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정상 미끄러짐

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목차

1. 개요

정상 미끄러짐은 섭입대에서 발생하는 지진의 일종으로, 지진보다 훨씬 느린 속도로 단층이 미끄러지는 현상을 말한다. 2002년 일본에서 처음 관측되었으며, 캐나다 밴쿠버섬의 캐스케이디아 섭입대에서 주기적으로 발생한다. 정상 미끄러짐은 슬로우 슬립, 지진성 땅울림(트레머/미세 지진)과 관련이 있으며, 거대 지진과의 연관성 연구가 진행 중이다. 흔들림의 원인으로는 지하 유체의 이동, 판 경계면의 전단 미끄러짐 등이 제시되고 있다.

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정상 미끄러짐
현상 개요
유형지진, 단층
위치섭입대
특징장기간 지속
저주파 성분 우세
진폭 작음
특성
발생 장소판 경계 심부
연관 현상느린 미끄러짐 지진 (Slow Slip Event, SSE)
발생 간격불규칙적
지속 시간수일 ~ 수개월
발생 메커니즘
원인판 경계면의 점착-미끄러짐 거동
유체 압력 변화
영향주변 지역의 응력 변화 유발 가능
연구
주요 연구 지역일본 난카이 해곡
캐나다 캐스케이드 섭입대
뉴질랜드 히쿠랑기 섭입대
연구 방법지진 관측
GPS 데이터 분석
지구물리학 모델링
관련 용어
관련 용어섭입대
느린 미끄러짐 지진 (SSE)
저주파 지진
참고 자료

2. 발견

2002년 일본 서남부에서 비화산성 땅울림이 처음으로 관측되었다.[29] 직후 캐나다 지질조사국은 밴쿠버섬 지역에서 관측되는 GPS 좌표계 이동을 "일시적 흔들림 및 미끄러짐"(ETS)이라고 명명했다.[30] 캐스케이디아 섭입대에서는 ETS 현상이 약 14개월 주기로 반복되는 것이 확인되었고, 이후 몇 년간(2003-2007년)의 ETS 발생을 성공적으로 예측할 수 있었다.[31] 캐스케이디아에서 정상 미끄러짐은 약 2주간 판 경계에서 규모 M7급 지진에 해당하는 1-10 Hz의 지진성 땅울림과 비지진성 미끄러짐이 발생하는데, 이는 매우 민감한 지진계로만 관측할 수 있는 약한 지진학적 신호이다. 이 현상은 1700년 캐스케이디아 지진으로 아래 경사로 파열된 지역에서 발생하고 있다.

캐스케이디아에서 처음 발견된 이후, 일본과 멕시코 등 전 세계 섭입대에서 슬로우 슬립과 땅울림 현상이 관측되었다.[32] 하지만 히쿠란기 해구에서는 슬로우 슬립이 땅울림을 동반하지 않았다.[33]

뉴질랜드 웰링턴 지하에서는 5년마다 1번씩 정상 미끄러짐이 관측된다. 2003년 처음 관측되었으며 2008년과 2013년에도 반복되었다.[34]

3. 특성

정상 미끄러짐(슬로우 슬립)은 일반적인 지진보다 훨씬 느린 속도로 판 경계가 미끄러지는 현상이다. 슬로우 슬립은 수개월에서 수년마다 주기적으로 발생하며, 수평으로 5km/d-15km/d의 속도로 전파된다. 이와 반대로 일반적인 지진의 전파 속도는 S파 속도의 약 70-90%인 3.5 km/s로 매우 빠르다.[32]

2005년부터 2012년까지 캐나다 브리티시컬럼비아주 빅토리아의 GPS 변동 측정치. 캐스케이디아 섭입대에서 꾸준히 변위가 늘어나는 변형이 일어나는 가운데, 주기적으로 중간중간 변위가 확 낮아지는 정상 미끄러짐이 일어나는 모습을 볼 수 있다.


슬로우 슬립 현상은 섭입대에서 주로 발생하기 때문에 해구형 지진과 경제적, 과학적, 인문학적으로 매우 중요하다. 정상 미끄러짐으로 발생하는 지진 위험도는 발생한 진원에 따라 달라진다. 슬로우 슬립 현상이 지진 발생 지대로 확장된다면 축적된 지진의 응력이 방출되어 치명적인 피해를 가져다 줄 지진의 발생 확률이 낮아진다.[35][36] 하지만 슬로우 슬립 현상이 지진 발생 지대의 침강영역에서 발생한다면 오히려 해당 지역에 쌓인 응력이 더 추가될 수 있다.[35][37] 대지진(모멘트 규모 M_w \geq 8.0)이 발생할 확률은 정상 미끄러짐이 발생할 때 최대 30배 증가한다는 연구가 나왔으나,[38] 후속 연구에 따르면 실제로는 매우 복잡하며 지나치게 단순화한 연구라는 비판이 나왔다.[39] 실례로 정상 미끄러짐이 판 경계를 따라 서로 다른 시간에 여러 구간에서 발생할 때도 있어 서로 간섭되며, 또한 정상 미끄러짐과 대지진과의 시간관계가 서로 상관관계가 존재한다고 보기 매우 드물다는 지적이 있다.[40]

3. 1. 단층의 미끄러짐

캐스케이디아 섭입대에서는 고대 패럴론판의 잔재인 후안데푸카판이 북아메리카판 아래로 동쪽을 향해 섭입하고 있다. 후안데푸카판과 북아메리카판 사이의 경계는 판 사이의 마찰력이 매우 강해 일반적으로 판이 움직이지 않는 "잠금"(Lock) 상태이다. 잠긴 지역 위 북아메리카판 표면에 있는 GPS 마커는 섭입하는 후안데푸카판에게 밀려 동쪽으로 이동한다. 하지만 측지학적인 측정에 따르면 가끔씩 섭입하는 북아메리카판의 움직임이 주기적으로 반전(즉 서쪽으로 이동)하는 일이 발생한다는 사실을 발견했다.[31] 이런 사건은 지진보다는 훨씬 더 긴 시간에 걸쳐 발생하기 때문에 지진과는 구별해 "슬로우 슬립", "느린 미끄러짐"이라고 부른다.

캐스케이디아, 일본, 멕시코의 섭입대에서 슬로우 슬립 현상이 관측되었다.[32] 슬로우 슬립은 수 개월에 수 년마다 주기적으로 잠긴 지역의 하강지대나 그 인근에서 발생하며, 수평으로는 5-15 km/d의 속도로 전파된다.[32] 이와 반대로 일반적인 지진의 전파 속도는 S파 속도의 약 70-90%인 3.5 km/s로 매우 빠르다.

슬로우 슬립 현상은 섭입대에서 주로 발생하기 때문에 해구형 지진과 경제적, 과학적, 인문학적으로 매우 중요하다. 정상 미끄러짐으로 발생하는 지진 위험도는 발생한 진원에 따라 달라진다. 슬로우 슬립 현상이 지진 발생 지대로 확장된다면 축적된 지진의 응력이 방출되어 치명적인 피해를 가져다 줄 지진의 발생 확률이 낮아진다.[35][36] 하지만 슬로우 슬립 현상이 지진 발생 지대의 침강영역에서 발생한다면 오히러 해당 지역에 쌓인 응력이 더 추가될 수 있다.[35][37] 대지진(모멘트 규모 M_w \geq 8.0)이 발생할 확률은 정상 미끄러짐이 발생할 때 최대 30배 증가한다는 연구가 나왔으나,[38] 후속 연구에 따르면 실제로는 매우 복잡하며 지나치게 단순화한 연구라는 비판이 나왔다.[39] 실례로 정상 미끄러짐이 판 경계를 따라 서로 다른 시간에 여러 구간에서 발생할 때도 있어 서로 간섭되며, 또한 정상 미끄러짐과 대지진과의 시간관계가 서로 상관관계가 존재한다고 보기 매우 드물다는 지적이 있다.[40]

3. 2. 흔들림

슬로우 슬립은 종종 지진학적 비화산성 땅울림(흔들림)과 관련이 있다. 흔들림은 지진과 달리 세기가 약하고 지속 시간이 길며, 주로 지하 유체(마그마 혹은 열수) 이동으로 발생한다.[41][42] 캐스케이디아와 난카이 해곡 섭입대에서는 슬로우 슬립과 흔들림이 직접적으로 연관되어 있다.[31][44] 정상 미끄러짐에서 나타나는 흔들림에는 지각 변형과 관련된 흔들림과 멀리 떨어진 곳에서 발생한 지진으로 유발되는 흔들림, 두 가지 유형이 있다.

4. 지질학적 해석

정상 미끄러짐으로 발생하는 흔들림은 보통 마그마 혹은 열수와 같은 유체의 지하 운동과 관련이 있다.[42] 판이 맨틀 속으로 침강하면서 공극률이 급격하게 떨어져 암석에서 물이 방출되고 각섬석과 같은 수성 광물은 상변화로 수분을 잃는다. 암석에서 물이 방출되면 판 경계에서 초임계유체가 되어 판 운동을 윤활한다는 점이 알려져 있다.[49] 이런 초임계유체는 주변 암반에 균열을 확대시킬 수 있으며 흔들림은 이 과정에서 발생하는 지진학적 신호에 해당한다.[49] 수학적 모델링에서는 이런 탈수효과를 함께 고려하여 캐스케이디아 섭입대에서 주기적으로 발생하는 지진과 흔들림의 주기성을 성공적으로 재현했다.[50] 이 해석에 따르면 침강하는 해양판이 오래되고 차가운 것과는 반대로 지각이 아직 젊고 뜨거우며 습한 곳에서 흔들림이 더 자주 발생한다.

하지만 이와는 다른 모델도 있다. 흔들림은 고정된 부피 안에서 조석이나 변화하는 유체 흐름의 영향을 받는다는 연구도 있다.[35][51] 또한 판 경계면의 전단 미끄러짐에서도 흔들림이 발생한다.[31] 캐스케이디아와 뉴질랜드 히쿠란기 해구의 반복적인 정상 미끄러짐과 흔들림을 수학적 모델링을 통해 재현한 연구에서는 탈수화로 일시적인 흔들림과 슬립 사건이 발생한다고 분석한다.[52][53][54]

참조

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[5] 논문 Slow slip predictions based on granite and gabbro friction data compared to GPS measurements in northern Cascadia http://nrs.harvard.e[...]
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