경주지진보다 규모 작았지만 피해 6배 컸던 포항지진…인공위성 탐사로 북동쪽으로 4㎝ 지표 이동 확인

과학 이야기

과학과 놀자 (11) 인공위성 지진 관측

2017년 11월 15일 경북 포항에서 지진이 발생해 대학수학능력시험이 1주일 연기되는 사상 초유의 사태가 발생했다. 포항지진은 약 1년 전 경주에서 발생한 지진에 비해 규모는 작았지만 각종 시설물 파손, 인명 피해, 이재민 발생 등 그 피해는 여섯 배 정도 더 컸다.

<그림1> 포항일대 지표 변위 관측도 출처: 포항지진 분석보고서(기상청)

다음은 포항지진에 대한 보도자료에서 지구과학적 내용을 발췌한 것이다.

"이번 지진의 진앙은 포항시 북구 북쪽 9㎞ 지점인 흥해읍 남송리이며, 진원은 지표에서 9㎞ 깊이의 지점이다. 오후 2시 29분 31초에 발생한 본진의 지진 규모는 M 5.4로, 2016년 경주지진(M 5.8)에 이어 1978년 본격적인 지진 관측 이래 두 번째로 규모가 큰 지진이다. 수정 메르칼리 진도 계급 기준 최대 진도는 Ⅵ으로 2016년 경주지진에 이어 관측 사상 두 번째로 최대 진도 Ⅵ을 기록한 지진이다. 포항지진의 원인을 조사해온 정부조사단은 2019년 3월 20일, 이 지진이 인근 지열발전소의 물 주입이 단층면을 자극해 발생한 ‘촉발 지진’이라고 공식 발표했다. 11월 15일 오후 2시께 포항시 북구 북쪽과 북서쪽 7㎞ 지역에서 각각 규모 2.2와 규모 2.6 지진이 발생했는데 이 두 지진은 전진으로서, 규모 5.4의 본진은 그 뒤를 이어 발생했다. 이후 규모 2에서 3을 오가는 몇 차례 여진이 추가적으로 발생했다."

위의 보도 내용을 제대로 이해하기 위해서는 몇 가지 지진 관련 기초 지식이 필요하다. 우선, 판구조론적으로 우리나라는 유라시아판 내부에 위치하고 있으며, 북동쪽으로 북아메리카판, 남쪽으로 필리핀판, 동쪽으로 태평양판과 인접하고 있다. 우리나라는 판의 내부에 위치하고 있어 판 경계에 있는 일본에 비해 지진의 발생이 적은 편이다. 하지만 지질구조상 지각이 약한 단층 구조가 많아 최근 들어 지진 발생 빈도가 증가하는 추세다.

인간의 활동이 방아쇠 역할을 한 ‘촉발 지진’

지진은 규모와 진도로 그 크기와 세기를 표현하는데, 규모(magnitude)는 지진의 에너지 크기를 나타내는 절대적인 단위로 보통 아라비아 숫자 1~9로 표시하며 소수 첫째 자리까지 나타낸다. 이와 달리 진도는 지진의 세기에 따른 사람의 느낌이나 건물의 흔들림 정도를 상대적으로 나타낸 단위로 로마자 Ⅰ~로 표시한다. 규모는 지진이 발생한 장소와의 거리에 관계없이 일정한 값으로 나타나지만, 진도는 진앙거리, 진원 깊이에 따라 다르게 나타난다.

지진은 발생 원인에 따라 자연 지진, 유발 지진, 촉발 지진으로 구분되는데, 자연 지진은 말 그대로 인간의 영향을 받지 않고 단층면의 응력 해소만으로 발생하는 것이며, 유발(induced) 지진은 인간의 행위가 직접적으로 영향을 줘 발생한 지진을, 촉발(triggered) 지진은 자연적으로 일어날 수 있었던 지진에 인간 활동에 의한 자극이 ‘방아쇠’ 역할을 해 발생한 지진을 말한다. 또한 지진은 종류별로 전진(foreshock), 본진(mainshock), 여진(aftershock)으로 구분하는데, 전진은 본진이 발생하기 전에 일어나는 규모가 작은 지진이며, 여진은 본진 이후에 발생하는 규모가 작은 지진을 말한다.

<그림2> 지진의 규모와 진도 출처: 2017 포항지진 백서(행정안전부)

인공위성과 거리 측정으로 지표 변위 파악

한편, 인공위성 원격 탐사 기술을 이용하면 지진을 더 정밀하게 관측할 수 있다고 한다. 인공위성을 이용한 지진 관측은 영상레이더(SAR: Synthetic Aperture Radar)의 마이크로파를 이용해 인공위성과 지표와의 거리를 측정하는 것으로, 서로 다른 시기에 수집된 2장의 영상을 비교해 지진 발생 전후의 지표 변위를 측정하는 기법이다. <그림1>은 인공위성 원격 탐사를 통해 2017년 포항지진의 지표 변위를 관측한 것이다(그림에서 붉은색으로 표시된 지역이 지표 변위가 가장 많이 발생했음을 의미함). 진앙 주변 약 8㎞×10㎞에 해당하는 지역에서 지표 변위가 발생했음을 확인했으며, 최대 지표 변위량은 약 4㎝로 계산됐다. 흥해읍 주변이 북동쪽으로 최대 4㎝ 이동했다는 의미다. 관측된 지표변위량을 이용해 단층 모델링을 수행한 결과, 단층의 크기는 약 6.6㎞×1.1㎞로 추정되며 단층에서 북동-남서 방향을 축으로 약 70㎝의 어긋남이 발생했을 것으로 추정됐다.

이기영 강원대 과학교육학부 교수

지진 발생에 따른 지표 변위는 지진 규모와 진원 깊이에 따라 달라진다. 일반적으로 매우 얕은 곳에서 발생하는 지진을 제외하고 규모 5 이하에서는 지진에 의한 지표 변위가 발생하지 않는 것으로 알려져 있다. 참고로 2016년 발생한 경주지진의 경우 포항지진보다 규모는 컸지만 진원 깊이가 깊어 지표 변위가 관측되지 않았다고 한다.

√ 기억해주세요

인공위성 원격 탐사 기술을 이용하면 지진을 보다 정밀하게 관측할 수 있다고 한다. 인공위성을 이용한 지진 관측은 영상레이더(SAR: Synthetic Aperture Radar))의 마이크로파를 이용해 인공위성과 지표와의 거리를 측정하는 것으로, 서로 다른 시기에 수집된 2장의 영상을 비교해 지진 발생 전후의 지표 변위를 측정하는 기법이다.