한국의 단층

대한민국에는 오래전에 형성된 한반도 수많은 단층들이 분포하며 그 수는 약 450개로 추정된다.^[3] 대부분의 단층은 중생대에 발생한 송림변동, 대보 조산운동, 불국사 조산운동 등 격렬한 지구조 운동으로 생성되었다.^[4] 한반도 단층의 대표적인 예로 양산 단층대와 추가령 단층대, 울산 단층, 공주-금왕 단층대, 광주/전주 단층 등이 있으며 이외에도 전국 곳곳에 길이 100km 내외의 단층들이 흩어져 있다. 북한에도 다수의 단층이 존재하지만 그곳의 단층에 대해서는 알려진 것이 거의 없으므로 여기서는 대한민국의 단층에 대해 서술하겠다.

한반도가 속한 유라시아판 또는 아무르판은, 남부에서는 인도판이 밀어붙이고, 동부에서는 태평양판 및 필리핀판이 섭입하면서 이들 판의 운동에 의해 압축력(壓縮力)을 받고 있다. 그리고 그 압축력이 한반도에까지 영향을 미쳐 판의 내부 변형(internal deformation)이 일어나 한반도 내부에 존재하는 중생대에 형성된 단층^[5]에서 지진이 발생하게 된다.^{[4][6][7][8][9][10][11][12][13]}

여러 연구들을 통해 중생대에 형성된 한국의 단층들에서 지진이 발생함이 알려져 있다. 따라서 단층이 많은 지역에는 지진도 많다고 생각할 수 있으나, 김대영(2018)은 단층밀도가 높지만, 지진밀도가 낮게 나타나는 지역도 여러 곳에서 관찰된다는 점 그리고 그 반대의 경우(단층밀도는 낮은데 지진밀도는 높은 곳)도 있다는 점을 근거로, 지진 밀도와 단층선의 밀도는 상관관계가 높다고 할 수 없으며, 특히 한반도의 경우 지진 발생과 단층선의 발달과는 별다른 연관이 없다고 주장하기도 하였다. 실제로, 경주시나 평양시와 같이 지진 밀도가 높은 곳에서는 단층선의 밀도가 높은 곳도 있지만, 연천군과 한반도 북부지역은 단층밀도는 높은데 지진의 발생 횟수(지진밀도)는 낮으며, 서산에서 포항을 잇는 선은 지진이 빈번한 곳이지만 단층선은 일부 지역에서 높은 밀도를 보일 뿐 지진밀도와 같은 형태의 발달을 보이지는 않고 있다. 단층선은 공주시, 상주시, 의성군 등에서 부분적으로 다소 높은 밀도를 보이지만, 지진 밀도와 같은 형태의 발달을 보이지는 않는다.^[14]

그러나, 단층의 밀도가 높은 지역에서 지진 밀도가 낮다 할지라도, 혹은 단층의 밀도가 낮은 곳이라도 안심할 수는 없다. 2016년 경주 지진은 양산 단층대에서 발생하여 지진과 단층의 연관성이 한반도에서 최초로 규명된 바 있으며, 2007년의 오대산 지진은 단층 밀도가 그렇게 높지도 않은 평창군 북동부 오대산 지역에서 발생했다. 규모 4.7의 오대산 지진을 일으킨 진부 단층은 연장 20 km 에 불과한 소규모 단층이며 이미 1975년 오대산 지질 도폭에서 그 존재가 인지된 단층이다.^[15] 단층이 있는 지역에서는 대규모 지진이 발생할 가능성도 얼마든지 있다. 지진이 발생하는 원인은 대부분 기존에 존재하고 있던 활성단층이 재활동하는 것이지만, 한반도에서는 발생하는 대규모 지진의 발생 빈도가 상대적으로 낮기 때문에 특정 단층대와 지진의 연관성을 규명하는 것은 쉽지 않다.^[16]

또한, 한국에서 발생하는 지진은 넓은 지역에 걸쳐 일정한 규칙 없이 산만하게 발생하는 것처럼 보이지만 같은 장소에서 반복적으로 발생하는 경우가 많다. 즉 지진은 지하에 새로운 단층을 형성하면서 발생하기보다는 기존에 존재하는 단층면을 따라서 발생하는 것이 일반적이다. 따라서 과거 지진을 분석하고, 현재의 지진 현황을 파악함으로써 향후 발생할 수 있는 대규모 지진의 위치와 규모를 유추할 수 있다.^[17]

지질도와 지질도폭(geological sheet)에서 보고되지 않고 지하에 숨어 있는 단층도 문제가 될 수 있다. 규모 4.1의 2022년 괴산 지진의 경우 지표에 있는 단층과는 크게 연관성이 없으며 지하의 숨겨진 단층대에서 지진이 발생한 것으로 드러났다.^[18][19] 이러한 사실은 한반도에 지진 안전 지대는 없다는 사실을 시사한다.

제4기 단층

현재까지 국내에서 기재된 제4기 단층들 중에서 직접적으로 계기 지진과 관련된 단층의 사례는 아직 보고된 바 없다. 지표 단층이 나타날 수 있는 지진의 규모는 6 이상이어야 한다. 역사지진 자료를 이용하여 추정된 지진규모는 이를 넘기도 하지만, 지진과 직접적으로 관련된 단층 운동은 기록되지 않았으며, 계기지진의 경우에 비교적 규모가 컸던 지리산 쌍계사 지진, 속리산 지진, 홍성 지진(1978)의 경우에도지진에 의한 지표에서의 단층 활동과 관련된 지표의 파열현상은 발견되지 않았다. 배대석 외(2009)은 단층과 지진 발생과의 관계를 알아보기 위해, 169개의 역사지진과 126개의 계기지진 자료를 이용하였다. 역사지진에서 보여주는 규모 5 이상의 지진과 단층과의 관계에서는 일부 진앙지가 양산 단층대에 위치하고 있지만 진앙지와 양산 단층대와 직접적으로 연관성을 찾기 어려웠으며, 계기지진도 양산 단층과의 유의미한 상관관계를 보이지 않았다. 따라서 한반도 동남부에 양산 단층대와 같은 제4기 단층들이 발견되고 있지만 실질적으로 역사 시대 이래 지진 발생에 의한 단층의 활동도를 평가할 때 지진 발생이 특정 단층과 직접적인 관계를 보여주기 보다는 오히려 배경지진의 특성으로 볼 수 있는 것처럼 분산된 양상을 보였다.^[20]

단층면해

지진은 지각에 축적된 지구조적 응력이 단층의 운동을 통해 해소될 때 발생한다. 큰 규모의 지진은 대부분 새로운 단층을 형성하기보다는 기존에 발달한 단층을 따라 다시 재활하는 경우가 많으며, 이러한 이유로 현생 응력 조건에서 활동했던(=지진을 일으킨) 단층은 다시 동일한 지구조적 응력조건에서 재활할 가능성이 높다. 한반도는 지역에 따라 약간의 차이는 있지만, 제4기 단층의 기하와 운동학적 특성^[21] 및 수압파쇄(hydraulic fracturing) 결과^[22][23][24] 및 단층면해^[12][25] 연구 결과 등을 종합하면 현재 한반도는 동-서(E-W), 서북서-동남동(WNW-ESE) 내지 동북동-서남서(ENE-WSW) 방향으로 최대 주응력이 작용하는 것으로 해석되고 있다. 또한 다수의 고응력 및 구조발달사 연구들은 신생대 후기 마이오세부터 현재까지 거의 비슷한 조건이 유지되었을 가능성이 높은 것으로 판단하고 있다.^[26][27] 그 결과로 한반도에서 발생한 대부분의 지진이 주향 이동성 및 역단층성의 단층 면해를 나타내며 이는 지진을 유발시킨 단층이 주향이동 내지 역단층성 운동을 나타내는 것을 의미한다. 특히, 동해와 서해 연안에서 관찰되는 지진은 주로 역단층 운동에 의한 것이 우세하다.^[28][21] 동해안 일대에서 발생하는 역단층성 지진들은, 대륙 연변부에 발달한 기존 정단층이 동해가 생성될 때 동해가 닫히는 과정에서 태평양판이 유라시아판으로 섭입하며 발생한 압축 응력이 다시 발생되면서 역단층의 특성을 갖는 지진이 동해 연안에 발생하는 것으로 보인다.^[29] 다만 황해 및 황해도 지역과 일부 지역에서는 국부적으로 정단층성의 단층면해를 보이는 곳이 있다.^[7][30]

대표적인 예로, 2016년 경주 지진은 주향이동 단층의 운동^[31], 2017년 포항 지진은 역단층성 우수향 주향이동단층으로 인한 것으로 분석되었다.^[32] 또한, 2020년 5월 11일 강원도 평강군에서 발생한 규모 3.8의 지진은 주향 이동 단층의 운동으로 인한 것으로 분석되었다.^[33] 그 전해 같은 지역에서 발생한 규모 3.5의 지진 역시 같은 것으로 나타났다.^[34] 해당 지역은 추가령 구조곡이 지나가는 지역이다. 그러나 2004년 9월 15일 서울특별시 남쪽 9km에서 발생한 지진은 면선각 -90도인 정단층 운동을 보였다.^[12]

2020년에 발생한 해남 군발 지진 당시 한국지질자원연구원은 보도자료에 "해남지진은 이 지역에 발달하고 있는 서북서-동남동 방향의 단층계에 속하는 단층의 좌수향 주향이동운동에 의해 발생한 것으로 한반도에 작용하는 지체응력(Tectonic Stress) 환경에 부합하는 현상으로 판단된다"라고 설명하였다.^[35]

...지진은 지각 내 발달되어 있는 단층을 따라 서서히 누적된 판구조 운동에 따른 응력 에너지가 한순간 단층(전단)운동에 의해 갑자기 방출되는 현상이다. 따라서 단층운동은 지진을 일으키는 근본 원인에 해당한다. 대부분의 중·대규모 지진들은 기존에 발달하고 있는 대규모 단층시스템(대단층계)를 따라 발생하므로, 중·장기적인 지진 대비책 마련을 위해서는 현재 한반도에 발달된 대단층계의 분포와 발달특성을 파악하는 것이 가장 중요하다.

— 국토 대단층계(양산단층 중부지역) 위험요소 평가연구^[36]

아래 사진은 대한민국 내에 있는 소규모 단층들의 사진이다.

아래에 제시된 단층들의 이름은 대한지리학회, 대한지질학회 등의 학술지에 수록된 논문 또는 한국지질자원연구원이 사용하는 명칭을 그대로 사용하였다. 단층의 이름은 가나다순으로 정렬되어 있으며 각 단층의 세부적인 특성에 대해서는 해당 문서를 참조할 것.

• (■): 활성단층 (제4기 단층) : ESR 연대측정법, OSL, 탄소-14 연대측정법에 의해 제4기(250만 년 전~현재) 동안 운동한 것이 확인된 단층을 활성단층으로 간주한다.
• (■): 도심지역 통과 단층
• (■): 지진 유발 단층

• 영월인편상구조대 (영월 스러스트 시스템) - 영월에 존재하는 충상단층들의 집합체
• 예천전단대
• 광주전단대 - 광주 단층 문서 참고
• 형산강 지구대 - 포항시에 위치한다.
• 길주·명천 지구대
• 아무르판의 서쪽 경계 - 한국의 지진 문서 참고

• 한국의 지질
• 한국의 지진
• ESR 연대측정법