향후 심부 지열발전소 건설 시 유발지진 안정성 확보 가능
이진한 교수 공동연구팀
고려대학교(총장 정진택) 이진한 교수 연구팀이 2017년 발생한 포항지진이 정량적으로 예측 가능한 지진임을 밝혀냈다.
* 제목 : Magnitude and nucleation time of the 2017 Pohang Earthquake point to its predictable artificial triggering, Nature Communications vol. 12.
* 저자 : Jin-Han Ree (공동저자), Serge A. Shapiro (제1저자겸 교신저자), Kwang-Hee Kim (공동저자)
고려대학교 지구환경과학과 이진한 교수는 독일 베를린자유대학교(Freie Universität Berlin)의 서어지 샤피로(Serge Shapiro) 교수, 부산대학교 지질환경과학과 김광희 교수와 함께 2017년 발생한 포항지진이 정량적으로 예측 가능한 지진임을 밝혀냈다.
해당 논문은 과학전문잡지 네이처 자매지인 네이처 커뮤니케이션에 게재되었다. 이진한 교수는 이 논문에 공동저자로 참여하였다.
연구팀은 우리나라 계기 지진관측 사상 최대 피해가 발생한 규모 5.5의 포항지진이 지열발전소 물 주입 시 발생한 미소지진 자료를 과학적으로 관리하고 분석했다면 예측할 수 있었다는 것을 정량적으로 입증해냈다. 포항지진 발생 이전에는 전 세계적으로 물 주입량과 최대지진규모 사이의 전통적 관계식을 이용하여 신호등 체계(traffic light system)를 만들어 지열발전소의 유발지진 안정성을 확보했었다. 그러나 포항지진 발생 직후 이진한 교수 연구팀은 포항지진이 해당 관계식의 적용이 불가한 유발지진이며, 지하의 단층대에 직접 물을 주입했기 때문에 기존 관계식으로 예측 가능한 규모보다 훨씬 더 큰 규모의 지진이 발생했음을 밝힌 논문을 사이언스에 게재한 바 있다.
이번에 네이처 커뮤니케이션에 게재한 논문에서 이진한 교수 연구팀은 물 주입 시 최대지진규모에 영향을 주는 요인은 물 주입량 이외에도 물 주입 이후 경과시간, 지열발전소 부지에 작용하는 지체구조응력이라는 분석자료, 그리고 지진지수(seismogenic index) 개념을 이용하여 물 주입 시 발생 가능한 최대지진규모를 예측하는 새로운 방법을 제안하였다.
이번 논문에 소개된 방법은 심부 지열발전소 건설 시 유발지진 안정성 확보를 위하여 필수적인 새로운 신호등 체계 확립에 활용될 것으로 기대된다. 해당 연구 결과는 오는 11월 15일 포항지진 4주년을 맞아 포스코국제관에서 열리는 “2021 포항지진 국제포럼”에서도 발표되며 온라인(www.pohangeq.or.kr)으로 생중계될 예정이다.
이진한 교수 연구팀은 원자력안전위원회의 지원으로 2017년부터 부산대 김광희 교수 등과 함께 2016년 경주지진의 지진원 단층을 규명하는 연구를 진행하고 있다.
용어 설명
1. 미소지진 (microearthquake)
지진규모 2 이하의 에너지가 작은 지진으로 일반인은 느낄 수 없으나 지진계에는 기록이 되는 지진.
2. 심부지열발전(Enhanced Geothermal System: EGS)
온도가 높지만 투수율이 낮은 지하 심부의 기반암에 수압파쇄(hydraulic fracturing)를 이용해 투수율이 높은 인공저류암(man-made reservoir)을 형성한 후, 인공저류암에 물을 주입하여 가열된 물이 변한 수증기를 뽑아내어 터빈을 돌려 전기를 생산하는 기술.
3. 유발지진(induced earthquake)
인간의 공학적 활동에 의해 발생되는 지진으로 지하 암반에 물을 주입하거나 대규모 저수지에 물을 채울 때 흔히 발생됨.
4. 신호등 체계(traffic light system)
심부지열발전을 위해 지하 암반에 물을 주입하면 유발지진이 발생하는데 발생된 지진규모에 따라 단계별로 대응하는 경보체계와 안전관리체계.
5. 지체구조응력(tectonic stress)
판구조운동에 의해 판들이 움직이면서 암반에 누적되는 응력.
6. 응력(stress)
힘(force)을 힘이 작용하는 면적으로 나눈 값으로 압력과 동일한 단위(bar, MPa)를 씀.
7. 지진지수(seismogenic index)
지진규모와 지진발생빈도가 정량화된 특정지역에서 물주입으로 인한 유발지진이 발생할 확률을 정량적으로 나타낸 지수
그림 설명
(그림1) 포항지열발전소에서 물주입 시 정량적으로 예측된 지진발생 확률
왼쪽 그림: 규모 5.5 지진 발생확률(붉은색 선). 물 주입이 진행되면서 지진발생활률이 높아지며 특히 2017년 4월 초의 3차 물주입 후 규모 5.5의 지진 발생확률이 17%로 대폭 높아졌음. 따라서 2017년 4월15일 규모 3.3 지진이 발생했을 때 물주입을 즉각적으로 중단해야 했음. 녹색점: 물주입시 발생한 유발지진규모
오른쪽 그림: 규모 4.0(보라색 선)과 4.5(하늘색 선) 지진 발생확률. 3차 물주입 후 발생확률이 각각 80%와 50%이상으로 높아졌음.
이진한 교수 이력사항
1. 인적사항
○ 소속: 고려대학교 이과대학 지구환경과학과
○ 전화: 02-3290-3175
○ E-mail: reejh@korea.ac.kr
2. 학력
○ 1987-1991년: 뉴욕주립대 지질과학과 이학박사
○ 1983-1985년: 고려대학교 지질학과 이학석사
○ 1976-1983년: 고려대학교 지질학과 이학사
3. 경력사항
○ 1995~현재: 고려대학교 지구환경과학과 교수
○ 2017~현재: 고려대학교 자연재해연구센터 센터장
○ 2019~2021: 고려대학교 연구부총장
○ 2020~2021: 고려대학교 대학원장 권한대행
○ 1999~2006, 2009~2018: 고려대학교 지구환경과학부사업단 BK21사업단장
○ 2011~2015: 원자력안전위원회 전문위원
○ 2010~2016: Geosciences Journal 편집위원장
○ 2021~현재: Vietnam Journal of Earth Sciences 편집위원
○ 1992~1995: 강원대학교 조교수
4. 전문 분야 정보
○ 구조지질학
○ 지진성단층역학, 지체구조학
5. 연구지원정보
○ 2017년~현재: 원자력안전위원회 경주지진연구과제
