[논문]GNSS를 이용한 동일본대지진 이후 한반도 지각변동 해석 연구

김희언; 황의홍; 이하성; 이덕기

doi:10.7848/ksgpc.2020.38.6.689

GNSS를 이용한 동일본대지진 이후 한반도 지각변동 해석 연구
A Study on the Analysis of Crust Deformation on the Korean Peninsula after the Tohoku Earthquake using GNSS Observation 원문보기

한국측량학회지 = Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, v.38 no.6, 2020년, pp.689 - 696

김희언 (Earthquake and Volcano Research Division, Earthquake and Volcano Bureau, Korea Meteorological Administration) , 황의홍 (Earthquake and Volcano Research Division, Earthquake and Volcano Bureau, Korea Meteorological Administration) , 이하성 (Earthquake and Volcano Research Division, Earthquake and Volcano Bureau, Korea Meteorological Administration) , 이덕기 (Earthquake and Volcano Research Division, Earthquake and Volcano Bureau, Korea Meteorological Administration)

초록
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한반도 지각은 남동쪽으로 연평균 3cm의 속도로 이동하고 있다고 선행연구를 통해 알려져 있다. 2011년 동일본대지진에 의해 한반도 지각에는 큰 변동이 발생했다. 이후 한반도에서는 지진의 발생빈도가 증가하였다. 따라서 최근 15년간의 국내 및 국외 GNSS (Global Navigation Satellite System) 관측자료를 이용하여 동일본대지진 발생시점을 기준으로 한반도 지각변동 추세를 분석하였다. 자료처리는 전 세계적으로 많이 사용되고 있는 과학 기술용 소프트웨어 Bernese Software V5.2를 활용하였다. 그 결과 한반도는 동일본대지진 발생 전보다 이동 크기는 약 4mm, 이동 방향은 약 10° 차이가 발생했다. 한반도 내부 지각의 왜곡 현상은 동일본대지진 당시 한반도 지각의 동서 팽창 현상이 관측되었는데 최근까지 동일본대지진 이전의 수준으로 완전히 복귀하지 않은 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is known through prior research that the crust of the Korean Peninsula moves southeast at an annual average of 3 cm/year. The 2011 Great East Japan Earthquake caused a great change in the crust of the Korean Peninsula. Since then, the frequency of earthquakes has increased on the Korean Peninsula. Therefore, by using NGII and IGS GNSS observation data of the recent 15 years, to analyze the trends of changes in the deformation of the Korean Peninsula before and after the outbreak of the Great East Japan Earthquake. Data processing utilized Bernese Software V5.2, a widely used scientific and technical software around the world. As a result, the global movement of the Korean peninsula differed by about 4mm and the direction of movement by about 10° compared to before the Great East Japan Earthquake. As for the internal distortion of the Korean Peninsula, the East-West expansion of the Korean peninsula's crust was observed during the Great East Japan Earthquake, but it is believed that it has not fully returned to the level before the Great East Japan Earthquake.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. IGS stations used in paper
그림 Fig. 2. Domestic stations used in paper
표 Table 1. Organizational Data Collection Status
그림 Fig. 3. Up component variation at SONC station
그림 Fig. 4. Time series of dailies solution
표 Table 2. Option of the Bernese Software V5.2
그림 Fig. 5. Displacement of NGII stations(before earthquake)
그림 Fig. 6. Displacement of NGII stations(Tohoku earthquake)
표 Table 3. Velocity and direction by year
표 Table 4. Difference between velocites and direction
그림 Fig. 7. Displacement of NGII stations(after earthquake)
그림 Fig. 8. Displacement of NGII stations that SUWN fixed (before earthquake)
그림 Fig. 9. Displacement of NGII stations that SUWN fixed (Tohoku earthquake)
그림 Fig. 10. Displacement of NGII stations that SUWN fixed (after earthquake)
그림 Fig. 11. East displacement of the East area and West area
그림 Fig. 12. West area stations
그림 Fig. 13. East area stations

AI 본문요약
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문제 정의

수준에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 2011년 동일본대지진이 현재까지 한반도 지각의 움직임에 어떠한 영향을 끼쳤는지 분석하기 위해 한반도 전역에 분포된 GNSS 상시관측소를 이용하여 동일본대지진 전과 지진 후 최근까지의 지각변동을 모니터링 하였다. 좀 더 정확한 분석을 위해 IGS (International GNSS Service) 상시관측소를 이용하여 한반도의 전지구적 움직임을 분석하였고, 한반도 내부지각의 왜곡 현상을 분석하기 위해 수원(SUWN)관측소를 기준점으로 하여 자료처리를 수행하였다.
연구 결과들이 있었다. 본 논문에서는 최근 14년간의 GNSS 자료를 통해 한반도의 지각변동량에 관한 연구를 수행했다. 그 결과 동일본대지진 전후의 한반도 전체적인 지각 이동 크기는 연평균 약 4mm, 이동 방향은 약 10° 정도 차이가 발생하였다.
본 논문에서는 한반도의 지각변동 추세를 확인하기 위해 두 가지 방법으로 자료처리를 수행하였다. 첫 번째로는 한반도 지각의 전체적인 움직임을 파악하기 위해 전 세계적으로 분포된 IGS 관측소를 기지점으로 하는 상대측위를 진행하였다.
본 논문의 목적은 2011년 동일본대지진이 현재까지 한반도의 지각변동 특성을 어떻게 변화시켰는지 분석하는 것이다. 이를 위해 논문에서는 지진 발생 연도(2011년)을 제외하고 2005년부터 2019년(총 5, 110일)의 데이터를 이용하였다.

제안 방법

Bernese의 수십 개의 독립된 프로그램 중 GPSEST와 ADDNEQ2를 이용해 최종 지각변동량을 산출한다. GPSEST 는 모호정수를 추정하고 이를 통해 정규방정식을 계산한다.
관측소 자료의 정확도를 높이기 위해 매년 상시관측소의 수신기 및 안테나 교체 이력 현황을 엑셀 형식으로 국토지리정보원으로부터 제공받아 자료처리에 적용하였다. 안테나, 수신기 등을 교체하면 Fig.
첫 번째로는 한반도 지각의 전체적인 움직임을 파악하기 위해 전 세계적으로 분포된 IGS 관측소를 기지점으로 하는 상대측위를 진행하였다. 두 번째는 한반도 내부 지각의 뒤틀림을 확인하기 위해 우리나라 국가 기준계 원점인 수원(SUWN) 관측소를 기지점으로 하여 국내 다른 상시 관측소에 대한 상대측위를 수행하여 각각의 관측소가 갖는 공간적인 움직임을 분석하였다. 자료처리는 지진 발생 시점인 2011년을 기준으로 전후로 나누어 분석하였다.
않는다. 따라서 한반도 내부의 지각 뒤틀림 및 왜곡 현상을 명확하게 분석하기 위해 우리나라 국가 기준점으로 사용되는 수원 관측소를 고정점으로 하여 상대적 변위를 계산하였다.
또한 여러 단계에 걸쳐 복잡한 과정으로 진행되는 데이터 처리와 이를 위한 많은 양의 데이터를 자동으로 수행할 수 있는 BPE (Bernese Processing Engine)가 개발되어 자동적으로 GNSS 데이터 처리가 가능하다. 본 논문에서는 이를 통해 국토지리정보원 61개와 IGS 10개의 상시 관측소를 연결하여 기선해석을 수행하였다. Table 2는 Bernese 데이터 처리 과정 중에 사용된 기본 옵션을 정리한 것이다.
하고 기선해석을 수행하였다. 연도별로 해당 연도에 운영되던 모든 관측소를 대상으로 전체의 평균 속도를 산정하고 지각변동량을 계산하였다(Table 3).
이때 고정 관측소들을 최소제약조건으로 한다. 이렇게 산출된 3차원 직각좌표를 평면 직각좌표로 변환하고 관측소별 지표 변위 속도와 방향을 계산하였다. 결과 그림은 ArcGIS 를 활용한 공간분석의 방법인 크리깅을 이용하여 표현하였다.
두 번째는 한반도 내부 지각의 뒤틀림을 확인하기 위해 우리나라 국가 기준계 원점인 수원(SUWN) 관측소를 기지점으로 하여 국내 다른 상시 관측소에 대한 상대측위를 수행하여 각각의 관측소가 갖는 공간적인 움직임을 분석하였다. 자료처리는 지진 발생 시점인 2011년을 기준으로 전후로 나누어 분석하였다.
따라서 본 논문에서는 2011년 동일본대지진이 현재까지 한반도 지각의 움직임에 어떠한 영향을 끼쳤는지 분석하기 위해 한반도 전역에 분포된 GNSS 상시관측소를 이용하여 동일본대지진 전과 지진 후 최근까지의 지각변동을 모니터링 하였다. 좀 더 정확한 분석을 위해 IGS (International GNSS Service) 상시관측소를 이용하여 한반도의 전지구적 움직임을 분석하였고, 한반도 내부지각의 왜곡 현상을 분석하기 위해 수원(SUWN)관측소를 기준점으로 하여 자료처리를 수행하였다.
방법으로 자료처리를 수행하였다. 첫 번째로는 한반도 지각의 전체적인 움직임을 파악하기 위해 전 세계적으로 분포된 IGS 관측소를 기지점으로 하는 상대측위를 진행하였다. 두 번째는 한반도 내부 지각의 뒤틀림을 확인하기 위해 우리나라 국가 기준계 원점인 수원(SUWN) 관측소를 기지점으로 하여 국내 다른 상시 관측소에 대한 상대측위를 수행하여 각각의 관측소가 갖는 공간적인 움직임을 분석하였다.
한반도 지각의 전체적인 움직임을 분석하기 위해 IGS 관측소를 기준으로 하여 국토지리정보원의 61개의 상시 관측소를 미지 점으로 하고 기선해석을 수행하였다. 연도별로 해당 연도에 운영되던 모든 관측소를 대상으로 전체의 평균 속도를 산정하고 지각변동량을 계산하였다(Table 3).

대상 데이터

따라서 우리나라에서 가장 오랜 기간 체계적으로 구축되어있고, IGS 관측소 설치 및 운영기준을 토대로 GNSS 상시 관측소를 설치하고 운영하고 있는 국토지리정보원의 데이터를 활용하였다. IGS 관측소의 경우 총 10개소를 사용하였다. IGS 관측소 선정 기준은 한반도를 기준으로 하여 기하학적으로 고르게 분포되어있으며, GPS (Global Positioning System) 와 GLONASS (GLObal Navigation Satellite System) 자료를 수신하는 관측소들이다.
국외 데이터로는 고정밀위성항법 시스템 업무를 수행하는 국제 연합 기관 IGS 관측소 데이터를 활용하였다. 관측데이터는 RINEX (Receiver Independent Exchange format)를 사용하였으며 30초 간격의 24시간 자료를 활용하였다.
이를 위해 논문에서는 지진 발생 연도(2011년)을 제외하고 2005년부터 2019년(총 5, 110일)의 데이터를 이용하였다. 국내 데이터로는 한반도에 고르게 분포되어있는 GNSS 상시 관측소 데이터를 사용하였다. 국외 데이터로는 고정밀위성항법 시스템 업무를 수행하는 국제 연합 기관 IGS 관측소 데이터를 활용하였다.
국내 데이터로는 한반도에 고르게 분포되어있는 GNSS 상시 관측소 데이터를 사용하였다. 국외 데이터로는 고정밀위성항법 시스템 업무를 수행하는 국제 연합 기관 IGS 관측소 데이터를 활용하였다. 관측데이터는 RINEX (Receiver Independent Exchange format)를 사용하였으며 30초 간격의 24시간 자료를 활용하였다.
한반도의 지각변동 추세를 분석하기 위해서는 장기간의 안정적인 GNSS 데이터가 필요하다. 따라서 우리나라에서 가장 오랜 기간 체계적으로 구축되어있고, IGS 관측소 설치 및 운영기준을 토대로 GNSS 상시 관측소를 설치하고 운영하고 있는 국토지리정보원의 데이터를 활용하였다. IGS 관측소의 경우 총 10개소를 사용하였다.
이를 위해 논문에서는 지진 발생 연도(2011년)을 제외하고 2005년부터 2019년(총 5, 110일)의 데이터를 이용하였다. 국내 데이터로는 한반도에 고르게 분포되어있는 GNSS 상시 관측소 데이터를 사용하였다.
한반도에 있는 GNSS 상시 관측소 데이터는 국토지리정보원으로부터 획득한 자료로, 지진 발생 연도인 2011년을 제외하고 2005년부터 2019년까지 총 14년간의 데이터를 처리하고 분석하였다.

이론/모형

GNSS 자료처리는 학술연구용 소프트웨어인 Bernese Software V5.2를 사용하였다. Bernese는 스위스 베른대학 천문연구소(Astronomical Institute of the University of Bern, AIUB) 에서 개발한 대표적인 고정밀 과학 기술용 GNSS 데이터 처리소프트웨어이다.
이렇게 산출된 3차원 직각좌표를 평면 직각좌표로 변환하고 관측소별 지표 변위 속도와 방향을 계산하였다. 결과 그림은 ArcGIS 를 활용한 공간분석의 방법인 크리깅을 이용하여 표현하였다.
GPSEST 는 모호정수를 추정하고 이를 통해 정규방정식을 계산한다. 그리고 여기서 계산 된 정규방정식을 이용해 ADDNEQ 2로 계산된 정규방정식을 이용해 최종해를 계산한다(Dach et al., 2015). 이때 고정 관측소들을 최소제약조건으로 한다.

성능/효과

6는 2011년 3월 8일부터 14일까지의 데이터로 이는 동일본대지진 발생 전후 3일간의 데이터를 처리한 것이다. 그 결과 동서 관측소 모두 동쪽으로 이동하였고 평균 2.80cm 정도의 변위량을 나타내었다. 국내 GNSS 상시 관측소 중 지진의 진앙과 가장 근접한 울릉도(ULLE) 관측소가 약 5.
본 논문에서는 최근 14년간의 GNSS 자료를 통해 한반도의 지각변동량에 관한 연구를 수행했다. 그 결과 동일본대지진 전후의 한반도 전체적인 지각 이동 크기는 연평균 약 4mm, 이동 방향은 약 10° 정도 차이가 발생하였다. 또한 한반도 내부 지각의 왜곡 현상에 대한 자료처리 결과를 분석해본 결과 동일본대지진 이전 동서 지역 간 이동 방향은 비슷하나 지진 발생 이후 상대적으로 동쪽 지역의 이동 크기가 크게 관측되었다.
11는 동서 지역 간의 이동속도를 시계열 데이터로 비교해본 결과이다. 동일본대지진에 의해 변위가 작았던 서쪽 지역에 있는 서산(SEOS)과 청양(CHYG) 관측소(Fig. 12)의 경우 비교적 안정적이지만 변위가 컸던 동부 지역의 강릉(KANR)과 인제(INJE) 관측소(Fig. 13)는 변위가 지속적으로 증가하는 경향을 보였다. 이를 통해 한반도의 동서 지역 간의 변화 추이가 다른 것을 확인할 수 있다.
, 2013). 또한 동일본대지진 이후 규모 4 이상의 중규모 지진의 발생빈도가 증가하였다. 2005년부터 2010년까지 규모 4 이상의 지진은 총 4번 발생했으나.
63cm 크기로 최대로 많이 이동하였다. 또한 지진 발생 전 가장 적게 움직인 관측소와 가장 많이 움직인 관측소의 차이가 줄어들었다. 지진 발생 이후 북쪽의 동쪽 지역의 움직임이 더 커진 것을 확인할 수 있는데, 이는 지진 이후 진앙지와 가까운 지역의 움직임이 아직 남아 있는 것으로 추측해볼 수 있다.
그 결과 동일본대지진 전후의 한반도 전체적인 지각 이동 크기는 연평균 약 4mm, 이동 방향은 약 10° 정도 차이가 발생하였다. 또한 한반도 내부 지각의 왜곡 현상에 대한 자료처리 결과를 분석해본 결과 동일본대지진 이전 동서 지역 간 이동 방향은 비슷하나 지진 발생 이후 상대적으로 동쪽 지역의 이동 크기가 크게 관측되었다. 동일본대지진 발생 당시 한반도에서는 뚜렷한 지각의 동서 팽창 현상 관측되었으며 진앙과 가까운 강릉과 인제지역은 변위가 지속적으로 증가하는 경향을 보임에 따라 한반도 지각은 아직 동일본대지진 발생 이전의 수준으로 복귀하지 않고 아직 불안정한 상태인 것으로 판단되어 지속적인 모니터링이 필요하다.
88cm 이동하였다. 우리나라에서 비교적 서쪽에 위치한 충남의 천안(CHEN)관측소가 연평균 4.65cm로 한반도 내에서 최대로 이동한 관측소인 것으로 확인되었다. 또한 전체적으로 북쪽보다는 남쪽의 움직임이 더 큰 것을 확인해 볼 수 있다.

참고문헌 (15)

Dach, R., Lutz, S., Walser, P., and Fridez, P. (2015), Bernese GNSS software version 5.2.
Gu, G., Wang, W., Xu, Y., and Li, W. (2009), Horizontal crustal movement before the great Wenchuan earthquake obtained from GPS observations in the regional network, Earthquake Science, Vol. 22, pp. 471-478.

상세보기
Ha, J., Lee, M.K., and Cho, Y.S. (2013), Analysis of Korea's Crustal Movement Velocity After the Great Tohoku-Oki Earthquake by Using GPS. Journal of Advanced Navigation Technology, Vol. 17, No. 6, pp. 600-608.

원문보기 상세보기
Hong, T.K., Lee, J., and Houng, S.E. (2015), Long-term evolution of intraplate seismicity in stress shadows after a megathrust, Physics of the Earth and Planetary Interiors, Vol. 245, pp. 59-70.

상세보기
Kim, D., Park, K.D., Ha, J., Sohn, D.H., and Won, J. (2016), Geodetic analysis of post-seismic crustal deformations occurring in South Korea due to the Tohoku-Oki earthquake. KSCE Journal of Civil Engineering, Vol. 20, No. 7, pp. 2885-2892.

상세보기
Kim, S.K. (2012), Establishing a Dynamic National Geodetic Reference Frame Considering Discontinuity of Crustal Movement, Master's thesis, Sejong University, Seoul, Korea, 160p.
Kim, S.K. and Bae, T.S. (2012), Analysis of Crustal Deformation on the Korea Peninsula after the 2011 Tohoku Earthquake, Journal of the Korean Society of Surveying, Vol. 30, pp. 87-96.
Korea Meteorological Administration, https://www.weather.go.kr/weather/earthquake_volcano/domesticlist.jsp/ (last date accessed: 17 November 2020).
Lee, W.C. (2005), A Study on the Crustal Velocity Estimation of the Korean Peninsula with GPS, Master's thesis, Sungkyunkwan University, Seoul, Korea, 54p.
Lim, S.K. (2011), Analysis of Korean Peninsula's crustal by Big Earthquake of Eastern Japan, Master's thesis, Kyungpook National University, 56p.
Ma, K.F., Chan, C.H., and Stein, R.S. (2005), Response of seismicity to Coulomb stress triggers and shadows of the 1999 Mw 7.6 Chi-Chi, Taiwan, earthquake, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, Vol. 110, Issue. B5.
Maciuk, K., and Szombara, S. (2018), Annual crustal deformation based on GNSS observations between 1996 and 2016, Arabian Journal of Geosciences, Vol. 11, pp. 667.

상세보기
Song, D.S., and Yun, H.S. (2006), Crustal Deformation Velocities Estimated from GPS and Comparison of Plate Motion Models, KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research, Vol. 26, pp. 877-884.
Park, J.K. and Kim, M.G. (2012), Monitoring about Crustal Deformation by Earthquake in the East of Japan, Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 13, pp. 2390-2395.

원문보기 상세보기
Won, J., Park, K., and Huh, J. (2012), Analysis of post-seismic crustal deformation associated with the 2011 Tohoku earthquake in Korean peninsula using GPS. American Geophysical Union Fall Meeting 2012.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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