2016년 경주 지진

2016년 경주 지진
	경주 지진 본진과 그 여진의 규모를 그래프로 그린 모습
	미국 지질조사국(USGS)이 작성한 각 지역별 진도를 그린 지도
전진
횟수	M3.0 이상 지진 3회
최대 전진	ML 5.1; (2016년 9월 12일 19시 44분 32초)
본진
UTC 시각	2016-09-12 11:32:54
ISC 지진번호	609440121
USGS-ANSS	ComCat
현지일	2016년 9월 12일
현지시간	20시 32분 54초 (KST)
규모	ML 5.8; Mw(USGS) 5.4
최대 진도	수정 메르칼리 진도 계급 (MMI) 진도 VI : 경상북도 경주시, 대구광역시
최대지반가속도	60.921 %g (597.433 gal, 기상청 USN2 관측소)
진원 깊이	15 km
진앙	경상북도 경주시 내남면; (경주시 남남서쪽 8.7 km 지점); 북위 35° 45′ 40″ 동경 129° 11′ 16″ / 북위 35.7610° 동경 129.1878°
진원 단층	내남 단층
종류	주향이동단층형 지진
여진
횟수	규모 1.5 이상 554회; (2016년 12월 31일 기준)
최대여진	ML 4.5; (2016년 9월 19일 20시 33분 58초)
피해
피해 지역	경상북도를 중심으로 한 대한민국 각지
피해	재산피해 9,368건
지진해일	없음
사상자	부상 23명

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2016년 경주 지진(2016年慶州地震) 또는 9.12 지진은 2016년 9월 12일 20시 32분 54초(KST) 대한민국 경상북도 경주시 내남면 일대에서 일어난 국지 규모 M_L5.8의 지진이다. 진앙은 경주시 남남서쪽 8.7 km 지점, 진원의 깊이는 15 km 내외였으며, 48분 앞선 19시 44분 32초에는 같은 일대에서 국지 규모 M_L5.1의 전진이 있었다.^[7] 이번 지진은 기상청이 1978년 지진 통보 업무를 시작한 이래 대한민국에서 관측된 가장 큰 규모의 지진이다.^[6]

이번 지진의 진앙은 한반도 동남부 경상 분지에 자리한 양산 단층대 안에 있다. 기상청은 전진과 본진의 지진파형이 "전형적인 주향이동단층의 특성"을 보인다고 분석했고,^[8] 후속 연구에선 동북동-서남서 방향의 수평 최대압축응력 아래에서 북북동 주향의 우수향 주향 이동 단층이 깊이 11~16 km에서 파열되었다고 보고했다. 지표에서는 이 지진으로 생긴 파열이 확인되지 않았고, 진원단층을 양산 단층과 그에 나란한 덕천 단층 사이에 발달한 부수 단층으로 보는 해석이 제시되었다. 여진은 2017년 8월 말까지 규모 M1.5 이상으로 633회 이어졌으며, 가장 큰 여진은 이레 뒤인 9월 19일의 국지 규모 M_L4.5 지진이다.

본진의 최대 진도는 수정 메르칼리 진도 계급 기준 VI으로 경주와 대구광역시에서 관측되었고, 서울을 비롯한 수도권에서도 흔들림이 감지되어 한반도 대부분의 지역에서 지진동이 느껴졌다.^[3] 진앙 가까이에서 기록된 최대 지반 가속도는 내진설계 기준의 설계지진을 웃돌았으나, 진원이 깊고 지진파의 에너지가 고주파 대역에 몰린 데다 강한 흔들림이 1~2초에 그쳐 피해는 규모에 비해 제한적이었다. 사망자는 없었고 부상자는 23명이었으며, 시설 피해 신고는 9,368건, 중앙재난안전대책본부가 확정한 피해액은 110억 2000만 원이다.^[6]^[9] 신라의 옛 수도인 경주에 문화유산이 밀집해 있어 확정된 공공시설 피해액의 약 75%가 문화재 시설에 몰렸다.^[9]

정부는 전진 직후 중앙재난안전대책본부를 가동하고 본진 뒤 비상 2단계로 격상했으나 재난 대응 체계 전반이 비판을 받았다. 본진의 긴급재난문자는 지진이 일어난 지 6분 43초가 지나서야 발송되었고 그나마 이동통신 일부 가입자에게는 전달되지 않았으며, 국민안전처 누리집은 접속이 몰려 마비되었고 지상파 방송의 재난자막과 특보도 늦었다.^[10]^[11] 한편 피해 지역에는 기업과 단체, 자원봉사자의 구호 활동과 성금이 이어졌다.

이 지진은 대한민국의 지진 방재 정책을 크게 바꾸어 놓았다. 정부는 2016년 12월 4대 목표와 109개 세부과제로 이루어진 지진방재 종합대책을 확정했고, 내진설계 의무 대상을 2층, 200제곱미터 이상 건축물과 모든 주택으로 넓혔으며, 긴급재난문자 발송 업무를 기상청으로 넘기고 지진관측망을 늘려 지진조기경보 시간을 줄였다. 2017년부터는 20년에 걸친 국가 활성단층지도 제작 사업이 시작되었다. 학계에서는 이 지진을 한반도에서 지진과 특정 단층의 연관성이 처음으로 규명된 사례로 평가하며, 2011년 동일본 대지진 이후 높아진 한반도의 지진 활동 가운데 하나로 보는 연구도 제시되었다. 이듬해 일어난 2017년 포항 지진은 규모가 더 작으면서도 피해는 훨씬 컸는데, 두 지진의 비교는 이후 한국 지진학, 지진공학 연구의 주요 주제가 되었다.

배경

지질학적 환경

한반도의 지진 활동

한반도는 유라시아판 내부에 자리한 판 내부(intraplate) 지역으로, 태평양판과 필리핀해판이 섭입하는 판 경계로부터 수백 킬로미터 떨어져 있다. 이 때문에 일본 열도와 같은 판 경계부에 비해 지진의 발생 빈도가 낮고 규모도 작지만 지진이 일어나지 않는 지역은 아니다.^[12]

한반도와 그 주변에서 관측된 지진 152개의 단층면해를 역산한 연구에 따르면 이 지역의 최대수평응력(S_Hmax)은 연구 지역 전반에 걸쳐 동북동-서남서 방향으로 일정하게 나타나며 평균 방위는 N73°E이다. 응력 환경은 중간 주응력축이 거의 수직인 주향 이동 단층 체계가 우세하다. 다만 응력의 상대적 크기를 나타내는 R값은 북서쪽의 0.22에서 남동쪽의 0.89까지 변하여 한반도 안에서도 응력 상태가 균질하지 않다.^[13]

한반도의 지진 기록은 문헌에 남은 역사지진과 지진계에 기록된 계기지진으로 나뉜다. 국립기상과학원은 《삼국사기》, 《고려사》, 《고려사절요》, 《조선왕조실록》 등 9종의 문헌과 지방지, 개인 문집에 실린 지진 기록을 정리해 서기 2년부터 1904년까지의 역사지진 목록을 발간했다.^[14] 이 목록에는 경주 일대에 해당하는 북위 35.8°, 동경 129.2° 지점의 지진이 100년, 304년, 510년, 779년 등 다수가 기록되어 있다. 다만 이는 경주가 신라의 수도로서 기록이 집중된 곳이라는 점을 함께 고려해야 한다.^[14]

한반도에서 본격적인 지진의 계기 관측 및 지진통보 업무는 1978년에 시작되었다.^[15] 기상청은 관측 방식에 따라 통계 기간을 나누어 아날로그 관측기인 1978년부터 1998년까지 규모 M2.0 이상 지진의 연평균 발생 횟수를 19.1회로, 디지털 관측기인 1999년 이후를 72.8회로 집계하고 있다.^[16] 계기관측이 시작된 뒤 2016년 이전까지 한반도에서 기록된 가장 큰 지진은 1980년 1월 8일 평안북도 삭주 남남서쪽 20 km 지역에서 발생한 규모 M5.3의 의주 지진이었고, 대한민국 내륙에서는 1978년 9월 16일의 속리산 지진(규모 M5.2)이 가장 컸다. 같은 해인 1978년 10월에는 홍성 지진(규모 M5.0)이 일어났다.^[15]

경주 일대에서도 2016년 이전부터 계기지진이 지속적으로 관측되었다. 기상청이 정리한 1978년 이후의 과거 지진 목록에서 2016년 본진의 진앙을 중심으로 반경 30 km 이내에서 발생한 가장 큰 지진은 1997년 6월 26일 경주시 동남동쪽 9 km 지역에서 일어난 규모 M4.2의 1997년 경주 지진이다.^[8]

양산 단층대와 경주시의 지질

한반도 동남쪽에 있는 양산 단층대를 그린 지도.
1: 양산 단층
2: 울산 단층
3: 동래 단층
4: 일광 단층
5: 모량 단층
6: 밀양 단층
7: 자인 단층
9 : 연일구조선

지진이 발생한 경주시는 경상 분지의 동남부에 해당한다. 경상 분지는 한국에서 가장 큰 백악기 퇴적분지로 9 km 두께의 경상 누층군으로 채워져 있다. 경상 분지는 대륙판인 유라시아판과 비스듬히 섭입하는 해양판 사이의 약한 결합으로 배호(back-arc) 환경에서 만들어진 신장 또는 전단성 분지에서 비롯한 것으로 해석된다.^[17] 진앙 일대에는 백악기의 퇴적암, 화산암, 화강암질 암석과 고진기의 A형 알칼리 화강암, 마이오세 중기 퇴적암, 제4기 퇴적물이 분포한다.^[18]

이 일대를 지나는 양산 단층은 북북동-남남서 방향의 우수향 주향이동단층으로 양산단층계에서 가장 뚜렷하게 보이는 단층이다. 양산단층계는 서쪽에서 동쪽으로 자인 단층, 밀양 단층, 모량 단층, 양산 단층, 동래 단층, 일광 단층으로 구성된다.^[17] 경상 분지에 드러난 지역 규모의 여러 단층은 크게 두 방향으로 나뉘는데 하나는 북북동-남남서 방향의 무리가 위의 양산단층계이고, 북서-남동 방향의 무리는 분지 서부에 주로 분포한다. 두 단층 무리는 후기 백악기에 공액 관계로 함께 만들어진 뒤 여러 차례의 주향 이동 변형을 겪은 것으로 여겨진다.^[19] 양산 단층의 지표 흔적은 육상에서 170 km 이상 연장되며, 폭 약 2~3 km의 단층대를 이루고 20 km가 넘는 수평 변위를 보인다. 누적 우수향 변위량은 기준으로 삼는 암체에 따라 달리 추정되는데 약 5000만 년 전의 A형 화강암을 기준으로 하면 21.33 km, 서로 대비되는 백악기 퇴적암을 기준으로 하면 25~35 km로 보고되었다.^[17]

이 가운데 널리 인용되는 21.3 km는 황병훈 등이 2004년에 제시한 값이다. 이들은 양산 단층을 가운데 두고 동서 약 30 km, 남북 약 90 km 범위에 분포하는 화강암질암을 야외 산상과 관입 관계, 광물 조성과 조직에 따라 두 그룹 다섯 암상으로 나눈 뒤, 단층 양쪽 지괴의 암상 분포와 주성분원소 특성을 평면적으로 대비해 복원했다. 그 결과 언양 일대를 중심으로 N20°E 방향의 추정 단층선을 따라 약 21.3 km를 좌수향으로 되돌리면 양쪽에 떨어져 있던 암상이 서로 들어맞았고, 이를 근거로 화강암류가 굳은 뒤 단층이 약 21.3 km만큼 우수향으로 움직였다고 결론지었다. 이들은 퇴적암 분포에서 환산한 25 km, 35 km라는 앞선 값들에 대해서는 퇴적암이 동측 지괴의 북쪽에만 제한되어 있어 단층을 경계로 한 정확한 대비가 사실상 어렵다고 지적했다.^[20] 이렇게 계산한 육상과 해역을 합한 전체 연장은 200 km를 넘는 것으로 본다.^[18]

양산 단층은 한 번에 만들어진 단층이 아니라 후기 백악기 이래 여러 차례 되살아나며 발달한 성숙 단층대이다. 천영범 등은 이 단층에 크게 네 단계의 변형이 있었다고 보았다.^[17]

후기 백악기에는 북서-남동 방향의 압축 아래에서 신장 성분을 동반한 좌수향 운동이,
후기 팔레오기에는 북동-남서 방향의 압축 아래에서 강한 우수향 운동이,
중기 마이오세에는 북북서-남남동 방향의 압축 아래에서 약한 좌수향 운동이,
제4기에는 동북동-서남서 내지 동-서 방향의 압축 아래에서 역이동 성분을 동반한 국지적 우수향 운동이 일어났다.

이 가운데 가장 강한 변형은 북서태평양 일대의 판 운동이 크게 재편된 후기 팔레오기에 일어난 것으로 해석된다.^[17]

양산 단층이 제4기에도 움직였다는 증거는 1992년 양산시 월평마을에서 처음 확인되었으며 이후 고지진 연구가 이어졌다.^[21] 1999년 경재복 등은 역사지진 기록과 항공사진 판독, 야외조사와 굴착 조사를 묶어 양산 단층대의 고지진을 종합적으로 다루었다. 이들은 야외에서 역사지진을 일으킨 지진단층 자체는 아직 확인되지 않았으나 진앙 분포로 보아 양산 단층이나 울산 단층대가 제4기 후기 이후 역사지진의 지진원 단층 노릇을 했으리라고 보았고, 변위지형이 단층대 북부의 유계리, 토성리 일대와 남부의 언양-통도사 구간 약 9 km 구간에 뚜렷하다고 보고했다. 고위면의 형성 연대를 제4기 후기 25만~50만 년 전으로 보면 평균 수직 변위 속도는 0.02~0.04 mm/yr이며, 주향 이동이 우세하므로 실제 이동 속도는 그보다 몇 배 클 것으로 추정했다.^[22] 경주시 강동면 단구리 일원에서 이루어진 굴착(트렌치) 조사에서는 N01°E 주향에 남동쪽으로 69° 경사진 단층이 확인되었고, 최후기 단층운동이 3.2±0.2 ka 이후에 우수향 역이동성으로 일어났으며 그때의 총 변위가 0.64~1.81 m, 이에 대응하는 모멘트 규모가 M_w6.7~7.0으로 추정되었다. 이 운동은 동북동-서남서 방향의 최대수평응력 아래에서 일어난 것으로 해석되었다.^[23] 양산 단층의 7.6 km 길이 벽계 구간의 5개 굴착 지점을 종합한 연구에서는 제4기 동안 최소 6회의 단층운동이 있었고 가장 최근의 지표파열이 약 3,000년 전에 일어났으며, 평균 미끄럼 속도는 0.13±0.1 mm/yr, 재래주기는 13,000년을 넘을 수 있고, 이 단층이 일으킬 수 있는 최대 규모는 모멘트 규모 M_w6.7~7.1로 추정되었다.^[18] 인접한 울산 단층대의 언양 일대에서는 선상지 단구의 변위를 통해 수평 누적 변위율 평균 0.087 m/ka, 수직 누적 변위율 평균 0.006 m/ka가 산출되었다.^[24]

이진현 등은 양산-울산 단층계를 2016년 4월 2016년 구마모토 지진을 일으킨 일본의 후타가와-히나구 단층대와 견주었다. 두 단층계는 동-서 방향의 최대수평주응력 아래에서 북북동 방향의 단층이 동북동 내지 북동 방향의 단층에 비스듬히 접하는 이른바 λ자 모양을 이룬다는 점에서 기하와 운동학적 특징이 매우 비슷하지만, 미끄럼 속도에는 차이가 있다. 이들은 양산 단층 북부 분절과 울산 단층 일대에 발달하는 제4기 단층들이 양산 단층 남부 분절의 것보다 상대적으로 젊다는 연대 분포에 주목해, 현재의 응력 조건에서는 양산 단층의 중부·북부 분절과 울산 단층의 지진 활동도가 남부 분절보다 높을 것으로 해석했다.^[25]

지진을 일으킨 단층

2016년 지진의 진앙은 양산 단층 바로 옆에 있으며, 두 차례의 큰 지진은 양산 단층계의 분절이 파열하며 일어난 것으로 보고되었다.^[12] 천영범 등은 이 지진이 양산 단층의 부수 단층이 되살아나 일어났을 가능성이 있다고 보았다.^[17] 진앙은 대체로 양산 단층과 그에 나란한 부수 단층인 덕천 단층 사이에 놓인다. 덕천 단층은 1971년 모량 지질도폭에 이름 없이 실려 있던 구조로, 김영석 등이 2016년 지진을 계기로 한 연구에서 이 이름을 붙였다. 북쪽으로는 경주시 충효동에서 남쪽으로는 울주군 복안리의 천마산까지 이어지며, 주변 화강암 안에는 이 단층과 나란한 여러 소규모 단층이 발달한다.^[26] 그러나 지진을 일으킨 것은 지표에 드러나 있지 않은 지하의 단층이었다. 지표 파열이 확인되지 않았고 깊이 10 km가 넘는 지하의 지진 활동을 지표의 단층과 이어 줄 자료도 없어 이 단층이 지표에 드러난 단층과 어떻게 대응, 연결되는지는 밝혀지지 않았다.^[19] 이 지하 단층에는 임호빈 등이 2021년에 내남 단층(Naenam Fault)이라는 이름을 붙였다. 2016년 경주 지진 연속의 진앙이 거의 모두 내남면 일대에 놓인 데서 딴 이름이다.^[4] 이후의 연구에서도 이 명칭을 따르고 있다.^[27]

사회, 행정적 배경

지진 관측과 경보 체계

대한민국의 지진 계기관측 및 통보 업무는 1978년에 시작되었고^[15] 1999년부터 디지털 관측 체계로 전환되었다.^[16] 기상청이 펴낸 《2016 지진연보》에 따르면 2016년 말을 기준으로 기상청이 운영하던 국가지진관측망은 지진관측소 156곳으로 이루어져 있었다. 이는 확충, 교체 사업을 벌이기 전의 145곳에서 늘어난 것이다. 2015년도 사업으로 관측소 5곳을 새로 세우고 노후 관측소 20곳을 교체하는 일이 2016년 5월 31일에, 2016년도 사업으로 관측소 6곳을 새로 세우고 노후 관측 장비 19개소를 교체하는 일이 같은 해 12월 16일에 마무리되었다. 이 과정에서 성산관측소를 폐지하고 우도관측소로 신축 이전하는 등 일부 관측소를 지진 관측에 적합한 곳으로 옮기기도 했다.^[28]

기상청은 2015년 1월에 지진조기경보 서비스를 처음 시행했는데 시행 당시 지진관측소는 195개였고 지진 발생 뒤 경보를 내보내기까지 약 50초가 걸렸다.^[29] 지진조기경보는 국내에서 규모 5.0 이상으로 예상되는 지진이 발생했을 때 발표된다.^[30]

내진설계와 지진 방재

건축물의 내진설계는 1988년에 6층 이상이거나 연면적 10만 m² 이상인 건축물을 대상으로 처음 의무화되었고, 1995년에 6층 이상 또는 1만 m² 이상, 2005년에 3층 이상 또는 1,000 m² 이상, 2015년 9월에 3층 이상 또는 500 m² 이상으로 대상이 넓어졌다. 그러나 2015년 말을 기준으로 전국 건축물 698만 6913동 가운데 내진 성능이 확보된 것은 47만 5335동으로 6.8%에 그쳤고 학교 건물의 내진율은 22.6%였다.^[31] 경주 지진 당시 적용되던 내진설계 대상 기준은 3층 이상이거나 연면적 500 m² 이상 또는 높이 13 m 이상인 건축물이었다.^[32]

지진 방재를 다루는 개별 법률로는 2008년 3월 28일에 공포되어 2009년 3월 25일에 시행된 《지진재해대책법》(법률 제9001호)이 있었다. 이 법은 2015년 7월 24일 공포되고 2016년 1월 25일 시행된 개정(법률 제13442호)으로 화산 관련 사항이 더해지면서 《지진·화산재해대책법》으로 법제명이 바뀌었다.^[33]

활성단층 조사

제4기 단층 자료가 축적되고 있었음에도 2016년 지진 당시 대한민국에는 공인된 활성단층 지도가 없었다. 물론 경주 지진 이전에도 국내에서는 원자력시설 등의 안전성 평가를 위한 활성단층 연구가 이루어졌으며, 2009~2012년에는 소방방재청의 활성단층지도 및 지진위험지도 제작사업이 추진되었다. 하지만 활성단층의 정의가 나라마다 달라 국내에서도 논란이 있었고, 2015년 활성단층정비기획단이 활성단층을 "최근 지질시대에 활동을 하였고 미래에 다시 활동할 수 있는 단층"으로 정의하면서 제4기(약 258만 년 전 이후) 안에서 최후 활동 시기에 따라 네 개 군으로 나누기로 정리했다. 《지진재해대책법》이 제정된 뒤 2009년부터 2012년까지 소방방재청이 활성단층지도 제작 사업을 수행했으나 전문가 합의가 이루어지지 않아 결과가 공개되지 못했다.^[21]

그 결과 2016년 지진이 일어나기 전까지 대한민국에는 공개된 활성단층 지도가 없었고, 지진과 특정 단층의 연관성이 한반도에서 규명된 사례도 없었다. 2016년 7월 울산 동쪽 해역에서 발생한 규모 5.0 지진과 경주 지진을 계기로 지진과 단층의 연관성이 처음 규명되면서 정부의 관심이 커졌고, 2017년부터 20년에 걸친 4단계 국가 활성단층지도 제작 사업이 본격적으로 추진되었다. 2017년에 시작된 사업은 한반도 남동부를 우선 조사하고, 5년씩 네 단계에 걸쳐 2036년까지 전국으로 조사범위를 확대하는 계획으로 짜여졌다.^[21]

지진

전진

2016년 9월 12일 19시 44분 32초(KST) 경주시 남남서쪽 8.2 km 지점(북위 35.7666°, 동경 129.1879°)에서 국지 규모 M_L5.1의 지진이 일어났다. 진원의 깊이는 15 km 내외였다.^[7] 이 지진은 48분 뒤에 일어난 본진의 전진이었으며, 두 지진의 진원은 0.90 km 떨어져 있었다.^[34] 규모 M5.1은 1978년 계기관측이 시작된 뒤 대한민국에서 관측된 지진 가운데 공동 6위에 해당한다.^[15]

기상청 지진조기경보 체계는 명계리 관측소가 지진 발생 3.7초 만에 P파를 관측한 뒤 27초가 지난 19시 45분 3초에 경보를 발표했다. 이때 조기경보가 추정한 규모는 M5.3이었으나 정밀 분석을 거쳐 M5.1로 확정되었다.^[35] 진도는 경주와 대구에서 수정 메르칼리 진도 계급(MMI) 기준 V, 울산·부산·창원에서 IV, 대전·청주에서 III이었고 광주·서울을 비롯한 수도권에서도 I~II가 관측되었다.^[36] 기상청 '지진알리미' 앱에는 358건의 지진 감지 제보가 접수되었다.^[37]

미국 지질조사국(USGS)은 이 지진을 협정세계시 10시 44분 33초에 북위 35.7428°, 동경 129.1062°, 깊이 10 km에서 일어난 실체파 규모 M_B4.9의 지진으로 분석했고,^[38] 일본 기상청은 규모 M5.2, 깊이 40 km로 결정했다.^[39] 일본에서는 쓰시마시 이즈하라정 히가시자토 등 5개 지점에서 일본 기상청 진도 계급 기준 진도2가 관측된 것이 최대였고 후쿠오카현, 사가현, 나가사키현의 모두 46개 지점에서 진동이 감지되었다.^[39]

본진

전진이 일어난 지 48분 뒤인 같은 날 20시 32분 54초, 경주시 남남서쪽 8.7 km 지점(북위 35.7610°, 동경 129.1878°)에서 국지 규모 M_L5.8의 본진이 일어났다. 진원의 깊이는 전진과 마찬가지로 15 km 내외로 분석되었다.^[7] 이 지진은 기상청이 1978년 지진 통보 업무를 시작한 이래 대한민국에서 관측된 가장 큰 규모의 지진이며,^[6] 2026년까지도 그 자리를 지키고 있다.^[15]^[40]

기상청이 쓰는 규모는 국지 규모(M_L)인 반면 국외 기관과 국내 연구기관은 대체로 모멘트 규모(M_w)를 쓰기 때문에 같은 지진을 두고 발표된 규모가 서로 다르다. 진앙과 진원 깊이도 사용한 관측자료와 지각구조 모형, 분석 방법에 따라 차이가 난다. 아래는 각 기상기관 및 연구기관별 경주 지진 본진의 주요 변수이다.

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