과학자들이 뉴질랜드 북섬 동해안에서 발생하는 특이한 ‘느린 지진(slow earthquakes)’의 원인을 밝히는 핵심 단서를 발견했다.

최근 국제 공동 연구팀이 과학 저널 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 발표한 연구는, ‘폴리고널 단층 시스템(Polygonal Fault Systems, PFSs)’이라 불리는 숨겨진 단층 구조가 뉴질랜드 히쿠랑이(Hikurangi) 섭입대 북부 지역의 지진 거동에 큰 영향을 미친다는 사실을 규명했다. 이 얕은 지층 내 단층들은 섭입대에 들어가는 퇴적층 안에 존재하며, 느린 지진이 발생하는 위치와 패턴에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다.

“이번 발견은 느린 지진이 특정 지역에서 왜 발생하는지를 설명하는 데 도움을 준다”라고 지구과학 뉴질랜드(Earth Sciences New Zealand, 구 NIWA)의 해양지질학자이자 이번 연구 공동저자인 필립 반스 박사가 전했다. “또한, 느린 지진이 지금의 섭입대 깊이보다 훨씬 얕은 곳에서 형성된 오래된 단층 구조가 재활성화되면서 발생할 수 있다는 점을 보여준다.”

히쿠랑이 섭입대는 태평양판이 오스트레일리아판 밑으로 들어가는 곳이다. 남부 지역은 잠겨 있어 규모 8 이상의 초대형 지진을 발생시킬 가능성이 있는 반면, 북부 지역은 다르게 움직인다. 수일에서 수개월에 걸쳐 점진적으로 발생하는 느린 미끄럼 현상(slow slip event)을 반복하며, 갑작스런 흔들림 없이 지각 변형 에너지를 방출한다.

“느린 미끄럼은 격렬한 흔들림을 유발하지 않지만, 인근 단층의 응력을 높여 더 큰 지진을 촉발할 수 있다. 이를 이해하는 것은 지진과 쓰나미 경보 시스템 개선에 매우 중요하다.”

이번 연구는 중국, 미국, 지구과학 뉴질랜드 연구진이 국제해양탐사프로그램(International Ocean Discovery Program)과 뉴질랜드 지스본 해역에서 수행한 고해상도 3D 지진탐사 데이터를 활용해 공동 진행했다. 고해상도 3D 지진 영상과 심해 드릴링 자료, 첨단 컴퓨터 모델링을 통해 PFS 구조를 unprecedented하게 상세히 매핑하고 섭입대 내 역할을 평가했다.

“이 단층들은 수백만 년에 걸쳐 퇴적 과정 중 형성됐고, 초기에는 섭입대와 멀리 떨어진 곳에 있었다. 그러나 두 지각판이 수렴하며 해저가 섭입대로 끌려들어가면서 이 단층들이 다시 활성화되어 주요 충상 단층으로 발전한다. 우리의 분석은 특히 유체가 이동하는 중요한 경로 역할을 한다는 점을 보여주며, 이는 단층 미끄럼 현상에 결정적 역할을 한다”고 연구팀은 밝혔다.

유체 이동과 단층 구조 간의 연관성은 느린 지진을 촉발하는 핵심 메커니즘 중 하나에 대한 새로운 통찰을 제공한다. 연구는 또한 이러한 단층 시스템이 메가쓰러스트(megathrust) 전반에 복잡하고 가변적인 구조를 형성해 응력 분포와 변형 패턴에 영향을 준다는 점을 확인했다.

“지금까지는 이러한 특징과 느린 미끄럼 행동을 직접 연결할 수 있는 영상 해상도가 부족했다. 이 연구가 그것을 바꿔 놓았으며, 섭입대 역학을 새롭게 이해할 수 있는 창을 열었다”고 반스 박사는 말했다.

이 종류의 폴리고널 단층 시스템은 20년 전 일본 남서 해안의 섭입대에서도 처음 확인됐으나, 그 복잡한 구조가 섭입과 지진 미끄럼에 어떤 영향을 미치는지 명확히 알지 못했다. 이번 연구의 선임 저자인 중국 호하이 대학의 해양지질학자 마오마오 왕은 “뉴질랜드 북부 히쿠랑이 해안에서 이 아름다운 3D 지진 영상을 분석하면서 이 단층들이 광범위하게 분포한다는 사실과 느린 지진 형성에 중요한 역할을 한다는 것을 확인했다”고 말했다.

이번 연구 결과는 뉴질랜드를 넘어 전 세계 섭입대 이해에도 영향을 미칠 전망이다. 일본 난카이 지구 등 다른 섭입대에서도 유사한 단층 시스템이 관측된 바 있기 때문이다. 연구는 PFS가 가진 기계적·수문학적 특성이 느린 지진 작동 원리를 완성하는 글로벌 퍼즐의 중요한 조각임을 보여준다는 점에서 의의가 크다.

“이번 연구는 해안 아래에서 벌어지는 지질학적 과정을 이해하는 데 역사적인 진전을 이루었다”며 “더 나은 모델과 데이터 확보로 섭입대 작동 원리를 명확히 파악할 수 있는 위치에 서게 됐다”고 반스 박사는 밝혔다.

Source: Earth Sciences New Zealand