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문제 정의
- 1). 이 기간을 선택한 이유는 같은 기간 동안 관측된 원거리 지진의 P파 입자운동 자료를 분석하여 방위각 보정값을 계산한 Shin et al. (2009)의 연구 결과와의 비교를 통해 본 연구에서 사용한 방법의 타당성을 검증하기 위해서이다.
제안 방법
- 위와 같이 전 처리를 마친 후 모든 관측소 쌍 별로 교차상관을 계산하였다. 각 관측소 쌍에 대하여, 진원에 해당하는 관측소의 상-하 성분과, 수신기에 해당하는 관측소의 3성분(상하, 동-서, 북-남)에 대해 각각 교차상관을 계산하여 교차상관함수(CCF, Cross-Correlation Function)를 구하였다. 이 때 수신기에 해당하는 관측소의 실제 수평성분 방향을 모르기 때문에 북-남 성분을 1, 동-서 성분을 2로 정의하여 교차상관 함수를 계산하였다.
- (2009)의 결과와의 비교를 위하여 전체 구간에 대하여 중합한 후 보정값을 계산하였다. 두 번째는 관측소 방위각 보정값이 기기 수리 등의 이유로 기간별로 달라질 가능성을 고려하여 15일씩 겹치도록 30일 간격으로 중합하여 총 41개의 기간에 대하여 각각 중합하여 보정값을 계산하였다. 이때 계산된 교차상관의 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio)가 10보다 작은 경우는 중합에서 제외하였고, 진원에 해당하는 지진계의 수직성분과 수신기에 해당하는 지진계의 상-하, 1, 2성분간의 교차상관함수를 중합한 결과를 Czz, C1z, C2z로 정의한다.
- , 2013). 따라서, 본 연구에서는 Zha et al. (2013)에서 제시한 배경잡음 교차상관 방법을 한반도 관측소 상황에 맞게 적용하여 시추공 관측소의 방위각 보정값을 측정하였다.
- 이때 계산된 교차상관의 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio)가 10보다 작은 경우는 중합에서 제외하였고, 진원에 해당하는 지진계의 수직성분과 수신기에 해당하는 지진계의 상-하, 1, 2성분간의 교차상관함수를 중합한 결과를 Czz, C1z, C2z로 정의한다. 또한 레일리 파의 신호를 강화하기 위하여 Czz, C1z, C2z에 0.05 ~ 0.45 Hz의 대역 필터를 추가 적용하여 보정값계산에 사용하였다.
- 본 연구에서는 배경잡음 교차상관을 이용한 방위각 보정값 결정 방법을 한반도 관측소에 적용하였다. 계산결과를 보면 2007년 1월부터 2008년 9월까지 전체 자료를 중합하여 구한 방위각 보정값이 원거리 지진자료를 사용한 결과와 매우 유사하며, 표준편차가 5° 이하로 나타나는 것으로 보아 신뢰할 수 있는 방위각 보정값이 계산된 것으로 보인다.
- 위와 같이 전 처리를 마친 후 모든 관측소 쌍 별로 교차상관을 계산하였다. 각 관측소 쌍에 대하여, 진원에 해당하는 관측소의 상-하 성분과, 수신기에 해당하는 관측소의 3성분(상하, 동-서, 북-남)에 대해 각각 교차상관을 계산하여 교차상관함수(CCF, Cross-Correlation Function)를 구하였다.
- 각 관측소 쌍에 대하여, 진원에 해당하는 관측소의 상-하 성분과, 수신기에 해당하는 관측소의 3성분(상하, 동-서, 북-남)에 대해 각각 교차상관을 계산하여 교차상관함수(CCF, Cross-Correlation Function)를 구하였다. 이 때 수신기에 해당하는 관측소의 실제 수평성분 방향을 모르기 때문에 북-남 성분을 1, 동-서 성분을 2로 정의하여 교차상관 함수를 계산하였다. 이렇게 각 구간에 대해 계산된 교차상관 함수를 두 가지 방법으로 중합(Stack)하여 보정값을 계산하였다.
- 45 Hz의 대역필터를 적용하였다. 이 때 지진신호와 같은 비정상적인 신호를 제거하기 위하여 각 시간창내에서 가장 큰 진폭값이 해당 시간창 전체의 제곱평균근 (Root-mean-square)보다 10배 이상 클 경우 해당 시간창은 계산에서 제외하였고, 추가로 시간영역에서 One-bit 정규화(Normalization)와 주파수 영역에서 Spectral Whitening을 적용하여 이상 신호의 영향을 최소화 하였다.
- 이 때 수신기에 해당하는 관측소의 실제 수평성분 방향을 모르기 때문에 북-남 성분을 1, 동-서 성분을 2로 정의하여 교차상관 함수를 계산하였다. 이렇게 각 구간에 대해 계산된 교차상관 함수를 두 가지 방법으로 중합(Stack)하여 보정값을 계산하였다. 첫 번째는 2007년 1월부터 2008년 9월 사이 전체 구간에 대하여 하나의 방위각 보정값을 계산한 Shin et al.
- 획득한 자료에서 평균(Mean), 추세(Trend), 계기반응(Instrument Response)을 제거한 후 초당 20 샘플로 기록된 자료를 초당 1 샘플로 다운샘플링하였다. 이어 연속자료를 30분씩 겹치게 1시간 간격의 시간창(Time Window)으로 나눈 후 0.01에서 0.45 Hz의 대역필터를 적용하였다. 이 때 지진신호와 같은 비정상적인 신호를 제거하기 위하여 각 시간창내에서 가장 큰 진폭값이 해당 시간창 전체의 제곱평균근 (Root-mean-square)보다 10배 이상 클 경우 해당 시간창은 계산에서 제외하였고, 추가로 시간영역에서 One-bit 정규화(Normalization)와 주파수 영역에서 Spectral Whitening을 적용하여 이상 신호의 영향을 최소화 하였다.
- 이렇게 각 구간에 대해 계산된 교차상관 함수를 두 가지 방법으로 중합(Stack)하여 보정값을 계산하였다. 첫 번째는 2007년 1월부터 2008년 9월 사이 전체 구간에 대하여 하나의 방위각 보정값을 계산한 Shin et al. (2009)의 결과와의 비교를 위하여 전체 구간에 대하여 중합한 후 보정값을 계산하였다. 두 번째는 관측소 방위각 보정값이 기기 수리 등의 이유로 기간별로 달라질 가능성을 고려하여 15일씩 겹치도록 30일 간격으로 중합하여 총 41개의 기간에 대하여 각각 중합하여 보정값을 계산하였다.
- 획득한 자료에서 평균(Mean), 추세(Trend), 계기반응(Instrument Response)을 제거한 후 초당 20 샘플로 기록된 자료를 초당 1 샘플로 다운샘플링하였다. 이어 연속자료를 30분씩 겹치게 1시간 간격의 시간창(Time Window)으로 나눈 후 0.
대상 데이터
- 본 연구에서는 2007년 1월부터 2008년 9월 사이에 기상청 및 지질자원연구원의 30개 관측소에 기록된 3성분 연속파형자료를 사용하였다(Fig. 1). 이 기간을 선택한 이유는 같은 기간 동안 관측된 원거리 지진의 P파 입자운동 자료를 분석하여 방위각 보정값을 계산한 Shin et al.
성능/효과
- 60일 중합 자료에서 계산한 결과가 실제 방위각 보정값을 나타낸다고 가정하고 10, 20, 30일 결과와 비교해 보면 30일의 경우 60일 결과를 기준으로 관측소 별 편차가 4° 미만으로 나타나지만 중합기간이 짧아질수록 그 편차가 커지는 것을 확인 할 수 있다.
- 계산결과를 보면 2007년 1월부터 2008년 9월까지 전체 자료를 중합하여 구한 방위각 보정값이 원거리 지진자료를 사용한 결과와 매우 유사하며, 표준편차가 5° 이하로 나타나는 것으로 보아 신뢰할 수 있는 방위각 보정값이 계산된 것으로 보인다.
- 이는 30일 정도의 상대적을 짧은 기간 동안 관측된 자료만을 이용하더라도 유의미한 방위각 보정값을 계산할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 연구에서 사용한 기간 내에서는 나타나지 않지만, 기기 수리를 포함한 여러 이유로 방위각이 바뀔 경우에도 30일 정도의 기간 동안만 같은 방향으로 유지된다면 측정이 가능하다는 것을 의미한다. 지진 자료를 이용할 경우 사용 가능한 지진(규모 6이상이며 진앙거리 30° 이내)의 개수가 1개월(30일)에 보통 5개 미만이기 때문에 1개월의 기간을 고려한다면 배경잡음을 이용하여 방위각 보정값을 계산하는 것이 더 효과적일 것으로 보인다.
- 본 연구에 사용한 지진계 중 보정값 오차가 가장 크게 계산된 관측소는 YKB로 오차가 8°로 계산되었으나, 이전 연구에서 제시된 12.4°에 비하면 상대적으로 작다.
- 본 연구에서 계산된 보정값의 오차 (Standard Deviation)는 지표 관측소의 경우 대부분 5° 이하의 값을 가지며 시추공 관측소의 경우에도 제주(JJB), 양구(YKB), 홍성(HSB)를 제외하면 모두 5° 이하의 값을 가진다.
- 1°에 불과하다. 이는 본 연구에서 사용한 방법도 일반적으로 사용되는 P파의 위상분석을 이용한 방법처럼 방위각 보정값 측정에 타당한 방법이라는 것을 보여준다. 본 연구에서 계산된 보정값의 오차 (Standard Deviation)는 지표 관측소의 경우 대부분 5° 이하의 값을 가지며 시추공 관측소의 경우에도 제주(JJB), 양구(YKB), 홍성(HSB)를 제외하면 모두 5° 이하의 값을 가진다.
- 지진 자료를 이용할 경우 사용 가능한 지진(규모 6이상이며 진앙거리 30° 이내)의 개수가 1개월(30일)에 보통 5개 미만이기 때문에 1개월의 기간을 고려한다면 배경잡음을 이용하여 방위각 보정값을 계산하는 것이 더 효과적일 것으로 보인다.
후속연구
- 또한 1개월 정도의 자료만을 사용하더라도 유사한 결과값과 5° 이하의 낮은 표준편차를 보이는 것으로 보아 단기간의 자료만을 사용하더라도 방위각 보정값의 계산이 가능할 것으로 추정된다. 따라서 기기수리 등으로 인해 발생할 수 있는 관측소 방위각 변화를 30일 범위 내에서 효과적으로 계산할 수 있을 것으로 판단되며, 본 연구에서 제안된 방법을 활용하여 한반도 지진계 특히 시추공 지진계의 방위각 보정값을 결정하면 정확한 수평성분 파형 자료를 필요로 하는 많은 연구를 가능하게 할 수 있다.
- 또한 1개월 정도의 자료만을 사용하더라도 유사한 결과값과 5° 이하의 낮은 표준편차를 보이는 것으로 보아 단기간의 자료만을 사용하더라도 방위각 보정값의 계산이 가능할 것으로 추정된다.
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