<사진. 2011년 도호쿠지방 태평양 앞바다 지진에 따른 지각변동
출처.  KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

2011년 도호쿠 연안 지진 후의 지반변동 요인 해명

도호쿠대학 재해과학국제연구소, 대학원 이학연구과 연구그룹은 캐나다 지질조사소와 함께 2011년 도호쿠 지방 태평양 연안 지진 발생 후에 지속적으로 진행하고 있는 지반변동의 요인으로서 “점탄성 완화”라는 과정이 중요한 역할을 하고 있다는 것을 알아내었다. “점탄성 완화”는 진원지역 밑 심부의 맨틀이 점성을 갖기 때문에 지진 시 변동의 영향이 시간 지연을 동반하여 발현하는 현상이다.

본 연구에서는 진원지역의 해저에서 지각변동 관측과 그 관측결과에 기초한 수치시뮬레이션에 기초하여 이 지각변동의 요인을 해명하는데 성공하였다. 이 성과에 의해 2011년 지진의 진원이 된 플레이트 경계단층의 움직임을 정확히 파악할 수 있으며, 앞으로의 대지진 발생의 예측에 공헌할 수 있을 것으로 기대된다.

도호쿠대학에서는 주로 지각변동 관측을 분담하였다. 2011년 3월의 지진발생 시에 31m의 동남동 방향의 수평변동이 관측된 지점에서 지진발생 후인 2011년 8월, 10월, 2012년 7월에 관측을 실시하고, 해저 기준점의 움직임을 파악하였다. 이 해저기준점은 지진 후 거의 일정한 속도로 서북서 방향으로 이동하고 있으나, 이것은 지진 시 변동에 의한 이동방향(동남동 방향)과 완전히 반대이다. 동일한 관측결과가 해상보안청의 측량에서도 나타나 이러한 움직임은 관측점 근방의 국소적 변동이 아니라고 생각된다. 육상에서 관측된 지진후의 지각변동에 의한 움직임은 지진 시와 같이 동남동 방향으로 해륙에서 관측되는 패턴에는 큰 차이가 있다.

캐나다 지질조사소와 빅토리아대학 팀은 변형시뮬레이션을 주로 담당하고 도호쿠대학팀과 사이에 관측된 지각변동의 크기와 수치시뮬레이션 모델에 의한 점탄성 완화의 크기 관계에 관한 논의를 반복하였다. 그 결과로서 2011년 지진 시 변동에 의한 점탄성 완화에 의해 기대되는 지표면 변형의 패턴에서 실제로 관측된 지진 후 지각변동을 잘 설명할 수 있다는 것을 알게 되었다. 또한 점탄성 완화의 영향은 시간과 함께 그 크기가 변화되기 때문에 모델에서 예측된 각 관측점의 변위 시간변화와 관측된 지각변동의 시간변화와의 일치도 검증도 중요하지만, 이것도 해륙 지점에서 관측된 데이터를 수치시뮬레이션으로 재현하는 데 성공하였다.

2011년 도호쿠지방 태평양 앞바다 지진의 발생 직후에 점탄성 완화가 지진 후 지각변동의 큰 요인이 된 것은 지진발생 후 긴 시간이 경과한 후라고 생각되어 지진 직후의 지각변동 관측데이터의 해석에는 플레이트 경계단층 위에서의 비지진성 미끄러짐이 지진 후 지각변동의 주요 요인이라고 생각되었다. 본 연구에서도 지진 후 지각변동은 맨틀 점탄성의 영향과 함께 단층상에서의 비지진성 미끄러짐이 필요하다는 것을 확인하였으나, 그 크기는 종래 연구에서 추정된 것보다 작아졌다. 즉, 점탄성 완화를 고려하지 않은 연구에서는 지진 후에 발생하는 플레이트 경계단층에서의 미끄러짐 크기를 과대평가했을 가능성이 있다.

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