Active Faults and Liquefaction Phenomena

<Japan : Prof. Lee, Sunhoon>

활성단층과 액상화현상

포항지진이 발생한 이후, 활성단층과 액상화현상에 관한 관심이 매우 높아졌습니다.

지진이란 지구의 지각을 구성하고 있는 지층들이 지구의 운동과 관련하여 발생되는 화산활동 또는 비화산성활동으로 발생되는 힘의 변화에 대해서 균형을 이루기 위해서 변화는 과정에서 발생하는 현상으로, 지진에는 어떤 형태로든 지층의 균열을 동반하는 이동이 발생합니다. 지층의 대부분은 탄성이 거의 무시될 수 있는 매우 딱딱한 고체의 덩어리인 암석과 이러한 암석들이 연속되는 암반층으로 형성되어 있습니다. 이들 암반층들은 마그마가 지구내부에서 굳어지거나 퇴적현상으로 쌓여진 물질들이 지구내부의 열과 압력에 의해서 굳어진 것들입니다. 지진은 바로 이들 암반층이 외부의 충격에 의해서 순간적으로 파괴되어 균열을 형성하며 균열된 암반층들이 각각 안정상태를 이루기 위해서 이동하는 현상을 말하는 것입니다.

활성단층이란 용어만으로는 현재 움직이고 있어 가까운 장래에 움직일 수 있을 것으로 예측되는 지층의 부분을 말하고 있는 것처럼 말해지고 있지만, 실제로는 가장 최근에 움직였던 것으로 판단되는 지층의 균열부분을 말하는 것으로 최근에 움직인 흔적이 있는 지층이라고 하더라도 그 지층이 가까운 장래에도 움직일 수 있다는 과학적인 근거는 전혀 없는 것입니다. 또한 최근이란 시간적인 문제에 있어서도 45억년과 최소 수백만년에 이르는 지층의 지질년대에 있어서 상대적으로 최근이라는 말로서 현재 또는 2-3년전의 지진발생의 흔적으로 활성단층을 판단할 수 있는 과학적인 근거도 거의 없습니다. 따라서 활성단층을 지표면의 관측으로 판단할 수는 없으며 몇 백미터 정도의 심도로 굴착해서 판단할 수도 없는 것입니다.

활성단층이란 용어는 1980년대 이후에 일본에서 본격적으로 사용된 용어로서, 지진예측을 위해서 막대한 국가예산을 사용한 지질학자들 특히 그 중에서도 지표면의 관찰을 통해서 지질도의 작성에 주력해왔던 현장지질학자들을 중심으로 지질연구를 위한 연구비의 확보를 위한 도구로서 제기된 용어라고 해도 무리는 없을 것입니다. 일본의 경우에도 지진이 발생할 때마다, 활성단층의 존재를 말하며, 활성단층의 대대적인 조사를 정부에게 요구하고 있으나, 일본에서 발생하는 지진들에 대해서 지질학자들은 거의 예외 없이 숨겨진 활성단층, 새로운 활성단층에서 지진이 발생했다고 주장하고 있습니다.

위에서 설명한 바와 같이, 외력에 대해서 불안정한 상태에 있던 암반층이 안정하기 위해서균열을 일으키는 것이라는 점을 고려하면, 지진이 발생한 동일한 지점에서 새로운 지진이 발생할 가능성은 그리 높지 않습니다. 대부분의 지진에도 대규모의 지진에 이어서 발생하는 여진의 경우에도 본래의 대규모의 지진과 동일한 지점에서 발생하는 경우는 거의 없습니다. 최근에 지진이 발생한 지점 즉, 최근의 단층에 관한 정보는 지진계에 의해서 구해진 지진파의 정보를 토대로 구해지는 진앙지의 심도인 진원에 존재하는 것으로 충분히 파악될 수 있습니다. 더욱이, 대부분의 지진이 지표면으로부터 약 10 km 보다 깊은 심도로서 측정된다는 점에서 막대한 굴착비용을 고려한다면 굴착에 의한 활성단층의 파악은 현실성이 매우 낮은 주장에 불과하며 막대한 예산이 소요되는 활성단층의 조사는 지진대책과는 거의 무관한 것입니다.

그림 1. 액상화현상에 의해서 발생되는 토양 입자간의 간극의 변화와 지반침하현상

포항지진에서는 진동에 따른 건물의 붕괴에 더불어서 액상화현상도 발생했습니다. 그림 1은 액상화현상을 가장 간단하게 설명하고 있습니다. (A)와 같은 토양입자의 배열을 같고 있던 상황에서 지진에 의한 진동으로 (B)와 같이 토양입자들 간의 간극이 급격히 줄어들며, 토양의 간극속에 있던 지하수가 상대적으로 투수율이 매우 낮은 지반으로 침투하지 못하고 토양층의 표면으로 분출되는 현상을 말합니다. 액상화현상은 반드시 붉은 화살표와 같은 정도의 지반침하가 동반됩니다.

액상화현상은 지진의 규모와는 크게 관계 없으며, 충적지, 매립지 등과 같은 미고결지층에서 많이 발생되며, 특히 하천주변의 상대적으로 높은 지역인 자연제방을 제외한 낮은 배후습지의 범람원에서 발생합니다. 한국의 경우와 같이 벼농사가 행해지는 지역의 경우에는 하천주변에서 밭농사가 행해지던 곳은 대부분 배수가 매우 좋은 자연제방지역에 해당되며 하천주변에서 가옥이 형성되는 경우도 대부분은 이 자연제방지역에 해당됩니다. 반면에, 최근에는 상대적으로 낮고 배수가 불량해서 벼농사에 적합했던 논을 매립하여 택지로 개발하며, 지진에 따른 액상화현상의 피해를 보이게 되는 것입니다.

액상화현상은 발생과정은 조금 다르지만 화산폭발지역에서도 상당기간 발생하기도 합니다. 화산폭발에 의해서 발생된 미세한 화산재들이 지표면을 피복시켜, 강우 시에 토양으로의 침투를 방해하여 지표수를 급격히 증가시켜 새로운 유로를 형성하여 도로, 건물 등의 구조물에 심각한 피해를 입히기도 합니다.

따라서 활성단층에 관한 조사는 지진대책과는 거의 무관한 것이며, 지진계가 설치된 이후의 관측자료를 토대로 진원이 밀집되고 지진이 빈발하는 지역에 원자력발전소와 같은 극도로 위험한 시설물을 설치하는 것을 금지하는 것이 중요합니다. 건축물의 설치가 불가피한 경우에는 건축물의 기초를 단단한 암반층에까지 연장하는 것을 의무화하는 것이 필수적입니다. 특히, 액상화현상이 우려되는 충적지에서는 단층건물의 경우에도 기초를 암반층에까지 연장시켜 지진과 액상화현상에 따른 건물의 파손을 방지하도록 해야만 합니다. 건축물의 구조에 있어서도 기둥의 굵기, 강도, 밀도를 높이고, 기둥간의 벽면에도 횡적 진동에 강한 X자형 구조물의 설치를 의무화하는 등의 내진설계를 하는 것이 지진빈발지역의 필수적인 지진대책입니다. 지진이 빈발하는 지역에서는 과거에 논으로 이용되던 충적지에는 택지조성을 최대한 억제하고, 택지를 조성하는 경우에는 지반침하에 따른 대책을 반드시 수립하는 것을 조건으로 허용해야만 합니다.

코리일보/COREEDAILY

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