'완전히 놀라운 일' – 지질학자들은 치명적인 시애틀 단층의 새로운 기원 이야기를 발견했습니다.

자기적 증거에 따르면 위험한 시애틀 지구대(Seattle Rift Zone)는 5천만년 전 대륙 가장자리가 반으로 갈라지면서 발생했을 수 있으며, 균열 형성에 대한 새로운 설명이 가능합니다.

시애틀 단층대(Seattle Fault Zone)는 퓨젯사운드(Puget Sound) 저지대를 관통하는 일련의 얕은 단층으로 구성되어 있으며, 이 지역의 400만 명 이상의 사람들에게 파괴적인 지진의 위험을 안겨줍니다. 최근 연구는 인구 밀도가 높은 지역의 잠재적 위험에 대한 예측과 이해를 향상시키기 위한 목적으로 단층 시스템의 초기 형성에 대한 새로운 관점을 제공합니다. 이 연구는 건축지구 지각과 상부 맨틀의 진화, 구조 및 변화를 탐구하는 아라비안 걸프 대학의 연구 저널입니다.

시애틀 단층은 서쪽과 남쪽으로 진행 중인 지각 변형으로 인해 이 지역에 가해지는 힘으로 인해 오늘날 활발하게 활동하고 있지만 항상 그런 것은 아닙니다. 시신세의 워싱턴은 오늘날 시애틀의 동쪽 해안선과 해안 지평선에 점을 찍고 있는 일련의 화산섬으로 인해 오늘날과는 다르게 보였습니다.

연구에 따르면 약 5,500만 년 전에 이 섬들이 대륙 쪽으로 끌려갔습니다. 북아메리카판과 충돌했을 때 일부는 지각 위로 솟아오르고 나머지는 지각 아래로 빨려들어갔습니다. 이 두 부분 사이에서 지각은 큰 압력을 받아 찢어졌습니다. 연구의 저자들은 이 고대의 눈물지대가 현대 시애틀 단층의 지질학적 단계를 설정했다는 가설을 세웠습니다.

워싱턴 지질 조사국(Washington Geological Survey)의 지구물리학자이자 이번 연구의 주요 저자인 메건 앤더슨(Megan Anderson)은 “이것은 완전히 놀라운 일이었습니다.”라고 말했습니다. “이것은 우리가 원래 찾고 있던 것이 아니었지만 우리의 결과는 오늘날 존재하는 시애틀 단층만큼 큰 고대 단층을 예측합니다.”

현대적인 시애틀 단층지대는 시애틀과 그 대도시 지역을 포함하여 인구 밀도가 높은 Puget Lowlands를 직접 통과합니다. 새로운 구조론 연구에 따르면, 5천만년 전 대륙이 이곳에서 둘로 갈라져 현대적인 균열이 생긴 지질학적 길을 열었습니다. 출처: 워싱턴 지질 조사국.

엄청난 미스터리

북서 태평양은 조밀한 해양 지각이 대륙 아래로 끌어당겨지고 있는 카스카디아 섭입대 바로 내륙에 위치해 있습니다. 1700년에 약 1,000km 길이의 섭입대에서 규모 8.7~9.2의 대규모 지진이 발생했습니다. 20세기 내내 소규모 지진이 이 지역을 뒤흔들었고, 가장 최근에는 2001년 니스퀄리(Nisqually) 지진이 일어났습니다. 서기 923~924년에 크게 파괴되었습니다.지역 원주민 구전 전통과 퓨젓사운드 해안의 지질학적 증거를 기반으로 합니다.

이 지역의 지진 활동에도 불구하고 과학자들은 1990년대까지 시애틀 단층대를 본격적으로 연구하기 시작하지 않았습니다.

앤더슨은 “시애틀 단층에 대해서는 샌안드레아스 단층보다 불확실성이 훨씬 더 많다”고 말했다. “시애틀 단층은 규모 7.2의 지진을 일으킬 수 있으며 우리는 이에 대비하고 싶습니다. 공학 지질학자들이 더 나은 지진 시뮬레이션을 수행하고 우리 지역 사회에 대한 잠재적인 위험을 이해할 수 있도록 아직 배워야 할 것이 많습니다.”

시애틀 단층의 깊이 있는 기하학적 구조를 결정하기 위한 이전 작업은 지하 암석층을 통해 전달되고 반사되는 음파인 지진 데이터에 주로 의존했습니다. 데이터는 지진학자와 지질학자가 서로 다르게 해석한 단층과 지질 구조를 드러냈습니다. 그들은 그 지역에 주요 단층대가 있다는 것을 알고 있었지만, 과학자들은 단층의 일부를 연결하는 다양한 방법, 단층의 깊이, 암석을 통과하는 가파른 정도를 제안했습니다.

Anderson과 그녀의 동료들은 워싱턴 서부 전역에 걸쳐 수 킬로미터 깊이의 암석을 매핑하고 지역의 지질 구조에 대한 보다 완전한 그림을 구축함으로써 단층대 기하학에 대한 현재 가설을 테스트하기 시작했습니다. 중력과 자기장은 암석의 밀도와 구성에 따라 지구 표면 전체에 걸쳐 다양하므로 앤더슨은 워싱턴 서부에 대한 데이터를 편집하여 지진 데이터와 연결했습니다. 연구자들은 또한 고대 단층과 산계의 여러 부분에 해당하는 지질 구조에서 암석 샘플을 수집했습니다.

워싱턴 서부에 대해 공중으로 수집된 자기 데이터(배경색)는 현대 시애틀 단층의 양쪽에 있는 단층(검은색 선)이 서로 다른 방향을 향하고 있음을 보여 주며, 이는 상당한 남북 분리를 나타냅니다. 새로운 구조 연구의 저자들은 섭입된 물질과 섭입된 물질(가라앉거나 부착된) 사이의 대규모 파열이 응력으로 인해 형성될 수 있다는 가설을 세웠습니다. 크레딧: Anderson et al./Tectonics에서 수정됨

연구자들은 컴퓨터 모델을 사용하여 어떤 가설이 중력, 자기 및 지진 데이터에 맞는지 확인했습니다. 중력 데이터는 복잡한 패턴을 나타내지 않았지만 자기 데이터는 잃어버린 주요 비밀 지진 데이터를 보여주었습니다. 지각 깊은 곳에서 암석은 자성을 띠거나 적게 자성을 띠는 사이를 끊임없이 번갈아 가며 변하는 암석 유형의 기울어진 층을 나타냅니다. 지도 보기에서 시애틀 단층대 모퉁이 양쪽의 지형지물은 서로 멀리 떨어져 있습니다. 시애틀 단층대(Seattle Fault Zone) 북쪽의 구조물은 북북서쪽으로 기울어져 있고, 남쪽의 구조물은 북북동쪽을 향하고 있습니다.

이러한 불안정한 추세는 앤더슨을 잠시 멈추게 했습니다. 그들은 고대 산맥을 암시했지만 이를 확인하기 위해 Anderson은 지도 보기 데이터를 더 깊은 암석과 일치시켜야 했습니다. 지도 보기를 알려진 더 깊은 지하 지질학과 연관시키기 위해 Anderson은 지하 암석의 수직 모델을 설계했으며 이러한 구조물 중 일부가 지하에서도 서로 다른 방향으로 가라앉는 것을 발견했습니다.

“이것들은 모두 매우 다른 추세입니다.”라고 앤더슨은 말했습니다. “구조물을 분해했다가 다시 조립할 수 있는 장소가 없으면 이 작업은 매우 어렵습니다.”

앤더슨은 시애틀 단층대의 초기 역사와 그것이 오늘날 재활성화되는 이유에 대한 가능한 새로운 설명을 발견했습니다.

지각의 연속성의 파열

데이터에 따르면 약 5500만년 전 섭입대가 해양 섬들의 사슬을 끌어내릴 때 섬 사슬의 북쪽 절반은 섭입됐지만, 남쪽 절반은 지각 상단에 추가되거나 가려졌던 것으로 나타났다. . 수백만 년이 지나면서 섬들은 흐려지면서 오늘날 애팔래치아의 블루리지 산맥과 유사한 지형을 지닌 습곡되고 돌출된 산악 지대로 붕괴되었습니다.

섬들이 침수되었다가 강착된 지역은 엄청난 압력을 받아 찢겨졌을 것입니다.

앤더슨은 “이렇게 느리고 꾸준한 파열이 일어났을 것”이라고 말했다. “이런 일이 진행되면서 찢어짐 결함이 점점 길어졌습니다.”

이 “파열된” 구역은 현대의 시애틀 단층 구역과 완전히 겹칩니다.

섬들이 대륙과 충돌한 후에는 심각한 파열이 멈출 수도 있었지만 피해는 이미 컸다. 강렬한 파열 구역은 조각나고 약한 지각을 만들어 현대 시애틀 단층대의 지질학적 단계를 설정했습니다.

단층대가 존재하는 이유에 대한 가능한 설명을 제공하는 것 외에도 워싱턴의 고대 단층 기하학과 지질 구조에 대한 연구 결과는 시애틀 분지 아래와 내부의 기반암에 대한 귀중한 세부 정보를 제공합니다. 이 분지는 지진에 의한 지면 흔들림의 강도를 증가시키는 수 킬로미터에 달하는 느슨한 퇴적암으로 채워져 있으며, 새로운 데이터는 과학자들이 해당 지역의 미래 지면 진동에 대한 보다 정확한 모델을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.

앤더슨은 자신의 발견을 사용하여 다음으로 워싱턴 서부의 활성 단층을 연구하게 되어 기쁘게 생각합니다.

앤더슨은 “이 묻혀 있는 구조적 이야기를 밝혀내는 것은 흥미로웠으며 이제 시애틀 단층의 활성 단층과 워싱턴 서부의 다른 단층의 기하학적 구조에 대한 원래 질문에 답하기 위한 훌륭한 토대를 제공할 것”이라고 말했습니다.

참조: “Puget Lowlands의 Silicetsia 심층 구조: 잠재적 필드가 있는 가려진 고원 및 추가 추력대 이미징” M. L. Anderson, R. J. Blakely, R. E. Wells 및 J. D. Dragovic, 2024년 2월 6일, 건축.
도이: 10.1029/2022TC007720