<사진. 난카이 트로프의 반사법 탐사 측선
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

난카이 트로프 지진해일을 거대화하는 새로운 메커니즘 해명

2011년 도호쿠지방 태양양 연안 지진과 지진해일 피해 이후, 서남일본의 난카이 트로프에서도 데콜망(decollement)의 지진성 섭입에 의한 대지진해일의 발생이 우려되고 있다. 그러나 난카이 트로프 지진해일 지진의 발생에 중요한 역할을 한다고 알려진 데콜망 실태와 거동은 거의 규명되지 않았다.

도쿄대학 대기해양연구소 연구팀은 난카이 트로프의 반사법심사 데이터를 조사하여 난카이 트로프 남부에서 동부에 걸쳐 데콜망의 반사 극성이 부(負)와 정(正)을 반복하고 있다는 것을 반복하였다. 이 결과에 심해굴삭 데이터를 추가한 상세한 분석으로 데콜망의 내부에 존재하는 유체의 분포가 다르다는 것을 밝혀내었다. 데콜망의 다른 유체분포와 그에 따른 각극수압의 변화는 난카이 트로프의 지진해일 파원지역을 크게 확대할 가능성이 있으며, 유체가 지진해일 지진의 거대화를 가져오는 새로운 구조로서 시사된다.

2011년 도호쿠지방 태평양 연안 지진은 지진에 따른 단층 섭입이 데콜망을 따라 해구축 인근까지 이동하여 결과로서 큰 지진해일이 발생하였다. 한편, 서남일본의 난카이 트로프에서도 역사적으로 반복되는 대지진이 발생하여 연안지역에 거대한 지진피해를 가져왔다. 자신의 지진에너지와 비교하여 상당히 큰 지진해일을 여기하는 “지진해일 지진”의 경우, 지진성 미끄러짐이 데콜망을 따라 해구축 부근까지 도달하면 지진해일의 규모가 크게 된다고 생각하고 있다. 실제로 1605년 게이초(慶長)지진은 난카이 트로프의 데콜망이 일으킨 전형적인 지진해일 지진으로서 알려졌으며, 다음 난카이 지진에서 데콜망의 거동은 지진해일 방재를 위한 최대 관심사이다. 그러나 난카이 트로프 지진해일 지진의 발생에 중요한 역할을 하는 있는 데콜망의 실태와 거동은 거의 알고 있지 못하였다.

본 연구그룹은 지진해일 지진을 일으키는 데콜망의 실태와 거동을 해명하기 위해 난카이 트로프의 거의 모든 지역의 반사법 탐사 데이터에 심해 굴삭 데이터를 추가하여 데콜망의 구조와 물성을 종합적으로 조사하였다.

반사법 탐사 데이터의 반사 극성을 조사한 결과, 데콜망의 반사 극성이 난카이 트로프의 서부에서 동부에 걸쳐 부(負)와 정(正)의 반복을 나타내는 것을 판명하였다. 이것에 의해 난카이 트로프 동서 500km 이상의 데콜망 발단지역은 5개의 다른 영역으로 구분되는 것으로 판명되었다. 심해 굴삭 데이터를 추가한 상세한 해석으로 부의 극성은 유체에 풍부한 데콜망이 고간극수압의 상태이고, 정의 극성은 유체에 부족한 데콜망이 저간극수압의 상태라는 것을 알았다.

단층에 유체가 농축되어 고간극수압을 유지하면, 단층면에 대한 수직응력이 저하되고, 데콜망은 지진성 미끄러짐의 거동을 나타낸다고 알려져 있다. 플레이트 섭입대의 심부에서 여기된 초거대 지진성 미끄러짐이 데콜망을 따라 얕은 해구축 부근까지 도달한 경우, 난카이 트로프의 거의 모든 데콜망은 파괴되어 거대 지진해일이 발생할 가능성이 높다.

한편 얕은 곳의 데콜망이 스스로 지진파괴 핵이 되는 경우, 저간극수압의 데콜망이 지진의 초기 파괴핵이 되어 그 지진성 미끄러짐이 거의 동시에 주변의 고간극수압의 데콜망에 전파되어 지진해일의 규모가 더욱 크게 될 가능성이 있다. 실제로 시코쿠 연안 및 키이반도 연안을 주요 파원지역으로 한 1605년에 발생한 게이초지진의 경우 좁은 영역에서 지진해일 지진의 초기 파괴가 일어나 그 지진성 미끄러짐이 주변의 넓은 영역에 전파됨으로써 결과적으로 거대 지진해일이 발생하였다고 추측된다.

이번에 밝혀진 난카이 트로프 전역에서 데콜망 반사 극성의 반복은 데콜망의 유체 분포 및 간극수압이 변동하고 있는 증거가 된다. 본 연구의 성과는 유체 분포가 다른 데콜망끼리 간극수압이 다르기 때문에 지진해일 지진이 확대될 가능성을 시사하였다. 또한 난카이 트로프 전역의 공간에서 데콜망의 유체가 변동하고 있는 것을 밝혀낸 것은 본 연구가 처음이다.

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