난카이 해곡 거대지진

1. 개요

난카이 해곡 거대지진은 일본 난카이 해곡에서 발생할 것으로 예상되는 대규모 지진을 의미하며, 도카이 지진, 도난카이 지진, 난카이 지진이 연동하여 발생할 수 있다. 이 지진은 과거에 여러 차례 발생했으며, 1707년 호에이 지진은 일본 역사상 가장 큰 규모의 지진으로 기록된다. 최근 연구에 따르면 지진 발생 시 진원역이 조금씩 다르며, 도쿄 대학 지진 연구소의 세노 데쓰조 교수는 지진을 두 종류로 구분해야 한다고 주장한다. 일본 정부는 난카이 해곡 거대지진의 발생 확률을 평가하고 있으며, 시간 예측 모델과 발생 간격 평가를 통해 지진 발생 시기를 예측하려 하지만, 여러 문제점이 지적되고 있다. 1900년대 초 이마무라 아키쓰네는 난카이 해역의 거대지진을 연구했으며, 2003년에는 향후 발생할 수 있는 난카이 해곡 지진의 최대 규모를 M8.7로 예상했다. 2011년 도호쿠 지방 태평양 지진 이후에는 연동형지진의 최대 규모를 M9.0으로 상정하고, 이에 따른 피해 시뮬레이션을 진행했다. 일본 기상청은 난카이 해곡 지진 관련 정보를 발표하며, 거대지진경계와 거대지진주의 정보를 제공한다.

2. 지진의 특징

난카이 해곡은 필리핀해 판과 아무르 판(유라시아판) 사이의 섭입대 표면이다. 혼슈는 섭입하는 판 위에서 발달한 열도에서 형성되었다. 거대 단층 경계는 규슈 남쪽 끝에서 후지산 근처의 오호츠크 미세 판과의 삼중 접합점까지 약 700km 뻗어 있다. 남서쪽 끝에는 덮개 판이 오키나와 판이 되는 또 다른 삼중 접합점이 있다.

해구 경사각은 지표면 근처에서 약 5°에서 혼슈 해안 아래를 지나면서 10°로 증가한다. 지진 반사파 자료 분석에 따르면 일부 변위는 약 25°로 경사진 분기 단층에 의해 발생한다. 이 '메가스플레이' 단층계는 유체 함량이 높은 퇴적암의 두꺼운 부분을 깊숙이 밀어 넣었다. 이 '약한' 구역의 존재는 거대 해구 지진 동안 메가스플레이 단층을 따라 얕은 동시 진원 파열을 유발하여, 이러한 사건으로 인해 발생하는 거대한 쓰나미를 설명할 수 있다.

난카이 해곡 거대지진은 지난 약 1300년 동안 최소 12번의 대규모 지진을 일으킨 것으로 생각된다. 역사적 지진 활동 패턴을 보면 거대지진 표면이 분절되어 있으며, 서쪽에서 동쪽으로 A~E로 통상적으로 명명된 5개의 파열 구역이 식별된다.

난카이 해곡에서 발생하는 해구형지진은 반복적으로 발생하는 '재귀성'과 '연동성'이라는 특징을 가지고 있다. 또한 난카이 해곡은 약 2천만년 된 젊은 판이 가라앉아 있고 얉으며 온도가 낮아 낮은 각도로 섭입해 판 경계간의 애스패리티도 형성되기 쉬우며 진원도 육지와 가까워 피해가 커지기 쉽다. 난카이 해곡에서 필리핀해판과 유라시아판(아무르판)과의 판 사이 결합력은 100%에 가깝게 거의 완벽히 서로 고착되어 1년에 약 6.5 cm씩 일본 열도를 밀어내는 판의 에너지가 거의 대부분 지진 에너지로만 방출된다고 알려져 있다.

쇼와 난카이 지진은 단순한 판 경계간 지진이 아닌 분기단층(주 단층대에서 분리되어 뻗어있는 미세한 여러 소단층)에서의 단층 미끄러짐을 동반했을 가능성이 추정되는데 난카이 해곡을 따라서 과거에 발생했다고 추정되는 여러 스프레이 분기단층이 다수 확인되었다. 한편 진원지가 넓으면 그에 따라 매우 큰 장주기 지진동 발생도 예상되어 진원에 가까운 평야 지역 대도시인 오사카, 나고야를 비롯한 지역에서 여러 고층 건물이나 오일탱크 등에 여러 피해가 발생할 가능성도 있다.

1498년 메이오 지진 이후부터는 문헌 자료도 풍부하고 발생 간격도 약 100여년 전후로 일정하다고 여겨졌다. 하지만 이 이전에는 도카이도 해역의 지진 발생 기록이 거의 없는데다 1361년 쇼헤이 지진 이전의 지진 발생 간격은 문헌 기록이 거의 남아있지 않아 13세기 전반 시기 발생했다고 추정되는 쓰나미와 토양액상화의 흔적을 여러 곳에 발견해 문헌 기록을 겨우 보완하는 수준이고, 1096년 에이초 지진 이전은 확실한 증거도 거의 발견되지 않아 쓰나미 퇴적물 연구를 토대로 100년과 200년 주기가 번갈아 반복해서 일어난다는 가설도 있다.

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📌 열 고정 해제

난카이 해곡 지진 발생영역 (종래설)

지진조사위원회(2013년)의 구분		(휴가나다)	난카이			도난카이		도카이		연동시 간격
		Z 휴가 해분	A 도사 해분		B 무로토 해분	C 구마 해분	D 엔슈 해분	E 스루가만
이시바시(石橋, 2002)에 따른 발생영역 : 확실 : 확실시 : 가능성 있음 : 설이 있음 : 해일 지진	684년 하쿠호 지진									동시기
	887년 닌나 지진									동시기
	1096년 에이초 지진 1099년 고와 지진									2년 2개월 또는 동시
	1361년 쇼헤이 지진									동시기 또는 2일
	1498년 메이오 지진									동시 또는 가까운 간격
	1605년 게이초 지진									불명
	1707년 호에이 지진									동시
	1854년 안세이 도카이 지진 1854년 안세이 난카이 지진									32시간
	1944년 쇼와 도난카이 지진 1946년 쇼와 난카이 지진									2년

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📌 열 고정 해제

난카이 해곡 지진 발생영역 (재검토)

		Z 휴가 해분	A 도사 해분		B 무로토 해분	C 구마 해분	D 엔슈 해분	E 스루가만		이전 지진과의 발생 간격
										난카이도 해역	도카이도 해역
후루무라(古村, 2015) 연구의 발생영역 :확실 :가능성 있음	684년 하쿠호 지진									-
	887년 닌나 지진									203년	203년
	1096년 에이초 지진									474년	209년
	1361년 쇼헤이 지진										265년
	1498년 메이오 지진									346년	137년
	1707년 호에이 지진										209년
	1854년 안세이 지진									147년	147년
	1944/1946년 쇼와 지진									92년	90년

2.1. 연동형 지진

난카이 해곡의 지진은 도카이 지진, 도난카이 지진, 난카이 지진으로 이루어져 있으며, 이 세 지진은 어느 하나가 일어나면 몇 시간에서 몇 년의 간격을 두고, 또는 시간 간격 없이 바로 연동해 발생한다는 것이 정설로 받아들여졌다. 이 지진들은 모두 규모 8 이상인 거대한 지진으로, 지진 자체의 흔들림과 지진해일로 큰 피해를 내왔다.

이후 연구에 따르면 지진이 발생할 때마다 진원이 조금씩 다르다고 밝혀졌다. 예를 들어 1854년 안세이 난카이 지진은 난카이도 해역 전역을 진원으로 발생했지만 1946년 쇼와 난카이 지진은 난카이도 서쪽 1/4 지역은 진원지에서 빠졌다. 도쿄 대학 지진 연구소의 세노 데쓰조 교수는 도카이-도난카이-난카이 3개 지진 분류 체계를 바꿀 필요성을 언급하며 "안세이형 지진"과 "호에이형 지진" 두 종류의 지진으로 구분해야 한다고 주장한다.

난카이 해곡 전역에서 거의 동시에 단층파괴를 일으킨 지진은 규모가 매우 컸으며 1707년 호에이 지진은 일본 역사상 가장 규모가 큰 지진으로 꼽힌다. 1854년 안세이 지진이 쇼와 지진보다 규모가 더 크며, 1707년 호에이 지진이 1854년 안세이 지진보다 규모가 더 크다.

3. 역사

난카이 해곡의 지진은 약 90년에서 150년(중세 이전에는 200년 이상) 간격으로 발생하는 도카이 지진, 도난카이 지진, 난카이 지진으로 구성되어 있으며, 이 세 지진 중 하나가 발생하면 몇 시간에서 몇 년의 간격을 두고, 또는 시간 간격 없이 바로 연동되어 발생한다는 것이 정설로 받아들여졌다. 1605년에 일어난 게이초 지진의 경우에는 난카이 해곡에서 일어난 지진이 아니라는 설이 유력하여, 난카이 해곡 거대지진은 대략 200년 간격으로 일어나는 것이 자연스럽다는 의견도 있다. 가장 최근의 쇼와 시대 지진들은 지진계에 의한 관측 기록이 존재하고, 그보다 오래된 지진들은 지질 조사 및 문헌 자료를 통해 분석되었다. 분석 결과 앞으로도 같은 간격으로 계속 발생할 것으로 추측되고 있다. 이 지진들은 모두 규모 8 이상인 거대한 지진으로, 지진 자체의 흔들림과 지진해일로 큰 피해를 일으켰다.

이후 연구에 따르면 지진이 발생할 때마다 진원이 조금씩 다르다고 밝혀졌다. 예를 들어 같은 난카이도 해역의 지진이라고 하더라도 1854년 안세이 난카이 지진은 난카이도 해역 전역을 진원으로 발생했지만, 1946년 쇼와 난카이 지진은 난카이도 서쪽 1/4 지역은 진원지에서 제외되었다. 한편 도쿄 대학 지진 연구소의 세노 데쓰조 교수는 도카이-도난카이-난카이 3개 지진 분류 체계를 바꿀 필요성을 언급하며, 난카이 해곡 동쪽 끝의 진원지(도난카이 일부와 도카이 전체)와 연동해 시즈오카현 부근까지 단층 파괴가 일어나는 "안세이형 지진"과 이 진원지와는 연동하지 않아 시즈오카현 부근까지는 단층 파괴가 일어나지 않는 "호에이형 지진" 두 종류의 지진으로 구분해야 한다고 주장한다.

1498년 메이오 지진 이후부터는 문헌 자료도 풍부하고 발생 간격도 약 100여 년 전후로 일정하다고 여겨졌다. 하지만 이 이전에는 도카이도 해역의 지진 발생 기록이 거의 없는데다 1361년 쇼헤이 지진 이전의 지진 발생 간격은 문헌 기록이 거의 남아있지 않아 13세기 전반 시기 발생했다고 추정되는 쓰나미와 토양액상화 흔적을 여러 곳에서 발견해 문헌 기록을 겨우 보완하는 수준이고, 1096년 에이초 지진 이전은 확실한 증거도 거의 발견되지 않아 쓰나미 퇴적물 연구를 토대로 100년과 200년 주기가 번갈아 반복해서 일어난다는 가설도 있다. 액상화 흔적 연구의 경우에는 내륙의 단층 지진일 가능성이나 추정 연대의 오차 범위 문제도 있어 더 많은 검토가 필요하다. 판의 상대적 운동과 판 경계의 마찰 특성을 이용한 지진 연동 발생을 시뮬레이션하려는 시도도 있고 연동성은 재현하였으나 지진 발생 간격이 역사 기록과 일치하지 않는 점도 있다.

난카이 해곡 전역에서 거의 동시에 단층 파괴를 일으킨 지진은 규모가 매우 컸으며, 1707년 호에이 지진은 일본 역사상 가장 규모가 큰 지진으로 꼽힌다. 1854년 안세이 지진이 쇼와 지진보다 규모가 더 크며, 1707년 호에이 지진이 1854년 안세이 지진보다 규모가 더 컸다. 예를 들어 고치현 스사키시에서는 안세이 지진 당시 5~6m의 쓰나미가 닥쳤지만 호에이 지진 당시에는 해발 11m 지점까지, 일부 지점에서는 최대 18m가 넘는 쓰나미가 닥쳤다. 도사번의 피해 보고에 따르면 안세이 지진으로 주택 3,082채가 붕괴, 3,202채가 유실, 2,481채가 소실되었으나 호에이 지진에는 5,608채가 붕괴, 11,167채가 유실되었다고 집계되었다. 안세이의 쓰나미로 파괴되어 버려진 마을은 도사번에서 총 4개 마을이었으나 《곡릉기》에 따르면 호에이 지진 당시 버려진 마을은 총 81곳에 달했다. 21세기 들어서면서 고치현 도사시 가니치에서 호에이 지진으로 만들어진 초대형 쓰나미 퇴적물이 발견되었는데, 호에이 지진과 마찬가지로 쓰나미 퇴적물을 남기는 지진 흔적은 300~600년 간격으로 발견된다고 밝혀졌다. 또한 호에이 지진보다 약 2천 년 전으로 추정되는 시기 남은 지층에 두꺼운 쓰나미 퇴적물이 발견되어 호에이 지진의 쓰나미보다 더 높은 쓰나미가 과거에 있었을 가능성이 같이 지적되었다.

쇼와 난카이 지진은 단순한 판 경계간 지진이 아닌 분기단층(주 단층대에서 분리되어 뻗어있는 미세한 여러 소단층)에서의 단층 미끄러짐을 동반했을 가능성이 추정되는데, 난카이 해곡을 따라서 과거에 발생했다고 추정되는 여러 스프레이 분기단층이 다수 확인되었다. 한편 진원지가 넓으면 그에 따라 매우 큰 장주기 지진동 발생도 예상되어 진원에 가까운 평야 지역 대도시인 오사카, 나고야를 비롯한 지역에서 여러 고층 건물이나 오일탱크 등에 여러 피해가 발생할 가능성도 있다. 이와 관련해 고문헌에서는 종종 반 시간이 넘게 장시간 강한 진동이 이어졌다고 해석할 수 있는 여러 지진 기록이 보이는데, 이는 대지진에 대한 공포감이 과장된 표현을 낳았다고 보는 주장과 반대로 연동형 지진처럼 진원이 매우 넓어지면 단층 파괴가 전달되는 시간이 더 길어져 거기서 또 다른 단층 파괴가 계속 이어지는 등 파괴 시간이 매우 긴 다중 지진이 되어 본진 후 빈발하는 여진과 합쳐져 실제로 느껴지는 지진의 흔들림이 매우 길어진 것을 표현했다는 주장으로 나눠진다.

위와 같이 난카이 해곡에서 발생하는 해구형지진은 반복적으로 발생하는 '재귀성'과 여러 고유 지진의 진원지에서 동시에 발생하는 '연동성'이라는 특징을 가지고 있다. 또한 난카이 해곡은 약 2천만 년 된 젊은 판이 가라앉아 있고 얉으며 온도가 낮아 낮은 각도로 섭입해 판 경계간의 애스패리티도 형성되기 쉬우며 진원도 육지와 가까워 피해가 커지기 쉽다. 난카이 해곡에서 필리핀해판과 유라시아판(아무르판)과의 판 사이 결합력은 100%에 가깝게 거의 완벽히 서로 고착되어 1년에 약 6.5cm씩 일본 열도를 밀어내는 판의 에너지가 거의 대부분 지진 에너지로만 방출된다고 알려져 있다. 하지만 기이반도 끝부분 시오노곶 해역 부근에 고착력이 약하고 미끄러지기 쉬운 영역이 있으며, 1944년 쇼와 도난카이 지진과 1946년 쇼와 난카이 지진은 모두 이 부근을 진원으로 단층 파괴가 각각 동, 서 방향으로 퍼져나간 것과 관련이 깊다고 알려졌다.

역사 기록상 난카이 해곡의 동쪽 절반과 서쪽 절반의 진원들이 시간차를 두고, 또는 거의 동시에 연동하여 발생하는 것으로 추정되지만, 이 지진들 중 기기 관측 기록이 존재하는 것은 쇼와 시대의 지진뿐이며, 전체적인 사료가 남아 있어 진원지를 특정할 수 있는 것은 에도 시대의 안세이 지진 및 호에이 지진까지다. 그 이전의 지진들은 사료가 부족하여 진원지에 관해 여러 설이 난립하고 있다. 또 게이초 지진은 난카이 해곡 지진이 아예 아닐 가능성을 의심하는 의견도 있다.

종래에는 진원지가 난카이, 도난카이, 도카이 또는 A(도사 해분), B(무로토 해분), C(구마 해분), D(엔슈 해분), E(스루가만)의 세그먼트로 구분되었다. 이 중 A, B가 난카이 지진, C, D가 도난카이 지진, E가 도카이 지진에 해당한다. 하지만 호에이 지진은 도사 해분 남서쪽의 휴가나다 지진도 연동되었을 가능성이 지적되고, 아예 난카이 3연동 지진과는 별개의 거대 지진이라는 설도 등장하고 있다. 1498년의 메이오 지진은 난카이 지진과 휴가나다 지진이 연동되었을 가능성이 지적된다.

발생 간격만을 이용하여 지진을 평가하는 방법도 있지만, 이 역시 1605년 게이초 지진을 난카이 해곡 지진으로 포함할지, 684년 하쿠호 지진 이후 모든 지진의 연대를 사용할지, 1361년 쇼헤이 지진 이후인지, 확실한 기록이 남아 있는 1707년 호에이 지진 이후를 사용할지 등에 따라 평균 발생 간격이 크게 달라진다. 여기서는 안세이 지진과 쇼와 지진처럼 동서로 나눠서 발생한 경우 둘을 합쳐 1사이클로 취급했다.

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📌 열 고정 해제

2013년 기준 30년 내 발생 확률 (시간 예측 모델을 사용하지 않은 경우)

사례	평균 발생 간격	30년 내 발생 확률 (최대가능도 방법)
하쿠호 지진 이후 전부	157.6년	10% 정도 (α=0.40)
게이초 지진 제외 하쿠호 지진 이후	180.1년	6% (α=0.37)
쇼헤이 지진 이후 전부	116.9년	20% 정도 (α=0.20)
게이초 지진 제외 쇼헤이 지진 이후	146.1년	10% 정도 (α=0.35)
호에이 지진 이후	119.1년	30% 정도 (α=0.34)

3.1. 주요 역사 지진

4. 지진 발생 확률

일본 지진조사위원회는 난카이 해곡 거대지진의 발생 확률을 평가하고 있다. 2024년 1월 15일 발표에 따르면, 30년 내 발생 확률은 70~80%, 50년 내 발생 확률은 90% 이상이다. 2023년 1월에는 규모 M8~9급의 거대지진이 20년 내 발생할 확률이 "60% 정도"라고 발표했다.

4.1. 시간 예측 모델

시간 예측 모델(time predictable model)은 지진으로 발생한 변위량과 다음 지진까지의 회복 시간이 비례한다는 가정으로 세운 모델이다. 슬립 예측 모델(slip predictable model)은 이전 지진부터 쌓인 변형 축적 시간과 지진으로 발생하는 변위량이 비례한다는 가정으로 세운 모델이다. 하지만 두 모델 모두 불완전하여 완벽히 예측하진 못한다고 알려져 있다.

1977년 시마자키 구니히코는 많은 단층이 약하지만 시간 예측 모델을 따라가는 경향이 있기에 난카이 해곡을 따라 발생하는 지진도 시간 예측 모델을 적용할 수 있지 않을까라고 제안했다.

다음에 발생할 수 있는 지진은 기존 지진보다 폭넓게 규모 M8~9급으로 가정한다. 고치현 무로토시 무로츠항의 역대 난카이 지진(호에이, 안세이, 쇼와) 융기량과 발생 간격을 기반으로 시간 예측 모델을 적용해 예측한 다음 M8급 지진은 쇼와 난카이 지진으로부터 약 88.2년 후로 추정되며, 이를 통해 계산한 지진 발생 확률은 아래와 같다.

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📌 열 고정 해제

지진 발생 확률(일본 지진조사위원회 기준)

구역	지진 종류	2024년 1월 1일 기준
		규모(M)	30년 내 발생 확률
| 판 경계간 지진 || M8-9 규모 || 70% - 80%

2024년 1월 15일 일본 지진조사연구회가 발표한 자료에서는 난카이 해곡의 지진 발생 확률은 10년 내에 약 30%, 20년 내 약 60%, 30년 내에 약 70-80%, 50년 내 발생 확률은 90% 이상이라고 발표했다.

무로츠항의 쇼와 난카이 지진 당시 융기량은 조위 변화로 계산시 115 cm이며, 안세이 난카이 지진 당시에는 무로츠항을 관리하던 항만 관리인 구보노 가문의 기록에 따르면 약 4척(1.2 m)이고, 호에이 지진 당시에는 구보노 가문의 기록에서 지진 전과 지진 52년 후의 수심 차이인 5척(1.5 m)를 52년간의 변동으로 보정하면 약 1.8 m로 추정된다.

시간 예측 모델로 추정된 88.2년을 평균 활동 간격에 적용하고, 쇼헤이에서 쇼와까지 이르는 지진 활동 간격의 편차로부터 최대가능도 방법으로 구한 변동 계수(표준편차) α의 값은 0.20으로 데이터가 적은 점을 감안해 0.20~0.24로 α를 설정했다. 확률 밀도 함수로 BPT(Brownian Passage Time) 분포를 이용해 30년 이내 발생 확률을 계산했다. 그 다음으로 최대 규모(M9 이상)의 지진이 발생할 가능성도 있지만, 그 발생 빈도는 100~200년 간격으로 발생하는 지진에 비해 확률이 "한 자릿수 이상 낮다"고 발표했다.

시간 예측 모델 적용에는 다음과 같은 여러 문제점이 지적된다.
* 난카이 해곡을 따라 발생하는 거대지진은 진원이 매우 다양한데도 불구하고 무로츠항의 융기만으로 한번에 평가할 수 있는가?
* 융기량이 이를 회복하는 시간에 비례한다면 평상시 무로츠항의 침강 속도는 1년에 약 13 mm가 되어야 하지만, 수준 측량에 따른 실제 평상시 침강 속도는 1년에 5~7 mm로 매우 다르다.
* 시마자키 구니히코가 시간 예측 모델을 적용할 수 있다고 말한 지진은 쇼와 난카이 지진 외 호에이와 안세이 두 지진뿐이다. 하쿠호 지진부터 모델을 적용해본다면 시간 예측 모델은 전혀 맞지 않는다는 연구도 있다.

또한 어떤 지진(이 경우 난카이 해곡 지진)이 다른 지진의 유발지진으로 발생되는 경우가 있다면 발생 시기는 외부 요인인 '유발'에 구속되기 때문에 시간 예측 모델이 성립하지 않는다. 그리고 지각 변동량에 사용된 무로츠항의 수심 변화가 오차가 고려되지 않았고 지진 전 수심 측정일이 불분명한 등 구보노 가문의 기록을 이용한 변동량 자체에 문제가 있어, 많은 문제점이 지적됨에도 마치 과학적 판단만으로 지진 발생 시기를 예측한 것처럼 보이는 상황을 만들었다는 비판도 있다.

4.2. 발생 간격 평가

난카이 해곡 거대지진의 발생 간격을 평가하는 것은 여러 요인으로 인해 복잡하다.

발생 간격만을 이용하여 지진을 예측하는 방법도 있지만, 이 방법에는 여러 이견이 존재한다. 예를 들어, 1605년에 발생한 게이초 지진을 포함할지 여부와 어떤 지진들의 연대를 사용할지에 따라 평균 발생 간격이 크게 달라질 수 있다.

5. 예측과 연구

1900년대 초, 도쿄제국대학 교수 이마무라 아키쓰네는 역사 기록에 남아 있는 닌나 지진, 호에이 지진 등 오기칠도 대지진(五畿七道大地震)이 모두 쓰나미를 동반한 난카이도 해역의 거대지진이며, 역사적으로 반복해서 발생했다고 주장했다. 이마무라는 1928년 사비를 들여 난카이 지진연구소(현 도쿄 대학 지진연구소 와카야마 지진관측소)를 설립하기도 했다. 1951년 사와무라 다케오는 쇼와 난카이 지진 발생 후 수로부의 측량 결과 시코쿠 남부의 융기 지각 변동이 밝혀졌고, 이것이 역사지진으로 알려진 무로토곶의 융기 및 고치평야의 침강 지각 변동과 거의 일치한다고 분석했다. 그는 하쿠호 지진부터 쇼와 지진까지 공통된 성질을 가진 역대 난카이도 해역의 진원이 시오노미사키곶에서 아시즈리곶까지 이어지는 대규모 북쪽을 축선으로 가진 역단층선에 줄지어 있으며, 이 충상단층을 "난카이 해곡"이라고 명명했다.

이후 1960년대 판 구조론이 발달하면서, 1972년 가나모리 히로오는 쇼와 도난카이-난카이 지진의 진원 단층 모델을 통해 두 지진이 난카이 해곡의 판 경계에서 발생했다고 분석했다. 난카이 해곡에서 발생하는 해구형지진은 반복적으로 발생하는 '재귀성'과 여러 고유지진의 진원지에서 동시에 발생하는 '연동성'이라는 특징을 가진다. 난카이 해곡은 약 2천만년 된 젊은 판이 얇고 낮은 각도로 섭입하여 판 경계간의 애스패리티도 형성되기 쉬우며 진원도 육지와 가까워 피해가 커지기 쉽다.

일본 문부과학성의 위탁을 받아 도쿄 대학, 도호쿠 대학, 나고야 대학, 교토 대학, 해양연구개발기구는 "도카이·도난카이·난카이 지진의 연동성 평가 연구 프로젝트"를 2008년부터 2012년까지 진행했다. 2012년 2월에는 해저 지진계와 압력계(쓰나미 계측계)의 관측 장비에 전력을 공급하고 관측 데이터를 전송하기 위한 지상국의 위치를 결정했다.

2012년 1월 도쿄 대학과 해양연구개발기구 연구진들은 기이반도 해역에서 도난카이와 난카이 지진 진원역에 걸친 길이 200 km 이상, 높이 500 m~1 km의 매우 큰 분기단층을 발견했다고 발표했다. 이는 과거 도난카이와 난카이가 연동되어 발생했다는 증거로 보인다. 또한 분기단층에서 지진 발생 시 쓰나미가 증폭되어 동시에 활동할 경우 매우 큰 쓰나미가 일어날 가능성이 있다고 발표했다.

난카이 해곡은 필리핀해 판과 아무르 판 사이의 섭입대 표면이다. 혼슈는 섭입하는 판 위에서 발달한 열도에서 형성되었다. 해구 경사각은 지표면 근처에서 약 5°에서 혼슈 해안 아래를 지나면서 10°로 증가한다. 지진 반사파 자료 분석에 따르면 일부 변위는 약 25°로 경사진 분기 단층에 의해 발생한다.

난카이 해곡 거대지진은 지난 약 1300년 동안 최소 12번의 대규모 지진을 일으킨 것으로 생각된다. 역사적 지진 활동 패턴을 보면 거대지진 표면이 분절되어 있으며, 서쪽에서 동쪽으로 A~E로 통상적으로 명명된 5개의 파열 구역이 식별된다.

과거 지진 기록, 쓰나미 퇴적물, 지각 변동 등을 분석하여 지진 발생 메커니즘과 예측 모델을 개발하고 있다. 오이타현 사이키시의 하자코류진지 호수는 3,300년 전 지층에서 8차례의 쓰나미 퇴적물이 남았으며 특히 대규모 지진이 이런 쓰나미 퇴적물을 남길 수 있었다. 이 중 3개 층은 역사 이래 1707년 호에이 지진, 1361년 쇼헤이 지진, 684년 하쿠호 지진의 흔적에 해당한다고 추정된다. 고치현 도사시 가니치 호수에서 발견된 쓰나미 퇴적물 분석 결과 호에이 지진 당시의 모래 두께 이상의 굵은 모래를 실어다 나른 쓰나미가 약 2천년 전에 발생했다고 추정되는데 이는 M9급의 초거대지진으로 나온 흔적으로 추정된다.

쇼와 난카이 지진은 단순한 판 경계간 지진이 아닌 분기단층(주 단층대에서 분리되어 뻗어있는 미세한 여러 소단층)에서의 단층 미끄러짐을 동반했을 가능성이 추정되는데 난카이 해곡을 따라서 과거에 발생했다고 추정되는 여러 스프레이 분기단층이 다수 확인되었다.

2011년 3월 도호쿠 지방 태평양 해역 지진 발생 이후 난카이 해곡 거대지진에 대한 우려가 부각됨에 따라 일본 정부는 중앙방재회의에 "난카이 해곡 거대지진 대책검토워킹그룹"을 설치해 대책검토를 진행했다. 워킹그룹이 2012년 7월 정리한 중간보고서에서는 난카이 해곡에서 예상되는 최대급의 거대지진이 동일본 대지진 이상의 막대한 인적 물적 피해를 발생시킬, 국난이라고 할 수 있는 거대한 재앙이 될 것이라고 평가하고 있다.

5.1. 가정 및 시뮬레이션

일본 지진조사위원회는 난카이 해곡 거대지진의 발생 확률을 2024년 1월 1일 기준으로 30년 내에 70~80%로 평가했다. 이는 규모 M8~9급의 지진에 해당한다. 2024년 1월 15일, 일본 지진조사연구회는 난카이 해곡 지진 발생 확률을 10년 내 약 30%, 20년 내 약 60%, 30년 내 약 70~80%, 50년 내 90% 이상으로 발표했다.

난카이 해곡 거대지진은 시간 예측 모델(time predictable model)과 슬립 예측 모델(slip predictable model)로 예측한다. 시간 예측 모델은 지진으로 발생한 변위량과 다음 지진까지 회복 시간이 비례한다는 가정에 기반하며, 슬립 예측 모델은 이전 지진부터 쌓인 변형 축적 시간과 지진으로 발생하는 변위량이 비례한다는 가정에 기반한다. 하지만 두 모델 모두 불완전하여 완벽한 예측은 어렵다고 알려져 있다. 1977년 시마자키 구니히코는 난카이 해곡 지진에 시간 예측 모델을 적용할 수 있다고 제안했다.

고치현 무로토시 무로츠항의 융기량과 발생 간격을 기반으로 시간 예측 모델을 적용하면, 다음 M8급 지진은 쇼와 난카이 지진으로부터 약 88.2년 후로 추정된다. 무로츠항의 융기량은 쇼와 난카이 지진 당시 115cm, 안세이 난카이 지진 당시 약 1.2m, 호에이 지진 당시 약 1.8m로 추정된다.

시간 예측 모델은 여러 문제점이 지적된다. 난카이 해곡 거대지진은 진원이 다양한데 무로츠항 융기만으로 평가할 수 있는지, 평상시 무로츠항 침강 속도가 실제와 다른 점, 하쿠호 지진부터 모델을 적용하면 맞지 않는다는 연구 결과 등이 있다. 또한, 유발지진의 경우 시간 예측 모델이 성립하지 않으며, 무로츠항 수심 변화 기록 자체에 문제가 있다는 비판도 있다.

2011년 동일본 대지진 이후, 중앙방재회의는 '난카이 해곡 거대지진 모델 검토회'를 설치하여 최대 M9.0의 지진을 가정하고 진도 분포와 쓰나미 높이를 예측했다. 이는 기존 예상보다 훨씬 큰 규모였다. 검토회장 아베 가쓰유키는 이 지진이 발생하면 "거대 서일본 지진"이 될 것이라고 말했다.

2012년 3월, 검토회는 최대 규모 지진에 대한 진도 분포와 쓰나미 높이를 공개했다. 진도 6 이상 지역은 24개 부현 687개 시정촌으로, 10개 현 153개 시정촌에서 진도 7이 예상되었다. 쓰나미는 도쿠시마현 아난시에서 16.2m, 미에현 시마시에서 24m 등으로 예상되어, 각 지자체는 대책을 재검토했다.

2018년 3월, 간사이 대학의 나가마쓰 신와레 교수와 규슈대학의 미야자키 아쓰시 교수는 지진 발생 후 5년간 일본 정부와 지자체의 복구 비용이 162조 엔에 달한다고 추산했다. 이는 동일본 대지진 당시 복구 비용 32조 엔이나 2017년 일본 국가 일반 회계 예산 97조 엔을 훨씬 넘는 수치이다.

6. 경계 체계

일본 기상청은 난카이 해곡 지진 관련 정보를 발표하여 지진 발생 가능성을 경고하고 있다. 2017년 11월 1일부터 도카이 지진에 한정되었던 경계 체제(도카이 지진 관련 정보)를 재조정하여 "난카이 해곡 지진 관련 정보 (임시)" 및 "난카이 해곡 지진 관련 정보 (정례)" 운영을 시작했다. 2019년 5월 31일부터는 "난카이 해곡 지진 임시 정보" 및 "난카이 해곡 지진 관련 해설 정보"로 변경되었다.

6.1. 정보 발표 기준

일본 기상청은 난카이 해곡 거대지진 발생 가능성이 증가할 경우 난카이 해곡 지진 관련 정보를 발표한다. 2017년 11월 1일, 도카이 지진에 한정되었던 경계 체제(도카이 지진 관련 정보)를 재조정하여 "난카이 해곡 지진 관련 정보 (임시)" 및 "난카이 해곡 지진 관련 정보 (정례)" 운영을 시작했다. 발표 기준은 다음과 같다.

* 거대지진경계: 예상 진원역 내 판 경계에서 모멘트 규모 Mw8.0 이상의 지진이 발생했다고 평가한 경우
* 거대지진주의: 감시 영역南海トラフ巨大地震の想定震源域及び同海溝の軸の外側おおむね50km以内の範囲^일본어 내에서 모멘트 규모 Mw7.0 이상의 지진[[모멘트 규모]] M_w7.0 이상의 지진을 빠짐없이 파악하기 위해 규모 추정 오차를 고려하여 일본 기상청 규모 M6.8 이상의 지진 중 속보 단계의 지진을 조사 대상으로 둔다.^일본어이 발생했다고 평가한 경우(거대지진경계에 해당하는 경우는 제외) 또는 상정한 진원역 내 판 경계면에서 평상시와는 다른 슬로우 슬립 현상이 발생했다고 평가한 경우

2024년 8월, 2024년 휴가나다 지진 발생 후, 일본 기상청(JMA)은 난카이 해곡에서의 메가스러스트 지진 위험이 "평소보다 상대적으로 높다"고 경고하며, 일본 역사상 처음으로 "주의" 경보를 발령했다.