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- 그림 1(b)의 양쪽 경계의 잡음에 해당하는 주파수 대역에서 중앙 주파수 대역에 비하여 푸리에 스펙트럼값이 대단히 높다. 이는 고주파수 및 저주파수에서의 잡음에 의한 것으로 그림 1(c)의 동일 주파수 대역에서 신호대잡음 비율이 상대적으로 아주 낮은 현상과 일치한다.
제안 방법
- 0이상의 중규모급이어서 상대적으로 많은 관측소에서 관측되어 관측자료가 풍부하기 때문이다. 가속도 및 속도자료 각각에서 Coda파 에너지의 시간창의 시작점은 S파 도달시간의 2배가 되는 시점이고, 이후 약 20초 동안의 시간창의 에너지를 이용하였다. 지반증폭을 분석할 때 의미있는 주파수 대역을 설정하기 위해 지반진동이 도달하기 전 약 20초 동안의 배경잡음을 이용하여 신호대잡음 비율을 분석하였고 신호대잡음 비율값이 약 10배 이상에 해당하는 주파수 영역에 대해 증폭계수를 분석하였다.
- 관측기록의 지진상호간 중복성이 낮아서 분석의 대상이 되는 관측소는 그다지 많이 존재하지 않았고 하나의 임의 관측소에서 적어도 4개 이상의 지진을 기록한 관측소를 비교하였으며 하나의 임의 관측소에서 지진 상호간 및 각각의 관측소 상호간의 결과를 분석하였다.
- 0 Hz 에 대한 분석결과를 비교하였다. 또한 각각의 그림에서 여러 지진에 대한 평균값 및 표준편차값을 제시하였다.
- 시간창에서 S파 에너지 및 Coda파 에너지를 선택하는 작업으로 인해 경계 부분에서 본래 신호영역에 포함되지 않았던 고주파 성분이 인위적으로 발생하는 것을 방지하기 위해 신호영역의 마지막 부분에 cosine tapering을 수행하였다. 또한 수평 2개 성분(NS 및 EW) 및 수직성 분의 시간이력을 Analyst 프로그램을 이용하여 각각 푸리에 스펙트럼으로 변환하였다.
- 시간창에서 S파 에너지 및 Coda파 에너지를 선택하는 작업으로 인해 경계 부분에서 본래 신호영역에 포함되지 않았던 고주파 성분이 인위적으로 발생하는 것을 방지하기 위해 신호영역의 마지막 부분에 cosine tapering을 수행하였다. 또한 수평 2개 성분(NS 및 EW) 및 수직성 분의 시간이력을 Analyst 프로그램을 이용하여 각각 푸리에 스펙트럼으로 변환하였다.
- 주파수의 변화에 따른 H/V스펙트럼비 값의 전체적인 변화양상을 보다 효과적으로 파악하기 위해 주파수영역의 이동평균을 적용하였고, 에너지 손실이 비교적 적은 것으로 알려져 있는 Pharsen 이동평균법(moving average) 을 적용하였다. 이동평균의 창길이는 각각 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 및 3.0 Hz 등 6개의 다양한 주파수 영역의 창길이를 이용하여 좁은 영역 및 넓은 영역 주파수 범위에 대한 변화를 조사하였다. 이중에서 이동평균의 변화를 가장 적절하게 나타내고 있는 창길이 2.
- 0 Hz 등 6개의 다양한 주파수 영역의 창길이를 이용하여 좁은 영역 및 넓은 영역 주파수 범위에 대한 변화를 조사하였다. 이중에서 이동평균의 변화를 가장 적절하게 나타내고 있는 창길이 2.0 Hz 에 대한 분석결과를 비교하였다. 또한 각각의 그림에서 여러 지진에 대한 평균값 및 표준편차값을 제시하였다.
- 가속도 및 속도자료 각각에서 Coda파 에너지의 시간창의 시작점은 S파 도달시간의 2배가 되는 시점이고, 이후 약 20초 동안의 시간창의 에너지를 이용하였다. 지반증폭을 분석할 때 의미있는 주파수 대역을 설정하기 위해 지반진동이 도달하기 전 약 20초 동안의 배경잡음을 이용하여 신호대잡음 비율을 분석하였고 신호대잡음 비율값이 약 10배 이상에 해당하는 주파수 영역에 대해 증폭계수를 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 관측자료는 표 1에 제시되어 있고 각각 지진발생일시, 진앙좌표, 진원깊이, 지진규모 및 관측소 목록을 나타내고 있다. 국내의 관측소에서 관측된 가속도 및 속도자료를 이용하였다. 표 1에서 제시된 지진을 선정한 것은 최근 발생한 지진중에서 비교적 규모가 3.
- 본 연구에서 사용한 자료는 백령도, 홍도, 울진, 오대산 및 공주지역에서 발생한 지진을 포함하여 5개 지진으로부터 관측된 지반진동 자료를 이용하였다. 본 연구에서 사용된 관측자료는 표 1에 제시되어 있고 각각 지진발생일시, 진앙좌표, 진원깊이, 지진규모 및 관측소 목록을 나타내고 있다. 국내의 관측소에서 관측된 가속도 및 속도자료를 이용하였다.
- 본 연구에서 사용한 자료는 백령도, 홍도, 울진, 오대산 및 공주지역에서 발생한 지진을 포함하여 5개 지진으로부터 관측된 지반진동 자료를 이용하였다. 본 연구에서 사용된 관측자료는 표 1에 제시되어 있고 각각 지진발생일시, 진앙좌표, 진원깊이, 지진규모 및 관측소 목록을 나타내고 있다.
이론/모형
- 또한 관측소가 일정 범위의 지역내에 존재할 경우 임의 부지 그룹의 약 3-4 km 하부의 평균 적인 감쇠 부분(ks )을 제외한 나머지 효과의 평균을 기준값으로 이용하는 방법이 있다(Su 외, 1996 , Phillips and Aki, 1986). 마지막으로 부지하부의 기하학적 모양, 전단파 속도 및 탄성임피던스를 이용하여 이론적으로 구하는 방법(Atkinson and Cassidy, 2000)을 제시하였다.
- 배경잡음, S파 에너지 및 Coda 파 에너지를 이용하여 A (f )를 분석하는 방법은 앞서 제시한 바와 같이 여러 가지 방법이 제시되어 있으나 본 연구는 Nakamura (1989) 의 방법을 적용하였다. 이 분석방법은 일반적으로 지진과 같은 지반진동원이 관측부지에 아주 가까이 있지 않을 경우 적용되며 관측소에서 관측된 지진파의 수직성 분은 거의 증폭이 없으나 수평성분은 속도가 낮은 매질을 통과하여 전파될 때에 지표부근 지층의 속도 및 밀도의 지반매질 임피던스 차이에 의한 지반의 증폭효과가 나타나는 성질을 이용하고 있다.
- 본 연구에서는 동일 관측소에서 관측된 속도 및 가속도 시간이력의 S파 모두를 이용하였으며 또한 가속도 시간이력의 Coda파 에너지 자료를 이용하였고 2번째 방법인 Nakamura (1989)가 제시한 평가방법을 적용하였다. S파 에너지(속도 및 가속도)와 coda 파 에너지를 비교를 통해 임의 관측소에서의 지반증폭 현상에 대해 보다 신뢰성이 향상된 분석이 가능하다.
- 특히 효과적으로 비교하기 위해 S파 가속도의 경우 표준편차를 이용하여 상한 및 하한을 점선으로 나타내었다. 주파수의 변화에 따른 H/V스펙트럼비 값의 전체적인 변화양상을 보다 효과적으로 파악하기 위해 주파수영역의 이동평균을 적용하였고, 에너지 손실이 비교적 적은 것으로 알려져 있는 Pharsen 이동평균법(moving average) 을 적용하였다. 이동평균의 창길이는 각각 0.
- 지반진동은 추계학적으로 평가가 가능하다고 가정하고 코너주파수 및 일정한 응력강하(stress drop)와 ω-2형태의 Brune의 지진원 모델을 이용하였다.
성능/효과
- 따라서 지진원 및 지각의 비탄성감쇠 특성 분석을 위해 HKU 관측소의 지반진동을 이용할 때 사전에 자료 보정이 필요하다. 그리고 GKP1 관측소의 부지하부 약 3-5 km 정도의 비탄성감쇠 특성을 분석할 때 약 20 Hz 이상 대역에서 충분한 보정이 필요한 것으로 분석된다.
- 또한 속도 기록을 이용한 결과 역시 가속도기록을 이용한 결과와 하부 표준편차 범위를 교차하면서 유사한 굴곡패턴을 보여주고 있다. 마지막으로 Coda파 에너지를 이용한 결과는 S파 에너지의 결과와 전체 주파수 대역에서 변화의 패턴이 유사하며 S파에너지의 표준편차 범위내에서 변화하는 값을 보여주고 있고 약 10 Hz까지 약 1과 같은 안정된 값을 보여주고 있다. 따라서 Su 외(1996) 등이 제시한 바와 같이 Coda 파와 S파의 증폭특성이 상호 유사하다는 것을 확인할 수 있었다.
- 그림 6은 HKU(교원대)의 지반증폭값을 보여주고 있으며 1 Hz 까지 약 2배의 값을 보여주나 약 2 Hz 부터 약 15 Hz 까지 약 4배의 높은 증폭값을 보여주고 있다. 속도기록을 이용한 결과는 전체 주파수 대역에서 유사한 굴곡 패턴을 유지하면서 가속도기록 보다 낮은 증폭 값을 보여주고 Coda파를 이용한 경우는 거의 동일한 증폭값을 보여주고 있다. 이러한 지반증폭 특징은 오대산 지진파형 중에서 S파 에너지를 이용하여 분석한 김준경(2009)에서 역시 유사하게 제시되고 있다.
- 속도기록을 이용한 지반증폭 특성은 일부 관측소에서 0.1 Hz 이하의 아주 낮은 주파수 대역에서 상호 교차되는 경우도 있으나 이를 제외한 전체 주파수 대역에서 유사한 굴곡 패턴을 유지하면서 가속도기록을 이용한 지반증폭 결과보다 상대적으로 낮은 증폭값을 일관성 있게 보여 주었다. 따라서 지반증폭 절대값 자체도 중요하지만 주파수별 지반증폭 패턴을 확인하기 위해 속도기록을 이용한 지반증폭 특성을 부가적으로 이용하면 중요한 역할을 할 수 있다고 분석된다.
- S파 에너지(속도 및 가속도)와 coda 파 에너지를 비교를 통해 임의 관측소에서의 지반증폭 현상에 대해 보다 신뢰성이 향상된 분석이 가능하다. 일부 관측소는 제한된 주파수 대역이지만 약 4배의 증폭특성을 보여주고 있어 작은 규모의 기하학적 층서이상대 이거나 trapped mode의 발달 등과 같은 특성을 유추할 수 있었다. 특히 Coda파 에너지를 이용한 방법은 주로 여러 연구자들(Su 외 1996, Phillips and Aki, 1986, Tucker and King, 1984) 에 의해 연구가 수행되어 왔다.
- 지진파 중에서 S파 및 Coda파 에너지를 이용하여 부지의 지반증폭을 연구하는 방법에는 여러 방법이 제시되어 있다. 첫째 분석대상 부지로부터 비교적 가까운 곳에 위치하고 노두가 양호하게 발달되어 있는 기준지점과 지반증폭 효과를 분석하고자 하는 대상 지점에서 각각 관측된 지반진동의 푸리에 스펙트럼 비율을 이용하는 기준암반 관측소(Reference Site)와 비교하는 방법이 있다. 이러한 방법은 주로 Borcherdt (1970), Rogers 외(1984), Hartzell 외(1997) 및 Bonilla 외(1997) 등에 의해 활발하게 연구 되어 왔다.
후속연구
- 또한 Coda파를 이용한 경우 증폭 특성은 가속도 기록의 지반증폭의 표준편차 범위내에서 가속도 기록에 의한 증폭값과 교차하고 대부분의 관측소에서 표준펀차 범위내에서 존재하고 있어 S파 에너지에 부가하여 Coda파를 추가적으로 이용한다면 보다 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 지반증폭 특성을 얻을 수 있는 것으로 분석된다.
- 따라서 우선 국내의 지반특성을 고려한 국내 고유의 부지 증폭 특성에 대한 연구가 필요하다. 이러한 부지효과는 부지하부 지하매질의 기하학적 형태와 물성치 및 지형 등에 영향을 받아서 관측된 지반운동의 중요한 특성치들(진폭, 주파수 성분, 지속시간 등)에 큰 영향을 주기 때문에 지진공학적인 연구에서 반드시 고려되어야 할 요소이다.
- 이러한 특징은 Phillips and Aki (1986)가 제시한 바와 같이 입사된 지진파가 대구 및 청주분지에서 지질 구조적으로 trapped mode의 활성화에 의한 영향이거나 파장길이 등을 고려할 때 비교적 작은 기하학적 규모의 관측소 하부 층서구조에 의한 가능성일 수도 있다. 하지만 향후 여타 방법론을 이용하여 체계적인 연구가 필요하다고 생각된다. 이를 제외한 다른 관측소의 경우 20 Hz이상의 고주파수 및 1 Hz이하의 저주파수 대역에서 예외는 있으나 약 1 Hz에서 약 10 Hz의 주파수 대역에서는 약 1배에서 약 2배의 증폭값 범위를 보여 주고 있다.
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