<사진. (a) 키이반도의 난카이 트로프 전역의 해저지형, (b) 해저곡에 나타난 “주향이동” 지형, (c) 난카이 트로프의 광역적인 3차원 해저지형
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

주향이동 단층운동에 우위한 난카이 트로프 거대 분기 단층

- 지진과 지진해일 발생과 관련된 새로운 단층 메커니즘

큐슈대학 카본뉴트럴 에너지 국제연구소(I2CNER)와 도쿄대학 연구그룹은 난카이 트로프에서 취득한 지진탐사 데이터와 해저지형 데이터를 해석하여 지진해일을 발생시킨다고 생각되는 거대 분기 단층이 주향이동(strike-slip)의 단층운동에 우위하다는 것을 밝혀내었다. 한편 거대한 지진해일을 발생시키는 역단층형 파괴는 분기단층의 얕은 부분에 전달되지 않고, 해측에 발달하는 단층에 전달되어 난카이 트로프 축 주위에까지 전파할 가능성이 높다는 것을 밝혀내었다.

본 연구에서는 반사법 지진탐사 데이터를 해석하여 난카이 트로프에 광역적으로 발달하는 분기단층 주변의 단층구조를 상세하게 조사하였다. 그 결과로부터 분기단층의 얕은 부분은 주향이동층의 전형적인 구조를 하고 있다는 것을 알았다. 또한 고해상도 해저지형 데이터의 해석결과로부터 분기단층 운동에 따른 변동지형을 조사하였다. 해저지형 데이터로부터 키이(紀伊)반도의 해저에는 해저곡(해저 하천)이 존재한다는 것을 알았다.

이 해저곡은 주로 활이류(?泥流)에 의해 형성된다. 해상도가 높은 해저지형 데이터를 기초로 해저곡의 지형을 조사한 결과, 분기단층이 해저에 도달한 장소에서는 해저곡이 약 6km 옆으로 주향이동하고 있다는 것을 알았다. 이 6km의 이동은 분기단층의 주향이동 움직임에 의해 발생한 것이라고 생각된다. 이 6km 의 오프셋 및 지진탐사에서 밝혀진 지질구조로부터 분기단층은 빠른 속도(약 2cm/년)로 주행이동 단층으로서 미끄러지고 있다는 것이 판명되었다. 그리고 해저곡에서는 침식이 격렬함에도 불구하고 해저곡의 바닥에 주행이동 단층에 따른 변형이 나타났기 때문에 현재도 주향이동 단층이 활동하고 있다는 것이 명백하다고 생각된다.

연구그룹은 과거 연구로부터 거대 분기 단층이 트로프축에서 30km 육측에서 해저로 분기하고 있을 뿐만 아니라 난카이 트로프 축 주변까지 연속적으로 존재하고 있을 가능성이 있다는 것을 알았다. 또한 분기단층의 얕은 부분에서는 역단층형의 움직임이 작다는 것도 판명되었다. 즉, 거대한 지진해일을 발생시키는 단층운동은 분기단층이 얕은 부분을 전달하지 않고 해측에 발당한 단층으로 전달되어 난카이 트로프로 전파한다는 것을 알았다. 한편 분기단층이 얕은 부분은 주향이동의 단층운동보다 우위에 있다는 것이 밝혀졌다.

역단층형의 미끄러짐에서는 일반적으로 불연속적인 단층이 형성된다. 그러나 난카이 트로프에 발달하는 분기단층은 수평거리 200km에 이르는 대단층을 형성하고 있다. 이 수평방향으로 연속적인 단층을 형성시키기 때문에 주향이동의 움직임이 필요하다. 즉, 도난카이 지진과 난카이 지진의 진원역 경계를 거쳐 연속적으로 발달하는 거대 분기단층의 형성에는 주향이동 방향의 움직임이 중요한 역할을 하고 있다고 생각된다.

본 연구에 의해 난카이 트로프로부터 30km 육측에 위치하는 분기단층의 얕은 부분은 주로 주행이동 단층으로서 운동하고, 거대 지진해일을 일으키는 역단층형의 미끄러짐은 난카이 트로프 주변까지 전파할 가능성이 높게 나타났다. 주향이동 단층은 큰 지진해일을 발생시키지 않는다고 생각된다. 한편 역단층형의 미끄러짐이 트로프 축 주변까지 전파하면 지진해일 발생지역이 넓게 된다. 이러한 거대 분기단층의 운동이 지금까지의 견해와 다르기 때문에 지진해일 발생지역의 평가 및 지진해일 발생 메커니즘에 관해서도 새로운 해석이 필요하게 된다.

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