인공 지진, P파 우세하고 S파 거의 없어…자연 지진, P파 이후 나타나는 S파 뚜렷

폭발로 인한 ‘인공 지진’과 지각운동에 따른 ‘자연 지진’은 어떻게 다르고 각각 어떻게 관측할 수 있을까.

자연 지진과 인공 지진은 지진파의 형태에 따라 구분할 수 있다. 6일 북한의 핵실험과 같은 인공 지진은 폭발 에너지가 초기에 압축적으로 나타나고 사라지기 때문에 지진 발생 초기 P파(종파)가 우세하게 나타나고 S파(횡파)는 거의 나타나지 않는다. 그러나 자연 지진은 지각 에너지가 단층운동으로 방출되기 때문에 초기에 발생하는 P파보다는 나중에 나타나는 S파가 더 뚜렷하다.

최근에는 인공 지진이 발생하면 폭발 에너지의 일부가 대기 중으로 나와 20㎐(헤르츠)의 저주파를 발생시킨다는 데 착안해 ‘공중음파’를 측정해 인공 지진 여부를 확인하는 기술도 이용되고 있다. 일반적으로 북한에서 핵실험을 할 경우 지진파는 1분 이내에 감지되고 공중음파는 20분 이내에 감지가 가능하다.

이날 오전 일어난 인공 지진에 대해 한국과 외국의 전문 기관들은 지진 규모를 각기 다르게 파악했다. 미국 지질조사국과 중국지진센터, 유럽지중해지진센터는 규모 5.1의 지진으로 추정했지만 우리나라는 처음에 4.2로 봤다가 4.3으로 상향 조정한 뒤 다시 정밀 분석을 거쳐 규모 4.8로 잠정 확정했다.

이처럼 지진 규모가 다르게 측정되는 것은 관측 지점이 다르기 때문이다. 핵실험 규모를 추정하는 데 이용되는 인공 지진의 규모 파악은 핵실험 장소의 깊이, 주변 토양 환경 등에 영향을 받는다. 지하 갱도에서 실험했을 경우는 관측 위치가 멀어질수록 신호가 약해지는 ‘도플러 효과’로 인해 지진파 크기가 최대 수십분의1까지 줄어들 수 있다.

우리나라 전역에 분포하는 지진관측소에서는 자연 지진뿐만 아니라 인공 지진에 따른 지각 내 구조 변화로 발생하는 지진파도 감지한다. 이 관측소들은 핵실험으로 인한 지진이 발생했을 경우 폭탄의 파괴력은 물론 지진파 도달 시간 정보를 이용해 역추적하는 방식으로 핵실험 발생 위치도 찾아낼 수 있다.

지질자원연구원 관계자는 “핵실험 같은 큰 규모의 인공 지진은 지진파형 분석만으로도 지진의 원인을 해석할 수 있지만 소규모 인공 폭발일 경우 자연 지진과 인공 지진을 구분하기 쉽지 않다”고 설명했다. 그는 “지진파는 지구 내부 구조를 통과하는 동안 반사, 굴절, 산란 등의 과정을 거치면서 약해지기 때문에 지진파만으로 폭발력을 정확히 추정한다는 것은 쉬운 일이 아니다”라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr