우 중요하다”고 제언하였다.

이강근 교수
이강근 교수

이 연구에는 포항지진 정부조사연구단 총괄단장으로 참여했던 서울대학교 이강근 교수, 해외조사위원장인 미국 콜로라도 대학교 Shemin Ge 교수, 국내조사단장으로 참여했던 전남대학교 여인욱 교수(제1저자), 미국 노던일리노이 대학교 Megan Brown 교수가 참여했다.


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