정밀절대측위에 의한 지진 전·후 동아시아 지역 지각변동 모니터링 - 도호쿠 대지진을 중심으로 - Monitoring the Crustal Movement Before and After the Earthquake By Precise Point Positioning - Focused on 2011 Tohoku Earthquake -원문보기
최근 전세계적으로 지진의 발생빈도가 증가하면서 지각변동과 재해탐지에 대한 중요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 2011년 3월 발생한 도호쿠 지진에 의한 변위 해석과 지진 전 후 일본 지역 및 주변 유라시아, 태평양, 북아메리카 및 필리핀 지각판에 위치한 IGS 상시관측소의 GPS 관측자료를 정밀절대측위로 처리하여 상시관측소의 정밀위치해석을 통해 지진으로 인한 변위 및 지진 전 후 지각변동 특성을 파악하고자 한다. 일본 및 아시아 지역의 IGS 상시관측소를 대상으로 지진 발생 전 후의 관측자료를 정밀절대측위로 처리하여 일본 지역의 지진변위를 분석함으로써 진앙지 가장 가까운 MIZU에서 최대의 변위가 발생하였고, 진앙지와의 거리에 반비례하는 지진 영향권을 파악할 수 있었다. 또한 일본지역 주변 4개 지각판에 위치한 IGS 상시관측소의 정밀위치해석을 통해 지진 전 후 지각변동 속도의 변화를 산출하였다. 지각판 거동모델과의 비교를 통해 지진으로 인한 지각변동 변화를 분석하여 일본지역 주변의 지각변동 특성을 파악할 수 있었다. 향후, 지진예측 및 지각변동 연구를 위해 GPS를 이용한 지속적인 지각변동 모니터링이 필요하며, GPS를 이용한 지속적인 지각변동 모니터링을 통해 축적된 자료는 지각변동 및 지진예측 등 관련분야 연구와 함께 지진재해관리에 기여할 것이다.
최근 전세계적으로 지진의 발생빈도가 증가하면서 지각변동과 재해탐지에 대한 중요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 2011년 3월 발생한 도호쿠 지진에 의한 변위 해석과 지진 전 후 일본 지역 및 주변 유라시아, 태평양, 북아메리카 및 필리핀 지각판에 위치한 IGS 상시관측소의 GPS 관측자료를 정밀절대측위로 처리하여 상시관측소의 정밀위치해석을 통해 지진으로 인한 변위 및 지진 전 후 지각변동 특성을 파악하고자 한다. 일본 및 아시아 지역의 IGS 상시관측소를 대상으로 지진 발생 전 후의 관측자료를 정밀절대측위로 처리하여 일본 지역의 지진변위를 분석함으로써 진앙지 가장 가까운 MIZU에서 최대의 변위가 발생하였고, 진앙지와의 거리에 반비례하는 지진 영향권을 파악할 수 있었다. 또한 일본지역 주변 4개 지각판에 위치한 IGS 상시관측소의 정밀위치해석을 통해 지진 전 후 지각변동 속도의 변화를 산출하였다. 지각판 거동모델과의 비교를 통해 지진으로 인한 지각변동 변화를 분석하여 일본지역 주변의 지각변동 특성을 파악할 수 있었다. 향후, 지진예측 및 지각변동 연구를 위해 GPS를 이용한 지속적인 지각변동 모니터링이 필요하며, GPS를 이용한 지속적인 지각변동 모니터링을 통해 축적된 자료는 지각변동 및 지진예측 등 관련분야 연구와 함께 지진재해관리에 기여할 것이다.
Recently, as earthquake is more frequently taking place around the world due to diastrophism, the importance of diastrophism and disaster detection is becoming more important. In this study, to analyze the interpretation of seismic displacement by the Japanese earthquake in March, 2011, and monitor ...
Recently, as earthquake is more frequently taking place around the world due to diastrophism, the importance of diastrophism and disaster detection is becoming more important. In this study, to analyze the interpretation of seismic displacement by the Japanese earthquake in March, 2011, and monitor the diastrophism of plates in Japan and surrounding Eurasia, Pacific, and Philippines before and after the earthquake, the observational data from IGS observatories in Japan and Asian regions were processed by precise point positioning. The displacement was biggest in MIZU, which was the closest to the epicenter, and the earthquake-affected region was in inverse proportion to the distance from the epicenter. The result of calculating the diastrophism speed before and after the earthquake, based on precise point positioning of IGS observatories located in the 4 plates around Japan, showed that the displacement speed changed and different plates showed different results. The comparison with the plate fate model allowed to analyze the change in diastrophism by earthquake, and to understand the characteristics of the displacement of the plates around Japan. Later, a continuous diastrophism monitoring based on GPS is needed for earthquake prediction and diastrophism research, and the data gained by continuous GPS-based monitoring of diastrophism will be fully used as basic data for relevant research and earthquake disaster management.
Recently, as earthquake is more frequently taking place around the world due to diastrophism, the importance of diastrophism and disaster detection is becoming more important. In this study, to analyze the interpretation of seismic displacement by the Japanese earthquake in March, 2011, and monitor the diastrophism of plates in Japan and surrounding Eurasia, Pacific, and Philippines before and after the earthquake, the observational data from IGS observatories in Japan and Asian regions were processed by precise point positioning. The displacement was biggest in MIZU, which was the closest to the epicenter, and the earthquake-affected region was in inverse proportion to the distance from the epicenter. The result of calculating the diastrophism speed before and after the earthquake, based on precise point positioning of IGS observatories located in the 4 plates around Japan, showed that the displacement speed changed and different plates showed different results. The comparison with the plate fate model allowed to analyze the change in diastrophism by earthquake, and to understand the characteristics of the displacement of the plates around Japan. Later, a continuous diastrophism monitoring based on GPS is needed for earthquake prediction and diastrophism research, and the data gained by continuous GPS-based monitoring of diastrophism will be fully used as basic data for relevant research and earthquake disaster management.
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문제 정의
본 연구에서는 Bernese의 정밀절대측위를 이용하여 IGS 상시관측소의 지각변동을 모니터링하였다. Bernese의 정밀절대측위 정확도는 수 cm로 알려져있으나(Rolf Dach et al.
본 연구에서는 IGS 상시관측소에서 취득된 GPS 관측자료를 이용하여 도호쿠 지진 전과 지진 후 최근까지 일본 및 주변 지역의 지각변동을 모니터링 하였다. 상시관측소의 정밀위치해석을 통해 지진 전과 후의 지각변동 속도를 산출하고, 지각변동 모델과 비교·분석을 통해 지진이 지각변동에 미친 영향을 파악하고 유라시아, 북아메리카, 필리핀 및 태평양지각판의 지각변동 특성을 제시하고자 하였다.
본 연구에서는 지진 후 최근까지 정밀절대측위를 통해 산출된 지각변동 벡터의 변화를 비교하기 위해 지진 발생 이전 오랜 기간의 연구를 통해 제시된 유라시아, 북아메리카, 필리핀 및 태평양지각판의 지각변동 속도를 분석하였다. 현대적인 과학기술에 의해 관측된 판 운동량은 지질학 자료와 지구물리학 정보들을 사용하여 여러 가지 모델이 제시되어 있으며, ITRF2000 D&A, APKIM2005, HS3-NUVEL 1A, ITRF2000 AS&B, REVEL 2000, CGPS, GSRM v1.
상시관측소의 정밀위치해석을 통해 지진 전과 후의 지각변동 속도를 산출하고, 지각변동 모델과 비교·분석을 통해 지진이 지각변동에 미친 영향을 파악하고 유라시아, 북아메리카, 필리핀 및 태평양지각판의 지각변동 특성을 제시하고자 하였다.
제안 방법
IGS 상시관측소 24개소에 대한 측지좌표를 기지값으로 지각변동 모델의 지각변동량을 산출하고, 그 결과들을 본 연구에서 결정된 지각변동 속도와 비교하였다. 판 거동 모델들로부터 산출된 지각변동량은 UNAVCO에서 제공되는 웹 계산 모듈을 이용하였다.
둘째, IGS 자료해석을 통해 유라시아, 북아메리카, 필리핀 및 태평양 지각판의 지진 전·후 지각변동 변화를 정량적으로 제시하였다.
또한 연구의 목적이 절대적인 좌표의 산출이 아닌 지진 전·후 지각변동의 모니터링이며, 자료처리 결과의 RMSE가 ±0.009m 이내의 양호한 값을 나타내어 자료처리 결과를 통한 지각변동 모니터링을 수행하였다.
본 연구에서는 IGS 상시관측소에서 취득된 GPS 관측자료를 이용하여 지진 전·후의 일본 지역 주변 지각판의 지각변동을 모니터링하고, 지각변동 속도를 산출하여 지각변동 모델과 비교·분석한 것으로 다음과 같은 결론을 얻었다.
2.2 자료처리
자료처리는Bernese GPS S/W를 이용하였으며, 기준점의 변위를 고려하여 고정점을 이용한 상대측위 대신 정밀절대측위 방법으로 처리하였다. 지진 발생 전 2010년 1월에서 지진 발생 후인 2012년 2월까지의 24시간 관측자료를 지진 전과 후로 분리하여 일주일 간격으로 처리하였다.
자료처리는Bernese GPS S/W를 이용하였으며, 기준점의 변위를 고려하여 고정점을 이용한 상대측위 대신 정밀절대측위 방법으로 처리하였다. 지진 발생 전 2010년 1월에서 지진 발생 후인 2012년 2월까지의 24시간 관측자료를 지진 전과 후로 분리하여 일주일 간격으로 처리하였다. 그림 3은 자료처리 흐름도를 나타낸다.
대상 데이터
지진 전·후 지각변동 모니터링을 위해 일본 지역 및 주변 유라시아, 북아메리카, 필리핀 및 태평양지각판에 위치한 IGS 상시관측소의 관측자료를 취득하였다. 관측자료는 2010년 1월에서 2012년 2월까지의 관측자료를 사용하였다. 그림 2는 IGS 상시관측소의 위치를 나타낸다.
지진 전·후 지각변동 모니터링을 위해 일본 지역 및 주변 유라시아, 북아메리카, 필리핀 및 태평양지각판에 위치한 IGS 상시관측소의 관측자료를 취득하였다.
이론/모형
IGS 상시관측소 24개소에 대한 측지좌표를 기지값으로 지각변동 모델의 지각변동량을 산출하고, 그 결과들을 본 연구에서 결정된 지각변동 속도와 비교하였다. 판 거동 모델들로부터 산출된 지각변동량은 UNAVCO에서 제공되는 웹 계산 모듈을 이용하였다. 그림 9는 UNAVCO의 웹 계산 모듈이며, 표 2 ~ 표 4에 지각변동 모델과 본 연구를 통해 산출된 지각변동 속도를 나타내었다.
성능/효과
넷째, 일본지역의 경우 지진 이후 지각변동 방향 및 속도가 크게 변화하였으며, 주변 필리핀 및 태평양지각판의 지각변동과 반대방향을 나타내고 있어 대규모 지진이 발생할 위험이 있다. 따라서 지진 예측 및 지각변동 연구를 위해 일본 및 주변 지역에 대한 지속적인 지각변동 모니터링이 필요하다.
셋째, 정밀절대측위를 통해 산출된 지각변동 속도와 지각변동 모델에서 계산된 지각변동 속도는 지진 진앙지 주변에서 크게 차이를 나타내었는데 이는 지각변동 모델에서 지진 이후 최근의 관측자료가 반영되지 않았기 때문으로 판단된다.
지각변동 모델을 통해 산출된 지각변동 속도는 같은 지각판에 위치한 상시관측소의 경우 비슷한 지각변동 방향과 속도를 나타내었으며, 일본과 필리핀지각판 일부 지역을 제외한 지역에서 정밀절대측위를 통해 산출된 지각변동과 비슷한 양상을 보였다. 본 연구의 결과와 각 모델의 결과가 차이를 보이는 것은 지각변동 벡터 산출에 사용된 관측자료의 기간이 다르기 때문으로 판단되며, 향후 지속적인 지각변동 모니터링이 필요하다.
첫째, IGS 상시관측소의 GPS 관측자료를 정밀절대측위로 처리하여 각 상시관측소 별 지각변동을 효과적으로 모니터링 할 수 있었다.
후속연구
또한 진앙지와 거리가 먼 중국의 CHAN, BJFS, XIAN, SHAO 역시 다른 지역에 비해 미소하지만 지진 전·후 지각변동 벡터의 변화가 관찰되어 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
지각변동 모델을 통해 산출된 지각변동 속도는 같은 지각판에 위치한 상시관측소의 경우 비슷한 지각변동 방향과 속도를 나타내었으며, 일본과 필리핀지각판 일부 지역을 제외한 지역에서 정밀절대측위를 통해 산출된 지각변동과 비슷한 양상을 보였다. 본 연구의 결과와 각 모델의 결과가 차이를 보이는 것은 지각변동 벡터 산출에 사용된 관측자료의 기간이 다르기 때문으로 판단되며, 향후 지속적인 지각변동 모니터링이 필요하다.
연구를 통해 산출된 지각변동 벡터는 지진 이후 최근까지 1년 동안의 관측자료를 통해 산출된 것으로 정확도는 ±6mm/year정도이며, 향후 5년 이상의 관측자료를 이용한다면 현재 제시된 지각변동 벡터보다 2배 이상의 정밀도를 갖는 결과를 산출할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지각판을 움직이는 힘의 근원은 무엇인가?
지각은 구성하는 판의 움직임에 따라 계속적으로 움직이고 있다. 지각판을 움직이는 힘의 근원은 맨틀 내에서 일어나는 대류현상이며, 이로 인해 판의 확장 및 수렴이 발생하고, 지각판의 경계부에서는 판의 충돌에 의한 습곡, 지진 및 화산 등의 복잡한 지질현상이 나타난다.
맨틀 내에서 일어나는 대류현상으로 인해 나타나는 지질현상은?
지각은 구성하는 판의 움직임에 따라 계속적으로 움직이고 있다. 지각판을 움직이는 힘의 근원은 맨틀 내에서 일어나는 대류현상이며, 이로 인해 판의 확장 및 수렴이 발생하고, 지각판의 경계부에서는 판의 충돌에 의한 습곡, 지진 및 화산 등의 복잡한 지질현상이 나타난다.
크고 작은 지진이 발생하는 원인은?
전지구적으로 볼 때 일 년에 50만 번 씩 크고 작은 지진이 일어나고 있다. 대부분의 지진은 판구조론(plate tectonics)으로 설명되는 지각의 움직임으로 인해 오랜 세월에 걸쳐 축적된 스트레스가 균형을 잃으면서 지각이 튕겨나거나 서로 어긋나면서 균열을 일으킬 때 발생한다. 지구 전체에서 발생하는 지진의 90% 이상은 불의 고리(Ring of fire)라고도 불리는 환태평양 조산대에서 발생한다(Smalley R.
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