[논문]레일리파 토모그래피를 사용한 동아시아의 3차원 SV파 속도구조

유설한; 장성준

doi:10.7582/gge.2017.20.1.012

레일리파 토모그래피를 사용한 동아시아의 3차원 SV파 속도구조
3D SV-wave Velocity Structure of East Asia using Rayleigh-Wave Tomography 원문보기

지구물리와 물리탐사 = Geophysics and geophysical exploration, v.20 no.1, 2017년, pp.12 - 17

유설한 (강원대학교 지질.지구물리학부) , 장성준 (강원대학교 지질.지구물리학부)

초록
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동아시아 지역에 대한 지각과 상부맨틀의 속도구조를 파악하기 위해서, 레일리파 분산곡선에서 측정한 군속도 값을 사용하여 SV파 토모그래피 역산을 수행하였다. 한국, 일본, 그리고 중국에 설치된 253개의 광대역 관측소에 기록된 321개의 지진자료를 사용하였다. 다중필터기법(multiple filtering technique)을 사용하여, 3 ~ 150초 사이의 주기 범위에 대하여, 5,167개의 레일리파 분산 곡선을 획득한 후, 역산을 수행하여 깊이 10 ~ 100 km에 대한 SV파 토모그래피 모델을 얻었다. 다른 지역과는 다르게 동해지역 하부의 깊이 10 km에서 고속도 이상이 관찰되며 깊이 15 ~ 20 km에서는 강한 고속도 이상이 관측되는데, 이는 맨틀물질의 존재를 나타내는 것으로 생각된다. 따라서 모호면의 깊이가 주변지역에 비해 얕다는 것으로 추정되며, 이를 바탕으로 동해지역의 지각 두께는 10 ~ 20 km 사이로 판단된다. 고속도 이상의 존재 여부로 판단할 때, 한반도 지역의 모호면은 35 km 깊이 부근에 존재하는 것으로 생각된다. 일본열도 북동쪽 지역에서 좁은 범위지만 태평양판의 섭입이 관찰된다. 강원도 연안 하부의 100 km 깊이에서 강한 저속도 이상이 보이며, 이는 울릉도와 울릉분지 형성에 영향을 끼친 용융체의 존재로 생각된다. 또한, 야마토 분지 하부의 100 km 깊이에서 강한 저속도 이상체가 관찰되며, 이는 유체탈수(dehydration) 작용으로 인해 태평양판으로부터 유체가 빠져 나온 후 상승하면서 생성된 저속도 이상체로 해석된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We construct 3D SV-wave velocity structure of the crust and the upper mantle beneath East Asia from Rayleighwave group-velocity measurements. For the construction of the SV-wave velocity model at 10 ~ 100 km depth, we used seismic data recorded at 321 broadband stations in Korea, Japan, and China. Rayleigh-wave group-velocity dispersion curves were obtained by using the multiple filtering technique in the period range from 3 to 150 s. High SV-velocity anomalies are imaged beneath the East Sea from 10 km depth to deeper depth, implying that the Moho beneath the East Sea is between at 10 ~ 20 km depth. We estimated the Moho beneath the Korean peninsula to be around 35 km based on the depth where a high-velocity anomaly is observed. The SV-wave velocity model shows prominent fast S-velocity anomalies near northeastern Japan, associated with the subducting Pacific plate. Low-velocity anomalies are found beneath the east coast of the Korean peninsula at 100 km depth, which may play a role in the formation of the Ulleungdo and the Ulleung basin. We observed low-velocity anomalies beneath the Yamato basin at 100 km depth as well, which may indicate the upwelling of fluid from the Pacific plate via dehydration at deeper depth.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 이전의 연구들은 연구 범위가 대체로 한반도와 일본열도에 한정적이었기 때문에 한반도와 일본열도에 대한 포괄적인 지각 및 상부맨틀구조를 파악하기가 어려운 점이 있었다. 따라서 이번 연구에서는 포괄적인 동아시아 지역 하부의 지각 및 상부맨틀 구조를 파악하기 위해서 표면파 분산을 이용한 토모그래피 연구를 수행하였다(Fig. 1).

제안 방법

표면파 분산특성을 이용하여 동아시아의 지각과 상부맨틀의 속도구조를 구하기 위해서 지진자료 획득, 자료전처리, 레일리파 분산 곡선 획득, 모델 구성, 역산을 수행하는 과정을 거쳤다. 각각의 과정은 아래에서 설명한다.

대상 데이터

동아시아 지역의 북위 15℃ ~ 60℃, 동경 70℃ ~ 160℃ 범위 안에서 한국의 기상청, 한국지질자원연구원, 일본의 F-Net, 미국의 IRIS에서 획득할 수 있는 253개의 관측소에 기록된 321개의 규모 3이상의 지진자료를 사용하였다.

이론/모형

본 연구에서는 레일리파의 군속도를 얻기 위해 다중필터기법(multiple filter technique; Dziewonski et al., 1969) 기술이 적용된, Herrmann (2013)의 CPS330 (Computer Programs in Seismology)을 사용하였다. 다중필터기법은 지진파 신호를 주파수 영역의 자료로 전환하고, 식 (1)과 같은 가우시안 필터(Gaussian filter)를 적용하여 원하는 주파수에서의 군속도를 계산하는 방법이다.

성능/효과

1. 동해지역의 깊이 10 km 부근에서 고속도 이상이 관찰되며, 이는 동해의 지각이 해양지각의 성질과 비슷한 특성을 가지고 있기 때문으로 판단된다.
2. 동해지역의 깊이 15 ~ 20 km에서 눈에 띄는 속도증가를 보이기 때문에 지각과 맨틀의 경계인 모호면이 10 ~ 20 km 사이로 판단된다.
3. 한반도 지역의 지각과 맨틀의 경계인 모호면은 35 km 부근으로 판단된다.
4. 일본열도 북동쪽 지역에서 고속도 이상이 관찰되며, 이는 유라시아판 아래로 섭입하는 태평양판의 영향으로 판단된다.
5. 강원도 연안 하부와 야마토 분지 하부 100 km 깊이 부근에서 강한 저속도 이상체가 관찰된다. 강원도 연안 하부의 이상체는 울릉 이상체(Simute et al.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	동아시아 지역이란?	한반도가 속해있는 동아시아 지역은 북미판, 필리핀해판, 유라시아판 및 태평양판의 상호작용과 다양한 지각변동운동으로 인해 지진 및 화산활동이 활발하게 일어나는, 지구조적으로 복잡한 지역이다. 동아시아 지역은 지각에서 발생하는 화산활동, 다양한 유형의 분지 형성, 해양판의 섭입과 대륙판-대륙판 충돌을 포함하는, 지질학적으로 다양한 역사를 포함하고 있다. 한반도 하부의 지체구조는 일본열도와 중국 사이를 연결해주는 중요한 역할을 하고 있으며(Chough et al.
	한반도 하부의 지체구조가 가지는 역할은?	동아시아 지역은 지각에서 발생하는 화산활동, 다양한 유형의 분지 형성, 해양판의 섭입과 대륙판-대륙판 충돌을 포함하는, 지질학적으로 다양한 역사를 포함하고 있다. 한반도 하부의 지체구조는 일본열도와 중국 사이를 연결해주는 중요한 역할을 하고 있으며(Chough et al., 2000), 이를 파악하기 위해서 일본열도까지 포함된 연구가 수행되는 것이 필요하다.
	지진자료의 자료전처리 과정은?	각 지진자료들은 다음과 같은 전처리 과정을 거친다. (1) 시계열 분석에서 평균값과 선형 경향성 제거; (2) 푸리에 변환 시 발생할 수 있는 오류를 제거해 주기 위해 지진자료의 시작과 끝부분을 0으로 수렴하게 하는 테이퍼링; (3) 계기의 응답함수를 제거해주기 위한 계기보정 적용; (4) 대역필터 적용(0.005 ~ 2 Hz); (5) 지진 및 관측소 위치 입력 등으로 자료전처리를 수행하였다.

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