지반 액상화(地盤液狀化, liquefaction) 또는 토양 액상화(土壤液狀化) 현상
느슨한 포화 사질토 지반 내에서 진동 하중이 일정시간 지속되는 경우, 과잉간극수압[1]이 점차적으로 증가함에 따라 지반이 저항력을 잃고 액체처럼 거동하는 현상을 가리킨다.[2] 이러한 현상은 순간충격, 지반 파쇄, 지반 붕괴, 지진 및 기타 진동이 원인이 되어 발생할 수 있으며, 특히 규모가 큰 강진이 일어나거나 연약 지반, 간척지, 해안 지역 또는 지하수 등 수맥이 지나가는 진앙 부근에서 일어날 수 있다.
2. 피해[편집]
액상화는 지진성 재난 중 가장 무서운 현상의 하나로 꼽힌다. 특히 수분을 다수 머금고 있는 토양이나 지하수가 풍부한 지층에서 지진으로 인해 수압이 급격히 높아져 일대의 지반이 반액체처럼 유동적으로 변하고, 흙탕물이 분출하거나 지반이 침하(땅꺼짐)할 수 있으며, 진앙 부근의 땅이 물처럼 이동하고 수직적 진동을 일으켜[3] 건물, 도로, 철도, 교량 기타 사회기반시설을 초토화할 수 있다. 특히 지하 매설(지중화)된 수도관, 가스관, 송전선, 통신망 같은 공급시설이 파괴되기 쉽다. 일본에서 전선을 매립, 지중화하지 않고 전봇대와 송전탑을 덕지덕지 세우게 된 원인 중 하나는 지진시의 지반 액상화 우려 때문[4]이다.
3. 사례[편집]
1985년 멕시코시티 대지진은 액상화 현상이 본격적으로 연구되는 계기를 마련했다. 멕시코 시티는 원래 호수였던 땅을 매립해서 만든 계획도시로, 지층에 수분이 많아 액상화에 굉장히 취약했다. 고베 대지진 때도 이 현상이 일어나 큰 피해를 줬다. 2017년 포항 지진에서도 액상화 흔적이 발견되었다는 기사가 보도되었다.
활성단층과 액상화 현상
대부분의 단층은 지구조운동에 의해 생성되는 것으로 알려져 있으며, 단층활동이 발생할 때 지진이 동반된다.
단층은 지구조운동으로 인해 지층이 어긋나 있는 것을 말한다. 지층에 점차적으로 누적된 응력이 일시적으로 해소되면서 변위를 발생시키는 것이 단층활동이며, 단층이 발생할 때 동반되는 지진동으로 인해 지반이 흔들리는 현상을 지진이라고 한다. 규모가 큰 지진의 경우에는 지표파열을 수반하기도 한다.
단층(斷層, fault)은 암석 내 면 혹은 좁은 구역의 형태를 따라서 서로 어긋나게 움직여 형성된 지질구조를 의미한다.
단층의 운동은 일반적으로 Anderson이 분류한 3개로 구성된 주응력축들( 최대주응력(σ₁), 중간주응력(σ₂), 최소주응력(σ₃) ) 사이의 응력조건에 의해 결정되며, 이에 따라 단층의 운동뿐만 아니라 단층의 경사각도 결정된다.
활성단층은 해외 각국에서도 상황과 사용목적에 따라 서로 상이하게 정의되고 있으나, 개념적으로는 활성단층을‘최근 지질시대에 활동하여 앞으로도 활동할 가능성이 높은 단층’으로 일반적으로 정의하고 있다.
활성단층 기준은 각 나라마다 조금씩 차이가 있으며, 학계/산업계 등 활용하는 분야 및 목적에 따라서도 다르다.
예를 들어 학술적 제4기단층(Quaternary Fault, 4기), 원전분야의 활동성 단층(Capable Fault), 캘리포니아주 Earthquake Fault Zone의 활성단층(Active Fault; Holocene-현재부터 11,000년 전까지) 등 분야와 목적에 따라 상이한 정의를 가지고 활용되고 있다.
활성단층의 개념적 정의에서 보는 바와 같이 아직 활동할 가능성이 있는 단층이기 때문에 지체 구조적 위치와 환경에 따라 단층의 재발주기와 응력의 누적속도 등이 다르기 때문에 시기로 명확히 정의하기는 어렵다.
따라서 현재 미국에서도 국가의 단층 공개에 있어서는 활성단층(Active Fault)이라는 용어보다는 활성의 가능성이 있는 단층을 포괄하는 제4기단층(Quaternary Fault)을 조사범위에 넣고 있으며, 단층의 최후기 활동시기에 따라 단층의 그룹을 설정하는 방법을 채택하고 있다. 우리나라의 활성단층 분류도 이를 준용하여 적용하고 있다.
행정안전부 연구개발사업을 통해 조사 중인 활성단층은 제4기단층을 의미하고 있다.
우리나라에서는 활성단층기획단(2014-2015)을 통해 우리나라에 적합한 활성단층을 정의하기 위해 분야별로 사용되는 해외사례 등을 조사하였고, 이를 통해 미국에서 사용하는 제4기단층의 분류 방법을 사용하는 것이 적절하다고 판단하여 이를 준용하기로 하였다.
2017년부터 수행되고 있는 행정안전부 연구개발사업에서도 활성단층정비기획단에서 설정한 활성단층 분류방법을 준용하여, 제4기단층의 시기적 범위에 해당되는 단층을 조사대상으로 선정하고 있다.
| 최근 지질시대에 활동하였고, 다시 활동할 가능성이 있는 단층 |
| 국가별 활성단층의 시대구분 기준을 고려할 때 가장 합리적인 시대구분은 ICS (International Commission on Stratigraphy)의 국제층서연대표(International Chronostratigraphic Chart, 2019년)에 근거하는 것이며, 국제층서연대표 상의 제4기내 경계를 기준으로 다음과 같이 4개의 시기로 구분함 - 홀로세(Holocene) : 현재～11.7ka - 후기 플라이스토세(Late Pleistocene) : 11.7～126ka - 중기 플라이스토세(Middle Pleistocene) : 126～773ka - 전기 플라이스토세(Early Pleistocene) : 773～2,588ka |
| 최근 지질시대 단층들을 최후기 활동시기를 근거로 다음과 같이 4개 군으로 구분하고 활성단층지도에 각 군별로 다른 색으로 표시 - 그룹Ⅰ 단층 : 홀로세(Holocene)에 활동한 단층 - 그룹Ⅱ 단층 : 후기 플라이스토세(Late Pleistocene)에 활동한 단층 - 그룹Ⅲ 단층 : 중기 플라이스토세(Middle Pleistocene)에 활동한 단층 - 그룹Ⅳ 단층 : 전기 플라이스토세(Early Pleistocene)에 활동한 단층 |
<국가 활성단층 종합대책의 활성단층 정의 및 구분>
group Ⅰgroup Ⅱgroup Ⅲgroup Ⅳ| Now ~ 11.7ka | |
| 11.7ka ~ 126ka | |
| 126ka ~ 781ka | |
| 781ka ~ 2,588ka |
<단층분절 그룹의 시대별 구분과 지도상에 표현되는 색상>
진동에 의해 모래 지반이 물처럼 흐르는 현상을 액상화라고 한다.
액상화 정의물로 포화된 모래(사질토) 지반에 지진 진동이 가해지면, 흙 입자 사이에 수압(간극수압)이 상승하여 지반 본연의 강도를 잃어 버리고, 흙입자와 물이 서로 분리되어 마치 물처럼 흘러내리면서 지반이 약해지는 현상. 우리나라는 포항지진 당시 액상화 현상이 관측되면서 대중들에게 지진 발생에 따른 현상으로 많이 알려지게 되었다. (출처: 한국지질자원연구원)액상화 사례경상 감사가 올린 장계에 따르면, “경상좌도에서는 안동(安東)에서 시작하여 영해(寧海), 영덕(盈德) 이하에서부터 옆으로 돌아 금산(金山)에 이르기까지의 각 고을에, 이달 9일 신시와 10일 진시에 두 차례 지진이 일어나서 성첩이 많이 무너졌다. 울산(蔚山)도 같은 날 같은 시각에 지진이 일어났는데, 부(府)의 동쪽 13리 되는 조수(潮水)가 드나드는 곳에서 바다 가운데의 큰 파도처럼 물이 격렬하게 솟구쳐서 육지로 1, 2보까지 밀려 왔다가 도로 들어갔으며, 마른 논 6곳이 갈라져 샘처럼 물이 솟더니 때가 지나자 다시 메워졌는데 물이 솟아난 곳에는 각각 흰모래 1, 2말이 나와서 쌓여 있었다.……”라는 기록이 있었다. “(승정원 일기, 인조 21년 6월 21일, 22일)
포항서 발생한 액상화 구조