Geophysics and Geophysical Exploration (지구물리와물리탐사)

Korean Society of Earth and Exploration Geophysicists (한국지구물리·물리탐사학회)
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Development of a CPInterface (COMSOL-PyLith Interface) for Finite Source Inversion using the Physics-based Green's Function Matrix

물리 기반 유한 단층 미끌림 역산을 위한 CPInterface (COMSOL-PyLith Interface) 개발

  • Minsu Kim (Department of Geophysics, Kangwon National University) ;
  • Byung-Dal So (Department of Geophysics, Kangwon National University)
  • 김민수 (강원대학교 지구물리학과) ;
  • 소병달 (강원대학교 지구물리학과)
  • Received : 2023.09.21
  • Accepted : 2023.11.13
  • Published : 2023.11.30
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Abstract

Finite source inversion is performed with a Green's function matrix and geodetic coseismic displacement. Conventionally, the Green's function matrix is constructed using the Okada model (Okada, 1985). However, for more realistic earthquake simulations, recent research has widely adopted the physics-based model, which can consider various material properties such as elasticity, viscoelasticity, and elastoplasticity. We used the physics-based software PyLith, which is suitable for earthquake modeling. However, the PyLith does not provide a mesh generator, which makes it difficult to perform finite source inversions that require numerous subfaults and observation points within the model. Therefore, in this study, we developed CPInterface (COMSOL-PyLith Interface) to improve the convenience of finite source inversion by combining the processes of creating a numerical model including sub-faults and observation points, simulating earthquake modeling, and constructing a Green's function matrix. CPInterface combines the grid generator of COMSOL with PyLith to generate the Green's function matrix automatically. CPInterface controls model and fault information with simple parameters. In addition, elastic subsurface anomalies and GPS observations can be placed flexibly in the model. CPInterface is expected to enhance the accessibility of physics-based finite source inversions by automatically generating the Green's function matrix.

유한 단층 미끌림 역산에는 지진 변위 측지 자료와 그린 함수 행렬(Green's function matrix)을 주로 사용한다. 그린 함수 행렬은 일반적으로 오카다 모형(Okada, 1985)을 기반으로 한다. 그러나 최근 물리 기반 지진 모델링을 활용하여 그린 함수 행렬을 제작하고 유한 단층 미끌림 역산을 수행하는 연구가 활발하다. 물리 기반 지진 모델링은 다양한 물성(탄성, 점탄성, 탄소성 등)을 고려하여 현실적인 환경에서 지진을 모사할 수 있다는 장점이 있다. 물리 기반 유한요소 소프트웨어 PyLith는 단층을 구성하는 절점을 두 개로 나누어 지진을 모사할 수 있으므로 지진 모사 모델링에 적합하다. 하지만 PyLith는 격자망 생성 기능을 자체 제공하지 않아, 모형 내부에 수십~수백 개의 소단층과 관측점을 설정해야 하는 유한 단층 미끌림 역산 수행에는 어려움이 있다. 본 연구에서는 소단층과 관측점을 포함한 수치 모형을 제작하고, 지진 모사 모델링을 수행하여 그린 함수 행렬을 제작하는 일련의 과정을 연계하여 유한 단층 미끌림 역산의 편리성을 높이기 위해 CPInterface (COMSOL-PyLith Interface)를 개발하였다. CPInterface는 COMSOL의 격자 생성 능력과 PyLith의 지진 모사 능력을 결합하여 그린 함수 행렬을 자동으로 생성할 수 있다. CPInterface는 간단한 변수들로 모형 및 단층 정보를 조절할 수 있고, 지하 탄성 이상체와 GPS 관측점을 자유롭게 배치할 수 있다. 또한, 그린 함수 행렬을 생성하는 복잡한 과정을 간소화하여 더욱 편리하게 유한 단층 미끌림 역산을 할 수 있게 한다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 "행정안전부 방재안전분야 전문인인력 양성"사업과 한국연구재단의 중점연구소지원 사업(NRF-2019R1A6A1A03033167)과 중견연구지원 사업(NRF-2022R1A2C1009742), 산업통상자원부(MOTIE)의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP) (No. 20226A10100030), 해양수산부 재원으로 해양수산과학기술진흥원의 지원을 받아 수행되었습니다(RS-2023-00254680, RS-2023-00259686)

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