지진이란? 지진에 관해 이해하기

제 1 절 지진의 일반적인 사항

1-1 지진의 정의

지진(earthquake)이란 땅속의 거대한 암석(巖石)이 갑자기 부딪치면서 그 충격으로 땅이 흔들리는 것 또는 지각이 압축을 받아 장시간 쌓여진 에너지가 탄성한계를 넘어서는 부분에서 순간적으로 방출되면서 급격한 단층운동이 일어나 진동이 사방으로 전파되는 현상을 말한다.

지진은 지구 내부 어느 곳에서 급격한 지각변동이 생겨 그 충격으로 생긴 파동, 즉 지진파(seismic wave)가 지표면까지 전해져 지반을 진동시키는 것이다. 또한 넓은 지역에서 거의 동시에 느껴진다. 이 때 각 지역의 흔들림의 정도, 즉 진도(seismic intensity)를 조사해 보면 어느 좁은 범위에서 가장 세고 그 곳으로부터 멀어지면서 흔들림이 약하게 되어 어느 한계점을 지나면 느끼지 못하게 된다. 진도가 가장 큰 장소의 부근 땅속에서 어떤 급격한 변동이 발생하여 그것에 의한 진동이 사방으로 전하여져 여러 지역을 흔드는 것이라 볼 수 있다. 이것은 마치 종을 쳤을 때 사방으로 울려 퍼지는 음파와 같은 성질을 갖고 있다.

1-2 지진대 및 지진의 종류

지진이 자주 발생하는 지역을 지진대라고 한다. [그림 1-1]에서와 같이 태평양 주변을 따라 나타나는 환태평양 지진대, 인도네시아에서 히말라야를 거쳐 알프스에 이르는 알프스 히말라야 지진대, 해령의 중추부인 열곡에서 나타나는 해령 지진대로 크게 구분된다.

지진이 발생하는 진원의 깊이가 100km이내이면 천발지진이라 하고 100km이상이면 심발지진이라 한다.

지진은 그 발생원인에 따라 단층지진, 화산지진, 맨틀내의 지진으로 구분되며 지하동굴의 붕괴, 대규모의 사태나 인공적인 폭발에 의해서도 발생한다. 단층지진은 주로 지각내에서 단층작용이 일어날때 생기며 이미 형성된 단층을 따라 새로운 단층작용이 일어나면서도 발생한다.

<그림 1-1> 세계 지진대

1-3 지진의 크기

1. 리히터 규모(Richter magnitude)

지진의 크기를 나타내는 용어로 절대적 개념의 지진의 크기로서 창안자의 이름을 따서 리히터 규모라 하는데 지진계에 기록된 진폭을 진원의 깊이와 진앙까지의 거리 등을 고려하여 지수로 나타낸 것이다. 그리고 지진의 규모는 보통 기호 M으로 표시되며 지진의 크기를 나타내는 것이다.

규모가 큰 지진이라도 진앙거리 또는 진원거리가 멀면 그 영향은 감소하게 되고 지반 흔들림의 세기도 약해진다. 그러나 규모가 작은 지진이라도 진앙거리 또는 진원거리가 가까우면 지반이 심하게 흔들릴 수 있고 많은 지진피해를 초래할 수 있다.

〔그림 1-2〕와 같이 지진이 발생한 곳을 진원이라고 하고, 진원 바로 위의 지표면 지점을 진앙이라고 한다.

<그림 1-2> 판의 단층면

2. 지진의 진도

지진의 세기를 상대적으로 표현한 것으로 어떤 장소에서 인체의 느낌과 물체 또는 자연계에 대한 영향을 단계별로 분류시킨 상대적 개념의 지진 크기이다.

규모가 창안되기 이전부터 사용되었으나 지금은 일부만 사용되며 진앙지와 거리가 멀어질수록 작아진다.

<표 1> 진도 및 규모별 현상

1-4 지진파의 종류

지진이 발생할 때 생긴 에너지는 파(wave)의 형태로 사방으로 퍼져 나가는데 그것을 지진파(seismic wave)라고 한다. 이 지진파는 크게 P파, S파와 표면파로 나누어진다.

일반적으로 [그림 1-3]과 같이 파의 전파방향으로 압축과 팽창을 반복하는 부피변화에 의한 파가 종파(primary wave, P파)이고, 파의 전파 방향에 직각으로 매질이 진동하는 모양변화에 의한 파가 횡파(secondary wave, S파)이다. P파는 액체와 고체에서 모두 통과하나 S파는 고체에서만 통과한다.

P파와 S파가 지표에 도달하면 연못에 돌을 던졌을 때 물결이 동심원을 그리며 퍼져 나가듯이 주기가 긴 새로운 표면파 (surface wave, L파)가 발생하여 전파된다.

깊이에 따라 지진파의 종파는 7.8～13㎞/sec, 횡파는 4～7.5㎞/sec의 속도로 암석층을 통과한다.

<그림 1-3> 지진파의 종류와 진행방향

1-5 지진의 발생 원인

1. 판 구조론

판 구조론은 1960년대 후반에 등장한 지질학 이론으로서, 지구의 표면이 크고 작은 여러 개의 단단한 판으로 이루어져 있으며, 이들 판들이 서로 움직이면서 각종 지질학적 현상들을 일으킨다는 지질학 이론으로 지진의 발생 원인에 거의 근접한 이론으로 평가되고 있다. 이 이론은 1910년 독일의 기상학자 알프레트 베게너(Alfred Wegener)에 의해서 지형학적 증거, 지질학적 증거 등을 제시하며 최초로 제시되었으나, 대륙을 움직이는 원리를 설명하지 못하여 사장되었다. 그후 1960년대에 대륙이동설, 해저확장설, 대류설 등이 등장하며, 새로이 부각되어 이전의 모든 가설들을 포함하는 판 구조론으로 발전되었다.

<그림 1-4> 지각판의 경계

2. 판의 이해

판(plate)은 한 덩어리로 움직이는 단단한 땅 덩어리로서, 연약권위에 놓여 있는 약 100km 두께의 단단한 암석권을 의미한다. 그리고〔그림 1-5〕와 같이 판은 두께가 평균 약 100km정도로서, 지각은 물론 맨틀의 일부까지도 포함하며, 판의 경계는 지각의 경계인 모호면이 아니라 암석권과 연약권의 경계이다.

대륙지각이 해양지각보다 더 두꺼운 것과 마찬가지로 대륙판이 해양판 보다 더 두껍다.

(☞ 그러나 밀도는 대륙판이 해양판 보다 더 적다.)

<그림 1-5> 판의 단면

또한 평면적으로 볼 때에도 판의 경계는 대륙지각이나 해양지각의 경계와는 다르다.〔그림 1-6〕과 같이 대륙지각으로만 되어 있는 판(아라비아판)과 해양지각으로만 되어 있는 판(태평양판, 나즈카판)도 있지만, 일반적으로 판은 대륙지각과 해양지각이 합해져 한 덩어리(유라시아판, 북아메리카판, 남아메리카판, 아프리카판, 인도-오스트레일리아판, 남극판 등)를 이루고 있다.

<그림 1-6> 판의 개략적 분포

3. 판의 경계

판 구조론에서 판의 경계는 매우 중요한 곳이다. 왜냐하면 대부분의 지질학적 현상들이 판의 경계부를 따라서 일어나기 때문이다. 또한 각 판과 판이 만나는 경계부에서는 발산, 수렴, 보존 등의 지질현상이 집중적으로 발생하며, 특히 각종 지진이 많이 발생하는 곳이기도 하다.

가. 발산경계(divergent boundary)

해령과 같이 새로운 판이 생성되면서 양쪽 방향으로 확장해 나가는 곳으로서 확장경계라고도 한다. 대서양 중앙 해령이나 동아프리카 열곡대가 그 좋은 예이다.

<그림 1-7> 판의 발산경계

나. 수렴 경계(convergent boundary)

판이 만나 충돌하거나 섭입하는 곳으로서 소멸 경계라고도 한다. 마리아나 해구나 일본 해구, 알프스-히말라야 산맥이 그 좋은 예이다. 수렴경계에서는 두 판이 부딪치는 과정에서 많은 지진이 발생하며 경우에 따라서는 화산 폭발과 조산 운동도 일어난다. 수렴 경계의 지질학적 특징은 수렴하는 두 판의 성격에 따라서 다른데 다음의 3가지 경우가 있다.

<그림 1-8> 판의 수렴경계

① 해양판-해양판 수렴

두 개의 해양판이 수렴하게 되면, 하나의 판이 다른 판 밑으로 섭입하여 마리아나 해구와 같은 해구와 호상열도를 형성한다. 두 판 중에서 상대적으로 오래되고 냉각된 판이 밀도가 더 크므로 아래쪽으로 침강하면서 섭입이 일어난다. 섭입하는 과정에서 베니오프대라고 불리우는 섭입대를 따라서 많은 천발～심발지진이 일어난다. 또한 섭입하는 판이 약 100km이상 침강하면 온도 압력의 증가로 인하여 암석들이 부분 용융되어 마그마가 생성되므로 이 마그마가 해양지각을 뚫고 해수 속으로 분출하면 해산 또는 화산섬이 만들어진다.

② 해양판-대륙판 수렴

해양판과 대륙판이 만나면 해양판이 대륙판 밑으로 섭입하면서 해구와 호상열도를 형성한다. 일본해구나 페루-칠레 해구가 그 좋은 예이다. 해양판이 침강하는 이유는 해양판의 밀도가 대륙판의 밀도보다 크기 때문이다.

해양판은 대륙판 밑으로 섭입하면서 베니오프대를 형성하고 이 베니오프대를 따라서 많은 천발～심발지진이 일어난다. 베니오프대는 해구에서 대륙쪽으로 비스듬히 경사져 있으므로 해구쪽에서는 주로 천발지진이 일어나지만 대륙쪽으로 가면서 점차 지진의 심도가 깊어져 중발지진과 심발지진이 일어난다.

섭입하는 판이 약 100km이상 침강하면 온도 압력의 증가로 인하여 암석들이 부분 용융되어 마그마가 생성되므로 이 마그마가 대륙지각을 뚫고 올라와 호상열도 부근으로 분출하면 화산폭발을 일으킨다. 일본열도나 남아메리카 서해안의 화산활동은 이 경우에 해당한다.

③ 대륙판-대륙판 수렴

대륙판과 대륙판이 만나면 서로 밀도가 비슷하므로 어느 한쪽이 다른 쪽 밑으로 섭입하는 현상은 일어나지 않고, 대신 서로 충돌하여 그 경계 부근이 심하게 습곡되면서 높이 솟아올라 대습곡산맥을 형성하게 된다. 히말라야 산맥이 그 좋은 예이다. 히말라야 산맥은 인도-오스트레일리아판이 북상하면서 유라시아판과 충돌하면서 형성되었다. 암질이 다른 두 판이 충돌한 경우에는 뚜렷한 봉합대가 나타난다.

다. 보존경계

보존경계는 판이 생성되거나 소멸되지 않고 두 판이 수평적으로 미끄러지면서 어긋나는 곳으로서 변환 단층경계(transform boundary)라고도 한다. 미국 캘리포니아의 산안드레아스 단층이 그 좋은 예이다. 보존 경계에서는 화산활동은 일어나지 않지만 두 판이 반대방향으로 어긋나므로 접촉면을 따라서 천발지진이 자주 발생한다. 대서양 중앙해령이나 동태평양 해령 중간을 끊어놓고 있는 수많은 변환단층이 바로 보존경계에 해당한다.

<그림 1-9> 판의 보존경계

4. 기타 지진발생 이론

1906년 캘리포니아 대지진 때 H.F. Reid가 산안드레아스 단층을 조사하여 지진의 원인을 규명한 탄성 반발설 등이 있으나 현대에 와서는 거의 논의되지 않고 판구조론으로 흡수되고 있다.

1-6 지진에 의한 변동

큰 지진이 일어나면 지표면이 크게 흔들릴 뿐만 아니라 진앙 부근에서는 단층이 나타나기도 한다. 또한 지면이 융기, 침강하는 경우도 있다.

해저에서 큰 지진이 발생하면 해저의 급격한 융기나 침강이 일어나고 이 때문에 지진성 해일인 쓰나미가 발생하여 큰 피해를 일으킨다.

[그림 1-10]은 1960년 칠레 지진에 의해 발생된 쓰나미의 전파모습이며, 쓰나미는 해안에 가까와져 수심이 얕아지면 파고가 높아져 매우 큰 피해를 준다.

※ 숫자는 지진발생 후의 시간

<그림 1-10> 칠레 지진에 의한 쓰나미의 전파속도

1-7 지진에 의한 피해

1. 지면변동에 의한 피해

산사태, 단층, 지반의 융기, 함몰, 침강 등에 의한 피해를 말하며, 지면변동에 의한 구조물에 의한 피해는 입지조건, 환경조건 등을 충분히 고려하여 2차적인 피해를 최소화하여야 한다. 지면변동에 의한 지진피해의 예로는 일본의 Nobi 단층(상하 6m, 수평 2m), 알래스카 지진시의 광범위한 산사태, 산 페르난도 지진시의 단층지대의 피해 등이다.

2. 지진해일에 의한 피해

해저에서 수직 단층운동이 일어나거나 연약한 퇴적 지층이 잘 발달된 해저에서 지진이 발생할 경우에 해수에 진동이 전달되어 파도를 일으키는데 이 때 발생하는 해면파를 지진 해일이라고 한다.

파도가 해안에 도착하면 파고가 급격히 증가하면서 해안에 큰 피해를 일으킨다. 지진해일의 피해를 최소화하기 위해서는 방파제, 방조림 등의 시설을 하는 이외에 사람들을 고지대로 대피시키는 방법이 있다.

지진 해일에 의한 피해의 예로써 칠레 서해안에서 발생한 지진에 의한 지진해일이 하와이와 일본 동해안까지 피해를 주었다.

3. 지진동에 의한 진동피해

구조물의 진동적인 파괴 형식은 건물 전체의 전도, 활동 등과 구조물의 각부 파손에 수반되는 붕괴, 경사파손 등으로 나누어진다. 전도의 예로는 철도의 플랫홈, 지붕, 담장, 수조 등 상부가 무거운 구조물 등이 있고 기초의 휨 저항력이 약하며, 수평력에 내진 요소가 약한 단순구조물 등에서 많이 볼 수 있다.

구조재가 취성이 없는 경우 진동주기가 짧고 가속도가 큰 충격적인 지진이 발생하는 경우 건물의 균일성이 없어지고, 강도가 약한 부분에서는 강도 부족의 파괴 형태가 발생되며, 강도가 약한 부분이 연쇄 반응적으로 파괴되어 붕괴한다.

4. 지진시 화재에 의한 피해

지진시에는 지반의 붕괴나 진동으로 인하여 누전 또는 가스관의 파열이 일어나 화재가 발생한다. 이것은 도시 과밀지대의 지진피해 중에 가장 큰 피해를 주는 요인으로 사상자율이 높다. 1906년 샌프란시스코 지진, 1923년 동경지진, 1995년 고베지진 발생시 화재가 발생하여 큰 피해를 입었다.

제 2 절 한반도 지역의 지진

2-1 우리 나라의 지형 및 지진

우리 나라는 아시아 대륙의 동쪽 중위도 (33°～ 43°N, 124°～ 132°E)에 위치하여 서쪽으로 서해와 중국대륙이, 동쪽으로는 동해와 일본열도가, 그리고 남쪽으로는 남해해상이 동지나해와 태평양에 접속되는 삼면이 바다로 둘러싸인 반도이다. 판 구조이론으로 볼 때 동부 유라시아판에 속하며, 대륙의 가장자리에 놓여 있어 환태평양 화산대에 위치하는 주변국보다 비교적 안정된 지역이라고 할 수 있다.

일본의 경우 지진은 지질구조상 태평양․필리핀해․ 북미․유라시아의 4개 암판들의 경계에 위치하며, 이 암판이 서로 충돌하고 어긋나는 과정에서 발생하는 힘을 견디지 못해 지진이 발생한다. 따라서 매년 500～1,000회 유감지진(有感地震)이 발생하고 있다.

우리 나라는 환태평양 지진대에서 다소 비켜나 있기 때문에 1900년 이후로 사회전체에 영향을 줄만한 지진이 없었다. 그러나 1999년도 우리 나라 지진발생 현황을 볼 때 중규모 지진의 발생 횟수가 점차 증가하는 추세에 있어 이를 대규모 지진의 에너지 축적과정 이라고 판단할 수 있다. 따라서 지진 전문가들은 대규모 지진의 발생 가능성을 배제하지 않고 있다.

특히 내진 설계가 적용되는 기준이 6층 이상의 건물과 5층 이상의 공동주택이므로 대규모 지진시 피해의 정도가 대단히 심각할 것이다. 

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