만탑산 일대의 지형과 지진 분포. 부산대 제공

부산대 연구팀이 2017년 북한 풍계리 만탑산 일대에서 진행된 지하핵실험 이후 기존 단층대가 수년에 걸쳐 재활성화됐음을 규명했다.

부산대는 18일 김광희(지질환경과학과) 교수 연구팀이 중국 청두이공대 판싱리 교수팀, 중국과학원, 중국 지진국 등과 공동으로 북한 만탑산 주변의 장기 지진활동과 기존 단층의 점진적인 재활성화 양상을 규명했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 미 동부시간으로 17일 국제 학술지 사이언스에 ‘Nuclear tests at Mt. Mantap have reactivated intraplate faults(북한 풍계리 핵실험이 만탑산의 잠자던 단층을 다시 움직였다)’라는 논문 제목으로 게재됐다.

연구 결과에 따르면 2017년 북한의 6차 핵실험 이후 풍계리 만탑산 북북서 방향의 단층대에서 지진활동이 집중적으로 발생하고, 시간이 지날수록 더욱 뚜렷한 분포를 나타낸 사실이 확인됐다. 이는 핵실험 후 수주 사이에 지진 활동이 감소하는 일반적인 사례와는 다른 양상이다.

연구팀은 반복된 핵실험이 만탑산 지각에 균열과 손상을 누적시키고 주변 응력장을 변화시켰다고 해석했다. 응력이 재분배되는 과정에서 임계응력에 가까운 상태였던 기존 단층의 미끄러짐을 촉진했다는 설명이다. 이는 핵폭발 자체가 끝난 후에도 지하 암반 내부에선 손상과 응력 변화의 영향이 장기간 지속될 수 있으고, 이 과정에서 잠자고 있던 단층이 다시 움직이며 지진활동이 수년 간 이어질 수 있다는 것이다. 연구팀은 이번 연구 결과가 핵실험 이후 발생하는 지진에 대해 장기 지진목록과 물리적 맥락을 함께 고려해야 한다는 점을 시사한다고 봤다.

연구팀은 이번 결과가 핵실험 감시뿐만 아니라 인간 활동으로 촉발되는 지진 전반에 대한 이해에도 기여할 것으로 기대하고 있다. 지하공간 개발, 에너지 개발, 지하 유체 주입, 대규모 지하 구조물 조성 등 지각의 응력 상태를 변화시킬 수 있는 활동은 기존 단층에 영향을 줄 가능성이 있는 만큼, 장기적이고 체계적인 안전성 평가가 필요하다.

이번 논문의 공동 제1저자이자 공동 교신저자인 김광희 교수는 “이번 연구에서 특히 주목한 점은 2017년 핵실험 후 지진활동이 곧바로 잦아들지 않았다는 것”이라며 “지진은 수년간 이어졌고, 시간이 지나면서 기존 단층을 따라 점차 뚜렷한 분포를 보였다”고 설명했다. 김 교수는 “핵폭발이 끝난 뒤에도 장기간 지진관측을 이어가고, 관측자료를 지속적으로 축적·보존하며 개별 지진을 장기적인 물리 과정 속에서 해석할 필요가 있다”고 말했다.

이번 부산대 연구팀에는 연구를 기획한 김광희 교수를 비롯해 강수영 연구교수, 류란보(Lanbo Liu) 박사, 손유진 박사수료 대학원생, 주형태 박사가 저자로 참여했다.