본래 지진갤러리에 작성했던 글이었으나, 새보갤에서 정성글을 좋아한다는 소식을 듣고 여기에도 남깁니다.

원래 썼던 글의 가독성과 표현을 조금 고쳐서 최대한 읽기 편하도록 수정했습니다.

어디까지나 지진 전문가가 아닌 일반인이 작성한 글이니 참고로만 읽어주세요.

-동해 초기 섭입대와 동해안 대지진 가능성에 대해-

1. 동해 초기 섭입대

최근까지 동해는 북동쪽 지역에 아무르판(유라시아판)과 오호츠크판(북미판)의 경계를 제외하고는 안정적인 것으로 알려져 있었다.

기존에 알려져 있던 동해 북동쪽 지역에 위치한 아무르판과 오호츠크판 초기 섭입대를 동해 동연 변동대라고 부른다. 정확히는 니가타현에서 홋카이도를 지나 사할린에 이르는 구간을 말한다.

이 지역에서는 규모 7.5 이상의 비교적 강한 지진들이 주기적으로 발생해왔고, 지난 100년 동안 이러한 규모의 지진의 실제관측도 다수 되었기 때문에 연구도 많이 진행되었고 판경계도 과거에 보고되었다.

그러나 2018년 김기범 교수 논문을 통해 최근 새로운 사실이 보고되었다. 바로 이 일본 서해안 측에 위치한 동해 동연 변동대 뿐만 아니라 한반도 동해안에도 동일한 형태의 초기 섭입대가 존재한다는 것이다.

아래 그림은 이 사실을 기반으로 판경계부로 추정되는 지역을 나타낸 것이다. 하늘색은 기존에 보고되었던 아무르판과 오호츠크판 경계를, 빨간색은 추가적으로 판경계부로 추정한 지역을 나타낸 것이다. (여기에서의 추정은 동해의 가장자리 협곡을 따라 개인적으로 추정한 것을 의미하며, 아직 실제로 연구되지 않은 지역도 포함되어 있음을 유의하기 바란다)

초기 섭입대에 대해서 김기범 교수는 다음과 같이 설명했다.

"섭입개시(Subduction Initiation)라는 개념은 과거 판 경계가 아니었던 지역이 수렴형 판경계(Convergent Margin)로 변하는 전이적 단계 또는 태아기적 단계를 의미합니다. 섭입개시 단계에 놓인 지역에서는 다양한 형태의 지진 및 지각의 압축 변형작용이 관측되지만, 해구, 호화산작용, 베니오프존 형성 등과 같은 성숙한 섭입대의 특징은 아직 나타나지 않습니다. 이러한 전이적 단계에 놓인 지역은 경우에 따라 판경계로 분류되기도 합니다.

일례로 동해 맞은편인 일본 서해안 지역은 섭입개시단계에 놓여 있으며 동시에 판경계로 분류됩니다. 반면 우리 동해안은 일본 서해안과 유사한 지각변형을 겪고 있음에도 여태껏 안정적 판 내부 환경으로 받아들여져 왔습니다.

일본 서해안에서는 "일본해중부지진"으로 알려진 규모 7.5에 달하는 지진이 발생하는 등 해당 지역이 먼 미래에 성숙한 섭입대로 발달할 가능성이 높이 점쳐집니다. 반면 우리 동해안은 "일본해중부지진"과 같은 결정적 증거가 보고된 바 없고, 무엇보다 이 지역에 대한 본격적 연구가 시작된 지 불과 수년에 지나지 않아 아직 그 담론은 판경계 여부를 따지는 데 까지 도달하지 못하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 최근의 경주지진 및 해저 단층/습곡구조에 대한 새로운 발견을 통해 과거 의심 없이 받아들여지던 "안정적 판 내부환경"이라는 명제는 도전에 직면하고 있습니다."

-https://www.kigam.re.kr/board.es?mid=a10702000000&bid=0027&act=view&list_no=46740&tag=&nPage=3

즉, 기존의 통념과는 다르게 동해가 하나의 판이고 현재 한반도 동해안과 일본 서해안을 중심으로 초기 섭입대가 발생하고 있는 것으로 볼 수 있다는 뜻이다. 이러한 현상이 발생하기 시작한 것은 500만년 정도 되었고, 여기서 추가로 수백만년이 흐르면 초기 섭입대가 수렴형 판경계로 완전히 변화할 것으로 김기범 교수는 추측했다.

2. 노토반도 지진의 발생

지금까지 규모 7.5 이상으로 관측된 지진은 모두 아무르판과 오호츠크판 경계인 동해 동연 변동대에서만 발생해왔다. 대표적으로는 1983년에 발생한 규모 7.7의 동해 중부 지진이 있다. 다음은 과거 지진계로 관측한 규모 7.5가 넘는 주요 지진을 나타낸 것이다.

그런데 2024년 이 지역에 속하지 않은 노토반도에서 규모 7.6의 역단층형 지진이 발생한 것이다.

지진 발생 직후 일본 지진학자들은 노토반도에서 이렇게 큰 지진이 발생할 줄 몰랐다는 반응이었다. 일본에서 길이 100km가 넘는 활단층이 한번에 움직인 것은 거의 찾아볼 수 없는 일이었기 때문이다.

이에 대해 김기범 교수는 올해 유튜브 영상을 통해 이 역시 동해 초기 섭입대와 연관되어 있다고 분석했다. 즉, 판 내부 단층에서 지진이 발생한 것이 아니라 판 경계부 형태의 지역에서 지진이 발생했다는 것이다.

추가적으로 이번 노토반도 지진으로 해안단구가 추가로 형성되었다. 일본 연구자들은 이전 해안단구도 지진으로 인해 형성된 것으로 추정했다.

한반도 동해안에도 동일한 형태의 해안단구가 형성되어있다.

3. 메이저 트러스트

2018년 김기범 교수는 논문을 통해 한반도 동해안에서 메이저 트러스트를 발견했다고 발표했다. 이것이 바로 한반도 동해안의 초기 섭입대이다.

"김 교수팀은 이를 바탕으로 동해와 한반도 지각의 경계부가 초기 섭입대(얇은 지각이 두꺼운 지각 아래로 파고드는 구조)로 변하고 있다고 결론 내렸다. 한반도와 동해가 사실상 두 개의 분리된 거대한 지각 덩어리(판)로 돼 있고, 이 두 판은 서로 충돌하기 시작했다는 것이다. 이는 한반도와 동해가 하나의 거대하고 안정된 지각 덩어리(판)로 돼 있고, 가장 가까운 판 경계부도 동일본과 태평양 판 사이 등으로 멀어 한반도 및 주변 해역은 지진, 화산 위험이 적다는 기존 학설과 다른 설명이다. 기존 학설은 한반도 주변의 판은 태평양과 일본 사이 등으로 멀어서 직접적으로 판 끼리의 충돌과 섭입이 근처에서 일어나지 않고, 따라서 지진이나 화산으로부터 비교적 안전하다고 주장해 왔다."

https://m.dongascience.com/news.php?idx=28224

즉, 지금까지 울릉단층 등 단층으로 알려졌던 지역이 사실은 단층이 아닌 초기 수렴형 판 경계부라는 뜻이다. 그리고 한반도 지각과 동해 지각의 분리가 이미 이뤄졌으며, 초기형 섭입이 이뤄지고 있다는 것이다.

이 초기 섭입대는 한반도의 동고서저 지형(태백산맥의 형성)과 동해안을 따라 발생하고 있는 역단층성 지진 활동도 설명해준다.

4. 역사지진

여기에 대해서 최근에 대규모 지진이 관측되지 않았음을 근거로 반론을 제기하는 사람들이 있을 것이다.

물론 한반도 쪽에서 계기관측된 대규모 지진은 없다. 하지만 지진이 발생했던 역사기록으로만 남겨진 역사지진은 있다. 다음은 역사지진을 포함하여 이 지역에서 발생한 것으로 추정되는 지진들을 모두 나타낸 것이다.

(1) 1643년 울산 해역 지진

"경상감사 장계의 내용이다. 좌도59)가 안동에서부터 동해·영덕 이하를 경유해 돌아서 김천 각 읍에 이르기까지, 이번 달 초 9일(辛未) 신시(오후 3시-5시), 초 10일 진시(오전 7시-9시)에 두 번 지진이 있었다. 성벽이 무너짐이 많았다. 울산 역시 같은 날 같은 시각에 마찬가지로 지진이 있었다. 울산부의 동쪽 13리 밀물과 썰물이 출입하는 곳에서 물이 끓어올랐는데, 마치 바다 가운데 큰 파도가 육지로 1,2보 나왔다가 되돌아 들어가는 것 같았다. 건답60) 6곳이 무너졌고, 물이 샘처럼 솟았으며, 물이 넘자 구멍이 다시 합쳐졌다. 물이 솟아난 곳에 각각 흰 모래 1,2두가 나와 쌓였다."

- 승정원일기

울산 앞바다에서 발생한 것으로 추정되는 지진이다. 당시 쓰나미 발생 기록을 토대로 규모 7.0 수준의 지진이 발생했던 것으로 추정된다. 초기 수렴대와의 연관성은 일부 존재하며, 쓰시마 고토 단층대와의 연관성 역시 존재한다.

(2) 1681년 양양 해역 지진

"강원도에 지진이 있었는데, 소리가 우레와 같았고 담벽이 무너졌으며, 기와가 날아가 떨어졌다. 양양(襄陽)에서는 바닷물이 요동쳤는데, 마치 소리가 물이 끓는 것 같았고, 설악산(雪岳山)의 신흥사(神興寺) 및 계조굴(繼祖窟)의 거암(巨巖)이 모두 붕괴(崩頹)되었다. 삼척부(三陟府) 서쪽 두타산(頭陀山) 층암(層巖)은 옛부터 돌이 움직인다고 하였는데, 모두 붕괴되었다. 그리고 부(府)의 동쪽 능파대(凌波臺) 수중(水中)의 10여 장(丈) 되는 돌이 가운데가 부러지고 바닷물이 조수(潮水)가 밀려가는 모양과 같았는데, 평일에 물이 찼던 곳이 1백여 보(步) 혹은 5, 60보 노출(露出)되었다. 평창(平昌)·정선(旌善)에도 산악(山岳)이 크게 흔들려서 암석(巖石)이 추락하는 변괴(變怪)가 있었다. 이후 강릉(江陵)·양양(襄陽)·삼척(三陟)·울진(蔚珍)·평해(平海)· 정선(旌善) 등의 고을에서 거의 10여 차례나 지동(地動)이 있었고, 이때 8도(八道)에서 모두 지진이 있었다"

- 조선왕조실록

한반도 역사지진 중 최대규모의 지진이다. 당시 기록에 따르면 속초에 있는 설악산 거암이 붕괴되고 양양과 삼척에서 쓰나미로 추정되는 현상이 발생했으며, 삼척 해역과 울진 해역에서 규모 5.0 이상의 여진으로 추정되는 지진이 발생했다.

이를 기반으로 할 때 추정 진원역은 노토반도 지진 수준의 속초 해역부터 울진 해역에 이르는 무려 150~160km 구역이 된다. 이는 한국과 일본 지진학자가 추정한 규모 7.5에 부합하는 수준 혹은 그 이상의 진원역이다. 진원역의 크기와 규모, 쓰나미 등을 고려했을 때 초기 섭입대에서 발생했을 것이 거의 확실한 지진이다.

(3) 1711년 또는 1714년 원산 지진

해당 지진은 기상청 역사지진기록 상으로는 강원도 원산에서 발생한 것으로 되어있다. 다만 지진 발생이 여러 차례 있었고, 특히 1714년 지진은 전국에서 지진동을 느낄 정도의 지진이었던 것으로 추정되기 때문에(기상청은 개성에서 발생한 것으로 추정했으나, 원산 인근 지진과 그 시기가 거의 겹치기 때문에 같은 지진으로 추정) 원산 해역에서 발생한 규모7급 지진이었을 가능성을 배제할 수 없다. 다만 이 지진의 경우 쓰나미를 관측한 기록은 없다.

참고로 1727년에 함흥에서 집이 무너질 정도의 지진이 있던 기록이 있지만 감진 구역이 넓지 않아 제외했다.

(4) 1810년 부령 지진

1810년 부령 지진은 기상청 역사지진 중 굉장히 많은 기록이 남아있는 지진 중 하나이다. 특히 사망자가 많이 발생했고 거암이 붕괴하는 등 양양 지진 이후 가장 큰 진동을 발생시킨 것으로 추정된다.

기상청에서는 함경북도 부령 내륙에서 발생한 것으로 추정했지만, 해역에서 발생했을 가능성이 존재하는 기록이 남아있다.

"본부(本府)의 청암사(靑巖社)가 해변에 위치해 있는데, 그 가운데서 수남(水南)·수북(水北)의 두 마을은 바다와의 거리가 더욱 가까워서 문과 담 밖이 바로 대해(大海)입니다. 그래서 유독 심하게 이런 재변을 입었는데, 모래가 덮혀 폐색된 우물이 11곳, 땅이 갈라지고 꺼진 곳이 3곳으로, 둘레와 깊이는 각기 몇 아름이 되었습니다. 바닷가 산 위에 있는 큰 암석 하나는 굴러내리다가 둘로 갈라져 그 중 절반은 바다로 굴러 들어갔습니다. (중략)

그리고 겸하여 바닷물이 얼려는 차에 파도가 크게 일면서 큰 힘으로 밀려와 평지를 진동시켰으니, 이것을 해뢰(海雷)·해동(海動)이라고 해도 괴이할 것은 없다고 하겠습니다만, 지진이라고 싸잡아 말한 것은 아마 오인(誤認)한 것 같습니다. 만약 참으로 지진이었다면 무슨 까닭으로 유독 해변에만 있고, 또한 한 달 가까이 그치지 않을 리가 있겠습니까?"

– 조선왕조실록

당시 기록을 보면 해안 인근에서 피해가 컸고, 특히 해뢰, 해동 등의 특이한 표현이 남아있다. 요약하자면 당시 얼어있던 바다가 얼음이 갈라지면서 파도가 솟구쳐 올라왔다는 것이다. 이는 일종의 쓰나미로도 볼 수 있는 부분이다.

따라서 이를 근거로 하여 당시 기상청에서 추정한 진도 분포를 토대로 위와 같은 진원역을 제시했다. 진원역의 크기를 고려했을 때 규모는 최소 7.0이었을 것으로 추정된다.

정리하자면 수렴형 경계와의 연관성이 가장 확실한 지진은 1681년 양양 지진이며, 가능성이 높을 것으로 추정되는 지진은 1810년 부령 지진이다. 1643년 울산 지진은 연관성이 있을 가능성이 있으며, 1711 또는 1714년 지진은 해역에서 발생했을 가능성이 있는 정도이다.

5. 최근 기록

최근 이 경계를 따라 발생한 지진은 2023년 동해 해역 규모 4.5 지진이 있다. 해당 지진은 역단층에서 발생했고, 역단층면을 따라 무수히 많은 지진활동을 동반했다.

특히 주목해 볼 것은 2019년에 있었던 일련의 동해 지진 활동이다.

당시 경계면을 따라서 2월 10일에 포항 해역에서 규모 4.1 지진이, 4월 19일에는 동해 해역에서 규모 4.3 지진이, 4월 22일에는 울진 해역에서 규모 3.8의 지진이 연이어 발생했다.

2월 10일 규모 4.1 포항 해역 지진은 주향이동단층에서 발생했기 때문에 제외하더라도 3일 차이로 발생한 동해 해역 지진과 울진 해역 지진의 경우 수렴 경계면 추정 지역에서 동일한 역단층 형으로 연속해서 발생했다.

-기상청 지진연보

1681년 양양 지진 당시 함께 움직인 것으로 추정되는 두 지역이기 때문에 무엇인가 연관성이 있을 가능성이 있어 보인다.

마지막으로 2000년 이후 발생한 가장 큰 지진은 2004년에 발생한 규모 5.2 울진 해역 지진이며, 동일하게 수렴형 경계에서 보기 쉬운 역단층 운동에 의해 일어났다.

6. 미래

그렇다면 앞으로 어디에서 지진이 발생할 가능성이 있을까?

일반적으로 지진이 한번 발생한 지역은 이후 몇백년 간은 잘 발생하지 않는다. 노토반도 지진의 경우 규모 7.0급은 300년에 한번, 이번에 발생한 규모 7.5급은 1000~2000년에 한번으로 추정하고 있다. 즉, 1681년 양양 지진 급의 지진은 같은 지역에서 최소한 1000~2000년은 지나야 발생할 가능성이 있다는 것이다.

따라서 과거기록을 토대로 다음과 같이 지역을 분류할 수 있다.

1번 구역 – 북한 함경남도 해역

역사적으로 지진 기록 자체가 없는 지역이다. 따라서 이 지역에서 지진이 발생할 경계가 형성되어 있다면 발생 가능성은 높다.

2번 구역 – 원산~속초 구간

1번과 비슷하게 지진 기록이 없는 지역이다. 따라서 이 지역에서 지진이 발생할 경계가 형성되어 있다면 발생 가능성은 높다.

3번 구역 – 경북 해역 구간

최소 500년 이상 대규모 지진 기록이 없는 지역이다. 1681년 양양 지진으로 움직이지 않은 남쪽 지역에 해당하며, 메이저 트러스트 역시 발견되어 수렴형 경계로 거의 확실한 지역이다. 즉, 지진 발생 가능성이 전체 구간에서는 가장 높은 지역으로 추정된다.

울진에서 포항에 이르는 전체 150km 길이의 해역 전체가 움직일 경우 최대규모 7.5 수준의 지진과 쓰나미가 발생할 것으로 추정된다.

이 지역은 규모 5.0 수준의 지진 활동도 활발하기 때문에 가장 경계해야 할 것으로 보인다.

6. 아무르판

여기에서 부터는 완전히 추측으로만 진행된다. 아무르판의 서쪽경계는 아직 확정되지 않았기 때문이다. (아무르판 유라시아판과는 별도의 판으로 그 존재가 거의 확실하나 정확한 서쪽 경계부를 알 수가 없어 아직 연구중이다.)

아무르판의 서쪽 경계가 지금까지의 연구처럼 서해 중부에 있다고 가정해보자. 현재 아무르판의 서쪽 경계는 열개(Rift) 즉, 판이 벌어지는 지역으로 추정된다.(미국 USGS 자료 기준이다.)

이 내용을 토대로 주요 단층대로 포함하여 다음과 같이 나타내 볼 수 있다.

이 경우 한반도에 동해와 서해 방향에서 양방향 압축력이 가해지는 것으로 표현할 수 있고, 북동-남서 방향의 주요 주향이동 단층의 활동성도 설명할 수 있다. 역사지진 시기 다수 발생했던 중규모 지진도 설명할 수 있다.

이렇게 되면 한반도는 일본 인근 대규모 판에 비하면 활동성은 현저히 작지만 서쪽과 동쪽 판경계부 사이에 끼어 있게 된다.

현재까지는 한반도의 지진을 일으키는 원인이 되는 압축력을 인도판과 태평양판의 충돌로만 설명하고 있다.

https://m.khan.co.kr/science/science-general/article/201906232133005#c2b

참고로 수루 충돌대는 과거 북중국 강괴와 남중국 강괴의 충돌로 형성된 것으로 정단층 지진이 다수 발생하고 있으며, 1952년에 발생한 규모 6.4의 평양 지진과 다수의 군발지진 발생을 설명해준다.