본 연구는 경주부근에서 일어난 3개의 지진 (1999년 4월 24일, 규모 3.3, 6개 관측소; 1999년 6월 2일, 규모 4.0, 14개 관측소; 1999년 9월 12일, 규모 3.2, 7개 관측소)으로부터 27개의 관측된 지반진동 자료를 이용하여 지진원 및 지진파감쇄특성 변수값을 분석하였다. 본 연구에서는 구하고자 하는 모든 값을 동시에 비선형적으로 분석하기 위해 LM (Levenberg -Marquardt) 역산방법을 적용하였고 전단파 에너지를 이용하였다. 3개지진의 평균 응력강하값은 약48-bar이고 본 연구에 이용된 모든 관측소 부지부근 지진파감쇄 ${\kappa}$값의 평균은 0.0312-sec로 분석되었다. 또한 광역 지진파감쇄값인 Qo 과 ${\eta}$값은 각각 417 및 0.83으로 분석되었다. 특히 지진파감쇄 ${\kappa}$값은 미국 동부지역 대푯값 보다 훨씬 크고 미국 서부지역 대푯값 보다 약간 작은 값을 보여주고 있어 관측소 부지증폭 특성에 대한 분석자료가 있으면 보다 의미있는 결과를 얻을 수 있다고 판단된다. 본 연구에서 분석된 지진원 및 지진파감쇄 특성 변수값들은 지배방정식의 차이 등으로 인해 기존의 연구결과와 일부 파라메타값에 있어서 다소 커다란 차이를 보여주고 있다.
지진위험평가를 위해 감쇄함수의 민감도를 분석하였으며 FEMA(USA)에 의해 개발된 HAZUS software를 사용하였다. 시나리오 지진은 과거 1978년 홍성지역에서 발생된 피해지진을 감안하여 홍성군지역 내에서 $M_w$ 6.0으로 설정하였으며 연구지역은 충남 보령시를 대상으로 지진피해를 평가하였다. 지진위험평가시 감쇄함수를 3가지로 분류하여 수행한 결과 여러 유형의 건물에서 지진피해에 많은 영향이 있다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 감쇄함수는 지진위험평가에 있어서 매우 중요한 요소라 판단된다.
본 연구에서 북한의 지진자료에 대해 지진파의 이론적인 파형이 파수(wavenumber)와 주파수(frequency)에 대한 적분의 형태로 계산된다. 이 방법은 매질에 대해 많은 층의 입력값을 적용할 수 있기 때문에 실제지진 자료와 비슷한 이론적인 파형을 계산할 수 있다. 반복 작업에 의해 각 층의 두께와 속도, 감쇄상수 등을 고려한 한반도 지각에 가장 잘 적용할 수 있는 모델을 사용해서 북한의 폭파와 지진자료와 비슷한 이론적인 파형을 계산하였다. 본 연구의 결과는 지표의 퇴적층의 두께, 속도, 감쇄 상수가 이론적인 파형 계산에 매우 중요하다는 사실을 말한다. 실제 지진자료와 이론 파형을 비교 시, 초기 주시와 파형의 모양이 아주 잘 맞는 것을 볼 때 결과 모델이 한반도의 실제 지각구조와 매우 비슷하고 북한의 지진자료의 이론 파형 계산이 잘 되었다는 것을 알 수 있다.
본 연구는 이미 알려져 있는 공동 지역에서 1년 6개월에 걸친 고정점 관측 및 이동 관측망에 의한 실험을 통하여 지하 매질에 공동이 존재할 때에 나타나는 지진파의 이상 현상에 의하여 지하에 존재하는 공동을 탐지 및 식별할 수 있는 가능성을 찾는데 그 목적이 있다. 한양 대학교 지진 연구소에서는 경기도 화성군 봉담면에 위치한 삼보 광산에서 고정 지진 관측을 수행하였다. 이 자료의 대부분은 인근 골재 채취장에서의 화약류 발파에 의한 것이며 본 연구에서는 이 화약류 발파에 의한 자료를 이용하였다. 고정 관측소 관측의 경우 지상 관측과 삼보 광산의 갱도 안에서의 지하 관측을 수행하였다. 이 두 자료으 경우 종파의 초동 후 150 ~ 250 msec 후에 전환파(converted phase)의 출현에 의하여 편파 특성이 매우 급격하게 변하는 양상을 보여 준다. 전환파가 발생하는 깊이는 평균 약 190m 정도로서 삼보 광산의 갱도 깊이와 잘 일치되는 결과를 보여 준다. 또한 횡파 분열(Shear-wave Splitting) 현상이 관측되었다. 빠른 횡파(fS)와 느린횡파(sS)의 시간 차이는 약 30-60ms 정도의 차이(평균 42 ms)를 보인다. 이러한 결과는 다른 연구의 결과보다는 상당히 큰 값을 보여 주는데 이는 지하 공동에 의한 균열(Crack)이 상당히 발달해 있는 것을 나타내는 결과이다. 또한 화약 발파 실험에 의한 자료는 공동에 설칠한 지진계와 비공동 지역에 설피한 지진계를 비교 분석하였다. 공동 지역에서 설치한 지진계의 경우 고정 관측소의 경우와 같이 종파의 초동후에 편파 특성이 매우 급격하게 변하는 양상을 보이나 비공동 지역에 설치한 지진계의 경우는 편파 특성이 매우 안정적인 양상을 보인다. 또한 공동 지역을 지난 지진파의 특징은 현저한 고주파수 성분의 감쇄와 탁월한 저주파의 성질을 갖는 위상이 관측되었다.
우리나라는 강진으로부터 관측된 자료의 부족으로 중약지진을 이용한 강진의 감쇠특성 유추 및 지진원 및 전달특성 변수에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 최근 발생한 일본 후쿠오카지진 자료를 이용하여 LM 역산법으로 역산을 수행하였다. 지진원 특성, 지진파전달 특성 전체적으로 안정적인 값을 보여 주었다. 향후 보다 많은 지진자료를 수집하여 분석을 통한다면 보다 신뢰성 높은 결과값을 얻을 수 있다고 판단된다.
한반도의 지각에 대한 지진파의 파형들을 피킹하기 위하여 한반도의 남동부지역에서 시행된 폭파로부터 각 관측소에서 관측된 지진자료를 2 차원 수치 순산모델링으로 계산된 이론적인 신호와 비교하였다. 실제 지진자료와 같은 완전한 파형을 얻기 위해서는 실체파뿐만 아니라 표면파를 포함한 모든 파형을 이론적으로 생성하여야 한다. 또한, 각 파형의 Q 값을 고려하여 그 감쇄 정도를 파악하여야 실제 파형과 똑 같은 이론적인 파형을 만들 수 있다. 본 연구에서는 FEM(Finite Element Method)과 FDM(Finite Difference Method) 같은 전형적인 수치 모델링 기법 대신에 수도스펙트럼기법(pseudo-spectral method)을 사용하여 이론적인 파형을 계산하였다. Q 값을 고려하지 않았기 때문에 완전한 파형을 얻기에는 어려움이 있었다. 그러나 각 관측소에 도달하는 실체파의 초기 파형들의 주시를 실제 파형과 맞추었다는 데에 그 성과가 있다고 할 수 있다. 본 연구의 궁극적인 목표는 수치 모델링을 통하여 지진원의 위치와 종류를 밝혀 내는데 그 정확성을 높이는 것이다.
수도권과 경상 분지 동부일대의 98 개 지진자료에 확장 Coda 규격화법을 적용하여 $Q_P^{-1}$과 $Q_S^{-1}$을 구하였다. 중심 주파수 1.5 Hz에서 24 Hz로 증가할수록 수도권 일대의 $Q_P^{-1}$은 $(4.0{\pm}9.2){\times}10^{-3}$에서 $(4.1{\pm}4.2){\times}10^{-4}$로 $Q_S^{-1}$은 $(5.5{\pm}5.6){\times}10^{-3}$에서 $(3.4{\pm}1.3){\times}10^{-4}$로 감소한다. 경상분지 동부일대의 $Q_P^{-1}$은 $(5.4{\pm}8.8){\times}10^{-3}$에서 $(3.7{\pm}3.4){\times}10^{-4}$로 $Q_S^{-1}$은 $(5.7{\pm}4.2){\times}10^{-3}$에서 $(3.5{\pm}1.6){\times}10^{-4}$로 감소한다. 수도권 일대의 결과를 주파수의 지수형태로 나타내면 $Q_P^{-1}$와 $Q_S^{-1}$는 $0.005f^{-0.89}$ 와 $0.004f^{-0.88}$이며, 경상분지 동부 일대에서는 $0.007f^{-1.02}$와 $0.006f^{-0.99}$로 각각 나타낼 수 있다. 이는 $Q_S^{-1}$는 두 지역이 거의 유사하나 $Q_P^{-1}$값이 경상 분지 동부 일대가 수도권 일대에 비해 상대적으로 약간 높음을 알 수 있다. 이는 아마도 경상분지 동부 지역의 지각이 지진학적으로 불균질성이 다소 더 크다고 추정된다. 그러나, 세 계의 여러 다른 지역의 값과 비교해 보면 수도권 일대와 경상 분지 동부 일대 지각은 모두 순상지의 범주에 해당하는 값을 나타낸다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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