[논문]한반도 지진의 지진원 상수

김성균; 김병철

doi:10.5467/jkess.2008.29.2.117

[국내논문] 한반도 지진의 지진원 상수
The Seismic Source Parameters for Earthquakes Occurring in the Korean Peninsula 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.29 no.2, 2008년, pp.117 - 127

김성균 (전남대학교 지구환경과학부) , 김병철 (전남대학교 지구환경과학부)

초록
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한반도와 그 주변에서 발생한 44개의 지진에 대한 지진원 상수들을 결정하여 그들 사이의 관계를 조사하였다. 모서리 주파수와 지진모멘트의 결정에는 Snoke(1987)의 방법을 적용하였다. 일반적으로 하나의 지진에 대하여 다른 관측소에서 결정된 지진원 상수들은 서로 다른 값을 보여 준다. 이러한 불일치는 지진원에서의 에너지 확산과 전파과정중의 감쇠 및 증폭의 방향별 차이에 대한 불충분한 고려에서 기인하는 것으로 해석된다 이러한 방향에 따른 효과를 제거하기 위하여 모서리 주파수와 지진모멘트는 평균값을 취했으며, 이 평균값으로부터 다른 지진원 상수들을 결정하였다. 이 연구에서 구한 정적인 응력강하량은 일정한 크기 이상의 지진에 대하여 지진모멘트와 무관한 경향을 보여 준다. 지진모멘트가 대략 $1.0{\times}10^{22}$ dyne-cm($M_L = 4.0$에 대응) 이하인 지진은 지진모멘트가 감소함에 따라 응력강하량이 감소하는 경향을 보여준다. 이 사실은 어떤 한계규모 이하의 지진에서 지진원 상수들 사이의 비례법칙이 깨짐을 의미한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Source parameters for forty four earthquakes which occurred in and around the Korean Peninsula were determined and the relations between them were studied. Snoke's method (Snoke, 1987) was applied in determining the corner frequencies and seismic moments. In general, the source parameters estimated at different stations for an earthquake show different values. These disagreements have been interpreted as originating, in principle, from an inadequate consideration of the source radiation pattern and direction dependent attenuation and amplification. The comer frequencies and seismic moments were averaged to exclude the such directional effects. Other source parameters were estimated from the mean corner frequency and seismic moment. The static stress drops, determined in this study, tend to be independent of seismic moment for events greater than a specific magnitude. For earthquakes with a size less than about $1.0{\times}10^{22}$ dyne-cm (nearly same as $M_L = 4.0$), the stress drop tends to decrease with the decreasing moment. This fact suggests a breakdown of the scaling law of source parameters in earthquakes below the threshold magnitude.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서 44개의 지진에 대해 결정한 지진 원 상수들 사이의 관계를 고찰하였다. 먼저 국지지진 규모■모서리주파수의 관계를 Fig.
이러한 강진동을 합성하기 위해서는 진원에서의 스펙트럼과 관련된 지진원 상수에 관한 연구가 충분히 이루어져야 한다. 이 연구에서는 2001년 이래 한반도와 그 주변에서 발생한 44개 지진의 지진 원상 수를 결정하여, 지진원 상수들 사이의 관계 및 지진 원 상수와 국지 지진규모 사이의 관계를 규명하였다. 이 연구에서 얻어진 결론은 다음과 같다.
이 연구의 목적은 한반도와 그 주변에서 발생한 지진에 대한 지진원 상수들을 결정하여 그들 사이의 관계를 밝히는 것이다. 지진원 상수들을 구할 때, 보통 지진원 스펙트럼으로부터 먼저 모서리주파수와 지진 모멘트를 결정하여, 이 값들로부터 응력 강하량이 결정된다.

가설 설정

진앙의 위치와 발생깊이는 우선적으로 한국지질자원연구원이 보고한 자료를 채용하였으며, 부분적으로 기상청에서만 관측된 지진도 일부 포함되어 있다. 기상청에서 관측된 지진은 진원깊이가 발표되어 있지않으므로 진원깊이는 10 km로 가정하였다. Fig.
0, 을 채용하였다. 또한 S파 속도와 밀도는 김성균(1995)으로부터 각각 3.4km/sec, 2.7g/cm³으로 가정하였다. 기하학적 확장을 나타내는 함수 %)은 일반적으로 거리 尸에 대하여 G(尸)=1/尹의 형태로 나타낼 수 있다.
고안하였다. 이 연구에서는 이 방법을 사용하였으5며, 이 방법은 먼저 스펙트럼 준위 를 가정하며, 이 값을 입력하여 변수 丿와 K를 식 (11) 및 (12) 로부터 계산한다. 다음으로 이 변수를 식 (13)에 대입하여 다시 새로운 Qo를 얻게 되며, 이 과정은 Qo 가 적당한 범위에서 수렴될 때까지 반복된다.

제안 방법

응력 강하량은 지진모멘트와 모서리 주파수의 3제곱에 비례하므로, 모서리 주파수의 결정 오차가 응력 강하량에 크게 영향을 주게 된다. 이러한 점을감안하여 본 연구에서는 하나의 지진에 대하여 가급적 여러 지진기록을 대상으로 먼저 지진모멘트와 모서리주파수를 세심하게 결정하였다. 다음으로 그 평균값을 채택하여 응력강하량을 추정하게 된다.
본 연구에서는 전항에서 설명한 여러 방법에 따라 대상 지진들의 지진원 상수들을 결정하였다. 먼저 식 (8)어〕포함된 척도요소를 구하기 위하여 식 (9)에 포함된 상수들을 김성균(2001)과 같이 가정하였다.
이러한 방향에 따른 효과를 제거하기 위하여 모서리 주파수와 지진모멘트는 평균값을 취했으며, 이 평균 값으로부터 다른 지진원 상수들을 결정하였다. 하나의 예로서 Table 3에 200가션 1월 20 일에 발생한 규모 4.9의 오대산지진에 대해서 여러 관측소에서 결정된 모서리 주파수와 지진모멘트 및 지진파 방사효과 &瞬를 구해 제시하였다. 如는 특별히 오대산 지진에 대해서만 고려하였다.
55를 사용하였다. 이 Table에 제시한 바와 같이, 먼저 각각의 지진이 기록된 여러 관측소의 지진기록들 중 S/N비가 큰 기록들을 선정하여, 위에 설명한 과정을 거쳐 각각의 관측소에서 모서리 주파수와 지진 모멘트를 구하여 이들의 평균값으로부터 나머지 지진 원 상수들을 계산하였다. Table 2에 제시한 지진원 상수들 중 몇 개의 지진에 대한 것들은 다른 연구의 결과들과 비교가 가능하다.

대상 데이터

이 연구에서는 국내 디지털 지진관측망이 안정적으로 운영되기 시작한 2001년 이래 기상청과 한국지질자원연구원 관측망에 기록된 지진중 시공간 분포를 고려하여 44개의 지진을 분석대상으로 선정하였다.
이 연구에서 사용한 지진들의 지진요소는 Table 1에 제시되어 있다. 진앙의 위치와 발생깊이는 우선적으로 한국지질자원연구원이 보고한 자료를 채용하였으며, 부분적으로 기상청에서만 관측된 지진도 일부 포함되어 있다. 기상청에서 관측된 지진은 진원깊이가 발표되어 있지않으므로 진원깊이는 10 km로 가정하였다.

데이터처리

이러한 불일치는 지진 원에서의 에너지 확산과 전파과정중의 감쇠 및 증폭의 방향별 차이에 대한 불충분한 고려에서 기인하는 것으로 해석된다. 이러한 방향에 따른 효과를 제거하기 위하여 모서리 주파수와 지진모멘트는 평균값을 취했으며, 이 평균 값으로부터 다른 지진원 상수들을 결정하였다. 하나의 예로서 Table 3에 200가션 1월 20 일에 발생한 규모 4.

이론/모형

(1998)은 판내부 환경에 속하는 미국 북동부의 지진 49개에 대하여 지진 원상 수를 여러 방법으로 결정하였다. 여진을 동반한 일부의 지진에 대해서는 지진파 감쇠에 대한 고려 없이 모서리 주파수를 구할수 있는 경험적 Green 함수 법을 적용하였다. 그들은 지진모멘트 대략 2xl020dyne-cm 를 경계로 그 이하에서는 응력강하량이 지진 모멘트와 함께 감소하며, 그 이상에서는 지진모멘트에 관계없이 웅력강하량이 일정하다는 결과를 얻었다.
다음으로 그 평균값을 채택하여 응력강하량을 추정하게 된다. 모서리주파수의 결정에는 Snoke(1987)의 방법을 이용하였다.
이 연구에서는 기본적으로 Snoke(1987)의 방법을 이용하여 지진원 상수들을 결정하였다. 이 방법은 지진 원 스펙트럼의 적분으로 얻어지는 두 개의 매개변수로부터 지진원 상수들을 결정하는 방법이며, 통상의 기하학적인 방법에 비하여 안정적인 값을 얻을 수 있다(Snoke, 1987).
2严을 사용하여 계산하였다. 또한 증폭요소 力(/)는 다음과 같이 Boore and Joyner(1997)가 제안한 식을 사용하여 계산하였다.
(1998)은 판내부 환경에 속하는 미국 북동부의 지진 49개에 대하여 지진원 상수들을 여러 방법으로 결정하였다. 특히 그들은 여진을 동반한 일부의 지진에 대해서는 지진파 감쇠에 대한 고려 없이 모서리 주파수를 구할 수 있는 경험적 Green 함수법을 적용하였다. 그들은 지진모멘트 대략 2xlO₂₀ dyne-cm를 경계로 그 이하에서는 응력강하가 지진 모멘트와 함께 감소하며, 그 이상에서는 지진모멘트에 관계없이 웅력강하량이 일정하다는 결과를 얻었다.

성능/효과

단주기 지진계는 SS-1 과 JC-V100을 사용하고 있으며, 대략 1-25 Hz 범위내에서 평탄한 웅답을 나타내고 있다. 또한 광대역 지진계는 STS-2 또는 STS-1 을 사용하고 있으며, 주파수 응답은 대략 0.003-100Hz의 넓은 대역에서 평탄한 응답을 보여준다. 단주기 및 광대역 지진기록은 모두 1초당 100개씩으로 수치화된 자료이므로 Nyquist 주파수는 50 Hz가 된다.
1) 모서리 주파수는 지진모멘트 및 국지규모와 대체로 선형적인 관계가 있음이 밝혀졌다.
2) 응력강하량은 다양하지만, 대략 규모 4.0("= LOxlO 22 dyne-cm) 이상에서는 lOObai에 가깝게 나타났으며, 그 이하에서는 직선적으로 감소하는 경향을 나타내었다.
3) 국지 지진규모 Ml과 지진원의 크기 尸은 직선적인 관계를 보였으며 수식으로 나타내면, log r = 0.2647M - L410과 같다.
4) 국지규모와 모멘트 규모 사이의 관계를 살펴보면, 편차는 크지만 양자는 대체로 일치하는 경향을 보여 준다.

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