The 1994 Mw 7.8 Sanriku-Haruka-Oki Earthquake and Complex Recurrence on a Weakly Segmented Megathrust
원격 지진, 강진동, 그리고 GNSS 데이터를 통합함으로써, 본 연구는 1994년 Mw 7.8 산리쿠-하루카오키 지진이 기존의 구조적 불균질성에 의해 영향을 받은 저슬립 구역에 의해 분리된 두 개의 뚜렷한 NW-SE 방향의 슬립 패치를 포함하고 있음을 밝혀냈으며, 이는 이러한 약한 세분화가 해당 지역 대규모 메가스러스트 지진의 복잡한 재발 패턴을 지배한다는 것을 시사한다.
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태평양 판이 일본 열도 아래로 섭입하는 태평양 해저 깊은 곳에는 거대한 충돌대인 메가스러스트(megathrust)가 엄청난 에너지를 저장하고 있습니다. 이 에너지가 방출될 때, 해안선을 재편하고 쓰나미를 유발할 수 있는 지진이 발생합니다. 이러한 단층선은 수백 마일에 걸쳐 뻗어 있지만, 항상 한꺼번에 끊어지는 것은 아닙니다. 대신, 파쇄는 암석의 종류, 온도, 그리고 지각 내부의 숨겨진 단층들에 따라 다르게 행동하며 여러 개의 작은 구역이나 세그먼트로 나뉘어 시작되고 멈추기를 반복합니다. 이 세그먼트들이 정확히 어떻게 파쇄되는지, 그리고 왜 어떤 지진은 경계를 넘어 건너뛰고 다른 지진은 멈추는지 이해하는 것은 미래의 재난 규모와 위치를 예측하는 데 매우 중요합니다. 일본 북부 산리쿠 해안 인근 해역의 지진 역사는 특히 복잡하며, 단순한 반복 주기가 아닌 수십 년에 걸쳐 중첩된 패턴으로 대형 지진들이 발생해 왔습니다.
수년 동안 과학자들은 1994년 12월 28일 이 지역을 강타한 주요 지진의 세부 사항을 두고 논쟁해 왔습니다. 산리쿠-하루카-오키 지진으로 알려진 이 사건은 규모 7.8을 기록했습니다. 지배적인 견해는 이 사건이 1968년 토카치-오키 지진 당시 파쇄되었던 훨씬 더 넓은 영역의 부분적인 재파쇄였으며, 1994년의 미끄러짐은 대략 남북 방향으로 달리는 하나의 연속적인 띠 형태로 발생했다는 것이었습니다. 그러나 도호쿠 대학, 교토 대학, 도쿄 대학 연구진의 새로운 연구는 이 오래된 관점을 반박합니다. 연구팀은 지구 핵을 통과하는 원거리 지진파, 인근 관측소의 강력한 지표 운동 기록, 그리고 지표면의 지각 변동에 대한 정밀한 측정값이라는 세 가지 다른 유형의 데이터를 결ền하여 1994년의 사건을 훨씬 더 명확하게 재구성했습니다. 그들의 연구는 이 지진이 하나의 매끄러운 시트로 미끄러진 것이 아니라, 특정 방향으로 움직이는 두 개의 뚜렷하고 강력한 분출로 깨졌음을 보여줍니다.
연구진은 파쇄가 예상된 위치에서 시작되었으나 처음 25초 동안은 움직임이 거의 없었다는 것을 발견했습니다. 그러고 나서 단층은 시작 지점에서 서쪽으로 약 50km 떨어진 해저 패치에서 갑자기 막대한 양의 에너지를 분출했습니다. 이 첫 번째 주요 미끄러짐은 약 13초 동안 지속되었습니다. 직후, 북서쪽으로 약 20km 더 떨어진 곳에서 두 번째로 똑같이 강력한 에너지 분출이 일어났습니다. 이 2단계 과정은 전 세계에 기록된 지진파에 뚜렷한 패턴을 만들어냈습니다. 동남쪽의 관측소들은 두 개의 명확하고 분리된 진동 펄스를 들은 반면, 북서쪽의 관측소들은 더 혼합된 신호를 들었는데, 이러한 차이는 파쇄가 북서쪽을 향해 꾸준히 진행되었음을 확인시켜 줍니다. 총 방출된 에너지는 규모 7.83의 지진과 맞먹었으며, 가장 격렬한 구역에서는 지표면이 최대 3.3미터까지 미끄러졌습니다.
두 개의 분리된 미끄러짐 패치가 약한 움직임의 구역에 의해 나누어져 있다는 이 새로운 모델은 왜 이 지진이 그런 방식으로 행동했는지를 설명하는 데 도움이 됩니다. 두 주요 미끄러짐 구역은 맨틀 쐐기 코너(mantle-wedge corner)라고 불리는 지질학적 특징에 의해 나뉘는데, 이곳은 단층 아래의 암석 구조가 지구의 지각에서 맨틀로 변하는 지점입니다. 이 경계는 흔히 지진을 멈추게 한다고 생각되지만, 1994년의 파쇄는 이 경계를 가로질러 얕은 패치에서 깊은 패치로 뛰어넘었습니다. 연구진은 또한 1994년 파쇄의 가장자리가 중력 변화에 의해 식별된 지각 내의 보이지 않는 경계들과 완벽하게 일치한다는 점에 주목했습니다. 이러한 경계들은 대규모 지진이 어디까지 성장할 수 있고 어디서 멈춰야 하는지를 안내하는 자연적인 벽 역할을 하는 것으로 보입니다.
이 지역의 광범위한 역사를 살펴보면, 연구는 산리쿠 해역의 복잡한 지진 패턴이 무작위가 아님을 시사합니다. 1994년의 사건은 북서쪽에서 남동쪽 방향으로 정렬된 세 개의 주요 지진 구역이 생성한 더 큰 구역의 중앙 섹션을 차지했습니다. 이러한 정렬은 해안과 평행하게 달리는 상부 판의 고대 숨겨진 단층들을 반영합니다. 증거는 이러한 기존 구조들이 메가스러스트가 어떻게 파쇄되는지를 제어한다는 것을 보여줍니다. 1994년 지진은 새로운 모델에서 확인된 두 개의 주요 패치를 동시에 파쇄할 수 있었던 반면, 역사적 기록에 따르면 1920년대와 1930년대의 더 작은 지진들은 아마도 한 번에 하나의 패치만을 파쇄했을 것입니다. 이는 동일한 지역이 두 패치가 함께 깨지느냐 혹은 따로 깨지느냐에 따라 서로 다른 유형의 재난을 일으킬 수 있음을 의미합니다. 이 연구 결과는 숨겨진 단층과 암석 조성의 변화를 포함한 지구 지각의 물리적 구조가 이 지역의 다음 대형 지진의 규모와 형태를 결정하는 데 결정적인 역할을 한다는 것을 나타냅니다.
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