<사진. 유발 지진 활동의 증가된 비율을 가진 미국 중부와 동부 지역에 17개 지역을 규명한 새로운 연구
출처.  KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

인간적 활동에 의한 지진으로 지반 흔들림에 대한 새로운 견해 : 수압 파쇄의 영향

과학에서 상당한 진보가 인위적인 행동으로부터 유발된 지진으로부터 발생할 수 있는 지반 흔들림(ground shaking) 가능성을 보다 더 잘 이해할 수 있게 해준다. 지진 활동(Earthquake activity)은 미국 중앙 및 동부 지역에서 2009년 이후 뚜렷하게 증가해왔다. 이러한 증가는 깊은 유정으로 주입되었던 수압 파쇄의 물에서 발생하는 폐수를 폐기하는 산업적 운영과 관련이 있다.

미국 지질 연구소(USGS; U. S. Geological Survey)는 지진 활동도(seismicity)가 뚜렷하게 증가한 것으로 기록된 지역에서 위험한 지반 흔들림이 어떻게 기록될 수 있는가를 예측하기 위한 예비 모델의 윤곽을 설명하는 보고서를 2015년 4월 27일 발표했다. 모델은 궁극적으로 얼마나 빈번하게 지진이 내년에 발생할 것인지를 계산하고, 그 결과로 단단한 지반이 어떻게 흔들릴 것인가를 계산하는 것을 목표로 하고 있다. 이 보고서는 중앙 및 동부 미국 지역을 조사했다. 미래 연구는 서부 지역 주로부터 얻은 자료와 통합될 것이다.

또 이 보고서는 예비 모델에 대한 추가적인 조사를 거쳐 2015년 말 발표될 것으로 계획된 최종적인 위험 모델(hazard model)을 개발하기 위하여 해결될 필요가 있는 문제를 규명했다. 이러한 예비 모델은 현실적으로 실험으로 간주되어야만 하고, 의사 결정에 사용되어서는 안 된다.

USGS 과학자들은 유발된 지진 활동도의 증가된 비율을 나타내는 8개 주 내에서 17개 지역을 규명했다. 2000년 이후 이러한 지역의 몇몇 곳은 2009년 이후 상당히 증가했으며 오늘날까지 이어지고 있는 높은 수준의 지진 활동도를 경험하고 있다. 이 연구는 이러한 지역에서 유발된 지진과 상관관계를 맺고 있는 위험한 수준에 대한 첫 번째 포괄적인 평가이다. 이 지역의 세부적인 리스트는 함께 게재된 지도에 제공되고 있으며, 앨라배마 주, 아칸소 주, 콜로라도 주, 캔자스 주, 뉴멕시코 주, 오하이오 주, 오클라호마 주 및 텍사스 주 등이 포함된다.

과학자들은 이러한 지역에서 지진을 분석하고, 지진의 비율, 위치, 최대 크기 및 지동(ground motion) 등을 고려함으로써 모델을 개발했다.

이러한 새로운 보고서는 주입 유발 지진(injection-induced earthquakes)이 어떻게 미국 지진 위험 지도(seismic hazard map)에 통합될 수 있는지를 기술한 첫 사례라고 USGS 산하 국립 지진 위험 모델링 프로젝트 책임자인 Mark Petersen은 밝혔다. 이러한 지진이 이전보다 더 높은 비율로 발생하고 있으며, 인근에 거주하는 사람들이 훨씬 더 높은 위험에 노출되고 있다고 Petersen은 지적했다. USGS는 지반 흔들림으로부터 지역 사회를 안전하게 유지하는 데 도움을 주는 결정을 지원하기 위하여 이러한 지역에서 지진 위험성(seismic hazards)을 평가하는데 걸림돌이 되고 있는 문제를 극복하는 방안을 개발 중이라고 Petersen은 덧붙였다.

2014년 USGS는 자연적인 지진에 대하여 위험한 수준을 기술해주는 최신 국가 지진 위험 지도(National Seismic Hazard Maps)를 발표했다. 이러한 지도는 도시 건축법 규정(building codes), 보험률(insurance rates), 비상 대책 계획(emergency preparedness plans) 및 다른 적용 등을 사용했다. 이러한 지도는 건물의 평균 수명인 50년의 기간 이내에 지진 흔들림의 가능성을 예측했다. 그러나 이러한 새롭게 유발된 지진 활동도 생성물은 1년의 기간 내에 유발된 지진으로부터 가능한 지반 흔들림의 강도를 보여준다. 이러한 더 짧은 기간은 적절하다. 어느 지점에서 변화될 수 있는 상업적인 결정과 정책적 결정에 좌우될 수 있기 때문에, 유발된 활동이 시간에 따라 급격하게 달라질 수 있다.

이러한 새로운 방법과 생성물은 USGS와 오클라호마 지질 조사(Oklahoma Geological Survey)가 주관한 워크숍의 일환으로 얻어졌다. 이 보고서에서 기술된 워크숍은 유발된 지진으로부터 위험을 논의하기 위한 정부, 산업 및 학계 관계자 등의 폭넓은 전문가 집단이 참여했다.

화학물질에 의하여 오염 또는 염분을 함유한 폐수(wastewater)는 담수 공급원에 대한 오염을 예방할 수 있는 방식으로 폐기될 필요가 있다. 다량의 폐수는 에너지 생산으로부터 부산물과 같은 다양한 공정의 결과로 생성될 수 있다. 폐수 주입은 지하의 공극 내 압력(pore pressure)을 증가시킨다. 이러한 공극의 압력 증가는 지진을 더 많이 발생시키는 원인이 되는 인근 단층을 매끄럽게 한다. 비록 폐기 공정이 지진을 촉발할 수 있는 가능성이 있다고 하더라도, 대부분의 폐수 폐기 유정은 유감 지진(felt earthquakes)을 생성시키지 않는다.

많은 의문이 수압 파쇄(hydraulic fracturing, 일반적으로 파쇄라고 언급되고 있음)가 최근 지진의 증가에 책임이 있는지 여부에 대하여 제기됐다. USGS의 연구는 실제적인 수압 파쇄 공정이 유일한 유감 지진의 직접적인 원인이라고 제안했다.

실제 새롭게 발표된 USGS 보고서는 “2014년 미국 국가 지진 위험 모델에서 유발 지진 활동도의 통합-2014년 워크숍과 지진 활동도 연구의 결과(Incorporating Induced Seismicity in the 2014 United States National Seismic Hazard Model?Results of 2014 Workshop and Sensitivity Studies.)”이다.

■  KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr