연구개발

지진일반

지진은 지구 온난화와 같은 영향으로 갈 수록 강력하고 빈번해지고 있습니다.
한반도도 지진의 절대적 안전지대라고 확언할 수 없으며 우리도 적극적으로 지진에 대해 연구하고 지진 발생 전 대책을 세우는 적극적 자세가 필요합니다.

지진이란?

지진(earthquake)이란 지구적인 힘에 의하여 땅속의 거대한 암반(巖盤)이 갑자기 갈라지면서 그 충격으로 땅이 흔 들리는 현상을 말한다. 즉 지진은 지구내부 어딘가에서 급격한 지각변동이 생기며 나타난 충격으로 생긴 파동인 지진파(seismic wave)가 지표면까지 전해져 지반을 진동시키는 것이다. 일반적으로 지진은 넓은 지역에서 거의 동시 에 느껴지는데 이 때 각 지역의 흔들림의 정도를 진도(seismic intensity)라고한다. 이러한 진도를 조사해 보면 갈라 짐이 발생한 땅속 바로 위의 지표, 즉 진앙(epicenter)에서 흔들림이 가장 세고 그곳으로부터 멀어지면서 약해지며 어느 한계점을 지나면 느끼지 못하게 된다. 이것으로부터 흔들림이 가장 큰 장소 부근의 땅속에서 어떤 급격한 변동 이 발생하여 그것에 의한 진동이 사방으로 전해져 여러 지역을 흔드는 것이라 볼 수 있다. 이것은 마치 종을 쳤을 때 사방으로 울려 퍼지는 음파와 같은 성질을 갖고 있다.

  • 진앙, 진원, 단층이미지
  • 지진은 지각의 한곳에 에너지가 모여있다 한번에 방출되는 현상이다. 이때 지진의 에너지가 터져나오는 점이 진원이다.

    a.진앙
    진원에서 직선상으로 가장 가까운 거리에 있는 지표의 한장소
    b.진원
    지진 내부에서 지진이 최초로 발생한 지점
    c.단층
    외부의 힘을 받은 지각이 두개의 조각으로 끊어져 어긋난 지질구조

지진해일이란?

해저지진이나 해저화산분화, 산사태, 해저핵실험 등 기상 이외의 요인에 의해 해저가 융기, 침강하여 수면이 변화하면서 발생한 파를 지진해일 이라 한다.

지진해일의 성질
바다에서의 파는 주기가 1초 이하의 것에서부터 24시간 이상의 것까지 여러 종류의 파군이 있으나 지진해일은 그 중 수분에서 1∼2시간에 걸친 파이다. 전파속도는 수심에 비례한다.
전파속도 수식
속도는 위와같으며, 여기서 h는 수심, g는 중력가속도(9.8m/sec²)이다. 따라서, 수심이 2,000m라면 속도는 504㎞/hr, 1,000m라면 356㎞/hr이다. 일반적으로 지진에 의한 지진해일의 경우 규모 6.3이상, 진원깊이 80㎞이하의 얕은 곳에서 수직 단층운동에 의한 지진일 경우 발생 가능성이 있다.
지진해일의 규모
지진해일도 지진과 같이 규모나 계급으로 표현하는 경우가 있다. 규모를 m, 파고(지진해일의 높이)를 H라 할 때 아래와 같이 나타낸다.
지진해일의 규모 수식
지진해일의 규모
  • 발생연도
    2004년
    발생지역
    인도네시아 수마트라 섬, 순다해구(Sunda Trench)
    규 모
    9
    사 망 자
    220,272명
  • 발생지역
    북서태평양

탄성반발설(Elastic rebound theory)

이 이론은 1906년 캘리포니아 대지진이 발생했을 때, H. F. Reid가 산안드레아스 단층을 조사하여 San Francisco 지진의 원인을 규명한 것이다.

이것은 지면에 기존의 단층이 존재한다고 가정하고 이 단층에 가해지고 있는 힘(탄성력)에 어느 부분이 견딜 수 없게 되는 순간 급격한 파괴를 일으켜 지진이 발생한다는 것으로 이 이론의 핵심은 다음과 같이 요약할 수 있다.

  • 지진은 장기간에 걸쳐 지각의 일부에 변형이 축적되어 암석의 강도(strength) 한계를 넘게 될 때 이 지각이 파쇄되며 발생한다.
  • 지진발생시, 파쇄전 암석의 양쪽은 변형이 없는 위치로 급속히 튕겨가고 이 운동은 파쇄부에서 멀어질수록 감소한다.
  • 지진에 의한 진동은 처음엔 파쇄면의 작은 면적에서 시작되며 이 면적은 곧 빠른 속도로 팽창해 나간다.(단, 이 속도는 P파의 속도보다 느리다.) 파쇄와 이에 수반하는 진동이 맨 처음 시작되는 지각내의 한 점을 진원(focus 또는 hypocenter)이라 부른다.
  • 지진발생시 방출된 에너지는 파쇄되기 직전 변형된 암석의 탄성에너지이다. 그러나 모든 지진들이 단층운동으로 일어난다고 설명하는 것에는 불충분한 면이 많다. 무엇보다 지진이 단층운동에 지나지 않는다고 하면 단층을 움직이는 힘은 어디로부터 유래하는가가 다음의 문제로 되는데 이것을 설명하는 학설이 판구조론이다.

판구조론(Plate tectonics)

남미의 동부 해안선과 아프리카의 서부 해안선이 잘 들어맞는 현상은 과거부터 하나의 수수께끼로 제시되어 왔다. 1912년 독일의 지질학자인 알프레드 베게너는 이에 대한 설명으로서 현재 지구의 지각은 약 2억년전에 팡게아라는 하나의 초대륙으로부터 갈라져 나왔다는 가설을 제시하였다. 이러한 대륙이동설이 원동력이 되어 1960년대 후반에 등장한 판구조이론은 현재까지 가장 성공 적인 지구물리학 이론 가운데 하나로 인정받고 있다

판구조론에 따르면 지구의 표층이라고도 하는 수십km 혹은 그 이상의 두께를 가진 암석권은 유라시아판, 태평양판, 북미판 등 10여개의 판으로 나뉘어져 있다. 이들은 각각 서로 부딪치거나 밀고 때로는 서로 포개지면서 각각 매년 수cm 정도의 속도로 점성이 있는 맨틀위를 제각기 이동하고 있다. 이러한 지각판들의 운동은 그들의 가장자리 사이의 마찰에 의하여 경계부위에서 저항을 받는데 이는 두 개의 벽돌을 맞대고 문지를 때 미끄러지지 않으려는 것과 같다.

그러나 지구적인 힘이 판의 마찰저항을 초과할수 있는 단계에 도달하면 갑작스런 미끄러짐이 일어나며 이것이 바로 지진이다. 따라서 지진이 발생하기 쉬운 지역은 보통 판경계(inte- rplate) 부근이지만 판내부(intraplate)에서도 종종 지진이 발생하고 있다. 판과 판의 경계에서는 마그마가 분출하기도 쉽기 때문에 지진발생 빈번지역과 화산이 주 로 발생하는 지역은 서로 유사하게 마련이다. 따라서 이 이론은 대규모 수평면운동이 지진, 화산 및 조산현상의 원인임을 설명하였다.

판의 구조

지진파란?

암석의 파괴가 일어난 진원역으로부터 탄성체인 지구의 내부 또는 표면을 따라 전파되는 탄성파(elastic wave)를 지진파라 한다. 지진계에 기록되는 파형은 지진파가통과하면서 일으키는 매질의 변형에 의한 것이다.

지진파의 분류

P파, S파, 표면파 파형

실체파 (body wave)

P파 : 종파(longitudinal wave)
① 밀도의 소·밀에 의한 지각 변화파
② 음파와 같은 소밀파로서 모든 매질에서 전파됨
P파 : 종파(longitudinal wave)
S파 : 황파(transverse wave)
① 밀도의 변화는 없이 지각의 변형만 있음
② 진행방향에 수직인 횡운동에 의하며 액체내부 (지구의 외핵과 내핵)는 통과할 수 없음
S파 : 황파(transverse wave)

표면파 (surfacewave)

LQ파 (Love wave)
① 하층은 파동이 없고 윗부분만 파가 전달되며 밀도의 변화는 일어나지 않음
② Love파는 S파의 수평운동 성분인 SH파로서 수직운동 성분 지진계에는 거의 기록되지 않음
LQ파 (Love wave)
LR파 (Rayleigh wave)
① 밀도의 변화가 심하며 파동형식의 S파, P파의 복합적 성질을 보임
② P파와 S파의 수직운동 SV파가 조합된 성질을 가지며 수평운동성분 지진계에는 거의 기록되지 않음
LR파 (Rayleigh wave)

지진을 규명할 때 '언제, 어디서, 얼마나 큰 지진인가'라고 하는데 이들은 각각 진원시, 진원, 규모에 해당하는 것으로 지진요소라 한다.
지진요소는 지진계(Seismograph)에 의한 지진파 기록의 분석결과로 구할 수 있다.

진원시(Origin time)

어떤 지점에서 지진동을 느꼈다면 이 지진동이 전파하기 시작한 시각이 있을 것이다. 즉, 지진파가 처음 발생한 시각이 바로 진원시이다. 이것은 어떤 지점에서 진동이 감지되거나 지진계에 기록된 시각에서 지진파가 전파해온 시간인 주행시간(travel time) 만큼 빠를 것이다.

지진파는 일정한 속도를 가지고 있기 때문에 거리에 비례하여 도착하게 된다. 즉 우리가 진동을 느끼거나 지진계에 기록되는 시각은 지진의 발생지점으로부터 거리에 따라 각각차이를 두고 나타난다. 따라서 여러 곳에서 시간차를 두고 기록되었다 해도 결국 진원시를 계산해 보면 모두 같은 시각 값을 갖게 된다.

진원(Hypocenter)과 진앙(Epicenter)

진원이란 암석의 파괴가 일어난 지점으로 깊이의 개념이 포함되어 있다. 실제로 암석의 파괴가 일어난 범위는 수 십km 또는 수 백km에 달하므로 지진파의 전부가 한 점에서 발생한것이라고 할 수 없다.

지진은 일정한 넓이를 가진 영역에서 일어난 것이라고 생각할 수 있는 것으로 그 영역을 진원역이라고 한다. 진원은 진원역 중에서 최초로 지진파가 발생된 점, 즉 지진이 시작된 점으로 진원역의 중심에 해당하는 것은 아니다. 한편, 진앙은 진원의 바로 위 지표면의 지점이다. 진원지라고 하는 것은 진앙의 지명이다. 진원은 진앙의 위도, 경도와 진원깊이로 나타낸다.

이밖에 공간적 요소로서 진원거리와 진앙거리가 있는데 이들은 각각 임의의 관측소에서 진원과 진앙까지의 거리를 말한다.

진원과 진앙

규모(Magnitude)와 진도(Seismic intensity)

규모란 지진 자체의 크기를 나타내는 에너지에 해당하는 것으로서 계측관측에 의하여 계산된 객관적 지수이며 지진파의 진폭과 진앙거리를 이용하여 계산한다. 예를 들어 M5.0이라고 표현할 때 M은 Magnitude를 의미하고 수치는 소수 1자리까지 나타낸다. 지진파에너지 Es와 규모 M과의 관계는 다음과 같이 나타내는 것이 보통이다.(Gutenberg와 Richter)

log Es = 11.8 + 1.5M

여기서 M은 단위가 없으며, Es는 erg 단위를 갖는다. 이식에 의하면 규모가 1 증가하면 에너지는 30배로 커지게 된다. 지진규모의 개념을 처음으로 도입한 사람은 미국의 지진학자 C. F. Richter (1935)이며 그의 이름을 따라 규모를 Richter scale이라고도 한다. 진도는 어떤 장소에 나타난 지진동의 세기를 사람의 느낌이나 주변의 물체 또는 구조물의흔들림 정도를 수치로 표현한 것으로 정해진 설문을 기준으로 계급화 한 척도이다. 그렇지만 지금은 계측기에 의해서 직접 관측한 값을 진도 값으로 채용한 경우가 많다.

진도는 지진의 규모와 진앙거리, 진원깊이에 따라 크게 좌우될 뿐만 아니라 그 지역의 지질구조와 구조물의 형태 및 인원현황에 따라 달리 평가될 수 있다. 따라서 진도계급은세계적으로 통일되어 있지 않고 나라마다 실정에 맞는 척도를 사용하고 있다.

구조지진(tectonic earthquake)-화산지진(volcanic earthquake)-함몰지진(implosions or collapse earthquake)

지진은 크게 인공지진(artificial earthquake)과 자연지진(natural earthquake)으로 나뉜다. 인공지진이란 땅속에서 화약을 폭발시키거나 지하핵실험 등으로 지진과 유사한 현상이 일어 나는 현상을 말한다.
이와 관계있는 용어로 유발지진(induced earthquake)이 있는데 이는 인공지진은 아니지만 인간의 행위가 원인이 되는 지진으로서, 깊은 우물에 대량의 물을 주입하거나 높은 댐을 만들어 저수할 경우 그 부분에서 지진이 일어나는 경우를 일컫는다.
자연지진은 사람의 행위가 원인이 되지 않는 지진을 말한다. 또한 이는 발생원인이나 형태를 기준으로 다음 3가지 지진으로 분류한다.

  • 구조지진(tectonic earthquake)
  • 화산지진(volcanic earthquake)
  • 함몰지진(implosions or collapse earthquake)

실제로 일어나는 대부분의 지진은 구조지진으로서 지구내부에서 대규모의 변형을 일으키는 힘의 원동력인 구조력(tectonic force)에 의하여 축적된 탄성에너지가 일시에 방출되는 현상에 기인하는 것이다. 화산지진은 화산지역에서 화산폭발이 원인이 되어 발생하는 지진이며, 함몰지진은 지각 내부 어디에서 연약한 지반이나 공동(空洞)이 내려앉으면서 발생하는 지진이다.

한편, 진앙거리 600km를 기준으로 그보다 가까운 것은 근거리 지진으로, 먼 것은 원거리 지진으로 구분한다. 또한, 진원의 깊이에 의해 70km미만은 천발지진(淺發地震, shall -ow earthquake), 70km∼300km사이는 중발지진(中發地震, intermediate earthquake), 300km이상은 심발지진(深發地震, deep earthquake)이라 부른다.

제한된 공간과 시간내에서 상대적으로 규모가 가장 큰 지진을 본진(本震 main shock)이라 하고 그 앞에 나타난 지진은 전진(前震, foreshock), 그 뒤에 발생한 지진은 여진(餘震, aftershock)이라 한다. 본진이라 할 만한 지진이 없을 경우에는 이들을 통틀어 무리지진(群發地震, swarm) 혹은 지진군(地震群)이라 한다. 또한 사람의 몸으로 느낄 수 없고지진계에만 기록되는 지진을 무감지진(無感地震), 사람이 느꼈으면 유감지진(有感地震)이라 한다