남한의 판운동과 지각변형에 대한 소고

3.1. 수평 방향 지각변형률의 분석 방법

지각의 이동속도로부터 지각 내의 2차원적 변형률을 조사하는 데에, 인접한 세 관측지점으로써 관측 삼각망을 구성하여 산정하는 방식을 사용하였다(Na et al., 2013). 이를 간략히 기술하면 다음과 같다. 주어진 세 지점의 위치좌표 (x₁,y₁), (x₂,y₂), (x₃,y₃) 그리고 각 지점의 이동속도 (u₁,υ₁), (u₂,υ₂), (u₃,υ₃)들로부터 지역 내의 이동속도장 (u,υ)을 4개의 편미분계수 $$ \frac{\partial u}{\partial x},\frac{\partial u}{\partial y},\frac{\partial v}{\partial x},\frac{\partial v}{\partial y}$$로써 다음과 같이 나타낼 수 있다.

세 지점에서의 이동속도 자료로써 관측방정식이 다음과 같이 구성된다((x_c,y_c)는 삼각망의 중심 좌표. 중심에 대한 관측지점의 상대적위치좌표는 ∆x_i=x_i-x_c 와 ∆y_i=y_i-y_c ).

위 식을 Y=AX+E 라고 할 때, 편미분계수 $$ \frac{\partial u}{\partial x},\frac{\partial u}{\partial y},\frac{\partial v}{\partial x},\frac{\partial v}{\partial y}$$의 최소제곱해는 $$ \widehat{X}={\left(A^{T}A\right)}^{-1}{A}^{T}Y$$로 얻어진다.관측속도의 값들에 대한 오차를 알고 있다면 이 계수들의 추정치의 오차도 곧바로 얻어지며, 이는 $$ {\Sigma }_x={\left(A^{T}A\right)}^{-1}{A}^T{\Sigma }_{y}A{\left(A^{T}A\right)}^{-1}$$ 로서 주어진다. 얻어진 편미분계수들로부터 변형률텐서(strain tensor)(E_ij)와 주축변형(principal strain)을 구한다. 변형률의 주축방향과 주변형률은 다음의 조건식(특성방정식)에서 결정된다.

Fig. 2.

Difference between the observed velocity and the model velocity of South Korean plate motion.

3.2. 남한반도의 지각변형률

2017년 1월부터 5년 동안 남한의 44개의 관측지점에서의 지각속도 평균값은 34.03 mm/yr이며, 그 방향은 동쪽 기준 방위각 –30.96°이다. 앞 절에서 이 자료에 의거한 한반도의 판운동모델을 산정하여, 그에 따른 판이동의 예측속도를 구하여 나타내었으며, 그에 따라 차등속도, 즉 관측속도와 모델속도의 차이$$ \left({\overrightarrow{v}}_{diff }={\overrightarrow{v}}_{obs }-{\overrightarrow{v}}_{cal}\right)$$를 지각변형률 산정의 기본 입력자료로 사용하는데, 이는 관측된 지각속도를 곧바로 변형률계산에 적용하는 경우와 큰 차이는 없겠으나, 균일한 판운동에서 벗어난 만큼 - 즉 순수한 지각변위에 따른 변형을 고려한다는 점에서 더욱 합리적이다. 표의 dVe와 dVn는 차등속도 $$ {\overrightarrow{v}}_{diff }={\overrightarrow{v}}_{obs }-{\overrightarrow{v}}_{cal}$$의 각각 동쪽방향과 북쪽방향의 속도성분이다. 44개의 관측지점에서의 이 차등속도의 크기($$ \left({\overrightarrow{v}}_{diff}\right)$$)의 평균값은 1.89 mm/yr이다. 44개의 관측지점 중에서 차등속도$$ \left({\overrightarrow{v}}_{diff }={\overrightarrow{v}}_{obs }-{\overrightarrow{v}}_{cal}\right)$$가 가장 큰 10개의 관측지점은 다음과 같다.

10 GOCH, 11 GSAN, 12 HADG, 14 INJE, 21 KIMC
23 KUNW, 28 PAJU, 29 PUSN, 39 WOLS, 43 YONK

즉 거창, 괴산, 하동, 인제, 김천, 군위, 파주, 부산, 월성, 영광이며, 이 10개 지점에서는 차등속도가 3 mm/yr 혹은 그 이상으로 최대는 영광에서 4.5 mm/yr이다.

지각변형률을 구하기 위하여 총 83개의 삼각망들을 구성하였다(표 2). 표의 왼편으로부터 각 삼각망의 세 꼭지점(관측소)의 번호와 삼각망의 중심의 위치(위도와 경도)를 보였으며, 그 다음에 얻어진 팽창률(dilatation), 회전률(rotation), 주변형률과 주축방향, 그리고 오차(std)를 보였다. 이들의 단위는 각각 [nanostrain/yr], [10^-7rad/yr], [nanostrain/yr], [deg], [nanostrain/yr] 이다. 주변형률과 주축은 각 삼각망에 한 쌍씩 있으며, 주변형률이 양(+)이면 팽창, 음(-)이면 수축을 나타낸다. 회전률의 경우에서 양(+)의 값이 반시계 방향의 회전에 해당한다.

Table 2.

Array of 83 triangular networks and rate of dilatation, rate of rotation, principal strain rate and axis, and error estimate. Each units are [nanostrain/yr], [10-7rad/yr], [nanostrain/yr], [deg], and [10-12/yr]. Triangles are specified by three stations at vertices. Each latitude and longitude are of the centers of triangle.

남한의 각 지역들(83개 삼각망)에서의 팽창률과 회전율의 단순산술평균값은 각각 11.0 nanostrain/yr와 0.0164×10^-7rad/yr로서, 전체적으로 매우 작으나 약간의 팽창률과 미미한 반시계 방향의 회전률을 나타내고 있다. 여기에서 팽창률의 평균적 방향은 대체로 북북동-남남서 방향으로서 동쪽 기준 방위각 81도에 해당한다. 팽창률은 SNJU(상주)-KIMC(김천)-KUNW(군위)-TEGN(대구)의 지역에서 120 정도로써 우세하며, 그중에서도 최대값은 CHNG(창원)-PUSN (부산)-MLYN(밀양)에서 173이다. 음의 팽창률은 MUJU (무주)-KIMC(김천)-GOCH(거창)-NAMW(남원)의 지역에서 –100에서 –120으로 우세하며, 최대는 삼각망 CHLW(철원)-HONC(홍천)-INJE(인제)에서 –124이다. 각 삼각망에 대하여 계산된 주변형률의 크기와 방위각을 그림으로 나타내었다(그림 3). 얻어진 주변형률들은 최대인장률 259.5에서 최대압축률 –137.5 사이의 값을 가지는데(단위: [nanostrain/yr]), 이들은 각각 삼각망 4-29-25(위도 35.42, 경도 128.77)와 삼각망 9-28-33(위도 37.71, 126.91)에서 그러하며, 이들은 각각 CHNG(창원)-PUSN(부산)-MLYN(밀양)과 DOND(동두천)-PAJU(파주)-SKMA(서울)의 두 지역이다. 다음으로는 회전률을 역시 등고선과 같이 남한지역에 대하여 그림으로 나타내었다(그림 4). NAMW(남원)-SONC(순천)-HADG (하동)의 삼각망 27-35-12(위도 35.18, 경도 127.53)에서 반시계방향의 회전률이 1.21×10^-7rad/yr으로 가장 우세하다. 시계방향의 회전률은 상주(SNJU)-김천(KIMC)-무주(MUJU)-거창(GOCH)의 비교적 넓은 지역에서 –1.00×10^-7rad/yr등으로 매우 뚜렷한데, 시계방향 최대값은 CHNG(창원)-PUSN(부산)-MLYN(밀양) 삼각망 4-29-25(위도 35.42, 경도 128.77)에 –1.01×10^-7rad/yr이다. 남한 전체로는 0.0164×10^-7rad/yr로 미미한 반시계방향의 회전률을 나타내고 있다.

Fig. 3.

Principal axes of the strain rates for each triangular areas.

Fig. 4.

Representation of the calculated rotation rate with contours.

3.3. 한반도 지각변형 기존 연구와의 비교 및 검토

각 지역 차등 속도 $$ {\overrightarrow{v}}_{diff }={\overrightarrow{v}}_{obs }-{\overrightarrow{v}}_{cal}$$를 볼 때(그림 2), 한반도 지각변형의 어떤 뚜렷한 특징적인 움직임을 찾기 어렵다. 물론 이로부터 분석한 팽창률, 회전률, 변형률 주축방향 등은 이미 앞 절에 기술한 바와 같으나, 경기지괴, 태백산분지, 옥천계, 영남지괴, 경상분지 등에 걸친 어떤 특징적인 패턴을 찾기가 어렵다. 이는 양산 단층 및 인근의 지진 활동이 뚜렷한 지역에서도 그러하다(울진이나 부산의 차등 속도가 경주지진의 우수향 지진단층해와 잘 부합되지 않음 - 거리도 얼마간 떨어져 있음). 다만 팽창률과 회전률에서는 김성실 등의 분석 결과(도호쿠 지진 이후의 경우)가 본 보고의 내용과 얼마간 유사하다. 공간적으로 더 촘촘하게 얻어진 GPS 자료가 있다면, 같은 기간의 지진 활동과 일치하는 움직임들이 확인될 수 있을 것으로 생각된다. 한편 자료의 신뢰도에 있어, 본 보고에서 사용한 천문연구원의 자료에 의한 앞 절의 계산 결과, 즉 변형률과 회전률의 오차는 [10^-11/yr] ~ [10^-10/yr] 정도이다.

기존의 몇몇 연구들에서 한반도 지각 내의 변형의 분석 결과를 제시하였다. 그런데 먼저 본 연구의 차등 속도 $$ {\overrightarrow{v}}_{diff }={\overrightarrow{v}}_{obs }-{\overrightarrow{v}}_{cal}$$가 Hamdy가 제시한 것과 다르다(Hamdy et al., 2005). Jin and Park (2006a)의 연구에서도 차등 속도와 변형률 추산 결과가 모두 본 연구의 것과 다르다. Park et al. (2001)의 보고 및 Hamdy et al. (2004)의 또 다른 보고에서 간략히 표현된 3~4개 관측지점의 차등 속도와도 다르며, Park (2007, 2017)의 연구나 Kim et al. (2018)의 연구 그리고 Ansari and Bae (2020)의 연구들과도 다르다. 게다가 이들 기존 연구 결과들 사이의 유사성이나 연관성도 뚜렷하지 않다.

위와 같은 사실은 한반도의 지각의 움직임은 대체로 같은 방향과 이동량으로써 계속 일어나고 있으나, 각 관측지점에서 전체적 움직임에 대한 상대적 움직임의 시계열들에는 상이점들이 존재한다는 것을 알 수 있다. 변위의 크기는 작으나 규칙성이 결핍된 이와 같은 상대적 움직임은 시간이 감에 따라 그 양상이 바뀌는 복잡-다변한 지각변형을 의미한다. 따라서 한반도 내의 지각변형들을 명확히 알 수 있기 위하여 일관된 자료획득과 분석을 수년 간격(1~3년)으로 계속해가는 것이 바람직하며, 또한 지진의 영향 등으로 어떤 시점을 전후하여 지각움직임과 변형의 양상이 달라졌다면 그에 따라 분석 시기를 구분할 필요가 있다.

4.1. ITRF2020 GNSS 자료

IGS에서는 ITRF 주요 기점들의 움직임에 대하여 자료를 게시하고 있다(해당 인터넷 사이트: https://itrf.ign.fr/ftp/pub/itrf/itrf2020/ITRF2020_GNSS.SSC.txt). 아래 그림은 ITRF2020 GNSS 자료 중 경도 100~150°, 위도 10~70°의 지역에 있는 관측기점들의 속도자료를 Bird의 판경계와 함께 개략적 지형 등고선 위에 나타낸 것이다(그림 5).

Fig. 5.

ITRF2020 GNSS plate velocity for East Asia. The plate boundary is drawn after Bird (2003).

그림에 한반도 내의 GPS 속도자료는 세 지점만을 나타내었으며(몇 기점의 자료가 더 있으나 지역 전체적으로 균일한 분포를 꾀하였음), 나머지는 선택된 경위도 범위 안의 ITRF 기점 자료를 모두 보였다. 한반도를 포함하여 유라시아판과 아무르판의 판운동에 대한 사항을 합리적으로 고려하려면 더 많은 자료가 필요하지만, 그림에 표시한 것처럼 11개의 관측기점만을 택하였다(북한과 중국의 보다 상세한 GPS 자료의 획득은 불가능하였음). 이들 11개 지점의 위치와 판운동속도는 표 3에 나타내었다.

Table 3.

Eleven ITRF2020 stations in the East Asia selected for this study. Their locations and velocities. Unit of velocity: [m/yr].

이 11개의 기점들이 동일한 판 위에 있다고 가정하는 경우, 판운동의 오일러극의 위치와 판의 각속도는 다음과 같이 얻어진다.

(위도: 65.125, 경도: 243.333, ω=0.29463°/Myr)

얻어진 오일러벡터로부터 관측기점들의 속도를 계산하면 관측 속도와 약간씩의 차이를 보이는데, 그 차이의 평균값은 ∆υ_r.m.s. = 1.663 mm/yr이다.

4.2. ITRF 자료에 의한 판운동모델 구분비교

ITRF2020 GNSS 자료에 의하여 유라시아판과 아무르판을 구분 없이 하나의 동일한 판으로 취급하는 경우와 이들을 분리하여 따로 취급하는 경우의 타당성을 비교하였다. 또한 아무르판에서 한반도지역을 다시 분리하는 경우도 가정해보았다.

4.2.1. 단일지각판으로 가정하는 경우

앞에서와 같이 11개의 기점이 모두 동일한 지각판 위에 있다고 가정하여 오일러벡터를 구한 다음, 모델에서 얻어지는 속도와 관측값을 비교하면 대체로 부합된다. 그런데 여기에서 σ=1 mm/yr로 설정하고 관측속도와 계산되는 모델속도의 차이 즉 차등속도에 의한 카이제곱값을 구하면 다음과 같다.

이 모델의 자유도(degree of freedom)는 10이며 (d.f. = (2–1) × (11–1) = 10), 해당 p-값 즉 확률 P(χ² > 27.645)=0.206%로서 작다. 다음의 표는 11개 각 기점의 관측속도와 모델속도 및 카이제곱 기여값들이다(표 4a; 속도의 단위는 [cm/year], σ=1 mm/yr).

Table 4a.

Comparison of observed velocity and model velocity of ITRF2020 stations. Each Chi-square value is given. One-plate model. Unit of velocity: [cm/yr ].

4.2.2. 판을 두 개의 구역으로 구분하는 경우

11개의 기점 중 YAKT, IRKT, BADG, BJFS, BJNM의 5개 기점이 같은 판 위에 있고 KHAJ, CHAN, DAEJ, SUWN, GAMG, ULAB의 6개 기점이 또 다른 판 위에 있는 것으로 가정하는 경우, 각 두 판의 오일러극과 각속도는 다음과 같이 얻어진다.

(위도: 67.434, 경도: 243.333, ω=0.30342°/Myr)
(위도: 64.968, 경도: 244.977, ω=0.29417°/Myr)

또한 이에 해당하는 두 판 위의 기점들의 관측속도와 모델속도의 차이의 평균값은 각각 ∆υ_r.m.s. = 1.888 mm/yr과 ∆υ_r.m.s. = 1.560 mm/yr이며, 여기에서 σ=1 mm/yr로 하면 카이제곱값은 각각 $$ {\chi }_a^2=14.256$$와 $$ {\chi }_b^2=12.175$$로 얻어진다.

따라서 합은 $$ {\chi }^2={\chi }_a^2+{\chi }_b^2=26.431$$이 되어, 카이제곱값 자체는 한 개의 지각판으로 보는 경우보다 약간 작다. 그런데 모델의 자유도가 1만큼 감소하여 d.f. = 9이 되므로, 해당 p-값 즉 확률 P(χ² > 26.431)= 0.174%은 오히려 약간 더 작다. YAKT, IRKT, BADG, BJFS, BJNM의 5개 기점과 KHAJ, CHAN, DAEJ, SUWN, GAMG, ULAB의 6개 기점이 분리된 2개의 판 위에 있다고 보는 것이 11개 지점 모두가 동일한 한 개의 판 위에 있다고 가정하는 경우와 비교하여 더 타당한지는 확실하지 않다(뒤에서 이에 대한 F 테스트를 추가로 고려하는데, 이는 σ값에 상관없이 통계학적 의미를 지님). 여기에서의 두 구역은 Bird의 경계구분으로서 각각 유라시아판과 아무르판에 속한다. 다음에는 두 판으로 나누었을 경우, 각 기점의 관측속도와 모델속도 및 카이제곱 기여값 $$ {\chi }_i^2$$을 나타내었다(표 4b).

Table 4b.

Comparison of observed velocity and model velocity of ITRF2020 stations. Each Chi-square value is given. Two-plate model. Unit of velocity: [cm/yr].

4.2.3. 한반도지역을 다시 분리하여 3개의 구역으로 구성하는 경우

앞 절의 두 번째 판의 관측기점 6개를 다시 나누어 DAEJ, SUWN, GAMG를 포함하는 판을 독립적으로 가정하게 되면, 관측속도와 모델속도의 차이의 평균값은 각각 ∆υ_r.m.s.= 1.888 mm/yr, 1.033 mm/yr, 그리고 1.128 mm/yr로 약간 감소하며, 카이제곱값 χ² = 18.934로 약간 더 감소한다. 한편 모델의 자유도는 다시 1 만큼 더 감소하여 d.f. = 8인데, 해당 p-값 즉 P(χ² > 18.934)=1.52%으로 증가하므로, 얼핏 세 구역의 모델이 관측자료에 더 잘 부합된다고 할 수 있으나, 판운동 관점에서 보면 그러한 추론은 옳지 않음을 알 수 있다. 3개의 판으로 구성된 모델은 분리된 판들의 오일러극과 각속도가 적절하지 않은데, 이는 특히 한반도의 관측기점들이 구성하는 면적이 좁고 DAEJ, SUWN, GAMG 세 기점만을 포함하여 계산되는 오일러벡터가 매우 비합리적이기 때문이다(극이 기점들에 매우 가깝고 각속도가 지나치게 빠르게 얻어짐).

(위도: 67.434, 경도: 243.333, ω=0.30342°/Myr)
(위도: 60.593, 경도: 251.294, ω=0.29749°/Myr)
(위도: 48.398, 경도: 135.576, ω=1.16860°/Myr)

해당하는 각 판의 카이제곱값들은 각각 다음과 같다.

다음의 표는 위 세 구역으로 구분하는 경우 각 기점들의 관측속도와 모델속도 및 카이제곱 기여값들이다(표 4c).

Table 4c.

Comparison of observed velocity and model velocity of ITRF2020 stations. Each Chi-square value is given. Three-plate model. Unit of velocity: [cm/yr].

5.1. 동북아 지각판의 기존 모델의 오일러벡터와의 비교

유라시아판과 아무르판에 대한 기존의 주요 전지구적 판운동 모델을 살펴보면 다음과 같다. 먼저 지난 15년 이내에 보고된 주요 전지구적 판운동모델 4종류에 의한 유라시아판의 오일러벡터는 다음 표와 같다(표 5a). 표에는 전 지구적 모델은 아니지만 많은 기점에서의 GPS 자료에 의하여 유라시아판과 아무르판을 비롯하여 몇 개의 작은 판구분을 시도한 Jin 등의 모델을 추가하였다. 그리고 아무르판에 대한 위와 같은 5종류 모델의 오일러벡터는 다음과 같다(표 5b). 표 5a-b의 판모델들은 다음의 문헌을 따랐다(Jin et al., 2007; Drewes, 2010; Argus et al., 2011; Altamimi et al., 2012; Kreemer et al., 2014).

Table 5a.

Euler pole and angular velocity of Eurasian plate in four global plate models and one regional model. Unit of angular velocity: [°/Myr].

Table 5b.

Euler pole and angular velocity of Amur plate in four global plate models and one regional model. Unit of angular velocity: [°/Myr].

한편 본 연구 4장에서 ITRF 자료에 의하여 동북아 단일 판운동으로 보는 경우의 오일러벡터는 다음과 같다(4.2.1.).

(위도: 65.125, 경도: 243.333, ω=0.29463°/Myr)

그리고 두 개의 판으로 나누어 고려할 때, 각 판의 오일러 벡터는 다음과 같다(4.2.2.).

(위도: 67.434, 경도: 243.333, ω=0.30342°/Myr)
(위도: 64.968, 경도: 244.977, ω=0.29417°/Myr)

이들의 값을 위 표와 비교하여 보면, ITRF2020 GNSS 속도자료에 의한 오일러 벡터가 기존의 모델의 어느 판과도 정확히 일치하지는 않으며, 대체로 유라시아판 보다는 아무르판에 더 가까움을 알 수 있다. 한편 ITRF2020 자료만으로는 유라시아판과 아무르판의 구분 및 한반도 지역을 추가적으로 분리함등을 고려하기 어려웠다(4.2.). 한반도가 유라시아판에 속하였다고 가정하는 경우와 아무르판에 속하였다고 가정하는 경우 그의 판운동속도를 표와 그림으로서 나타내었다(표 6; 그림 6). 비교를 위하여 한반도의 현재 판운동을 함께 나타내었다(한반도 판운동모델속도 - 대전지역).

Table 6.

Plate velocity calculated for Korea assuming its existence on Eurasia or Amur plate of each plate model described in Table 5(a-b). For comparison the Korea plate velocity of this study is listed together. Arrow numbers 1-5 and 6-10 refer to the each plate model in Table 5(a-b) sequentially. Unit of velocity: [mm/yr].

Fig. 6.

Calculated plate velocity vector at Daejeon assuming Korea belongs to Eurasian plate or Amurian plate. Four global model and one regional model used. Model velocity vector of Korea determined from observation data (this study) is shown together.

5.2. 한반도와 동북아 지체 구조 기존 연구

한반도 지각판의 움직임에 대한 기존의 연구들의 주요 내용을 여기에 소개한다. Heki et al. (1999)은 90년대의 GPS 관측자료에 의거 개략적인 아무르판의 움직임을 산정하였으며, 이들은 아무르판을 유라시아판과 구별하고 한반도가 아무르판에 속하는 것으로 보았다. Hamdy et al. (2004)은 한반도와 제주도의 6개 GPS 관측지점의 자료로부터 한반도와 제주도가 동일한 판 위에 있다고 보았으며, 또한 Hamdy et al. (2005)은 2000-2003년 기간의 한반도의 GPS 자료로부터 대전을 기준으로 상대적 판운동을 나타내었다. Jin and Park (2006b)은 2003년까지 3년여 기간 동안의 한반도의 GPS 관측자료 및 기타자료로부터 한반도는 아무르판이나 남중국판에 속하지 않는다고 결론지었다. 또한 Jin et al. (2007)은 계속 중국과 한반도의 많은 GPS 자료에 의거하여 아무르판 등을 포함한 동북아의 판구조운동을 상세히 서술하였는바 - 한반도와 아무르판이 서서히 갈라지고 있으며 동북아의 여러 작은 판들의 움직임은 유라시아판과는 움직임이 확실히 다르다고 결론지었고, 작은 판들의 상대적 운동을 묘사하였다. Kim et al. (2018)은 한반도가 유라시아판 혹은 아무르판에 있다고 기술하였으며, Ansari and Bae (2020)는 한반도는 아무르판에 속하는 것으로 보았다. Li et al. (2020)은 동북아지역에 대하여 GPS 관측자료 및 지구물리학적 자료를 바탕으로 아무르블럭의 경계를 조사하였는데, 아무르블럭과 한반도블럭이 서로 연관이 없다고 결론짓고, 이 두 블럭의 경계를 탄루 단층으로 보았다.

이러한 기존 연구들이 사용한 GPS 관측 지각판속도자료들은 모두 한반도에서 거의 동일한 방향(동남동)을 나타내지만, 자료에 차이점들이 있다. 이에 따라 자료해석 즉 판구조운동과 내부의 변형에 대한 해석 결과가 서로 차이점이 많으며 일관성을 보기 어렵다. 한편 Kreemer et al. (2014)이 제시한 동북아지역의 판내부변형을 나타낸 그림에서 남한과 북한을 가로지르는 패턴이 보이지만, 이것은 북한 쪽의 자료가 없어서였기 때문임이 확인되었다. 앞서 본 연구에서 ITRF2020 GNSS 자료 중 경도 100~150°, 위도 10~70°의 지역에 있는 관측기점 중 11개의 대표적 관측지점의 속도자료를 분석하였지만, 그로서는 아무르판과 유라시아판의 구분에 대한 판단이 어려웠다.

본 연구에서 얻어진 한반도 지각운동의 오일러극의 경위도와 회전각속도를 이전의 기존 연구의 것들과 비교하면 다음 표와 같다(표 7). 표 중의 KASI 2022(a-b)는 국토지리정보원 보고서(Park, 2007, 2017)의 자료를 선별분석하여 얻은 값들이며, Ansari and Bae (2020)는 기간을 나누어 두 종류로 하였다. 표로부터 한반도 지각의 움직임의 판운동모델 즉 오일러벡터가 극의 위치나 각속도의 추산치들의 편차가 상당히 큼을 알 수 있다. 이는 특히 오일러극의 경도 및 회전각속도에서 더욱 그러하다. 한편 위 추산치들 모두 실제로 오차의 범위가 넓으며, 그러한 원인은 먼저 한반도의 면적이 지구곡률반경과 비교하여 상당히 작기 때문이다. 2000-2006년의 자료에 의한 오일러극(표 상단의 세 종류)의 경도는 약 170~178°이나, 2007년도 이후의 자료에 의한 값은(표 하단의 네 종류) 약간 증가하거나 220도 부근이다. 또한 초기의 모델(표 상단의 세 종류)에서는 각속도가 0.4[°/Myr] 정도이거나 약간 더 크지만, 후기의 것들에서는 0.31~0.36 정도로 보다 더 작음을 볼 수 있다. 이러한 차이점은 한반도의 판운동의 특성이 그 기간에 달라졌음을 나타내는 것으로 생각된다. 한편 Li et al. (2020) 동북아 판구조에 대하여 몇 차례 통계검정을 하였으나, 판운동의 오일러벡터를 상대적 운동에 대해서만(유라시아판/아무르판 기준) 나타내었다. 또한 이들이 제시한 속도장(그림 2)에서 유라시아판과, 아무르판, 그리고 한반도의 차등속도를 묘사하며 남북한을 가로지르는 KP블럭을 설정하고 있으나(그림 4), 그 지역에 대하여는 실제로 자료가 매우 듬성하여 신빙성이 부족하다. 이에 앞서 Jin et al. (2007)은 매우 많은 관측지점에서의 자료를 사용하여, 동북아 지역의 판운동이 여러 작은 판들로 구성되어 있다는 관점이 보다 더 합리적이라고 결론지은 바 있다.

Table 7.

Euler pole and angular velocity of South Korea determined by different studies. Unit of angular velocity: [°/Myr ].

다음 그림에는 표 7의 각 판운동모델에 의한 한반도(대전)의 움직임을 나타낸 것이다(그림 7). 즉 한반도가 각 모델 판에 속하였다고 가정하는 경우의 판이동속도를 나타낸 것이다. 그림에서 각 모델에 따라 지각의 움직임의 예측속도가 차이가 있음을 볼 수 있다. 분명하지는 않으나 이러한 차이의 상당 부분이 각 자료 기간에 해당하는 한반도 지각판 움직임의 변화를 실제로 반영하는 것일 수 있다고 생각된다.

Fig. 7.

Calculated plate velocity vector at Daejeon based on different Korea plate models.

5.3. 동북아 판운동 및 한반도 판내부 변형에 대한 요약적 고찰

위와 같이 본 연구 내용과 기존 연구의 결과들을 함께 보면 다음 사실들을 알 수 있다. 많지 않은 ITRF 자료로 볼 때는 유라시아판과 아무르판의 구분의 타당성이 명확하지 않다. 그리고 유라시아판과 아무르판 그리고 한반도지역 지각판의 오일러벡터들이 서로 얼마간 다르며, 그 판모델 예측속도가 한반도 지역에서는 약간씩의 차이가 있다. 동북아의 판구조를 연구하기에 현재 일부 지역에서의 지각속도 자료가 특히 부족하며, 한반도 지각판의 유라시아/아무르판 귀속여부를 가리기가 용이하지 않다. 향후 북한과 만주 지역의 GPS 자료가 입수되기 전에는, 한반도의 동북아에서의 지각판 구성을 논하기가 어려운 실정이다. 동북아지역의 판구조적 구성을 보다 세밀하게 이해하고자 하는 것은 유익한 일이라고 할 수 있겠지만, 신뢰성 있는 자료를 가지고 올바른 방법으로 해석되어야 하겠다.

한반도 지각판의 움직임과 지각 내부의 변형에 대하여 고정밀도의 자료를 가급적 폭넓게 계속 축적하며, 장-단기적으로 연구-해석하는 것이 바람직하다. 기존의 연구내용으로 볼 때, 한반도의 판운동과 판내부변형이 시기적으로 달라져 왔음을 알 수 있다. 따라서 판운동과 판내부 변형에 대하여 5년 정도 혹은 그 이상의 기간의 평균적 움직임을 분석하되, 남한지역 등의 특정한 판내부의 변형에 대하여는 1~3년의 간격으로서 단기적인 양상과 그들의 변화를 지속적으로 파악하는 것을 병행함이 필요하다.