포항 지진, 새로운 지진의 전조인가
[함께 사는 길] 현 기술로는 예측 불가능, 국가와 지역사회 안전망 확충이 우선이다
2018.01.13 13:57:12
경주 지진의 원인조차 밝혀지지 않은 상황에서 지난해 11월 포항 북구에서 규모 5.4의 지진이 발생했다. 규모는 경주 지진에 비해 4분의 1 크기에 불과하였으나 시설물과 경제적 피해는 이를 훨씬 초과하였다. 진앙에 인접한 흥해관측소와 포항관리소에서 확인된 진도는 576gal(최대지반가속도)과 221gal이었고 이것은 규모 6.0 이상의 지진에서 관측되는 지진동에 해당한다. 지진 피해는 규모에 비례하는 것이 일반적이나 지표에서 느끼는 진동의 크기(진도)에 따라 체감하는 정도가 다른데 포항 지진은 진원의 깊이가 3~6킬로미터로 얕은 깊이에서 발생하여 에너지의 감쇠가 적었고, 에너지가 큰 중저주파의 방출이 우세하였다. 그리고 퇴적분지의 연약지반이 넓게 발달하는 지반 특성으로 인해 지진파가 증폭되어 규모에 비해 큰 피해를 주었다.
지진 발생 가능성 커져
경주 지진 이전까지 한반도는 지진 안전지대라는 생각이 자리 잡고 있었다. 계기지진이 관측된 이후 최대지진은 규모 5.0을 넘지 않았고, 실제 관측된 지진 기록은 미소지진이 대부분으로 이는 지각에서 흔히 관찰되는 자연적 현상으로 이해되었다. 경주 지진 발생 직전에 지각의 경계(수렴)부로 알려진 환태평양조산대에서 수백 킬로미터를 벗어난 구마모토(일본, 규모 7.3)와 울산(규모 5.0)에서 지진이 발생하였으나 다수의 전문가는 새로운 대규모 지진에 대해 회의적이었다.
몇 해 전부터 여러 기관에서 수행된 GPS 정밀 관측 자료를 토대로 도호쿠대지진(동일본지진) 이후 한반도에 작용하는 힘(응력)이 변화된 것이 알려졌다. 경주 지진의 주향이동단층 운동과 포항 지진의 역단층 운동은 변화된 응력의 작용 방향과 일치하는 결과를 보여준다.
경주 지진으로 양산단층대가 재활동하기 시작한 것인지, 아니면 일회성 변형인지에 대한 논의에 대한 분명한 해답은 될 수 없겠으나 포항 지진을 통해 양산단층대 주변으로 응력이 지속해서 쌓이고 축적된 에너지가 주기적으로 방출되는 환경은 조성된 것으로 볼 수 있다. 또한, 지진 발생 가능성은 어느 때보다 커진 것으로 여겨진다.
동해안을 따라 신생대 제3기 동안 형성된 퇴적분지가 산재하고 있다. 분지는 만들어지는 과정에서 화산작용과 단층운동이 활발하여 다른 지역에 비해 암석의 파쇄대가 넓게 발달한다.
특히 우리나라의 제3기 퇴적층은 모래, 점토 등의 입자가 암석으로 고결되지 못한 상태에서 지각이 융기되어 지질공학적으로 내구성이 매우 취약한 미고결 상태의 암석으로 남아있다. 영덕에서 울산까지 해안에 분포하는 퇴적분지들은 양산단층을 경계로 동쪽에 위치하며 포항 지진이 발생한 북구 지역도 여기에 속한다.
경주 지진에서 방출된 에너지는 전파되는 동안 주위 지반에 영향을 주었고 지반은 분지 퇴적물의 공학적 취약성으로 인해 더 많은 영향을 받았을 것이다. 특히 단층은 암반이 파쇄된 지질구조로 에너지가 방출되기 쉽다. 포항 지진의 진원은 여러 SOC 사업과 한반도 동남부의 신기 지각 연구 등을 통해 확인된 분지의 내부단층 중 하나이며, 이러한 관점에서 포항 지진은 축적된 응력이 분출되는 과정에서 분지의 내부단층이 재활성화된 것으로 해석할 수 있다. 또한, 지금까지 알려진 많은 활성단층이 동해안의 퇴적분지에서 발견되었고 산출빈도가 지속적으로 증가하고 있는 것을 고려하면 포항 지진과 활성단층을 연관하여 재평가할 필요가 있다.
과거 최대지진 기준도 만족하지 못하는 월성 원전
경주와 포항 지진의 진앙에 인접한 월성원전은 양산단층대에 속하며 제3기 퇴적분지에 위치한다. 원전의 시설은 단단한 암반 위에 건설되었다고는 하나 퇴적분지는 단단한 암석(경암)이 연속해서 분포할 수도 없다. 원전부지 적합성에 관한 안전기준은 계기지진, 역사지진, 활성단층을 고려하여 최대지진을 평가하도록 하고 있다. 이 중 역사지진을 제외한 계기지진의 규모와 빈도 활성단층의 입력값이 증가하였으므로, 예상되는 최대지진의 크기는 당연히 높아질 것이다. 국내 원전은 재현빈도 1만 년 동안 발생할 수 있는 최대지진을 고려하여 0.3g의 내진성능을 권고하고 있으나 월성원전은 과거 기록에 기초한 평가에서도 재현빈도 최대지진 기준을 만족하지 못하고 있다.
포항 지진은 경주와 달리 액상화가 관찰된다. 이는 연약지반에서 주로 관찰되는 현상으로 지진으로 유효응력이 상실되고 이로 인해 지반의 물과 모래가 분리되어 발생한다. 액상화로 흙 입자 사이의 물이 배출되어 체적이 감소하고 연쇄적으로 지반이 붕괴한다. 포항 지진으로 대규모의 지반 붕괴는 일어나지 않았으나 진앙을 중심으로 8킬로미터까지 하부의 토사가 지표에 유출된 것은 대규모 붕괴의 전조현상으로 충분하며 여러 시설물의 건설에서 고려하지 못한 새로운 조건이다.
한반도 동남부에서 지진을 유발하는 응력은 축적 중이고 진원은 분지의 내부단층으로 옮겨가고 있다. 원전시설의 내구성은 시간이 지날수록 떨어지는데 성능은 더욱 강화해야 하는 처지에 있다.
유발지진? 자연지진에 더 가까워
소수의 학자로부터 포항 지진이 인공적으로 유발되었다는 가설이 제기되었다. 지구물리학에서 인간의 활동에 의한 지진 연구는 오래전부터 시작되었고, 핵실험과 댐 건설로 인한 유발지진이 대표적이다. 다른 이유로 심부 지층에 물을 주입하면 지진이 발생하는데 1962년 미국 콜로라도 미 육군 공병창의 오·폐수 처리 과정에서 700회 이상의 지진이 관측되었고, 스위스 바젤의 지열발전소, 미국 오클라호마 유전 등지에서 심부굴착과 물 주입에 의한 유발지진이 보고된 바 있다.
포항과 같이 비화산 지역의 지열발전은 미소지진이 수반되는 공법이고 포항지진의 진앙에 인접한 거리에 지열발전과 이산화탄소 저장시설이 위치하고 있어 지진의 원인으로 생각할 수 있다. 그러나 유발지진의 가설이 신뢰성을 가지기 위해서는 지진기록과 선행연구에서 규명된 사실에 대한 검토가 필요하다. 먼저 규모 5.4의 지진을 일으키기 위해서 500만 톤 이상의 물이 고압으로 주입되어야 한다. 또한 물 주입이 중단된 후 지진의 발생 빈도가 감소해야 하는데 포항지진에서 관찰되는 전진과 여진은 자연지진과 유사하다. 물과 압력이 작용하여 단층면에 미끄러짐 현상이 생기게 되면 지각에는 장력이 작용하고 이에 따라 정단층 운동이 발생한다. 이에 반해 포항 지진은 역단층운동을 하였고 규모 3.0 이상의 여진은 주향이동단층 운동을 하였다.
국내의 지열발전소보다 대규모로 수행된 수압파쇄에서 압력과 지진은 무관하다는 USGS(미국지질조사국)의 결과도 면밀하게 검토되어야 한다. 일부에서 시추공의 선단부에 작용한 50~100Mpa(메가파스칼) 압력을 폭발력으로 산정하는 계산법도 제시한다. 지진 규모는 순간적으로 방출되는 에너지의 크기로 계산하는 것으로 압력과는 구별된다. 압력으로만 본다면 흔히 사용되는 무통 주사기는 100~1000Mpa 범위의 압력을 나타낸다.
![](https://lh3.googleusercontent.com/blogger_img_proxy/AEn0k_sDOFumIpaDXZjZjzsLjGNUX9vNf4oKU2sUuZSow17nnCOyRRSQSMPDHpHelwi9eoyNL3VbPguVWIq_JfD2o0DmwFPLq6Hq3bHg1IjDcQIxY9j1xAdAocKFHeXVijYu8E8X-OTVcw=s0-d "▲ 경주 지진에 이어 포항 지진까지 발생하면서 원전이 몰려있는 동남권 일대에 빨간 불이 켜졌다. 경주환경운동시민연합을 비롯한 탈핵경주시민공동행동 소속 경주 지역의 시민사회단체와 학부모들이 기자회견을 열고 "월성원전 가동 즉각 중단하고 방재대책을 마련하라"고 촉구했다. ⓒ탈핵경주시민공동행동")
안전한 사회 위한 준비 필요
지진은 매년 수만 번 이상 측정되고 있으나, 모든 지진에 대해 원인을 과학적으로 설명하지는 못한다. 지각이 서로 만나는 경계부의 지진은 판구조이론을 이용하여 그 원인을 해석하는 것이 일반적이며, 경주와 포항 지진과 같이 지각의 경계가 아닌 곳에서 발생한 지진의 원인을 찾는 것은 많은 시간과 노력에도 대부분 미해결로 남는다.
경주와 포항 지진의 경험에서 더 큰 규모의 지진을 짐작할 수 있으나, 지금의 과학기술로는 우리나라와 같이 (대륙)지각 내부에서 발생하는 얕은(천발) 지진을 예측할 수 없다. 국민이 느끼는 불안감을 해소하기 위한 최적의 대응은 국가와 지역사회의 안전망 확충이다. 지난 1년간 경보문자의 응답속도가 빨라졌고, 방치된 지진계를 점검한 것은 고무적이다. 하지만 이를 제외하면 체감할 수 있는 안전장치는 거의 없다. 다행히도 경주와 포항 지진으로 이차적인 피해가 발생하지 않았으나, 포항 북구에만 226개의 농업용 저수지가 있고 제방은 지진과 액상화에 매우 취약한 시설이다. 농사를 위해 저수지에 물을 채워도 되는지, 제방 붕괴가 생기면 어떻게 행동해야 하는지, 대피소의 위치와 경로는 어떻게 되는지 피해지역 주민들조차 제대로 알지 못하고 있다.
지진과 관련된 안전기준(법령)을 재검토하고 위험시설물의 정비와 성능을 강화하기 위해서는 상당한 시간과 비용이 필요하다. 어쩌면 많은 부분이 현재 여건으로 불가능할 것이다. 위험에 대한 정보전달과 대피소 등의 최소한의 방재시설은 신속히 마련되어야 한다.
안전은 단순히 건물의 성능 강화만으로 확보되지 않는다. 지진 발생은 시간의 문제이고, 안전한 사회를 위해서는 지진방재력 강화를 위한 체계적인 준비가 필요하다.
지진 발생 가능성 커져
경주 지진 이전까지 한반도는 지진 안전지대라는 생각이 자리 잡고 있었다. 계기지진이 관측된 이후 최대지진은 규모 5.0을 넘지 않았고, 실제 관측된 지진 기록은 미소지진이 대부분으로 이는 지각에서 흔히 관찰되는 자연적 현상으로 이해되었다. 경주 지진 발생 직전에 지각의 경계(수렴)부로 알려진 환태평양조산대에서 수백 킬로미터를 벗어난 구마모토(일본, 규모 7.3)와 울산(규모 5.0)에서 지진이 발생하였으나 다수의 전문가는 새로운 대규모 지진에 대해 회의적이었다.
▲ 경북 포항시 북구 흥해읍 대성아파트 출입문에 폐쇄를 알리는 안내문이 붙어 있다. ⓒ연합뉴스
몇 해 전부터 여러 기관에서 수행된 GPS 정밀 관측 자료를 토대로 도호쿠대지진(동일본지진) 이후 한반도에 작용하는 힘(응력)이 변화된 것이 알려졌다. 경주 지진의 주향이동단층 운동과 포항 지진의 역단층 운동은 변화된 응력의 작용 방향과 일치하는 결과를 보여준다.
경주 지진으로 양산단층대가 재활동하기 시작한 것인지, 아니면 일회성 변형인지에 대한 논의에 대한 분명한 해답은 될 수 없겠으나 포항 지진을 통해 양산단층대 주변으로 응력이 지속해서 쌓이고 축적된 에너지가 주기적으로 방출되는 환경은 조성된 것으로 볼 수 있다. 또한, 지진 발생 가능성은 어느 때보다 커진 것으로 여겨진다.
동해안을 따라 신생대 제3기 동안 형성된 퇴적분지가 산재하고 있다. 분지는 만들어지는 과정에서 화산작용과 단층운동이 활발하여 다른 지역에 비해 암석의 파쇄대가 넓게 발달한다.
특히 우리나라의 제3기 퇴적층은 모래, 점토 등의 입자가 암석으로 고결되지 못한 상태에서 지각이 융기되어 지질공학적으로 내구성이 매우 취약한 미고결 상태의 암석으로 남아있다. 영덕에서 울산까지 해안에 분포하는 퇴적분지들은 양산단층을 경계로 동쪽에 위치하며 포항 지진이 발생한 북구 지역도 여기에 속한다.
경주 지진에서 방출된 에너지는 전파되는 동안 주위 지반에 영향을 주었고 지반은 분지 퇴적물의 공학적 취약성으로 인해 더 많은 영향을 받았을 것이다. 특히 단층은 암반이 파쇄된 지질구조로 에너지가 방출되기 쉽다. 포항 지진의 진원은 여러 SOC 사업과 한반도 동남부의 신기 지각 연구 등을 통해 확인된 분지의 내부단층 중 하나이며, 이러한 관점에서 포항 지진은 축적된 응력이 분출되는 과정에서 분지의 내부단층이 재활성화된 것으로 해석할 수 있다. 또한, 지금까지 알려진 많은 활성단층이 동해안의 퇴적분지에서 발견되었고 산출빈도가 지속적으로 증가하고 있는 것을 고려하면 포항 지진과 활성단층을 연관하여 재평가할 필요가 있다.
과거 최대지진 기준도 만족하지 못하는 월성 원전
경주와 포항 지진의 진앙에 인접한 월성원전은 양산단층대에 속하며 제3기 퇴적분지에 위치한다. 원전의 시설은 단단한 암반 위에 건설되었다고는 하나 퇴적분지는 단단한 암석(경암)이 연속해서 분포할 수도 없다. 원전부지 적합성에 관한 안전기준은 계기지진, 역사지진, 활성단층을 고려하여 최대지진을 평가하도록 하고 있다. 이 중 역사지진을 제외한 계기지진의 규모와 빈도 활성단층의 입력값이 증가하였으므로, 예상되는 최대지진의 크기는 당연히 높아질 것이다. 국내 원전은 재현빈도 1만 년 동안 발생할 수 있는 최대지진을 고려하여 0.3g의 내진성능을 권고하고 있으나 월성원전은 과거 기록에 기초한 평가에서도 재현빈도 최대지진 기준을 만족하지 못하고 있다.포항 지진은 경주와 달리 액상화가 관찰된다. 이는 연약지반에서 주로 관찰되는 현상으로 지진으로 유효응력이 상실되고 이로 인해 지반의 물과 모래가 분리되어 발생한다. 액상화로 흙 입자 사이의 물이 배출되어 체적이 감소하고 연쇄적으로 지반이 붕괴한다. 포항 지진으로 대규모의 지반 붕괴는 일어나지 않았으나 진앙을 중심으로 8킬로미터까지 하부의 토사가 지표에 유출된 것은 대규모 붕괴의 전조현상으로 충분하며 여러 시설물의 건설에서 고려하지 못한 새로운 조건이다.
한반도 동남부에서 지진을 유발하는 응력은 축적 중이고 진원은 분지의 내부단층으로 옮겨가고 있다. 원전시설의 내구성은 시간이 지날수록 떨어지는데 성능은 더욱 강화해야 하는 처지에 있다.
유발지진? 자연지진에 더 가까워
소수의 학자로부터 포항 지진이 인공적으로 유발되었다는 가설이 제기되었다. 지구물리학에서 인간의 활동에 의한 지진 연구는 오래전부터 시작되었고, 핵실험과 댐 건설로 인한 유발지진이 대표적이다. 다른 이유로 심부 지층에 물을 주입하면 지진이 발생하는데 1962년 미국 콜로라도 미 육군 공병창의 오·폐수 처리 과정에서 700회 이상의 지진이 관측되었고, 스위스 바젤의 지열발전소, 미국 오클라호마 유전 등지에서 심부굴착과 물 주입에 의한 유발지진이 보고된 바 있다.
포항과 같이 비화산 지역의 지열발전은 미소지진이 수반되는 공법이고 포항지진의 진앙에 인접한 거리에 지열발전과 이산화탄소 저장시설이 위치하고 있어 지진의 원인으로 생각할 수 있다. 그러나 유발지진의 가설이 신뢰성을 가지기 위해서는 지진기록과 선행연구에서 규명된 사실에 대한 검토가 필요하다. 먼저 규모 5.4의 지진을 일으키기 위해서 500만 톤 이상의 물이 고압으로 주입되어야 한다. 또한 물 주입이 중단된 후 지진의 발생 빈도가 감소해야 하는데 포항지진에서 관찰되는 전진과 여진은 자연지진과 유사하다. 물과 압력이 작용하여 단층면에 미끄러짐 현상이 생기게 되면 지각에는 장력이 작용하고 이에 따라 정단층 운동이 발생한다. 이에 반해 포항 지진은 역단층운동을 하였고 규모 3.0 이상의 여진은 주향이동단층 운동을 하였다.
국내의 지열발전소보다 대규모로 수행된 수압파쇄에서 압력과 지진은 무관하다는 USGS(미국지질조사국)의 결과도 면밀하게 검토되어야 한다. 일부에서 시추공의 선단부에 작용한 50~100Mpa(메가파스칼) 압력을 폭발력으로 산정하는 계산법도 제시한다. 지진 규모는 순간적으로 방출되는 에너지의 크기로 계산하는 것으로 압력과는 구별된다. 압력으로만 본다면 흔히 사용되는 무통 주사기는 100~1000Mpa 범위의 압력을 나타낸다.
▲ 경주 지진에 이어 포항 지진까지 발생하면서 원전이 몰려있는 동남권 일대에 빨간 불이 켜졌다. 경주환경운동시민연합을 비롯한 탈핵경주시민공동행동 소속 경주 지역의 시민사회단체와 학부모들이 기자회견을 열고 "월성원전 가동 즉각 중단하고 방재대책을 마련하라"고 촉구했다. ⓒ탈핵경주시민공동행동
안전한 사회 위한 준비 필요
지진은 매년 수만 번 이상 측정되고 있으나, 모든 지진에 대해 원인을 과학적으로 설명하지는 못한다. 지각이 서로 만나는 경계부의 지진은 판구조이론을 이용하여 그 원인을 해석하는 것이 일반적이며, 경주와 포항 지진과 같이 지각의 경계가 아닌 곳에서 발생한 지진의 원인을 찾는 것은 많은 시간과 노력에도 대부분 미해결로 남는다.
경주와 포항 지진의 경험에서 더 큰 규모의 지진을 짐작할 수 있으나, 지금의 과학기술로는 우리나라와 같이 (대륙)지각 내부에서 발생하는 얕은(천발) 지진을 예측할 수 없다. 국민이 느끼는 불안감을 해소하기 위한 최적의 대응은 국가와 지역사회의 안전망 확충이다. 지난 1년간 경보문자의 응답속도가 빨라졌고, 방치된 지진계를 점검한 것은 고무적이다. 하지만 이를 제외하면 체감할 수 있는 안전장치는 거의 없다. 다행히도 경주와 포항 지진으로 이차적인 피해가 발생하지 않았으나, 포항 북구에만 226개의 농업용 저수지가 있고 제방은 지진과 액상화에 매우 취약한 시설이다. 농사를 위해 저수지에 물을 채워도 되는지, 제방 붕괴가 생기면 어떻게 행동해야 하는지, 대피소의 위치와 경로는 어떻게 되는지 피해지역 주민들조차 제대로 알지 못하고 있다.
지진과 관련된 안전기준(법령)을 재검토하고 위험시설물의 정비와 성능을 강화하기 위해서는 상당한 시간과 비용이 필요하다. 어쩌면 많은 부분이 현재 여건으로 불가능할 것이다. 위험에 대한 정보전달과 대피소 등의 최소한의 방재시설은 신속히 마련되어야 한다.
안전은 단순히 건물의 성능 강화만으로 확보되지 않는다. 지진 발생은 시간의 문제이고, 안전한 사회를 위해서는 지진방재력 강화를 위한 체계적인 준비가 필요하다.
suwokim@chol.com다른 글 보기
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