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화산성 지진

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목차

1. 개요

화산성 지진은 화산 활동과 관련된 지진으로, 마그마의 이동, 지하 암석과의 상호 작용, 열수 활동 등으로 인해 발생한다. 섭입대, 중앙해령 등에서 마그마가 이동하며 주변 암석에 영향을 주거나, 마그마 통로에서 압력 변화가 생길 때 지진이 발생한다. 화산성 지진은 주파수와 주기에 따라 단주기, 장주기, 초장주기, 극장주기로 분류되며, 화산성 미동과 화산성 지진으로 구분된다. 이러한 지진 활동은 화산 분화를 예측하는 데 중요한 도구로 사용되며, 전 세계적으로 화산 지진 감시를 통해 분화 위험을 평가하고 있다.

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화산성 지진
개요
유형지진
원인마그마의 움직임
관련 현상화산 활동
특징지진파의 빈도가 낮고 지속 시간이 길다.
정의
설명화산 지역에서 마그마의 움직임으로 인해 발생하는 지진.
특징일반적인 단층 활동으로 인한 지진과는 다른 특성을 보임.
S파가 감쇠되어 잘 전달되지 않는 특징을 보임.
종류
장주기 지진 (LP 지진)저주파 성분이 우세한 지진.
마그마나 유체의 이동과 관련된 것으로 추정.
화산성 지진 (VT 지진)단층 운동으로 발생하는 일반적인 지진과 유사한 형태.
화산 활동과 관련된 압력 변화 등으로 발생.
화산-구조성 지진마그마의 관입이나 화산체의 구조적인 불안정으로 인해 발생.
B형 지진쓰나미를 동반하는 경우가 있음.
일본에서 주로 사용되는 용어.
추가 설명
발생 메커니즘마그마의 움직임, 가스 방출, 열수 활동 등 다양한 요인에 의해 발생.
화산 활동의 전조 현상으로 나타나는 경우가 많음.
연구화산성 지진의 분석을 통해 마그마의 위치, 이동 경로, 화산체의 내부 구조 등을 추정 가능.
화산 폭발 예측에 활용.
참고 자료東京大学地震研究所 平成20年度 火山物理セミナー 火山性地震の分類に関する10/24の議論に対するコメント
阿蘇山火山防災連絡事務所 火山観測に関係する用語
관련 연구Earthquake classification, location, and error analysis in a volcanic environment: implications for the magmatic system of the 1989–1990 eruptions at Redoubt Volcano, Alaska
The origin of volcano-tectonic earthquake swarms
관련 문서Catalogue of Canadian volcanoes: Anahim volcanic belt
日本気象庁 火山性地震と微動

2. 화산성 지진의 원인 및 메커니즘

지진파형 네 가지 유형


화산성 지진은 섭입대나 중앙해령과 같이 판이 움직이는 곳에서 마그마가 이동하면서 발생한다.[4][5] 마그마는 주변 암석에 압력을 가하거나, 암석을 파괴하면서 지진을 일으킨다.

화산 주변 지하에는 마그마의 통로가 있는데, 마그마가 상승하면 압력과 온도가 증가한다. 특히 지표면 근처의 지하수는 마그마에 의해 가열되어 증발하면서 부피와 압력이 급격히 증가한다. 이 압력을 견디지 못한 마그마 통로의 암반이 갈라지면서 지진이 발생한다. 또한, 마그마가 지나간 후 압력이 낮아지면서 억눌려 있던 암반이 무너지는 것에 의해서도 지진이 발생한다.

2. 1. 섭입대에서의 화산성 지진



화산성 지진은 섭입대에서 발생할 수 있다. 섭입대에서 판이 압축되면 그 아래에 있는 마그마가 이동한다.[4] 마그마는 새롭게 압축된 지각을 통해 쉽게 이동할 수 없어 지표면 아래와 수렴하는 판구조판 사이의 마그마 방에 고이게 된다. 불의 고리의 화산을 포함하여 가장 유명하고 잘 알려진 많은 화산이 이러한 유형이다. 판이 움직임에 따라 지하 마그마는 마그마 방으로 들어가거나 나오면서 주변 지각으로 관입할 수 있다. 이러한 움직임은 주변의 불안정한 암석이 함몰되거나 이동하게 할 수 있다. 마그마의 움직임은 측정 가능한 지진 활동을 유발한다.[4] 중앙해령과 같이 판이 발산하는 곳에서도 마그마가 저장고로 이동하여 관입을 형성하고 주변 암석을 이동시켜 지진으로 감지될 수 있다. 이는 단층과 직접 관련된 지진과는 별개이다. 그러나 일부 화산 폭발과 함께 지진이 유발된 것으로 알려져 있으며, 일부 폭발과 관련하여 시간과 장소적으로 다른 연관성이 있을 수 있어 유사한 용어 때문에 혼란을 야기할 수 있다.[5]

화산을 감시하는 과학자들은 마그마의 움직임과 지하 암석과의 상호 작용에 따라 마그마의 움직임이 지진 군을 유발할 수 있다는 것을 알아챘다. 또한, 화산의 폭발성과 함께하는 지진은 다이크에 의한 응력과 이것이 마그마, 암석 및 마그마 방 벽 사이에서 일으키는 상호 작용과 관련이 있는 것으로 나타났다.[3]

2. 2. 중앙해령에서의 화산성 지진



중앙해령과 같이 판이 발산하는 곳에서 마그마가 저장고로 이동하여 관입을 형성하고, 주변 암석을 이동시켜 지진으로 감지될 수 있다. 이는 단층과 직접적으로 관련된 지진과는 별개이다.[5] 그러나 일부 화산 폭발과 함께 지진이 유발된 것으로 알려져 있으며, 시간과 장소적으로 연관성이 있을 수 있지만, 유사한 용어 때문에 혼란을 야기할 수 있다.[5]

2. 3. 마그마의 관입과 암석 파괴

섭입대에서 판의 압축은 그 아래에 있는 마그마의 이동을 유발한다.[4] 마그마는 새롭게 압축된 지각을 통해 쉽게 이동할 수 없어 지표면 아래와 수렴하는 판구조판 사이의 마그마 방에 고이게 된다. 불의 고리의 화산이 이러한 유형에 속한다. 판이 움직임에 따라 지하 마그마는 마그마 방으로 들어가거나 나오면서 주변 지각으로 관입할 수 있다. 이러한 움직임은 주변의 불안정한 암석이 함몰되거나 이동하는 원인이 될 수 있으며, 이는 측정 가능한 지진 활동을 유발한다.[4] 중앙해령과 같이 판이 발산하는 곳에서도 마그마가 저장고로 이동하여 관입을 형성하여 주변 암석의 이동을 일으킬 수 있으며, 이는 지진으로 감지될 수 있다. 이것은 단층과 직접적으로 관련된 지진과는 별개이다.[5]

화산 주변 지하에는 마그마의 통로가 있다. 마그마가 상승하면 압력이 증가하고 온도도 상승한다. 특히 지표면에 가까울수록 지하에는 수분이 포함되어 있으며, 마그마에 의해 가열된 수분이 증발하여 부피가 수천 배로 증가하고 압력도 순식간에 높아진다. 그러면 압력을 견디지 못한 마그마 통로에서 암반이 갈라지면서 지진이 발생한다. 또한, 마그마에 의해 압력이 높아진 후 마그마가 지나가면서 압력이 낮아지고, 억눌려 있던 암반이 무너지는 것에 의해서도 지진이 발생한다.

3. 화산성 지진의 종류

기상청에서는 진동 파형의 특징과 주파수 성분 분포를 보고 "지진"과 "미동"으로 구분한다. 화산마다 고유한 파형을 갖는 경우도 있으며, 정의 및 분류는 더욱 세분화된다.[10] 또한, 세부적인 정의는 연구기관에 따라 다르다.[11][9]

3. 1. 주파수와 주기에 따른 분류

기상청에서는 진동파형의 특징과 주파수 성분의 분포를 기준으로 "지진"과 "미동"을 구분한다. 화산마다 고유한 파형을 보이는 경우도 있어, 정의와 분류는 더욱 세분화된다.[10] 연구기관에 따라 세부적인 정의는 다를 수 있다.[11][9]

화산학에서 진동 주파수 분류는 일반 지진학과 차이가 있는데, 이는 화산 관측에서 역사적으로 고유 주기 1초의 지진계를 사용해 왔기 때문이다.[12] 다음은 Chouet (1986)에 따른 분류이지만,[13] 일반 지진학에 준하는 주기대의 분류를 사용하는 논문이나 서적도 많다.[14][15]

  • T=0.1초: 단주기 (short period, SP)
  • T=1초: 장주기 (long period, LP)
  • T=10초: 초장주기 (very-long period, VLP)
  • T=100초: 극장주기 (ultra-long period, ULP)

3. 2. 화산성 미동 (Volcanic Tremor)

'''화산성 미동'''(Volcanic Tremor)은 화산성 맥동이라고도 불리며, 짧게는 몇 분에서 길게는 수일 이상 지속되기도 한다. 하와이 킬라우에아 화산의 관측 사례를 보면, 마그마에서 발생한 화산 가스에 의해 데워진 열수계(熱水系)에서 발생하는 진동으로 분석된다.[16]

화산성 미동은 다음과 같이 분류할 수 있다.

  • 화산성 연속 미동: 비교적 오랫동안 지속되며, 활동 중인 화산에서는 항상 발생한다. 진폭은 매우 작지만, 화산 활동이 활발해지면 진폭이 커지거나 미동이 멈추는 현상이 나타나기도 한다.

  • 고립형 미동: 아소산에서만 나타나는 특이한 형태로, 갑자기 발생하는 짧은 미동이다. 화산성 연속 미동과는 주기가 약간 다르며, 진폭은 조금 작은 편이다.

  • 고립 미동: 비교적 긴 시간 동안 지속되는 미동으로, 진폭은 크다.

3. 3. 화산성 지진 (Volcanic Earthquake)

기상청에서는 진동 파형의 특징과 주파수 성분의 분포를 기준으로 "지진"과 "미동"을 구분한다. 화산마다 고유한 파형을 보이는 경우도 있어, 정의 및 분류는 더욱 세분화된다.[10] 연구기관에 따라 세부적인 정의가 다를 수 있다.[11][9]

엄밀히 말하면 화산에 따라 다르지만, 아소산에서는 화산성 지진을 "화산 근처에서 발생하며, 진원(震源)의 깊이가 10km 이내인 지진"으로 정의한다.[18]

  • A형 지진 (VT 지진)
  • 10km 이내에서 비교적 깊은 곳에서 발생한다.
  • 전단 파괴에 의해 발생하며, 화구(화도)를 둘러싸듯이 발생한다.
  • 파형은 첫 번째 파가 가장 크고 점차 작아져 거의 삼각형 모양이 된다.
  • P파와 S파의 구별이 용이하다.
  • 진동 주기는 짧은 경향이 있으며, 10Hz 이상의 고주파 성분이 많다.[17]
  • 화산 활동이 정온기에는 적게 발생한다.
  • 일반적인 지진과의 구별은 P-S 시간이 3초 이내(아소산 기준)이며, 산에 따라 다를 수 있다.[18]
  • B형 지진
  • 대부분 진원이 1km보다 얕고, 매우 얕은 곳에서 발생한다.
  • 체적 변화에 의해 발생하며, 빈번히 분화하는 화구 바로 아래에서 발생한다.
  • 파형은 일정한 리듬으로 크고 작음을 반복하는 방추형(紡錘形)이 된다.
  • P파와 S파의 구별이 어렵다.
  • 진동 주기는 긴 경향이 있다.
  • 고주파형 BH: 5Hz~8Hz의 주파수 성분이 탁월하다.[17]
  • 저주파형 BL: 1Hz~3Hz의 주파수 성분이 탁월하다.[17]
  • 폭발 지진
  • 지진의 파형은 첫 번째 파부터 급격히 커진 후 크고 작음을 반복하면서 점차 작아지고, 방추형에 가까운 삼각형이 된다.
  • D형 지진, 분화 지진 등으로도 불리며, 발생 시 10Pa 이상의 강한 공기 진동을 동반한다.
  • 진폭은 B형보다 크고 진동 주기가 거의 일정하다.
  • T형 지진
  • 처음에는 주기가 짧고, 점차 주기가 길어짐과 동시에 주기가 일정해져 장시간 지속된다.[19]
  • 안산암질의 화산에 많고, N형 지진이라고도 한다.
  • 심부 저주파 지진
  • 비교적 깊은 곳을 진원으로 한다.
  • 지진의 파형은 주파수가 낮은 파(저주파(低周波))를 포함하는 파형이 된다.

4. 화산성 지진의 중요성 및 활용

1985년 분화 당시의 네바도 델 루이스. 이 분화는 분화가 임박했음을 판단하기 위해 지진 활동을 모니터링한 사례이다.


화산 지진은 화산 분화를 예측하고, 화산 활동을 감시하며, 방재 대책을 수립하는 데 중요한 역할을 한다. 거의 모든 기록된 화산 폭발에는 화산 아래나 근처에서 어떤 형태의 지진 활동이 선행되었다.[7] 그러나 이러한 지진 활동이 항상 폭발에 대한 충분한 경고를 주는 것은 아니다.[7]

개별 화산의 경우, 지진과 마그마 이동 또는 잠재적인 분화 사이의 관계를 파악하여 전 세계 약 200개의 화산에서 지진 감시가 이루어지고 있다.[8] 화산 지진은 주요 충격-여진 순서가 아닌 군집 형태로 발생하며, 일반적인 지각 구조 지진보다 규모가 작고, 유사한 파형 패턴을 보인다. 또한, 분화 전에 지진 횟수가 증가하고, 분화 지점 근처나 아래에서 발생한다.[2]

화산과 그 분화와 관련하여 감시되는 다른 유형의 지진 활동으로는 장주기 지진파(이전에는 막힘으로 인해 움직이지 않던 마그마의 갑작스러운 산발적인 움직임으로 인해 발생)와 조화 진동(안정적인 마그마 이동을 나타냄)이 있다.

4. 1. 분화 예측



화산 지진은 화산 분화를 예측할 수 있는 중요한 도구이다. 대부분의 대규모 분화에는 지진 활동이 전조 현상으로 나타난다. 드물게 복잡한 상호 작용으로 인해 분화 직전에 지진 활동이 잠잠해지는 것처럼 보일 수도 있다.[6] 이러한 지진 활동은 오랫동안 휴화산 상태였던 화산의 분화와 마그마 방의 크기를 예측하는 데 도움이 될 수 있다.[2] 화산 지진이 분화에 앞서 나타난 대표적인 사례로는 네바도 델 루이스(1985년), 피나투보 산(1991년), 운젠 산(1990년), 코토팍시 산(2002년)의 분화가 있다. 화산 지진의 특징을 가진 지진은 마그마 관입과 거의 실시간으로 동반된다.

마그마의 이동은 화산 분화와 관계없이 일어날 수 있지만, 화산 분화가 임박할 가능성도 있다. 따라서 마그마의 이동을 화산성 지진 관측으로 포착하여 그 화산의 화산성 지진과 분화 패턴을 연구하고, 화산 분화 예측에 활용하고 있다. 일본에서는 수십 개의 활화산에 지진계를 비롯한 계기와 관측소가 설치되어 기상청의 화산 정보 등으로 경보 체계가 구축되어 있다.

화산성 지진은 일반적으로 규모가 작고, 무감(진도 1보다 작음) 지진이 되는 경우가 많다. 또한, 지진의 주기도 다양하다. 화산 주변에는 주기에 따라 몇 가지 종류의 정밀한 지진계를 설치하여 관측을 실시한다.

4. 2. 화산 감시



화산 지진은 화산 분화를 예측할 수 있는 중요한 도구이다. 대부분의 대규모 분화에는 지진 활동이 전조 현상으로 나타나며, 드물게 복잡한 상호 작용으로 인해 분화 직전에 지진 활동이 잠잠해지는 것처럼 보일 수도 있다.[6] 이러한 지진 활동은 오랫동안 휴화산 상태였던 화산의 분화와 마그마 방의 크기를 예측하는 데 도움이 될 수 있다.[2] 화산 지진이 분화에 앞서 나타난 대표적인 사례로는 네바도 델 루이스(1985년), 피나투보 산(1991년), 운젠 산(1990년), 코토팍시 산(2002년)의 분화가 있다. 화산 지진의 특징을 가진 지진은 마그마 관입과 거의 실시간으로 동반된다.

거의 모든 기록된 화산 폭발은 화산 아래 또는 근처에서 어떤 형태의 지진 활동이 선행되었다. 그러나 이 활동이 항상 폭발에 대한 충분한 경고를 줄 것이라는 의미는 아니다.[7] 개별 화산의 경우, 지진과 마그마 이동 또는 잠재적인 분화 사이의 관계로 인해 전 세계 약 200개의 화산이 지진 감시를 받고 있다.[8] 수년간의 배경 지진 데이터 기록을 통해 화산 지진을 분류할 수 있었다. 이러한 지진은 주요 충격-여진 순서가 아닌 군집으로 발생하는 경향이 있으며, 지각 구조 지진보다 최대 규모가 작고, 유사한 파형 패턴을 가지며, 분화 전에 수가 증가하고, 분화 지점 근처 또는 아래에서 발생한다. 화산 지진 지진 활동은 일반적으로 다가올 화산 분화 지점의 측면, 즉 수 킬로미터 떨어진 지각 단층 구조에서 발생한다.[2] 이러한 지진은 초점 메커니즘에 큰 비이중쌍 성분을 가지고 있다.[2]

화산과 그 분화와 관련하여 감시되는 다른 유형의 지진 활동은 장주기 지진파(이전에는 막힘으로 인해 움직이지 않던 마그마의 갑작스러운 산발적인 움직임으로 인해 발생)와 조화 진동(안정적인 마그마 이동을 나타냄)이다.

마그마의 이동은 화산 분화와 관계없이 일어날 수 있지만, 화산 분화가 임박할 가능성도 있다. 따라서 마그마의 이동을 화산성 지진 관측으로 포착하여 그 화산의 화산성 지진과 분화 패턴을 연구하고, 화산 분화 예측에 활용하고 있다. 일본에서는 수십 개의 활화산에 지진계를 비롯한 계기와 관측소가 설치되어 기상청의 화산 정보 등으로 경보 체계가 구축되어 있다.

화산성 지진은 일반적으로 규모가 작고, 무감(진도 1보다 작음) 지진이 되는 경우가 많다. 또한, 지진의 주기도 다양하다. 화산 주변에는 주기에 따라 몇 가지 종류의 정밀한 지진계를 설치하여 관측을 실시한다.

4. 3. 방재 대책

마그마의 이동은 화산 분화와 관계없이 일어날 수 있지만, 화산 분화가 임박할 가능성도 있다. 따라서 마그마의 이동을 화산성 지진 관측으로 포착하여 그 화산의 화산성 지진과 분화 패턴을 연구하고, 화산 분화 예측에 활용하고 있다. 일본에서는 수십 개의 활화산에 지진계를 비롯한 계기와 관측소가 설치되어 기상청의 화산 정보 등으로 경보 체계가 구축되어 있다.[1]

화산성 지진은 일반적으로 규모가 작고, 무감(진도 1보다 작음) 지진이 되는 경우가 많다. 또한, 지진의 주기도 다양하다. 화산 주변에는 주기에 따라 몇 가지 종류의 정밀한 지진계를 설치하여 관측을 실시한다.[1]

5. 피해를 유발한 화산성 지진 사례

발생일사건명규모사망자부상자기타
1792년 5월 21일시마바라 대변(肥後迷惑)1만 5천 명[1]운젠산 화산성 지진 및 마유야마(眉山) 산체붕괴, 쓰나미 발생. 일본 최대 화산재해.
1914년 1월 12일사쿠라지마 지진M 7.129명[1]111명[1]사쿠라지마 분화
2000년 7월 1일
2000년 7월 15일
2000년 7월 30일		니이지마·코즈시마·미야케지마 근해 지진M 6.5
M 6.3
M 6.5		1명[1]미야케지마 8월 10일 분화


참조

[1] 논문 Earthquake classification, location, and error analysis in a volcanic environment: implications for the magmatic system of the 1989–1990 eruptions at Redoubt Volcano, Alaska http://jclahr.com/al[...]
[2] 논문 Volcano-tectonic earthquakes: A new tool for estimating intrusive volumes and forecasting eruptions 2016
[3] 논문 The origin of volcano-tectonic earthquake swarms
[4] 서적 Volcanism 2004
[5] 논문 Volcanic activity before and after large tectonic earthquakes: Observations and statistical significance https://citeseerx.is[...] 2023-12-26
[6] 논문 Deformation and seismicity decline before the 2021 Fagradalsfjall eruption
[7] 논문 Rapid ascent of rhyolitic magma at Chaitén volcano, Chile
[8] 서적 Monitoring and Mitigation of Volcano Hazards Springer Berlin Heidelberg 1996
[9] 문서 東京大学地震研究所 平成20年度 火山物理セミナー 火山性地震の分類に関する10/24の議論に対するコメント https://www.eri.u-to[...]
[10] 문서 気象庁常時観測火山における震動波形例 http://www.svo.dpri.[...] 京都大学火山火山活動研究センター
[11] 웹사이트 薩摩硫黄島火山 地震活動 https://gbank.gsj.jp[...] 産業技術総合研究所
[12] 논문 火山性地震の発生過程 —定量化に関する最近の成果—
[13] 서적 New Methods and Future Trends in Seismological Volcano Monitoring http://link.springer[...] Springer Berlin Heidelberg 2024-08-01
[14] 서적 25 Volcano seismology and monitoring for eruptions https://linkinghub.e[...] Elsevier 2024-08-01
[15] 서적 Volcano Seismology https://linkinghub.e[...] Elsevier 2024-08-01
[16] 문서 ハワイ・キラウエアの低周波地震の発生プロセス http://www2.jpgu.org[...] 日本地球惑星科学連合大会 2004年
[17] 논문
[18] 논문 気象庁
[19] 논문 浅間山の火山性地震の記象型およびその地震の発生時期の特徴
[20] 논문 Earthquake classification, location, and error analysis in a volcanic environment: implications for the magmatic system of the 1989–1990 eruptions at Redoubt Volcano, Alaska http://jclahr.com/al[...] 2019-04-01
[21] 웹인용 東京大学地震研究所 平成20年度 火山物理セミナー 火山性地震の分類に関する10/24の議論に対するコメント http://www.eri.u-tok[...] 東京大学地震研究所 2019-04-01
[22] 웹인용 火山観測に関係する用語 http://www.jma-net.g[...] 阿蘇山火山防災連絡事務所 2019-04-01
[23] 논문 The origin of volcano-tectonic earthquake swarms http://geology.geosc[...] 2019-04-01
[24] 웹인용 Anahim volcanic belt http://gsc.nrcan.gc.[...] Natural Resources Canada 2019-04-01
[25] 논문 気象庁
[26] 웹인용 火山性地震と微動 http://www.data.jma.[...] 일본 기상청 2019-04-01


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