단층(r10 판)

단층은 지각 내 암석이 지각 변동력에 의해 끊기면서 양쪽 블록이 상대적으로 이동한 구조이다. 이 구조는 지각에 축적된 응력이 임계점을 넘어설 때 발생하며, 이로 인해 암석이 파괴되고 미끄러진다. 단층면을 기준으로 위쪽이 내려가면 정단층, 위쪽이 올라가면 역단층, 수평으로 이동하면 주향이동단층이라 한다.

단층은 지진 발생과 깊은 관련이 있으며, 과거의 단층 운동 흔적은 지형 변화나 지질 구조로 확인된다. 규모가 큰 단층은 대륙이나 해양 지각의 경계에서도 발견되며, 지각판 경계의 활동성과도 밀접히 연결된다.

땅속 깊은 곳에는 커다란 암석 덩어리들이 서로 맞닿아 있으며, 이 암석들은 매우 느리게 움직인다. 하지만 서로 닿아 있는 면이 울퉁불퉁하고 마찰이 크기 때문에 쉽게 미끄러지지 않는다. 특히 단층면에서 마찰이 강하게 작용하는 부분에서는 암석이 꼼짝 못하고 멈춘다. 이런 부분에서는 양쪽 암석이 서로 밀어붙이거나 비틀듯이 밀면서 점점 더 큰 힘이 쌓이게 된다.

이렇게 오랜 시간 동안 밀리는 힘이나 비트는 힘이 쌓이면서 암석 내부에 부담이 커진다. 그러다가 어느 순간, 암석이 견딜 수 있는 힘을 넘어서면 갑자기 ‘툭’ 하고 끊기듯 움직이게 된다. 이때 그동안 쌓였던 힘이 빠르게 방출되며 땅이 흔들리는데, 이것이 바로 지진이다.

지각의 깊은 곳에 있는 암석은 뜨겁고 유연해서 천천히 밀리듯 움직인다. 반면 지표 가까이에 있는 암석은 차갑고 단단해서 쉽게 움직이지 않고, 힘이 쌓이다가 갑자기 깨지듯 움직인다. 그래서 대부분의 지진은 지표 가까이, 단단한 암석이 갑자기 움직이는 곳에서 일어난다.

또한, 유연한 암석이라도 움직이는 속도가 너무 빠르면 갑작스럽게 끊어지듯 반응할 수 있다. 이런 경우에도 지진이 생길 수 있다.

정리하면, 땅속에서는 암석이 움직이려 하지만 마찰 때문에 멈춰 있고, 시간이 지나면서 밀리는 힘이 점점 쌓이다가 한계를 넘으면 갑자기 움직이면서 지진이 일어난다. 마치 문이 열리지 않아 계속 밀고 있다가 갑자기 ‘쾅’ 하고 열리는 것처럼, 단층도 조용히 힘을 견디다가 한순간에 큰 움직임을 일으키는 것이다.

지각 속 암석 덩어리들이 서로 맞닿은 경계면을 따라 움직이면 단층이 생긴다. 단층을 따라 암석이 움직일 때, 그 양과 방향을 파악하는 것이 단층의 성격을 이해하는 데 매우 중요하다. 이 움직임은 전체적으로 슬립, 그리고 방향별로 연직변위와 횡변위로 나뉘어 설명된다.

슬립은 단층면을 기준으로 양쪽 암석이 서로에 대해 실제로 어떻게 움직였는지를 나타낸다. 이는 한쪽 암석이 다른 쪽에 비해 이동한 방향과 거리 모두를 포함하는 개념으로, 단층의 활동 정도와 성격을 파악하는 핵심 지표이다.

슬립은 방향에 따라 두 가지 요소로 나뉜다. 단층을 따라 위아래로 움직인 양을 연직변위라 하고, 영어로는 throw라고 한다. 예를 들어 한쪽 지층이 다른 쪽보다 높게 솟아 있거나 낮게 꺼져 있을 때, 그 높이 차이가 연직변위이다. 반면, 단층을 따라 양쪽이 옆으로 얼마나 벌어졌는지를 나타내는 것이 횡변위이며, 영어로는 heave라고 한다. 쉽게 구분하면 "위는 throw, 옆은 heave"라는 말로 정리할 수 있다.

이러한 움직임은 현장에서 바로 측정되기 어려운 경우가 많다. 단층 주변에서는 암석이 단층과 함께 움직이는 과정에서 끌려가듯 휘어지기도 하는데, 이러한 구조를 끌림 습곡이라고 한다. 끌림 습곡은 단층 운동이 일어나기 전 암석에 가해진 마찰 저항 때문에 생긴 굽힘으로, 이를 통해 단층의 슬립 방향을 유추할 수 있다.

또한, 단층 운동으로 어긋난 지층이나 암석 구조가 원래 어디에서 이어졌는지를 알아낼 수 있다면, 움직인 방향과 거리를 보다 정확하게 계산할 수 있다. 이처럼 단층 양쪽에서 원래 하나였던 구조가 갈라진 지점을 피어싱 포인트라고 하며, 슬립의 방향과 크기를 측정하는 데 중요한 기준이 된다. 하지만 피어싱 포인트를 현장에서 확인하는 일은 침식이나 후속 변형 등의 영향으로 인해 어려운 경우가 많다. 이 때문에 실질적으로는 슬립 방향만 확인하고, 연직변위와 횡변위는 대략적으로 추정하는 일이 많다.

결론적으로, 단층의 슬립은 전체적인 운동을 나타내고, 연직변위와 횡변위는 그 운동을 방향별로 나눈 요소이다. 슬립의 정확한 분석은 지층의 휘어짐, 피어싱 포인트 등 다양한 지질 구조를 종합적으로 고려해야 가능하며, 이는 단층의 성격을 이해하고 지진 발생 가능성을 예측하는 데 중요한 자료가 된다.

단층의 분류는 주로 단층면이 지표면과 이루는 기울기, 즉 경사각과, 단층면을 따라 나타나는 변위 방향에 따라 이루어진다. 이러한 분류 기준은 단층이 형성될 당시 작용한 지질 역학적 힘의 종류와 크기를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다.

변위 방향에 따라 단층은 크게 세 가지 유형으로 나뉜다.

주향이동단층은 단층면을 따라 수평 방향으로 이동이 이루어진 단층이다. 단층선과 평행한 방향으로 양쪽 블록이 좌우로 어긋나며, 수직적인 이동은 거의 나타나지 않는다. 이러한 단층은 주로 수평 압축 또는 전단력에 의해 형성되며, 대륙판 경계나 전단대에서 흔히 관찰된다. 대표적인 예로는 북아메리카 서부에 있는 산안드레아스 단층이 있다.

경사이동단층은 단층면에 대해 수직 또는 수직에 가까운 방향으로 변위가 발생한 단층이다. 다시 말해, 단층선과 수직이거나 거의 수직에 가까운 방향으로 암반이 상하로 어긋나 있다. 이 유형은 인장력이나 압축력의 영향을 받아 형성되며, 정단층과 역단층으로 세분된다. 인장력으로 인해 상반이 아래로 내려가는 경우는 정단층, 압축력에 의해 상반이 위로 올라가는 경우는 역단층이라 한다.

사이방향단층은 수평과 수직의 변위가 동시에 발생하는 단층으로, 주향이동단층과 경사이동단층의 성격을 모두 지니고 있다. 단층면을 따라 양방향의 복합적인 힘이 작용할 때 형성되며, 단층 활동의 복잡성과 지각 내 응력의 불균형 상태를 반영한다. 이러한 단층은 특히 판 경계와 같이 다양한 방향의 힘이 동시에 작용하는 환경에서 흔하게 나타난다.

정단층은 지질 구조에서 단층면을 따라 위쪽에 위치한 암반층, 즉 상반이 아래쪽으로 이동하는 구조를 의미한다. 이와는 달리 아래에 놓인 하반은 비교적 고정되거나 상승 방향으로 이동하는 경향을 보인다. 이러한 이동은 주로 지각이 장력에 의해 잡아당겨질 때 발생하며, 대륙지각이 수평 방향으로 확장될 때 흔히 나타난다.

정단층의 경사각은 일반적으로 60도 이상으로 비교적 가파른 편이다. 그러나 일부 정단층은 45도보다 완만한 경사각을 가지기도 하며, 이러한 완만한 경사는 단층 운동의 양상이나 주변 지질 조건에 따라 다양하게 형성될 수 있다.

정단층이 서로를 향해 기울어진 두 단층 사이에 위치한 암반 덩어리가 하강할 경우, 이 가운데 위치한 구조물을 '그라벤'이라 한다. 그라벤은 잡아당겨진 지각이 가라앉아 형성된 함몰 지형이며, 종종 가늘고 길게 늘어진 형태로 나타난다. 반대로, 두 개의 정단층이 서로 반대 방향으로 기울어 있을 때 그 사이에 상대적으로 높게 남아 있는 암반 덩어리는 '호르스트'라 불린다. 이는 그라벤과는 달리 지각이 비교적 융기하거나 가라앉지 않고 남아 있는 구조물이다.

이와 같은 그라벤과 호르스트가 반복적으로 배열되면, 지표면에는 일련의 움푹 꺼진 분지와 솟아오른 능선이 교차하는 '분지와 산맥 지형'이 형성된다. 이 지형은 지각의 확장과 장력 작용의 결과로 나타나는 대표적인 구조적 특성 중 하나이다