최근 발생한 기록적인 5.8 규모의 경주지진으로 한반도에서 발생 가능한 지진규모에 대한 관심과 해안구조물에 대한 내진 설계검토에 대한 요구가 고조되고 있다. 본 연구에서는 기상청에서 제공하는 지진규모 자료(규모 3.5, 4.0 이상의 자료)를 이용하여 비모수적인 극치해석 기법을 이용하여 재현기간에 따른 지진규모와 신뢰구간을 추정하였다. 지진규모 4.0 이상의 자료를 이용하여 추정한 결과, 재현기간 50, 100년에 해당하는 지진규모는 각각 5.81, 5.94, 추정 지진규모의 90% 신뢰구간은 각각 5.52-6.11, 5.62-6.29 범위로 추정되었다. 본 연구에서 추정한 지진규모는 공간적인 지진위험 영향을 반영하지 못하는 한계가 있으나, 한반도에서 발생 가능한 지진규모를 극치해석과 가용한 자료의 한정된 기간을 반영하여 신뢰구간을 추정하였기 때문에 다양한 연안 구조물의 설계 관점에서 활용이 가능하다.
일본 주변에서 발생하는 대규모 지진의 규모를 신속하게 결정하기 위해 고주파에너지 방사지속시간을 이용한 규모산정법에 대하여 연구하였다. 이 방법을 지역지진 자료인 기상청 지진관측 자료에 적용하여 일본 주변에서 발생한 규모 6.0이상 14개 지진의 규모를 산정하였다. 관측된 속도 지진파형 자료에 2~4 Hz의 대역필터를 적용하여 고주파 에너지 지속시간을 계산한 다음 이를 이용하여 규모를 결정하였다. 그 결과, 규모가 커질수록 지진의 지속시간도 길어지는 경향을 보였으며, 지역지진자료를 사용하여 분석한 규모 값이 원거리지진자료로 얻은 규모와 적은 오차를 나타내었다. 이번 연구결과 일본 근해에서 발생한 대규모 지진에 대해서 기상청 지진자료를 이용하여 신속하게 규모를 산정하고 지진해일 유발가능성을 판단하는 것이 가능함을 알 수 있었다.
지진규모, 진앙거리, 지반조건 및 가옥의 노후도를 고려하여 역사지진의 규모를 추정하였다. 진진규모 6-8, 진앙거리 5 km-350km, 단단한 지반 및 연약 지반 특성을 갖는 18개의 인공지진파를 작성하여 우리 나라 전통 초가삼간에 대한 비선형 동적해석을 수행하였다. 가옥의 경년에 따른 노후도는 목조 프레임의 수평내력에 관한 이력특성이 선형적으로 감소하는 것으로가정하였다. 초가삼간을 1질점계의 1자유도 모델로 모델링하였으며, 비선형 이력특성은 개량형 Double-Targe모델을 이용하였다. 해석결과 원거리 지진에 대해서는 지진규모, 지반조건 및 노후도에 상관없이 매우 적은 피해를 보였다. 중거리 지진의 경우 연약지반에서 규모 6.5 이상의 지진시 반파 이상의 피해가 발생하였다. 근거리 지진의 경우 지반조건 및 노후도에 상관없이 규모 6.5 이상에서 반파 이상의 피해를 나타내었다. 우리 나라 역사지진의 규모는 약 6.2로 추정된다. 우리 나라에 적합한 지반가속도-진도의 경험식을 제안하였다.
본 연구에서는 지진해일 실시간 정량 대응을 위해 발생원 위치 및 지진규모에 따른 해안침수예상도 작성 방법을 제안하였으며 그 방법은 다음과 같다. 관심지역에 지진해일 피해를 발생시킬 것으로 예상되는 발생원을 선정하고 지진규모에 따른 수치모의를 수행하여 각 발생원별 지진규모별 침수예상도를 작성하는 것이다. 본 연구에서는 시범적으로 동해안 임원항을 대상으로 일본 서안에 위치한 11개의 잠재 지진해일 발생원과 7개의 지진규모에 대하여 침수예상도를 작성하였다.
한반도를 중심으로 32~44°N, 123~133°E 사이에서 발생한 지진 중 M_0와 함께 m_b 또는 M_s가 결정된 50개의 계기지진을 이용하여 실체파(m_b), 표면파(M_b), 또는 둘 다로부터 지진 모멘트(M_0)를 계산하는 환산식을 개발하였다. 진원깊이 70km 이상은 심발지진으로, 이하는 천발지진으로 분류하였으며, M_0의 단위는 dyne-cm이다. 표면파규모의 경우 심발지진이 천발지진보다 큰 지진모멘트를 갖는 것으로 나타났다. 심발지진과 천발지진 환산식에 수반된 표준편차는 모멘트 규모로 각각 0.25과 0.16이며 그 관계식은 각각 다음과 같다. (심발지진) (천발지진) 실체파규모의 경우 환산식은 진원깊이에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 환산식에 수반된 표준편차는 모멘트 규모로 0.28이며 그 관계식은 다음과 같다. 실체파와 표면파가 동시에 결정된 경우 새로운 규모 을 정의하여 별도의 환산식을 구했다. 천발지진만이 분석에 이용되었으며, 환산식에 수반된 표준편차는 모멘트 규모로 0.14이고 그 관계식은 다음과 같다. 이상의 분석결과는 한반도 및 인근 지역의 지진 크기를 하나의 지진규모, 즉 모멘트 규모로 통일하는데 이용될 수 있다.
한반도의 22개 지진과, 북중국의 46개 지진자료를 활용하여 직접적으로 지진규모 평가가 어려운 우리나라 역사 지진의 규모 평가 방법을 도출코자 하였다. 한반도를 포함한 Sino-Korea craton에서 지진효과, 피해 등으로부터 구한 최대 진도($I_0$)와 지역규모($M_L$)와의 관계식은 $M_L=1.7+0.57{\times}I_0$이다. 감진면적만 추정이 가능한 역사지진의 경우, 한반도에서 적용 가능한 지역규모-감진면적(FA) 식은 $M_L=4.29-1.34{\times}log(FA)+0.28{\times}log^2(FA)$이다. 그러나 역사지진에서 감진면적에 대한 불확실성으로 인해 지진효과, 피해 기록과 감진 면적이 동시에 기록된 경우 최대진도-규모 관계식을 통해 규모를 평가하는 것이 더 타당하다고 본다.
2001년 1월부터 2004년 2월까지 한반도 남부 지역에서 발생한 지진의 모멘트규모를 계산하여 기상청과 한국지질자원연구원의 지역규모와의 관계를 분석하였다 분석 결과 기상청의 지역규모는 한국지질자원연구원의 지역규모에 비해 모멘트규모와의 상관성이 낮은 것으로 나타났다 또한 발표된 지역규모와 계산된 모멘트규모의 회귀 분석을 통해 모멘트규모 환산식을 유도하였다 유도된 모멘트규모 환산식은 지진목록의 규모 단일화에 이용될 수 있고 규모가 단일화된 지진목록은 지진활동 특성 분석 지진재해도나 감쇄식 등에 필요한 인자로서 활용될 수 있다
대규모 지진 전/후에 이온층에서 발생하는 총 전자수(TEC)의 이상 변화를 재 확인하고, 국내에서 발생하는 지진에서도 이와 유사한 현상이 발견되는지를 조사하였다. 먼저 최근 지진관련 이온층 변화가 보고되었던 국외 대규모 지진들과, 근래에 발생한 규모 7.8 에콰도르 강진에 대해 TEC를 계산하고, 지진 발생 전 후의 특성을 확인하였다. TEC 계산 결과, 선행 연구들과 유사한 TEC 변화 시계열을 얻을 수 있었으나, 시계열들이 후처리되는 방법에 따라 전조현상 또는 후지진 현상으로 해석될 수 있다는 사실을 확인하였다. 최근 국내에서 발생한 지진들에 대하여 지진에 의한 TEC 변화 가능성을 조사하였으나, 2016년 경주지진을 포함한 가장 높은 규모의 국내지진들과 관련하여 지진 전/후에 TEC의 이상 변화를 찾아볼 수 없었다. 이는 판의 경계에서 발생하는 국외의 대규모 지진들에 비해, 국내 지진이 대기 중으로 방출하는 탄성파(음파) 에너지가 작기 때문이라고 여겨진다.
본 연구에서는 서기 2년부터 1977년까지 남.북한 역사지진(A.D 2-1904)과 초기 계기 지진(1905-1977) 목록을 이용하여 남한 지진 규모로 재조정된 지진목록을 작성하였다 역사 지진은 과거의 협소한 인구분포로 인해 지진 기록의 누락이 많앗다 지진 위험도를 작성하기 위해 지진 발생분포와 지체구조의 특성을 고려하여 4개의 지진구(seismic province)를 설정하였다. 각 지진구에서 최대 잠재 지진결정은 Gumbel의 최대치 이론을 이용하였다 제 1수정 점근 함수 분포에서 유한 상한 값(finte upper boundary) 의 존재는 각 지진구에서 발생할 최대 잠재 지진의 진원(source)이 유한하다는 사실과 잘 일치한다. 따라서 이를 근거로 각 지진구에서 10년 , 20년, 30년, 50년 이내에 2% 5% 10% 초과 확률을 갖는 최대 규모지진을 추정하였다 또한 각 지진구에서 유한 지진원은 과거에 발생했던 큰 규모의 특정 지진과 지진 지체구조 정보에 근거하여 결정하였다. 연구결과 조선시대(1392-1904) 의 지진위험도에서는 경주 울산지역과 서울과 평양지역을 따라 높은지반 가속도 값을 보이며 경주지역에서 0.24g의 최대 지반 가속도 값으로 나타났다 계기 지진목록(1905-1998)을 이용한 한반도의 지진 위험도에서는 경주, 울산, 대구 지역에서 0.10-0.12g 의 최대 지반가속도 값을 보였다. 그리고 계기 지진 목록(1905-1998) 만을 이용하여 작성한 서울.경기 지역의 지진 위험도에서는 김포, 잠실 , 성남 지역의 한강을 따라 분포하는 충적층과 강남지역의 지반 운동이 한강 이북의 대보 화강암 지역에 비해 비교적 높은 0.09-0.10g의 지반 가속도를 보이는 것이 특징이다.
본 연구에서는 국내 항만 및 어항시설의 내진설계표준서에서 설계 예로 이용한 지진파를 포함하여 지진규모 $5.3{\sim}7.9$ 수준의 28개의 지진기록에 대한 에너지와 스펙트럼 분석을 통한 국내 적합성 여부를 평가하였고, 이를 통해 국내 내진설계에 적용 가능한 입력지진기록을 제안하였다. 그리고 제안된 지진기록을 이용하여 케이슨의 형상 및 하부지반 상태에 따른 케이슨 안벽의 동적 수평변위특성을 분석하였다. 연구 결과 지진파가 보유하고 있는 에너지와 가속도 스펙트럼의 크기는 지진규모가 커질수록 증가하였다. 특히, 지진규모 7.5 부근의 지진기록은 내진설계기준에 규정된 표준설계응답스펙트럼에서 크게 벗어난 반면, 지진규모 6.5 부근의 4개의 지진기록은 국내 내진설계기준에 규정된 표준설계응답스펙트럼을 거의 만족하는 것으로 나타났다. 그리고, 입력지진에 따른 케이슨 안벽의 동적 수평변위특성 분석 결과 국내 항만 및 어항시설의 내진설계 표준서의 예제로 제시한 지진규모 7.4 이상의 지진파의 수평변위는 국내의 내진설계기준에서 제시한 표준설계응답스펙트럼을 대체적으로 만족하는 지진규모 6.5 수준의 지진파의 수평변위보다 2배 이상 크게 나타났다. 이러한 결과로부터 지진규모 7.4 이상의 지진파를 이용한 내진설계는 지진력을 과다하게 산정하여 비경제적인 설계를 할 수 있음을 알 수 있었다. 국내 적합성 평가로부터 구한4개의 지진기록을 입력하중으로한 동해석 결과에 대한 정량적인 분석을 통해 케이슨의 형상과 하부지반 깊이 및 지반의 표준관입저항치를 이용하여 간편하게 케이슨 안벽의 지진시 수평변위를 산정할 수 있는 간편도표를 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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