동아시아 지각과 최상부맨틀의 3차원 S파 속도구조 및 이방성 연구 Three-dimensional S-wave Velocity Structure and Radial Anisotropy of Crust and Uppermost Mantle Beneath East Asia원문보기
이 연구는 한국, 중국, 일본을 포함하는 동아시아 지역의 지각과 최상부맨틀의 SV파 및 SH파 속도구조와 지진파의 속도 방사 이방성(radial anisotropy)을 알아보기 위해 수행하였다. IRIS (Incorporate Research Institutions for Seismology)에서 동아시아에 설치한 광대역 지진관측소에 기록된 지진자료를 사용하여 레일리파와 러브파를 추출하였으며, MFT (Multiple Filter Technique)을 사용하여 각 성분에 기록된 주기 3 ~ 200초 범위의 레일리파와 러브파의 군속도 분산자료를 획득하였다. 수직성분에서 62466개의 레일리파의 분산곡선 측정값을, 접선(transverse)성분에서 54141개의 러브파의 분산곡선 측정값을 얻을 수 있었다. 얻어진 분산자료를 역산하여 속도모델을 구하였고, 역산된 모델을 통해 깊이 100 km 까지의 SV파 및 SH파 속도 구조를 구하였다. SV파와 SH파 속도구조의 경우, 동일하게 깊이 30 km 까지 동해에서 강한 고속도 이상이 나타나며, 30 km 이상의 깊이에서는 중국 남서쪽의 티벳 고원에서 강한 저속도 이상이 나타난다. SH파 속도구조의 경우, 30 km 이상의 깊이에서 동해에서 상대적으로 더 강한 저속도 이상이 나타난다. 그 결과, 지진파 이방성은 평균적으로 동해지역에서 음의 이방성을, 중국 내륙지역에서 양의 이방성이 관측된다.
이 연구는 한국, 중국, 일본을 포함하는 동아시아 지역의 지각과 최상부맨틀의 SV파 및 SH파 속도구조와 지진파의 속도 방사 이방성(radial anisotropy)을 알아보기 위해 수행하였다. IRIS (Incorporate Research Institutions for Seismology)에서 동아시아에 설치한 광대역 지진관측소에 기록된 지진자료를 사용하여 레일리파와 러브파를 추출하였으며, MFT (Multiple Filter Technique)을 사용하여 각 성분에 기록된 주기 3 ~ 200초 범위의 레일리파와 러브파의 군속도 분산자료를 획득하였다. 수직성분에서 62466개의 레일리파의 분산곡선 측정값을, 접선(transverse)성분에서 54141개의 러브파의 분산곡선 측정값을 얻을 수 있었다. 얻어진 분산자료를 역산하여 속도모델을 구하였고, 역산된 모델을 통해 깊이 100 km 까지의 SV파 및 SH파 속도 구조를 구하였다. SV파와 SH파 속도구조의 경우, 동일하게 깊이 30 km 까지 동해에서 강한 고속도 이상이 나타나며, 30 km 이상의 깊이에서는 중국 남서쪽의 티벳 고원에서 강한 저속도 이상이 나타난다. SH파 속도구조의 경우, 30 km 이상의 깊이에서 동해에서 상대적으로 더 강한 저속도 이상이 나타난다. 그 결과, 지진파 이방성은 평균적으로 동해지역에서 음의 이방성을, 중국 내륙지역에서 양의 이방성이 관측된다.
We investigate the crustal and uppermost mantle SV- and SH-wave velocity structure and radial anisotropy beneath East Asia including Korea, China and Japan. Rayleigh waves and Love waves were extracted from the seismic data recorded at broadband seismic stations in East Asia. Using the MFT (Multiple...
We investigate the crustal and uppermost mantle SV- and SH-wave velocity structure and radial anisotropy beneath East Asia including Korea, China and Japan. Rayleigh waves and Love waves were extracted from the seismic data recorded at broadband seismic stations in East Asia. Using the MFT (Multiple Filter Technique), we obtained group velocity dispersion curves of Rayleigh and Love waves with a period range of 3 to 200 s. We obtained 62466 Rayleigh-waves dispersion-curve measurements in vertical components and 54141 Love-waves dispersion-curve measurements in transverse components, respectively. The inverted models using these data sets provide SV- and SH-wave velocity structure of crust and uppermost mantle down to 100 km depth. In both cases of the S-wave velocity structures, strong high-velocity anomalies are observed down to 30 km depth beneath the East Sea, and deeper than 30 km depth, strong low-velocity anomalies are found beneath the Tibetan plateau. In the case of the SH-wave velocity structure, strong low-velocity anomalies are observed beneath the East Sea deeper than 30 km depth, leading to negative anisotropy. On the other hand, positive anisotropy is usually observed beneath the Tibetan plateau.
We investigate the crustal and uppermost mantle SV- and SH-wave velocity structure and radial anisotropy beneath East Asia including Korea, China and Japan. Rayleigh waves and Love waves were extracted from the seismic data recorded at broadband seismic stations in East Asia. Using the MFT (Multiple Filter Technique), we obtained group velocity dispersion curves of Rayleigh and Love waves with a period range of 3 to 200 s. We obtained 62466 Rayleigh-waves dispersion-curve measurements in vertical components and 54141 Love-waves dispersion-curve measurements in transverse components, respectively. The inverted models using these data sets provide SV- and SH-wave velocity structure of crust and uppermost mantle down to 100 km depth. In both cases of the S-wave velocity structures, strong high-velocity anomalies are observed down to 30 km depth beneath the East Sea, and deeper than 30 km depth, strong low-velocity anomalies are found beneath the Tibetan plateau. In the case of the SH-wave velocity structure, strong low-velocity anomalies are observed beneath the East Sea deeper than 30 km depth, leading to negative anisotropy. On the other hand, positive anisotropy is usually observed beneath the Tibetan plateau.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 동아시아의 지각과 상부맨틀에서의 SV파와 SH파의 속도구조와 이방성구조를 알아보기 위하여 수행 되었으며, 결과를 통해 다음과 같은 결론을 도출 하였다.
, 2015, You and Chang, 2017)와 이방성 연구(Min and Chang, 2017) 등의 많은 연구가 수행되어 왔으나 주로 한반도와 일본열도 또는 중국 내륙지역으로 한정되어 있다. 본 연구에서는 이전의 연구들을 확장하여 한반도와 중국 지역까지 포함한 동아시아 전체의 속도구조와 이방성 연구를 수행하였다.
제안 방법
SV파와 SH파의 속도모델의 공간해상도 평가를 위해 ±500m/s의 이상값을 갖는 900 × 900 km의 셀 크기를 가지는 격자 모델 분석(checkerboard test)를 수행하였다.
또한 역산문제를 안정화시키기 위하여 제동(damping)과 평활화(flattening)를 사용하였으며, 평활화의 경우, 수평적 평활화와 수직적 평활화를 모두 고려하였고, 사용된 제동, 수평적 평활화, 수직적 평활화의 가중치는 각각 0.1, 0.3, 0.3이다. 사용된 모델의 격자는 수평적으로 50 km 간격이며 수직으로는 5 km 간격부터 시작하여 깊어질수록 점점 더 간격이 넓어지도록 600 km 깊이까지 설정하였다.
본 연구에서는 이런 표면파의 분산 특성을 이용해 동아시아에 설치된 지진계에 기록된 지진자료로부터 표면파 분산곡선을 구하고, 얻어진 분산곡선을 역산하여 연구지역(Fig. 1)에 대한 3차원 SV파와 SH파 속도구조를 계산하고 SV파와 SH파의 비교를 통해 방사 이방성 구조를 구하였다.
연구지역을 통과하는 파선경로에 대한 표면파 군속도 분산 곡선 역산을 수행하여 연구지역의 깊이에 따른 3차원 SV파와 SH파 속도구조를 계산하였다(Fig. 5). 동해지역의 20 km 깊이에서 나타나는 강한 고속도이상(Fig.
표면파에는 레일리파와 러브파가 존재하는데, 레일리파는 SV파에 민감하고, 러브파는 SH파에 민감하다. 이를 통해 이방성 매질을 통과한 표면파의 레일리, 러브파의 속도를 역산한 후 SV파와 SH파의 모델들을 계산하고 이들을 비교하여 방사 이방성(radial anisotropy)구조의 계산이 가능하다. 방사 이방성은 상부 맨틀의 주요 구성 광물인 감람석과 휘석의 격자선호방향(lattice preferred orientation)에 따라서 달라지는 것으로 알려져 있다(Estey and Douglas, 1986).
표면파의 주파수 영역만을 사용하기 위해 버터워스 대역필터를 0.005 ~ 2.0 Hz구간에 적용하였고, SAC 형식의 지진파 자료에 계기응답 함수제거, 지진발생시간 및 지진위치를 입력하는 과정을 수행하였다.
SV파와 SH파의 속도모델의 공간해상도 평가를 위해 ±500m/s의 이상값을 갖는 900 × 900 km의 셀 크기를 가지는 격자 모델 분석(checkerboard test)를 수행하였다. 해상도 분석은 기준이 되는 시험모델과 민감도 행렬의 곱으로 합성자료를 계산하고, 역산을 수행하여 구하였다. 연구지역의 깊이 100 km 까지 해상도 분석을 수행하였으며(Fig.
대상 데이터
미국지진연구협회 IRIS (Incorporated Research Institution for Seismology, http://www.iris.edu)의 데이터 센터로부터 동아시아 지역의 임시, 상시 관측소에 기록된 1990 ~ 2015년까지의 지진자료 중 규모 5.5 이상의 자료를 사용하여 레일리파 추출의 경우 602개의 지진에서 6940개의 파선경로(Fig. 2a)를, 러브파 추출의 경우는 510개의 지진에서 2685개의 파선경로(Fig. 2b)를 획득하였다.
, t)의 힐버트 변환이며, 본 연구에서는 Herrmann and Ammon (2013)의 CPS330 (Computer Programs in Seismology)에 포함된 sacmft96을 사용해 군속도 분산곡선을 계산하였다. 이를 통해 3초에서 200초까지의 주기 범위에서 수직성분에서 62466개의 레일리파, 접선성분에서 54141개의 러브파의 분산곡선 측정값을 각각 획득하였다.
이론/모형
다중필터링법으로부터 계산된 레일리파와 러브파의 군속도 분산곡선(Fig. 3)에 최소자승 역산(least-square inversion)을 사용하여 지각과 최상부맨틀에서의 SV파와 SH파의 속도구조를 계산하였으며 다음과 같은 관계식을 이용하였다.
여기서 #hn(ωn, t)는 hn(ωn, t)의 힐버트 변환이며, 본 연구에서는 Herrmann and Ammon (2013)의 CPS330 (Computer Programs in Seismology)에 포함된 sacmft96을 사용해 군속도 분산곡선을 계산하였다.
성능/효과
1. 동해지역의 깊이 20 km 부터 급격한 속도의 증가를 관찰할 수 있고, 이는 맨틀에서의 속도를 반영하는 것으로 판단되며, 이를 통해 동해지역의 모호면의 깊이가 10 ~ 20 km 사이로 추정된다.
2. 동해지역의 깊이 40 ~ 50 km의 속도구조에서 SV파의 고속도 이상의 감소, SH파의 저속도 이상의 증가가 관측되며, 이는 연약권의 존재가 깊이 40 ~ 50 km에 존재하기 때문에 나타나는 현상으로 판단된다.
3. 티벳 고원지역의 깊이 80 km까지 연속되는 강한 저속도 이상이 관측되며, 이는 티벳 고원의 형성과 관련이 있는 것으로 생각된다. 인도판과 유라시아판의 충돌로 인해 지각이 두꺼워져 모호면의 깊이가 기준모델인 IASP91보다 깊게 형성되어 나타나는 현상으로 판단된다.
5. 동해에서 나타나는 음의 이방성은 태평양판의 섭입으로 인한 배호분지의 특성으로 인해 맨틀의 상승류를 통한 맨틀의 주 구성광물인 감람석의 수직배열로 인한 것으로 판단된다.
6. 티벳 고원의 깊이 40 ~ 50 km에서 나타나는 양의 이방성은 응력/변형률 상태로 인해 약해진 중간지각에서의 지각물질 유동으로 인해 형태선호방향이 수평으로 생성되었기 때문으로 판단된다.
6과 같은 이방성 구조를 구하였다. 연구지역에서 관측된 지진 방사 이방성은 대체적으로 동해지역에서는 평균적으로 강한 음의 이방성, 즉, SV파가 SH파보다 더 빠른 것이 관측되며 중국내륙지역과 티벳 고원지역은 평균적으로 약한 양의 이방성, 즉, SH파가 SV파보다 더 빠른 것이 관측된다.
해상도 분석은 기준이 되는 시험모델과 민감도 행렬의 곱으로 합성자료를 계산하고, 역산을 수행하여 구하였다. 연구지역의 깊이 100 km 까지 해상도 분석을 수행하였으며(Fig. 4), 대체적으로 SV파 해상도 모델(Fig. 4a-f)보다 SH파 해상도 모델(Fig. 4g-l)의 해상도가 더 격자모양에 가깝기 때문에 해상도가 더 양호하다고 판단되며, SV파 해상도 모델과 SH파 해상도 모델 모두 동해 지역과 한반도, 동중국 지역의 해상도가 양호하고 티벳 고원지역은 비교적 약한 해상도를 보이는 것으로 판단된다. 또한 SV, SH파 해상도 모델 모두 동해지역에서는 격자 형태가 아닌 선형적인 해상도를 가지는데, 이는 파선경로의 방향이 북서방향으로 우세하여 나타나는 현상이라 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
표면파의 특성은 무엇인가?
표면파는 군속도가 주파수에 따라 달라지는 분산의 특성을 가진다. 이것이 의미하는 것은 속도가 파장에 따라 달라지는 것을 의미하므로 분산곡선 역산을 통하여 지구내부의 속도구조를 계산 하는 것이 가능하다(Aki and Richard, 1980).
한반도와 중국, 일본을 포함하고 있는 동아시아 지역의 지체구조의 특징은 무엇인가?
한반도와 중국, 일본을 포함하고 있는 동아시아 지역은 유라시아판, 필리핀해판, 태평양판 등의 여러 판들이 상호작용하고 있으며, 인도-유라시아판 충돌 및 태평양판의 섭입으로 인해 지진이 빈번하게 발생하며 복잡한 지체구조를 가지고 있는 지역이다. 동아시아 지역의 이전의 연구들을 살펴보면 주로 중국 내륙지역의 속도구조 연구(Sun et al.
군속도가 주파수에 따라 달라지는 분산의 특성이 의미하는 바는 무엇인가?
표면파는 군속도가 주파수에 따라 달라지는 분산의 특성을 가진다. 이것이 의미하는 것은 속도가 파장에 따라 달라지는 것을 의미하므로 분산곡선 역산을 통하여 지구내부의 속도구조를 계산 하는 것이 가능하다(Aki and Richard, 1980). 표면파에는 레일리파와 러브파가 존재하는데, 레일리파는 SV파에 민감하고, 러브파는 SH파에 민감하다.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.