수마트라‑안다만 대지진 발생구역의 세습성대 한계와 열모델링 연구

초록

2004년 12월 26일 Mw 9.1 규모 수마트라‑안다만 대지진의 발생구역을 해저 관측과 광각 지진 탐사, 열모델링을 통해 분석하였다. 퇴적층·해양 지각·전단대의 구조를 정밀히 복원하고, 100 °C‑150 °C를 상향한계, 350 °C‑450 °C를 하향한계로 설정한 열모델을 적용해 세습성대의 시작과 끝을 예측했다. 결과는 파열이 전단대의 얕은 대륙 Moho 아래, 맨틀 웨지와 하강판 사이에서 진행되었음을 보여준다.

상세 분석

본 연구는 2004년 12월 26일 발생한 Mw 9.1 수마트라‑안다만 대지진의 근원 구역을 다각적인 지구물리학적 방법으로 정밀히 규명한다. 먼저 Sumatra OBS(해저 지진계) 조사를 통해 획득한 광각 지진 프로파일을 토대로 여행시간 톤노그래피와 전방 모델링을 결합해 2차원 속도 모델을 구축하였다. 이 모델은 해구에서 약 4‑5 km 두께의 퇴적층이 존재하고, 그 아래에 얇은 해양 지각이 자리한다는 점을 확인한다. 하강판은 트렌치에서 약 35 km 깊이까지 선명히 이미지화되며, 트렌치에서 120 km 내륙쪽에 결정질 백스톱(backstop)이 존재함을 보여준다. 또한, 레이 커버리지의 하부 경계인 22 km 깊이에서 고속 영역이 관측되는데, 이는 트렌치에서 170 km 떨어진 얕은 대륙 Moho를 의미한다.

이러한 구조적 정보를 바탕으로 전방 아크(fore‑arc)의 열분포를 모델링하였다. 열전달은 고정된 지각 두께, 방사형 열전도, 그리고 하강판의 침강 속도(≈2 cm/yr)를 고려했으며, 상향한계는 100 °C‑150 °C, 하향한계는 350 °C‑450 °C 구간으로 설정하였다. 모델 결과, 온도가 100 °C‑150 °C에 도달하는 지점은 트렌치에서 약 530 km 떨어진 곳으로, 이는 전통적인 지진대 상향한계보다 훨씬 내륙에 위치한다는 점을 시사한다. 반면, 350 °C‑450 °C 구간은 트렌치에서 210‑250 km 지점에 해당하며, 이는 관측된 여진 분포와 일치한다. 흥미롭게도, 이 하향한계는 대륙 Moho(≈170 km)보다 훨씬 깊으며, 파열이 대륙 지각을 통과한 뒤 맨틀 웨지와 하강판 사이의 접촉면을 따라 진행된 것으로 해석된다.

결과적으로, 본 연구는 세습성대가 단순히 대륙 지각 내에 국한되지 않고, 맨틀 웨지와 하강판 사이의 접촉면까지 확장될 수 있음을 입증한다. 이는 대형 해구형 변환단층의 파열 메커니즘을 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다. 또한, 열모델링을 통해 파열 구간의 온도 구간을 정량적으로 제시함으로써, 향후 지진 위험 평가와 해구형 변환단층의 파열 가능성 예측에 활용될 수 있다.