김광희 교수팀, 중국 연구진과 공동연구 주도…‘사이언스’에 연구결과 게재
6차 핵실험 후 수년간 지진활동 증가…기존 단층 재활성화 과정 규명

부산대학교 연구진이 17년간 축적된 지진 관측 자료를 추적해 북한 풍계리 핵실험장 일대의 기존 단층이 다시 움직인 사실을 규명했다. 

부산대는 지질환경과학과 김광희 교수 연구팀이 중국 청두이공대학교 판싱리 교수팀, 중국과학원, 중국지진국, 산둥대학교 연구진과 함께 만탑산 일대의 장기 지진활동을 분석한 연구 결과가 17일(미국 동부시간) 사이언스에 게재됐다고 18일 밝혔다.

만탑산 일대의 지형과 지진 분포  

이번 연구에서 김 교수와 판싱리 교수는 공동 제1저자이자 공동 교신저자로 연구를 주도했다. 부산대 연구진은 한국과 중국 동북부에서 관측된 17년간의 연속 지진파 자료를 분석해 2017년 6차 핵실험 이후 만탑산 일대 지진활동의 장기적인 변화를 추적했다.

연구팀이 밝혀낸 것은 핵실험 이후 지진이 단순히 일시적으로 발생한 것이 아니라는 점이다. 북한이 2006년부터 2017년까지 만탑산 풍계리 일대에서 6차례 지하 핵실험을 실시한 가운데, 규모가 가장 컸던 2017년 6차 핵실험 이후 지진활동이 수년간 지속적으로 증가했다.

특히 지진은 두 개의 북북서 방향 기존 단층대를 따라 집중됐고, 시간이 지날수록 단층을 따라 지진 분포가 더욱 뚜렷해지는 양상​을 보였다. 연구팀은 반복된 핵실험으로 지각에 균열과 손상이 누적되고 주변 응력장이 변화한 뒤 응력이 재분배되면서 기존 단층의 미끄러짐이 촉진된 것으로 분석했다.

일반적으로 지하 핵실험 직후 발생하는 소규모 지진이나 지하 붕괴는 수일에서 수주 사이에 감소하는 것으로 알려져 있다. 하지만 만탑산에서는 핵실험이 끝난 뒤에도 지하 암반의 손상과 응력 변화가 장기간 이어지면서 기존 단층이 재활성화된 것으로 연구팀은 판단했다.

김광희 교수 연구팀. 왼쪽부터 손유진 박사수료 대학원생, 주형태 박사, 김광희 교수, 강수영 연구교수, 이현주 연구원. 부산대 제공    

김 교수는 “2017년 핵실험 후 지진활동이 곧바로 잦아들지 않았다는 점에 주목했다”며 “지진은 수년간 이어졌고 시간이 지나면서 기존 단층을 따라 점차 뚜렷한 분포를 보였다”고 말했다.

이번 연구는 핵실험 감시에도 새로운 시사점을 제공한다. 핵실험 이후 수년이 지난 뒤 발생하는 지진이라도 장기적인 지진 관측자료와 단층 분포, 응력 변화 등을 함께 분석해야 핵실험과의 관련성과 발생 원인을 보다 정확하게 판단할 수 있기 때문이다.

김 교수는 “핵폭발이 끝난 뒤에도 장기간 지진관측을 이어가고 관측자료를 지속적으로 축적·보존하면서 개별 지진을 장기적인 물리 과정 속에서 해석할 필요가 있다”고 강조했다.

한편 김 교수 연구팀은 앞서 2017년 포항지진이 지열발전 과정의 유체 주입으로 촉발됐을 가능성이 크다는 연구 결과를 2018년 사이언스에 발표한 바 있다. 이번 연구에는 부산대의 강수영 연구교수, 류란보 박사, 손유진 박사수료 대학원생, 주형태 박사도 참여했다.