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판 경계간 지진

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목차

1. 개요

판 경계간 지진은 두 판의 경계에서 판의 움직임으로 발생하는 지진으로, 정단층, 역단층, 주향이동단층의 움직임으로 발생하며, 섭입대에서 주로 일어나는 해구형 지진, 판 충돌로 인한 충돌형 경계 지진, 발산형 경계 지진, 변환 경계 지진 등으로 분류된다. 해구형 지진은 해구에서 발생하며 쓰나미를 동반할 수 있으며, 전 세계 지진 에너지의 90% 이상을 차지한다. 판 경계간 지진은 판 내부 지진에 비해 응력 강하 값이 작고, 불규칙한 소규모 진동을 전조로 나타낼 수 있다. 1900년 이후 규모 M9 이상 지진은 대부분 판 경계간 지진이었으며, 칠레, 일본, 인도네시아 등지에서 자주 발생한다.

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  • 지진의 종류 - 해구형 지진
    해구형 지진은 섭입대에서 판 경계면의 충상단층에서 발생하는 거대한 규모의 지진으로, 강력한 쓰나미를 동반하고 긴 시간 동안 강한 진동을 일으키며, 태평양과 인도양의 섭입대에서 주로 발생한다.
  • 지진의 종류 - 심발지진
    심발지진은 진원의 깊이가 200km를 초과하는 지진으로, 표면파는 거의 발생하지 않으나 실체파는 크게 느껴지며, 섭입하는 해양판의 움직임 등 여러 원인으로 판의 경계 지역에서 주로 발생하고 넓은 지역에 영향을 줄 수 있어 지속적인 연구가 필요한 지진이다.
  • 판 구조론 - 섭입
    섭입은 판 구조론의 핵심 과정으로, 밀도가 높은 지각판이 다른 지각판 아래로 가라앉는 현상이며, 지진, 화산 활동, 조산 운동과 같은 지각 활동과 해구, 화산호 등의 지형적 특징을 형성하고 지구의 지질학적 진화와 자연재해 발생에 영향을 미치는 지구상 유일한 행성 규모의 현상이다.
  • 판 구조론 - 판 (지각)
    판은 지구 표면을 덮는 조각으로, 대륙판과 해양판으로 구분되며, 유라시아판, 태평양판, 아프리카판 등 14~15개의 주요 판과 40여 개의 소규모 판으로 구성되어 있다.
판 경계간 지진
개요
정의판의 경계에서 발생하는 지진
발생 위치두 개의 판이 수렴하는 경계
특징
에너지 방출거대한 에너지를 방출할 수 있음
지진 규모거대 지진을 일으킬 수 있음
관련 현상해일
쓰나미
원인
판의 움직임한쪽 판이 다른 판 아래로 섭입하면서 발생
응력 축적판의 움직임으로 인해 단층에 응력이 축적됨
갑작스러운 해방축적된 응력이 단층을 따라 갑자기 해방되면서 발생
종류
섭입대 지진해구를 따라 발생하며, 깊이에 따라 천발, 중발, 심발 지진으로 분류
해구 축 방향의 횡압력 단층형 지진판의 이동 방향과 평행하게 발생하는 지진
대륙판끼리 충돌하는 곳에서 발생하는 지진히말라야 산맥 지역에서 발생하는 지진
위험 요소
지진 강도강한 지진동으로 인한 직접적인 피해
해일 위험해저에서 발생하는 경우, 해일을 동반할 수 있음
쓰나미 위험쓰나미를 유발하여 해안 지역에 막대한 피해를 초래할 수 있음
예측 및 대비
예측의 어려움발생 시점 및 규모 예측이 매우 어려움
대비책건축물의 내진 설계 강화
쓰나미 대피 훈련 실시
지진 발생 시 대피 요령 숙지
추가 정보
관련 용어지진
단층
판 구조론
쓰나미
참고 자료관련 과학 논문 및 연구 자료

2. 발생 원인

판 경계간 지진은 크게 정단층, 역단층, 주향이동단층의 세 가지 유형의 단층 운동으로 발생한다. 정단층과 역단층은 경사이동단층의 한 종류로, 단층면이 경사져 있어 암반이 수직 방향으로 움직인다. 정단층은 주로 발산 경계처럼 지각이 늘어나는 지역에서 나타나며, 역단층은 수렴 경계처럼 지각이 압축되는 지역에서 주로 발생한다. 주향이동단층은 단층 양쪽의 암반이 수평으로 미끄러지는 형태로, 변환 경계가 대표적인 예이다. 많은 지진은 경사이동과 주향이동이 복합적으로 작용하는 사교단층 운동으로 발생한다.[15]

판 경계간 지진은 두 판의 경계에서 발생하는 판 운동 때문에 발생한다는 점에서 다른 지진과 구별된다. 판구조론에서 판 경계에 쌓인 응력이 단층을 따라 순간적으로 방출되며 지진이 발생하는 것이다.

판 경계간 지진은 역학적으로 두 지각판 경계의 움직임에 의해 발생한다는 점에서 다른 지진과 다르다. 판 경계에 축적된 응력이 취성 파괴를 통해 해소되고, 단층을 따라 변위가 발생하면서 지진이 일어난다.

판 경계간 지진과 관련하여 고려해야 할 판 경계는 세 가지 유형이 있다.[4]


  • 변환 단층: 두 판이 서로 엇갈려 수평으로 미끄러지는 경계.
  • 발산 경계: 두 판이 서로 멀어지는 경계.
  • 수렴 경계: 한 판이 다른 판 아래로 섭입하는 경계.

3. 종류

판 경계간 지진은 지각판 경계에서 일어나는 움직임 때문에 발생하며, 이는 다른 종류의 지진과는 다른 역학적 특징을 갖는다. 이러한 지진은 판 경계에 쌓인 응력이 취성 파괴를 통해 해소되면서 단층을 따라 변위가 발생하며 일어난다.[4]

판 경계간 지진과 관련하여 세 가지 주요 판 경계 유형을 고려할 수 있다.


  • 변환 단층: 두 판이 서로 수평으로 미끄러지는 경계이다.
  • 발산 경계: 두 판이 서로 멀어지는 경계이다.
  • 수렴 경계: 한 판이 다른 판 쪽으로 이동하면서 다른 판 아래로 섭입될 수 있는 경계이다.

3. 1. 해구형 지진 (메가스러스트 지진)

해구형 지진(Megathrust earthquake)은 해구에서 해양판이 대륙판 아래로 섭입하면서 두 판의 경계가 뒤틀리며 발생하는 판 경계간 지진이다.[16][17] '해구형 지진'이라는 단어가 해구 근처에서 발생한 판 내부 지진을 포함하는 경우도 있어, 일본에서는 좁은 의미에서 '해구의 판 경계간 지진'이라고 부른다.

스프링처럼 응력이 쌓인 대륙판이 튕겨나가는 식으로 지진이 일어난다고 설명하기도 하지만, 판이 끌어당겨지는 것이 아니라 다른 지진과 마찬가지로 두 판이 서로 어긋나서 발생한다. 해구형 지진은 해구 주변 지역뿐만 아니라, 1923년 일본에서 일어난 간토 대지진처럼 해구에서 멀리 떨어진 지역까지 진원역이 넓어지는 경우도 있다.[18] 해구형 지진은 보통 대륙 지각이 해양 지각 위로 올라타는 매우 낮은 각도의 역단층, 충상단층형 지진이다.[16] 해구를 위에서 내려다보면 해구형 지진은 주로 해구의 가장 깊은 부분인 '해구축선'보다 대륙판 안쪽으로 들어간 지점이 진원역인 경우가 많다.

하나의 해구는 여러 영역(세그먼트)으로 나뉘어 각각 다른 대지진이 일어난다. 지진의 규모는 보통 M7-8 이상이며, 드물게 여러 세그먼트가 동시에 움직여 규모 M9 이상의 초거대지진이 발생하기도 한다. 하나의 세그먼트에서는 약 수십-수백 년을 주기로 대지진이 반복된다. 규모가 큰 해구형 지진이 해저에서 일어나면 쓰나미가 발생할 수 있으며, 진원역이 넓고 규모가 크기 때문에 광범위한 피해가 발생할 수 있다.[19]

해구형 지진이 주로 일어나는 곳은 칠레, 페루, 멕시코, 미국 알래스카주, 알류샨 열도, 러시아 캄차카반도와 쿠릴 열도, 일본, 필리핀, 인도네시아, 파푸아뉴기니, 솔로몬 제도, 피지, 통가, 뉴질랜드 해역이다. 이 국가들은 모두 연안에 해구가 있어 규모가 큰 해구형 지진이 발생하기 쉽다.[20]

2004년 자바 해구에서 일어난 인도네시아 수마트라섬 대지진도 해구형 지진에 속한다. 일본에서는 도카치 종합진흥국 남부 해역에서 반복적으로 발생하는 도카치 해역 지진과 네무로반도 동쪽 해역에서 발생하는 네무로반도 해역 지진과 같은 쿠릴-캄차카 해구의 지진, 2011년 3월 산리쿠 해역의 일본 해구에서 일어난 도호쿠 지방 태평양 해역 지진 및 같은 해구에서 반복적으로 발생하는 산리쿠 해역 지진,[21] 가까운 시일 내에 발생할 것으로 추정되어 지진관측망으로 감시 중인 스루가 해곡의 도카이 지진이나 난카이 해곡의 도난카이 지진, 난카이 지진,[22] 또한 세 지진의 진원역이 서로 연동해서 초거대지진으로 일어날 가능성도 있는 난카이 해곡 거대지진 등의 해구형 지진이 일어날 수 있다.[23] 간토대진재를 일으킨 1923년 M7.9의 간토 대지진도 사가미 해곡에서 판 경계가 서로 어긋나 일어난 사가미 해곡 거대지진으로 해구형 지진에 속한다.[24]

수마트라섬 지진이나 도호쿠 지방 태평양 해역 지진, 과거에 수 차례 발생한 난카이 해곡 지진은 여러 개의 진원역에서 짧은 시간 내에 판 경계면의 단층이 파괴되는 현상이 일어났는데, 이러한 지진을 연동형 지진이라고 부른다.[25][26] 거대한 해구형 지진이 발생한 후에는 진원역과 멀리 떨어진 장소에서도 대륙 지각 내부 지진, 해양 지각 내부 지진 또는 또 다른 해구형 지진이 발생할 수 있는데 이를 유발지진이라고 부른다.[27]

판 경계 중 해구 쪽 깊이가 얉은 지역에서는 종종 해일지진이 발생한다. 도호쿠 지방 태평양 해역 지진에서는 깊은 영역과 얉은 영역에서 동시에 연동형 지진이 일어나 강한 흔들림과 함께 거대한 쓰나미가 덮쳤다.[28]

해구형 지진으로 발생한 판 경계의 어긋남이 지표면상까지 드러나면 해저 단층이 생기며, 지진이 일어난 주 단층 외에도 여러 분기단층도 보일 수 있다. 도호쿠 지방 태평양 해역 지진에서는 이러한 해저 활단층이나 판 경계면으로 가라앉은 해산이 지진 발생에 연관되었을 것으로 추정된다.[29][30][31]

3. 2. 충돌형 경계 지진

두 대륙판이 서로 충돌해 섭입하는 지형의 모식도


충돌형 경계는 두 판이 서로 충돌하는 지역으로, 경계 부근에서는 강한 압축력이 발생해 지진이 일어난다.[32] 강한 힘으로 판이 부서지고 그 파편끼리 혹은 부가체가 서로 어긋나 지진이 일어날 수도 있다.[33] 히말라야산맥, 파미르고원, 티베트고원 같은 고원대에서 주로 관측되는 지진이다.

대표적인 충돌형 경계 지진으로는 1999년 9월에 일어난 규모 M7.6의 타이완섬 921 대지진이나 동해 동연 변동대에서 일어난 1983년 5월 M7.7의 동해 중부 지진, 1993년 7월 M7.8의 홋카이도 남서쪽 해역 지진 등이 있다.[34]

3. 3. 발산형 경계 지진

발산형 경계에서도 지진이 발생한다. 대양을 이분하는 중앙해령의 중축곡 아래에서 발생하는 지진을 "해령형 지진"이라고 부른다. 진원 깊이는 대부분 12km 이하의 천발지진이며 지진의 규모는 대부분 M6 이하이다. 발진기구를 분석하면 대부분의 해령형 지진은 장력축이 수평이면서 해령에 직각이며, 정단층을 띈다.[16] 동태평양 해팽, 호주-남극 해령, 인도양중앙해령, 서남인도해령, 대서양 중앙 해령 등 세계 각지의 해령에서 지진이 발생한다. 아이슬란드 지구대나 동아프리카의 대지구대와 같이 육상에 있는 해령(지구대)도 발산 경계의 영향으로 정단층형 지진이 발생한다.

3. 4. 변환 경계 지진

변환 단층에서도 판이 서로 어긋나면서 지진이 일어난다. 대부분은 해령 주변의 해저 지형에서 발생하지만 육지에서 일어나는 경우도 있다.[16] 대표적인 변환 경계 지진 발생 지역은 미국의 샌앤드레이어스 단층, 뉴질랜드의 알파인 단층, 터키의 북아나톨리아 단층 등이 있다.[16] 변환 경계 지진의 실제 사례로는 1906년 샌프란시스코 지진이 있다.[35]

4. 판 경계간 지진과 판 내부 지진의 차이

판 경계간 지진과 판 내부 지진은 발생하는 위치 외에도 여러 가지 차이점이 있다. 판 내부 지진은 판 경계간 지진과 달리, 수정 메르칼리 진도 계급으로 측정했을 때 진도가 거의 2단계 더 높다.[4] 수정 메르칼리 진도 계급은 지진 활동의 관찰된 영향에 따라 I(느껴지지 않음)에서 XII(완전 파괴)까지의 척도로 지진을 분류한다. 두 유형의 지진에서 지반 가속도는 유사하지만, 판 내부 단층을 가로지르는 더 큰 에너지 방출(응력 강하)로 인해 판 내부 지진의 진도가 판 경계간 지진보다 훨씬 더 크다.[4]

응력 강하는 지진 파열 전후 단층의 응력을 측정하는 척도이다. 판 내부 지진과 판 경계 지진은 유사한 길이 비례 스케일링 법칙을 따르지만, 판 경계 지진은 응력 강하 값이 체계적으로 6배 더 작게 나타난다.[6] 이는 판 사이의 경계가 판 자체보다 훨씬 약하다는 것을 시사한다.[6]

판 경계 지진과 판 내부 지진 사이의 응력 강하에 있어 측정 가능한, 체계적인 차이가 발생하는 이유는 완전히 밝혀지지 않았다.[6] 그러나 판 내부 지진 모델은 응력이 단층 전체에 균일하게 분포하는 반면, 판 경계 지진은 경계를 따라 특정 영역에 응력이 집중된다는 것을 보여준다.[7] 게다가 판 내부 지진이 점진적으로 응력을 방출하는 것과 비교하여, 판 경계 지진은 즉시 응력을 방출한다.[8]

5. 영향

판 경계간 지진은 단층을 따라 응력이 바로 방출되기 때문에 강력한 지진 에너지를 만들고 해저 융기를 일으킬 수 있다. 이때문에 단층을 따라 갑작스럽게 방출된 지진 에너지가 수면 위로 전달되면서 큰 파동이 발생하여 쓰나미가 발생한다. 하지만 모든 판 경계간 지진이 쓰나미를 만들어 내는 것은 아니며, 해일지진과 같이 느린 시간 동안 에너지를 방출하는 지진의 경우 높은 쓰나미가 발생하는 경우가 많다.[38]

5. 1. 섭입성 침식

부가체 침식 혹은 섭입성 침식 작용이란 섭입대에서 상판 아래쪽에 달라붙은 물질들이 섭입하는 판으로 빨려들어가 부가체가 사라지는 작용으로, 전부 다는 아니지만 거의 대부분의 섭입대에서 일어나는 작용이다.[36] 섭입성 침식 작용은 아직까지 완벽하게 이해되지 않았기 때문에 주기적인 판 경계간 지진으로 섭입성 침식 작용을 보강한다는 모델도 등장하였다.[37] 이 모델에서는 침식 작용이 섭입대에서 점진적으로 일어나는 것이 아니라, 판 경계간 지진으로 판이 상승할 때 순간적으로 단번에 거대한 양의 침식 작용이 일어난다고 설명한다.[9]

5. 2. 쓰나미

해저에서 일어나는 지진은 쓰나미를 일으키는 주 원인이다. 판 경계간 지진은 단층을 따라 응력이 바로 방출되기 때문에 강력한 지진 에너지를 만들고 해저 융기를 일으킬 수 있으며, 단층을 따라 갑자기 방출된 지진 에너지가 수면 위로 전달되면서 큰 파동을 발생시킨다. 하지만 모든 판 경계간 지진이 쓰나미를 만들어 내진 않으며, 높은 쓰나미를 만들어내는 지진은 느린 시간 동안 에너지를 방출하는 해일지진의 경우 잘 발생한다.[38]

해일 발생에는 지진이 주요한 요인으로 작용한다. 판 경계 지진은 단층을 따라 스트레스가 즉시 해소되면서 상당한 지진 에너지를 발생시키고 해저 융기를 일으킬 수 있으며, 단층을 따라 갑작스러운 미끄러짐에서 발생하는 에너지가 상부의 수체로 전달되면서 큰 파도를 생성한다. 그러나 대부분의 판 경계 지진은 해일을 생성할 만큼 강하지 않으며, 대부분의 해일은 비교적 느린 스트레스 해소 방식과 지구 표면에 근접한 판 내부 지진 또는 해일 지진에 의해 발생한다.[10]

6. 주요 판 경계간 지진

판 경계간 지진은 전 세계 지진 에너지의 90% 이상을 차지한다.[1] 인구 밀집 지역에서 발생하는 규모 M5 이상의 지진은 인간의 생명과 재산에 큰 위협을 가한다.[4] 특히 지난 세기 동안 발생한 매우 큰 규모의 지진은 대부분 판 경계간 지진, 그중에서도 해구형지진이었다.

판 경계간 지진이 자주 발생하는 지역은 다음과 같다.



1900년 이후 발생한 규모 M9 이상 지진[39]
날짜위치규모진원 깊이 (km)
2011-03-11일본 도호쿠 지방 해역9.129
2004-12-26인도네시아 수마트라섬 서북부 해역9.130
1964-03-28미국 알래스카주 남부 해역9.225
1960-05-22칠레 발디비아주 서쪽 해역9.525
1952-11-04러시아 캄차카반도 서쪽 해역9.021.6


7. 전조

과학자들은 판 경계간 지진이 때때로 불규칙한 소규모 진동이 발생하는 것에 앞서 일어난다는 것을 밝혀냈다.[5] 전진은 종종 판 경계를 따라 일어나는 느린 미끄러짐과 관련이 있다.[5] 이러한 전진은 때때로 판 경계간 지진 발생 며칠 또는 몇 주 전에 식별될 수 있으며, 연구자들이 판 경계간 지진을 예측하고 피해를 줄이기 위한 전략을 도입할 수 있게 해준다.

참조

[1] 서적 Earthquakes: 2006 Centennial Update – The 1906 Big One W. H. Freeman and Company 2005-08
[2] 논문 Stress orientations in subduction zones and the strength of subduction megathrust faults 2015-09-11
[3] 논문 A possible explanation for difference in stress drop between intraplate and interplate earthquakes 2009-12
[4] 학위논문 Assessment of Interplate and Intraplate Earthquakes Texas A & M University 2012
[5] 논문 The long precursory phase of most large interplate earthquakes
[6] 논문 Scaling differences between large interplate and intraplate earthquakes. 1986
[7] 논문 A possible explanation for difference in stress drop between intraplate and interplate earthquakes. 2009
[8] 논문 Stress evolution and seismicity in the central-eastern United States: Insights from geodynamic modeling 2007
[9] 논문 Interplate earthquakes as a driver of shallow subduction erosion. 2010
[10] 웹사이트 Earthquake {{!}} Intra and Inter-plate seismic events http://www.sms-tsuna[...] 2018-05-26
[11] 웹사이트 USGS Earthquake Hazards Program https://earthquake.u[...] United States Geological Survey 2018-05-31
[12] 서적 Earthquakes: 2006 Centennial Update – The 1906 Big One W. H. Freeman and Company 2005-08
[13] 저널 인용 Subduction zones
[14] 저널 인용 A possible explanation for difference in stress drop between intraplate and interplate earthquakes 2009-12
[15] 학위논문 Assessment of Interplate and Intraplate Earthquakes Texas A & M University 2012
[16] 서적 '新版 地学事典'
[17] 서적 地震の事典
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[29] 뉴스 海底活断層が起こした可能性も 東日本大震災 http://www.saga-s.co[...] 佐賀新聞 2011-09-23
[30] 뉴스 壊れた「留め金」…海底の山の破壊が大震災誘発か http://www.iza.ne.jp[...] 産経新聞 2011-10-08
[31] 기타 日本海溝沿いの活断層と地震に関する予察的考察 http://www2.jpgu.org[...] 日本地球惑星科学連合 2011-05-27
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[36] 웹인용 東日本大震災対応作業部会報告 http://www.geosociet[...] 日本地質学会 2018-01-19
[37] 논문 Interplate earthquakes as a driver of shallow subduction erosion 2010
[38] 웹인용 Earthquake {{!}} Intra and Inter-plate seismic events http://www.sms-tsuna[...] 2018-05-26
[39] 웹인용 USGS Earthquake Hazards Program https://earthquake.u[...] 2018-05-31


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