서 론
한국의 주요 전력 생산원 중 하나인 원자력발전소는 필연적으로 방사성폐기물을 발생시키며, 원자력안전위원회의 고시에 따라 고준위방사성폐기물로 분류되는 사용후핵연료 등은 생태계와의 격리와 장기간의 관리가 요구된다. 원자력 발전을 운영하는 국가들에게 고준위방사성폐기물(High Level radioactive Waste; HLW), 특히 사용후핵연료의 안전하고 효율적인 처분은 핵심적인 과제이다. 우라늄 등 방사성 핵종의 잠재적 위해도는 인위적인 관리 기간을 뛰어넘는 수만 년 이상의 초장기간 동안 지속되므로, 처분 시설은 최소 10만 년 이상의 지질학적 안정성이 보장되는 부지에 선정되어야 한다(Chae et al., 2017). 대한민국에서는 매년 약 750톤의 사용후핵연료가 발생하고 있으며, 2030년 한빛원전 저장시설 포화를 시작으로 한울 및 고리원전의 임시 저장시설이 순차적으로 포화될 것으로 예상되어(Ministry of Trade, Industry and Energy, 2021) 고준위방사성폐기물의 안정적인 관리가 시급한 실정이다.
현재 국제사회에서 가장 기술적으로 적합한 대안으로는 고준위방사성폐기물을 심부의 안정된 지질 내에 영구적으로 처분하는 심층처분(Deep Geological Disposal) 방식(IAEA, 2024a)이 권고되고 있다. 심층처분은 공학적 방벽과 천연 방벽을 결합한 다중방벽시스템을 활용하여 장기간 동안 방사성 핵종의 누출을 저지하는 방법으로, 심층처분시설을 위한 부지확보는 점진적이고 단계적인 과정이다. 특히 부지선정 초기 과정은 암종, 지질구조, 지진, 수리지질 등 다양한 지질학적 인자에 대한 철저한 평가를 요구한다. 이 중 지표 및 광역 물리탐사 자료 상에 선형 또는 완곡한 형태로 나타나는 선형구조(Lineament)의 분석은 대규모 지질구조적 특성(단층대, 파쇄대, 암종 경계 등)을 식별하고 지각의 구조적 안정성을 평가하는 데 있어 매우 핵심적인 역할을 수행할 수 있다(Ko et al., 2018).
국내에서도 광역 스크리닝 단계의 구조적 안정성을 평가하기 위해 선형구조 분석 기법을 도입한 선행 연구들이 꾸준히 수행되어 왔다. 특히 한국지질자원연구원(KIGAM)은 전국 규모의 지질환경 지도 작성 연구(KIGAM, 2019) 및 핀란드의 광역부지 선정 방식을 활용하여 수치표고모델(Digital Elevation Model; DEM) 자료 기반의 선형구조 추출과 항공자력이상도 및 디지털 중력이상도를 이용한 선형구조도 작성을 수행한 바 있다(KIGAM, 2019; Ko et al., 2018). 이 연구들은 추출된 선형구조를 핀란드 방식의 연장성 기준에 따라 분류하여 한반도 대축척 지질구조선의 분포 양상을 제시하였다. 아울러 특정 분지나 광역 단위에서 선형구조 분석을 수행하여 심층처분장 부지선정 시 지질구조적 분석의 필요성을 입증한 바 있다(Ko et al., 2018).
그러나 이러한 기존 선행 연구들은 단일 탐사 자료(DEM, 항공자력 등)를 개별적 선형구조 추출 및 길이에 따른 단순 등급 분류에 그쳤다는 방법론적 한계가 있다. 고기 순상지(Craton)에 위치하여 지표에 드러난 구조선이 비교적 명확한 핀란드와 달리, 한반도는 복잡하고 다중적인 지각변동의 역사를 겪어 지표의 침식과 풍화 교란이 심하며, 구조적으로 은폐된 심부 단층이 다수 존재한다. 이로 인해 단일 탐사 자료만으로는 구조선의 정확한 기원과 심부 연속성을 규명하기 어렵다.
따라서 본 연구는 기존 선행연구들의 적용사례를 참고하여, HLW 심층처분시설 건설 허가를 취득하고 운영을 앞둔 핀란드의 광역부지 조사 단계에 적용된 선형구조 분석 사례(Engström et al., 2025)를 검토하여 한반도 데이터에 예비 적용하였다. 선행 연구와의 핵심적인 차별성은 첫째, DEM, 전국 규모의 항공 자력, 그리고 중력 이상도 등 세 가지 이종 자료를 공간적으로 중첩하고 상호 교차 검증하여, 통합 선형구조(Integrated lineament)를 도출하였다. 둘째, 단순한 선분(Line) 형태의 분류를 넘어 구조선의 길이에 비례하여 영향거리(Respect distance) 개념(Munier and Hökmark, 2004; Lampinen and Oy, 2007)을 국내 데이터에 적용하였다.
본 연구는 국내 고준위방사성폐기물 심층처분장 부지선정을 위한 구조적 배제 기준 수립 및 유망 암반 영역 스크리닝의 방법론적 틀을 1차원 선구조망 확보에서 영향거리 개념을 반영하여 산정한 결과로써 의의가 있다. 다만 본 연구 결과는 전국 단위의 광역규모 자료를 바탕으로 한 연구 단계의 예비 적용이므로, 국지적 단열망 특성 규명을 위해서는 후속 조사 단계에서의 정밀한 현장 검증이 지속적으로 요구된다.
핀란드 광역부지 선정을 위한 선형구조 분석 및 분류 사례
고준위방사성폐기물 심층처분시설의 부지선정은 단일 시점의 결정이 아닌, 단계적인 조사와 평가 결과를 통해 부지의 지질학적 적합성을 점진적으로 입증하는 의사결정 과정이다. 국제원자력기구(IAEA)는 이러한 부지선정 과정이 명확한 기준과 규제 요건에 따라 각 조사 단계에서 확보된 자료와 분석 결과가 차기 단계의 의사결정 및 평가 범위 축소의 근거로 활용될 것을 권고하고 있다(IAEA, 2011a). 즉, 단계적 부지 확보 절차는 단순한 조사 순서의 나열이 아니라 장기 안전성을 체계적으로 입증하기 위해 구조화된 의사결정 체계로 이해된다. 이러한 점에서 단계적 접근법은 처분시스템의 장기 안전성에 관한 주장을 통합적으로 제시하는 종합안전성 입증체계(Safety Case)의 근간을 이룬다(IAEA, 2024a)
일반적으로 부지선정 절차는 광역조사(Area survey)에서 시작하여 상대적으로 유망한 지역을 압축하는 배제 및 선별 과정을 거친 후, 상세 부지조사(Site investigation) 및 특성화(Site characterization) 단계로 이행된다(IAEA, 2011b)(Fig. 1). 초기 단계에서는 가용한 기존 문헌, 지질도, 지형 및 지구물리탐사 자료 등을 활용하여 부적합 지역을 배제하고, 특정 부지의 확정보다는 정밀 조사가 필요한 후보부지를 합리적으로 도출하는데 중점을 둔다. 따라서 초기 단계에서는 전국 또는 광역 규모의 일관된 평가 기준과 자료 분석 체계 확립이 필수적이다(IAEA, 2011b).
부지 내 단층 및 단열대에 관한 기하학적 · 운동학적 특성 규명은 선정된 부지의 적합성 판정과 Safety Case 작성을 위한 핵심적 요소이다(IAEA, 2012). Safety Case는 처분시설의 안전성 입증 및 인허가 추진을 위한 기술적 기초를 제공하며, 부지확보 과정과 시설 설계 및 운영 가이드라인을 제시한다. 특히 부지선정의 후반 단계에서는 시설의 설계와 안전한 건설 및 운영을 목적으로 국소적인 단층 및 단열 특성에 관한 고해상도 데이터를 확보하게 된다. 각 조사 단계는 단순한 자료의 축적이 아니라 부지의 장기 격리 기능을 설명하고 입증하는 Safety Case를 보강하는 과정이다(IAEA, 2012). 핀란드의 사례에서 선형구조 분석이 강조된 이유 역시 초기 단계의 구조적 건전성을 판단하기 위함이며, 이러한 기초 자료는 후속 조사 단계의 공간적 우선순위를 설정하기 위함이다.
1983년부터 지질학적 장기 안정성을 최우선으로 하여 4단계의 부지선정 프로그램을 추진한 핀란드는 2001년 올킬루오토(Olkiluto)를 최종 부지로 확정하는 선도적 성과를 달성하였다. 핀란드의 부지선정 절차는 전국 규모의 광역 선별에서 시작하여 예비 부지조사와 상세 부지특성화 단계로 점진적으로 발전하였고, 각 단계에서 확보된 조사 결과는 다음 단계의 의사결정과 안전성 입증에 활용되었다. 특히 초기 광역조사 단계에서는 전국 규모의 지질 · 지구물리 자료를 활용하여 구조적으로 안정한 암반 블록을 선별하는 데 중점을 두었으며, 이러한 접근은 이후 올킬루오토 부지 확정의 기초를 제공하였다.
핀란드는 초기 광역부지조사 단계에서 지형 및 지구물리 자료 기반의 선형구조 분석을 활용하여 총 327개의 후보 지역을 선정한 바 있다(Fig. 2). 이는 주요 선형구조에 의해 구획되는 상대적으로 안정적인 대규모 암반 블록을 선정하는 원칙(block inside block concept)에 기반한다. 핀란드는 선형구조를 연장성(Length)에 따라 Class I에서 IV의 4개 등급으로 분류 체계를 확립하였다(Salmi et al., 1985; Kuivamäki, 2000). Class I은 수십 km에서 수백 km에 이르는 광역적 선형구조로, 지표에서의 추정 폭은 약 1,000 m 수준에 이르는 대규모 지체구조를 지시한다. Class II는 길이 5–수십 km의 구조로, 지표 폭은 수백 m정도로 분석된다. Class III은 길이 1–5 km의 중간 규모 구조이며, 지표 폭은 10–100 m 범위로 추정된다. 마지막으로 Class IV는 길이 1 km 미만의 소규모 선형구조로, 지표 폭은 10 m 미만으로 분류된다(Table 1).
Fig. 2
The major lineaments in Finland determined from the analysis of satellite imagery (left) and the 327 target areas (potential host rock blocks) selected at the first phase of the S1 based on lineament interpretations (right) (McEwen and Äikäs, 2000).
Table 1
The size classification of fracture zones used in the lineament interpretations (Salmi et al., 1985; Kuivamäki, 2000).
| Size category | The length of lineament (km) | Estimated width of lineament in the surface (m) |
| I | tens–hundreds km | about 1000 m |
| II | 5–tens km | several hundred m |
| III | 1–5 km | 10–100 m |
| IV | < 1 km | < 10 m |
이 분류체계의 핵심은 선형구조의 연장이 길수록 변위가 크게 누적되어 더 넓은 단층핵(Fault core)과 손상대(Damage zone)를 수반할 가능성이 높다는 구조지질학적 경험을 반영했다는 점이다(Fig. 3). 따라서, Class I과 II는 광역 규모에서 암반 블록을 구획하거나 배제 기준으로 활용될 수 있는 주요 구조로 간주되며, Class III과 IV는 상대적으로 국지적인 구조로서 상세 조사 단계에서 정밀한 검증 대상이 된다. 따라서 Class I–IV의 4개 등급의 분류는 핀란드의 광역부지 선정 단계에서 구조적 취약 구간을 선별하고, 이후 상세조사 단계의 우선순위를 설정하기 위한 기본 틀로 활용하였다고 볼 수 있다.
하지만 단층 및 선형구조의 폭은 기존의 분류로는 변위가 집중적으로 나타나는 단층핵과 이를 둘러싸고 있는 변형 암석의 체적인 손상대를 충분히 나타내지 못할 수 있다. 단층의 변위가 누적됨에 따라 단층핵 및 손상대의 길이와 폭이 함께 확장되는 경향이 관찰된 바 있다(Cowie and Scholz, 1992). 기존 연구들에 따르면, 단층의 길이(L)와 손상대의 폭(; 단층핵 및 인접 파쇄 구간을 모두 포함한 전체 손상대 폭) 사이에는 양의 상관관계가 존재하는 것으로 알려졌다(Fossen and Cavalcante, 2017). 이러한 단순화된 상관관계는 다음과 같은 수식 (1)로 표현될 수 있다(Scholz, 2002):
신규 제안된 선형구조 분석 방법은 광역 부지조사 단계에서 식별된 선형구조의 연장성 정보를 활용하여 해당 구조의 잠재적 영향 범위를 정량적으로 추정하기 위해 제안되었다. 이 방법의 기본 개념은 선형구조의 길이와 손상대(damage zone) 폭 사이에 일정한 상관관계가 존재한다는 구조지질학적 인식에 근거한다. 즉, 식별된 선형구조의 폭을 그 길이의 1/100으로 가정함으로써, 개별 구조에 대한 현장 검증이나 상세 조사 자료가 충분하지 않은 광역 부지조사 단계에서도 구조 규모를 일관된 기준으로 평가할 수 있도록 하였다. 예를 들어, 길이 10 km의 선형구조는 약 100 m, 길이 20 km의 선형구조는 약 200 m의 폭을 갖는 것으로 추정된다(Table 2 참고). 이러한 접근은 선형구조의 위치와 연장성은 확보되어 있으나 폭에 대한 직접 정보가 제한적인 경우, 구조의 상대적 중요도와 잠재적 제약 범위를 신속하게 판단하는 데 유용하다.
이와 같이 연장성으로부터 산정된 ‘손상대’는 물리적으로 파쇄된 취약 구간 그 자체를 의미한다. 심층처분장 설계 시에는 이 손상대의 경계로부터 잠재적인 지진성 이차 전단 변위(Secondary shear slip)의 영향을 완전히 배제하기 위해 무결암반 내로 일정한 이격 거리를 추가로 확보해야 하는데, 이를 ‘영향거리(Respect distance)’라 엄밀히 정의한다. 즉, 광역 단계에서는 보수적 안정성 확보를 위해 선형구조 길이 기반의 추정 손상대를 일차적 배제 영역으로 설정하고, 나아가 그 외부로 영향거리를 부여하여 구조적으로 완벽히 격리된 중심부의 안전한 암반(Host rock) 체적을 평가하게 된다. 이 방법은 현장 검증 자료가 부족한 부지선정 초기 단계에서 전국 규모의 다수 선형구조를 일관된 역학적 기준으로 평가하고 유망한 암반 블록을 신속하게 스크리닝하는 데 매우 실무적이고 효과적인 수단으로 기능한다. 다만 이 방법은 광역 단계에 적용되는 예비적 추정 기법이므로, 후속 단계에서는 노두 조사, 시추자료, 고해상도 지형자료 및 지구물리자료를 이용한 상세 검증이 병행되어야 한다.
Table 2
Newly suggested lineament classification of lineaments (KORAD, 2023).
한국 데이터 선형구조 분석 및 분류 예비 적용
적용 방법
본 연구에서는 핀란드 지질조사소(Geological Survey of Finland; GTK)의 최신 선형구조 분석 절차(Engström et al., 2025)를 참고하여, 국내 고준위방사성폐기물 심층처분 후보부지의 광역 선별을 위한 전국 단위 선형구조 통합 분석을 예비적으로 수행하였다. 본 방법론의 핵심은 서로 다른 물리탐사 및 지형 자료(DEM)에서 개별적으로 선형구조를 도출한 뒤, 이를 하나의 통합 선형구조 데이터셋으로 병합하는 것이다. 이러한 접근은 단일 자료만으로는 식별하기 어려운 구조적 연속성이나 자료의 편향을 상호 보완할 수 있다는 장점을 가지기 때문에 다중 자료의 병행 분석과 통합이 필수적이다.
기초 자료의 획득 및 데이터 전처리
선형구조 분석의 신뢰성은 입력 자료의 품질과 해상도에 크게 의존한다(Fig. 4). 본 연구에서는 크게 지표의 형태학적 특성을 반영하는 지형 자료와 심부 기반암의 물성 차이를 지시하는 지구물리학적 자료를 활용하였다.
지형 자료로는 국토지리정보원의 전국 수치표고모델(DEM)을 활용하였으며, 태양의 방위각과 고도각을 다변화한 다중 음영기복도를 생성하여 지표 구조선의 인지도를 극대화하였다. 지구물리 자료로는 대규모 지체구조 경계 및 심부 단층대를 파악하기 위해 한국지질자원연구원의 전국 규모 항공 자력 이상도 및 부우게 중력 이상도를 채택하였다(Park et al., 2019; Lim et al., 2019). 이종(Heterogeneous) 데이터 간의 공간적 정합성을 확보하기 위해, 지구물리 데이터의 기본 격자망(800 m × 800 m)을 기준으로 DEM 자료를 리샘플링(Resampling)하여 공간 해상도를 통일하였다. 또한, 자력 데이터는 자극화 변환을 통해 지질구조의 실제 위치와 이상대의 정점을 일치시켰으며, Tilt derivative 필터링을 통해 경계부를 명확히 부각시켰다.
단일 자료 기반의 독립적 선형구조 1차 판독
전처리가 완료된 각 데이터세트(DEM, 자력, 중력)를 대상으로, 분석자의 편향성을 배제하기 위해 일차적으로 각각의 자료만을 독립적으로 검토하여 선형구조를 추출하였다.
∙ 지형 기반 추출: 음영기복도 상에서 일정한 방향성을 가지고 연속적으로 이어지는 침식 계곡, 단층구, 굴곡점 등을 추적하여 지표 지형 선형구조를 도식화 하였다.
∙ 물리탐사 기반 추출: 자력 및 중력 이상도에서 나타나는 급격한 밀도 및 대자율의 불연속면, 선형의 점이대, 그리고 물성 이상대가 단절되거나 이격되는 구간을 추적하여 심부 지질구조 기원의 선형구조를 추출하였다.
다중 자료 통합 선형구조 도출
단일 자료 기반으로 도출된 1차 선형구조들은 지리정보시스템(GIS) 환경에서 중첩되어 상호 검증 및 통합 과정을 거쳤다. 지표 지형에는 뚜렷하게 나타나지만 지구물리 자료에는 발현되지 않는 경우(얕은 표층 구조의 가능성)와, 역으로 지형에는 덮여 있으나 물리탐사 자료에서 강하게 나타나는 경우(심부 은폐 단층의 가능성)를 종합적으로 분석하였다. 여러 도면에서 동일한 위치와 주향을 지시하거나, 평행하게 인접하여 발달한 구조선들은 구조적 연속성을 가진 하나의 통합 선형구조로 병합하였다. 이 통합 과정을 통해 풍화나 퇴적물 피복으로 인해 단일 지형 자료만으로는 식별이 불가능한 심부의 잠재적 단열대를 효과적으로 복원할 수 있었다. 통합 과정 중 동일 위치 또는 인접 위치에 존재하며 방향이 유사한 선형구조를 동일 구조로 간주하여 통합하였고, 해상도가 가장 높은 DEM 기반 선형구조를 우선적인 형상 기준으로 활용하였다. 즉, 자력 또는 중력 자료에서 확인된 선형 구조가 DEM 상의 지형 선형성과 부합하는 경우 이를 하나의 통합 선형구조로 연결하였으며, 반대로 단일 자료에서만 확인되는 구조는 독립적으로 유지하되 그 출처를 명시하였다. 이러한 통합 절차를 통해 국내 전국 단위 선형구조 데이터베이스를 구축하였으며, Fig. 5에서 제시된 오류로 식별된 위상학적 배열을 교정하며 통합이 진행되었다.
Fig. 5
Different interpretation arrangements between lineament traces that are classified as errors (Ovaskainen, 2023).
연장성 기반의 선형구조 등급 분류
도출된 통합 선형구조들은 구조적 중요도를 정량적으로 평가하기 위해 등급분류를 수행하였다. 원격 탐사 자료를 통한 선형구조의 실제 폭 측정은 불확실성이 매우 크기 때문에, 상대적으로 측정이 명확한 연장성을 핵심 분류 인자로 채택하였다. 핀란드 사례에서 신규 제안된 선형구조 분석 방법을 고려하여 선형구조를 총 I–IV개의 등급으로 세분화하였다(Table 2).
손상대 폭 산정
단층 및 단열대는 단순한 1차원의 선이 아니라, 변위가 집중된 단층핵과 주변의 변형된 암석인 손상대를 포함하는 3차원적 체적을 갖는다. 후보부지 선정 초기 단계에서는 이러한 파쇄 영역을 안전성 확보 차원에서 배제하거나 보수적으로 회피해야 한다.
본 예비 적용에서는 개별 선형구조가 수반하는 단열 네트워크의 전체 폭을 추정하기 위해, 단층의 길이와 손상대의 폭이 비례한다는 것을 가정하였다. 광역 스크리닝 단계의 보수적 안전율을 확보하기 위해, 도출된 각 통합 선형구조 총 연장 길이의 1/100에 해당하는 값을 해당 구조의 추정 폭으로 일괄 적용하였다. 이 추정 폭을 기반으로 GIS 상에서 각 선형구조를 축으로 하는 버퍼 폴리곤을 생성하였다.
한국 데이터 예비 적용 결과 및 토의
DEM 기반 음영기복도, 자력 탐사 데이터, 중력 탐사 데이터를 활용하여 도출한 선형구조는 Fig. 6과 같다. 개별 자료 기반으로 1차 판독된 선형구조의 총 개수는 DEM에서 808개, 자력 이상도에서 483개, 중력 이상도에서 291개로 산출되었다.
일반적으로 광역 규모의 지체구조 경계부는 서로 다른 진화 이력을 가진 암종의 배치로 인하여 밀도 및 대자율의 급격한 불연속을 수반한다. 따라서 중력 및 자력 탐사와 같은 광역 지구물리 자료에서 이러한 지체구조의 경계와 주요 구조선들은 뚜렷한 선형구조로 발현된다. 국내 데이터에 대한 본 예비 적용 결과에서도 경기육괴, 옥천대, 영남육괴 등 주요 지체구조구의 경계부와 이를 가로지르는 대규모 단층계가 광역 물리탐사 및 지형 분석 데이터 상에서 1차적인 주요 선형구조로 도출되었다. 나아가, 자력 데이터 분석을 통해 지형 자료만으로는 인지하기 어려웠던 북서–남동(NW–SE) 방향의 선형구조들을 보다 뚜렷하게 식별해 낼 수 있었다.
자료 유형별 1차 분석 결과를 상호 비교해 보면, 자력 자료는 심부 지질구조 및 암체 경계와 연계된 광역적 선형성을 가장 효과적으로 반영하는 것으로 나타났다. 중력 자료는 암체 간 밀도 차이에 기인한 지각 규모의 구조 경계의 공간적 분포를 반영하였다. 반면, DEM 기반 선형구조는 지표 지형에 발현된 구조적 불연속성을 높은 해상도로 반영하는 장점이 있으나, 지질구조와 직접적인 연관이 없는 단순 침식 지형이나 하천의 수계 정렬 등 비구조적 요소가 함께 판독될 가능성이 존재함이 확인되었다.
개별 자료의 분석만으로는 도출된 선형구조의 정확한 구조지질학적 기원과 심부 연장성을 단정하기 어렵기 때문에 광역 후보부지 선별의 신뢰성을 확보하기 위해서는 서로 다른 물리적 특성을 지시하는 복수의 데이터세트(지형, 자력, 중력)에서 공통적으로 교차 확인되는 선형구조를 우선적으로 선별하여 통합 분석하는 접근이 필요하다.
앞서 설명된 과정을 거쳐 DEM 기반 음영기복도, 자력 탐사 데이터, 중력 탐사 데이터(지각평형 보정, 부우게 보정)를 활용하여 도출한 선형구조의 통합버전은 Fig. 7과 같다. 지형(DEM) 및 지구물리(자력, 중력) 탐사 자료에서 개별적으로 판독된 결과들을 지리정보시스템(GIS) 상에서 상호 중첩 및 검증하여 병합한 결과, 총 1,371개의 통합 선형구조가 도출되었다. 도출된 통합 선형구조를 연장성을 기준으로 4개의 등급으로 분류한 결과 Class I (20 km 이상)이 544개, Class II (10–20 km)가 654개, Class III (3–10 km)이 171개, Class IV (3 km 미만)는 2개로 판별되었다(Table 3).
Table 3
Result of newly suggested classification of lineaments.
| Size category | The length of lineament (km) | Number of Lineaments (Integrated) |
| I | > 20 km | 544 |
| II | 10–20 km | 654 |
| III | 3–10 km | 171 |
| IV | < 3 km | 2 |
주목할 점은 도출된 통합 선형구조 중 대규모 구조선(Class I, II)이 전체 선형구조의 약 87.4%를 차지한다는 것이다. 이는 다중 자료 통합 분석 과정에서 지형 데이터(DEM)를 800 m 격자의 지구물리 데이터 해상도에 맞추어 하향 표본화(Down-sampling)함에 따라 수 km 미만의 소규모 표층 선형구조들이 공간적 필터링을 통해 평활화(Smoothing)되었기 때문으로 분석된다. 그러나 이러한 해상도의 한계는 광역 부지조사(Area survey) 단계의 목적에 비추어 볼 때 오히려 방법론적 이점으로 작용한다. 부지선정 초기 단계의 핵심 목표는 국지적인 미세 파쇄대를 규명하는 것이 아니라, 처분장을 구획할 수 있는 거대 암반 블록을 정의하기 위해 심부 연장성을 갖는 지각 규모의 대형 구조선들을 선별해 내는 데 있다. 따라서 저해상도 물리탐사 자료와의 통합을 통해 표층의 비구조적 잡음이나 얕은 지형 요소를 효과적으로 소거하고, 장기적인 지체 응력에 반응할 가능성이 높은 심부 지질학적 경계만을 보수적으로 추출해 냈다는 점에서 본 방법론은 광역 스크리닝의 목적에 매우 부합한다. 국지적 발달 특성을 지닌 Class III, IV 단열망에 대한 평가는 광역 평가의 범위를 넘어서므로, 후속되는 조사 단계의 고해상도 현장 조사를 통해 규명되어야 한다.
본 예비 적용을 통해 도출된 주요 통합 선형구조들은 한반도의 널리 알려진 주요 지체구조 경계 및 대규모 단층대와 대체로 유사한 분포를 보여주었다. 로즈 다이어그램 분석 결과 통합 선형구조의 우세 주향은 북북동–남남서(NNE–SSW) 및 북동–남서(NE–SW)로 나타났으며, 이는 한반도 광역 응력장 및 주요 단층계의 기하학적 경향성을 일정 부분 반영하는 것으로 분석된다. 특히, 경상분지와 영남육괴를 가로지르는 양산단층계 및 동래단층계(NNE–SSW), 경기육괴와 옥천대를 구분하는 대규모 지체구조 경계(NE–SW), 그리고 추가령 단층대 등 심부 구조와 연계된 광역적 단층선들이 통합 선형구조 상에서 Class I 급의 연속적인 선형 불연속면으로 관찰되는 특징을 보였다. 이러한 결과는 본 연구의 지구물리-지형 통합 선형구조 도출 기법이 광역 규모에서 한반도의 대형 지질 구조적 분포 특성을 파악하는 데 유용한 도구가 될 수 있는 가능성을 보여준다. 다만, 실제 지질학적 거동 특성을 정밀하게 분석하기에는 광역 데이터 자체의 불확실성과 해상도의 한계가 존재하므로, 구체적인 단층의 특성을 확인하기 위해서는 향후 추가적인 조사 및 현장 검증이 수반되어야 할 것으로 판단된다.
Fig. 8은 도출된 구조선의 연장 길이 대비 1/100을 변형영역의 폭으로 환산하여 산출한 ‘추정 손상대(Estimated Damage Zone)’를 가시화한 결과이다. 이를 통해 광역 조사 범위 내에서 대규모 구조선과 그에 수반된 영향거리(Respect distance)에 대한 공간적 분포를 파악할 수 있으며, 이는 후속 단계에서 안정적인 암반 블록을 선별하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.
핀란드의 고준위방사성폐기물 심층처분장 확보를 위한 광역 스크리닝(Regional screening) 단계에서 선형구조 분석이 어떻게 활용되는지를 잘 보여준다. 일반적으로 대규모 선형구조는 기존에 형성된 거대 단층대 및 단열계의 발달 특성을 직간접적으로 지시하며, 이러한 구조선이 지나는 구간은 미래의 지체구조적 응력 변화 시 재활성될 잠재성이 매우 높은 취약대로 평가되었다. 따라서 처분장의 장기적 건전성을 보장하기 위해서는 잠재적인 지진성 전단 변위로부터 처분 용기를 물리적으로 안전하게 격리할 수 있는 구조적 완충 영역, 즉 영향거리의 설정이 필수적으로 요구되며, Fig. 8의 결과는 이러한 영향거리를 산정하고 배제 구역을 설정하기 위한 기초 자료로 연계된다.
대규모 선형구조 네트워크와 그에 수반된 영향거리를 구조적 영향거리로 배제함으로써, 역으로 외부 응력으로부터 완전히 격리되어 구획된 블록의 내부 중심부는 상대적으로 높은 암반 무결성과 장기적 지질 안정성을 담보할 수 있는 예비 영역으로 평가될 수 있다. 다만 제시된 결과는 광역 스케일에서 대규모 선형구조와 그 영향거리의 공간적 분포 양상을 보여주는 광역 스크리닝(Regional screening) 단계의 산출물로, 특정 암반 블록을 구체적으로 도출하거나 후보부지를 확정한 결과는 아니다. 이는 거대한 상위 암반 블록 내에서 구조선의 스케일에 따라 점진적으로 하위의 온전한 블록을 좁혀 나가는 블록 내 블록(Block inside block) 컨셉의 부지 선별 체계를, 광역 단계에서 적용하기 위한 개념적 틀을 제시하는 데 의의가 있다.
한편, 도출된 대규모 블록 내부에 국부적으로 발달하는 다수의 소규모 선형구조들에 대한 상세 역학적 · 수리적 평가는 광역 조사 단계의 해상도 범위를 넘어서므로, 이는 후속되는 부지 특성 조사(Site characterization) 및 지하연구시설(URL) 등을 활용한 정밀 조사 단계에서 고해상도 현장 조사를 통해 추가적으로 규명하여야 한다.
결 론
본 연구는 고준위방사성폐기물 심층처분시설 부지 선정을 위한 초기 광역조사 단계에서 지각의 구조적 안정성을 평가하고 적합한 암반 구역을 스크리닝하기 위한 예비적 선형구조 분석 체계를 성공적으로 구축하였다. 처분 선도국인 핀란드의 부지선정 사례를 벤치마킹하여, 한반도 전역의 수치표고모델(DEM)과 심부 기반암 물성을 지시하는 대축척 지구물리자료(항공 자력 및 부우게 중력 이상도)를 융합 · 분석함으로써 총 1,371개의 통합 선형구조를 도출하였다. 이 과정에서 이종 데이터 간의 교차 검증을 통해 얕은 표층의 비구조적 요소를 배제하고, 주요 지체구조 경계와 연계된 대규모 심부 구조선(Class I, II)을 신뢰성 있게 추출해 내었다.
특히, 도출된 통합 선형구조의 연장에 비례하는 보수적인 손상대(L/100) 산정 방식을 국내 데이터에 선도적으로 투영하였으며, 적용 방안을 제시하였다. 이러한 접근은 대규모 지체구조선과 그에 수반되는 영향거리를 일차적 배제 구역으로 설정하고, 그 내부로 구획되는 구조적으로 안정한 암반을 식별해 내는 블록 내 블록(Block inside block) 개념을 국내 스크리닝 절차에 실무적으로 구현할 수 있는 강력한 방법론적 기반을 제공한다.
본 연구에서 제시된 길이 기반 손상대 폭 산정은 광역 규모의 보수적 의사결정을 위한 예비적 단순화 기준이며, 활용된 광역 지구물리 자료의 공간 해상도 한계로 인해 국지적인 미세 파쇄대(Class III, IV)의 발달 특성을 온전히 반영하기에는 불확실성이 존재한다. 따라서 도출된 광역 암반 블록이 실제 부지조사 및 상세 부지특성화(Site characterization) 단계로 이행됨에 따라, 시추 조사, 분석 및 고해상도 지구물리탐사를 통한 정밀한 현장 검증이 반드시 수반되어야 한다.
나아가, 광역 규모의 저해상도 자료와 국지적 고해상도 현장 조사 자료 간의 물리적 차이를 극복하기 위한 조사와 분석에 대한 연구와 부지조사 단계가 진행될 수록 3차원 다중 스케일 단열망(DFN, Discrete Fracture Network) 모델링의 정밀도를 고도화하는 후속 연구가 요구된다. 이러한 지속적인 연구 개발과 데이터의 축적은 궁극적으로 심층처분 시스템의 종합안전성(Safety Case)을 확고히 입증하는 핵심적인 과학적 근거로 기여할 것이다.
