활성단층

왜 배우는가: 활성단층은 원전·댐·터널 같은 중요 시설의 지진 위험을 평가할 때 지진원을 정하는 출발점이다. 정의, 판정 기준, 지진과의 관계를 함께 묻는 문항이 자주 나오므로 개념을 정확히 잡아 두어야 한다.

출제 이력: 제137회 3교시 4번, 제134회 1교시 2번, 제128회 1교시 7번, 제116회 1교시 6번, 제110회 1교시 4번, 제89회 3교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

활성단층은 최근 지질시대에 지표 변위를 일으켰고, 장래에도 재활동하여 지진을 일으킬 가능성이 있는 단층이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 활성단층(active fault): 최근 활동 이력과 재활동 가능성을 함께 갖춘 단층이다.
• 활단층: 활성단층과 같은 뜻으로 쓰는 용어이다.
• 제4기: 활성단층의 시간 범위를 정하는 지질시대 구분이다.
• 재활동: 과거에 움직인 단층면이 다시 미끄러지는 현상이다.
• 지표 변위: 단층 운동으로 지표의 지형이나 지층이 어긋나 남은 흔적이다.
• 전자스핀공명(ESR) 연대측정: 단층 비지에 남은 신호로 마지막 활동 시기를 추정하는 방법이다.
• 잠재 지진원: 아직 지진을 일으키지 않았지만 앞으로 지진을 일으킬 수 있는 단층이다.

2. 개념 풀이

활성단층은 단층 가운데 최근 지질시대에 실제로 움직여 지표에 변위를 남긴 흔적이 있고, 장래에도 다시 움직여 지진을 일으킬 가능성이 높은 단층을 가리킨다. 이 정의는 두 조건이 함께 충족되어야 한다는 뜻이다. 과거 활동의 흔적이 확인되지 않은 단층은 재활동 가능성을 따지기 전에 활성단층에서 제외되며, 반대로 활동 이력만 있고 현재 활동 가능성을 설명할 수 없는 단층도 활성단층으로 판정하지 않는다.

원리는 응력의 축적과 해소에 있다. 판의 운동으로 지각에는 응력이 계속 쌓이고, 암반이 그 한계를 넘으면 단층면을 따라 갑자기 미끄러지면서 지진파가 발생한다. 한 번 미끄러진 단층면은 주변 암반보다 약한 면으로 남아 같은 자리가 다시 움직이기 쉽다. 그래서 활동 이력이 있는 재활동 가능 단층을 잠재 지진원으로 취급하며, 시설물의 위험 평가는 이 단층의 위치와 활동 시기를 규명하는 데서 출발한다.

시간 기준은 나라마다 다르다. 지질학자들은 대체로 1만 년 이내에 단층 운동을 하였거나 그 증거가 보이는 단층을 활성단층으로 간주한다. 다만 지질환경이 나라마다 달라 기준 기간에 차이가 있으며, 최근에는 신생대 제4기(약 258만 년 전 이후) 동안 활동한 단층을 활성 가능성이 있는 단층으로 보고 조사하는 추세이다. 국내에서도 2015년 활성단층정비기획단이 같은 취지로 활성단층을 정의했다. 최근 지질시대에 활동하였고 미래에 다시 활동할 수 있는 단층으로 정의하고, 제4기 안에서 최후 활동 시기에 따라 단층을 네 개 군으로 나누기로 정리했다.

활성 여부는 지형 증거와 지질 증거를 함께 보고 판단한다. 지형 증거로는 단층 절벽과 함몰 못 같은 특이한 지형이 있다. 지질 증거로는 트렌치 조사에서 확인하는 단층차(offset)와 단층이 퇴적층을 끊고 지나간 절단 관계가 있다. 단층이 퇴적층을 절단하면 그 퇴적층이 쌓인 뒤에 운동이 있었음을 보여 준다. 지형만으로는 운동 순서와 시기를 정하기 어려우므로, 지질 증거와 연대측정을 함께 쓰는 것이 기본 절차이다.

지형만으로는 운동 시기를 정할 수 없어 지질 증거와 연대측정을 함께 써야 한다.

한 지점의 증거만으로 활성 여부를 단정하지 않는 것도 중요하다. 단층의 길이와 변위는 한 번의 운동에서 낼 수 있는 지진의 규모와 관련되므로, 여러 지점의 증거를 종합해 단층의 길이와 활동 범위를 함께 추정한다.

3. 등장 배경과 필요성

대한민국에서 활성단층 연구가 본격화된 계기는 2016년 경주 지진이다. 그 이전에도 원자력시설 등의 안전성 평가를 위한 활성단층 연구가 이루어졌고, 2009~2012년에는 소방방재청이 활성단층지도 및 지진위험지도 제작 사업을 추진했다. 그러나 활성단층의 정의가 나라마다 달라 국내에서도 논란이 있었고, 전문가 합의가 이루어지지 않아 그 결과가 공개되지 못했다.

단곡 단층, 양산 단층 등에서는 ESR 연대측정이 실시되어 신생대 제4기 동안 활동한 단층임이 확인되었다. 이런 연구가 쌓이면서 제4기 단층 자료는 축적되었지만, 자료가 곧바로 공인된 활성단층 지도로 이어지지는 않았다. 2016년 경주 지진 이전까지 대한민국에는 공개된 활성단층 지도가 없었고, 지진과 특정 단층의 연관성이 한반도에서 규명된 사례도 없었다.

2016년 경주 지진(규모 5.8)과 같은 해 7월 울산 동쪽 해역의 규모 5.0 지진을 계기로 지진과 단층의 연관성이 처음 규명되면서 정부의 관심이 커졌다. 이후 2017년부터 4단계에 걸친 국가 활성단층지도 제작 사업이 시작되었고, 한반도 남동부를 우선 조사한 뒤 2036년까지 전국으로 조사 범위를 넓히는 계획이 세워졌다.