[논문]GNSS를 활용한 한반도 동남권 지역의 지각 변동 파라미터 분석

이승준; 윤홍식

doi:10.7848/ksgpc.2020.38.6.697

GNSS를 활용한 한반도 동남권 지역의 지각 변동 파라미터 분석
Analysis of Plate Motion Parameters in Southeastern South Korea using GNSS 원문보기

한국측량학회지 = Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, v.38 no.6, 2020년, pp.697 - 705

이승준 (Dept. of Civil, Architectural Engineering, Sungkyunkwan University) , 윤홍식 (Dept. of Civil, Architectural Engineering, Sungkyunkwan University)

초록
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본 논문은 GNSS 자료를 이용하여 한반도 동남권 지역의 지각 변동 파라미터에 관한 내용이다. 한반도 동남권 지역에 5.0이상의 지진이 발생하였으며, 여러 가지 방법으로 지진의 위험성에 대하여 평가할 필요성이 있다. 포항과 경주의 장기적인 지각 운동 패턴을 밝히기 위해 탄성 이론을 이용하여 지각변동 파라미터를 도출하였다. CORS의 7년간의 GNSS 데이터를 Gamit/Globk S/W를 사용하여 정밀한 좌표를 취득하였다. 한반도 전체의 속도 벡터는 평균 31mm/yr로 나왔으며 방위각은 일반적으로 110°의 경향을 나타내었다. 연구의 주요 내용은 7년간 한반도 동남권 지역의 주응력의 방향은 몇가지 예외를 제외하면 전체적으로 ENE-WSW으로 나왔다. 최대 전단 변형률의 크기는 평균적으로 (0.11±0.07) μ/yr으로 일본 중부 지역의 약1/3이다. 이번 연구 결과를 고려하면 한반도 남부의 평균 최대전단응력은 타당한 것으로 간주된다. 주응력의 평균 방위각은 약 (85.4°±26.8°)이다. 양산단층을 기준으로 평균 방위각이 좌우 (73.2°±21.5°) 와 (105.2°± 17.0°)로 차이가 난다. 한반도 동남부 지역의 지진 발생 지역이 전단응력이 크게 나온 것은 주목할만 하다. 결론적으로 본 연구는 한반도 동남부 지각 변동 파라미터 특성을 반영하여 지진 재해 관리 연구에 기여할 수 있음을 알 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper deals with an analysis of crustal movement for the sourthern part of Korean peninsula using GNSS (Global Navigation Satellite System) data. An earthquake of more than 5.0 occurred in the southeastern region of the Korean Peninsula, and it is necessary to evaluate the risk of earthquakes in various ways.In order to reveal long-term tectonic movement patten in Pohang and Gyeongju provinces, we derived crustal movement parameters related with elastic theory. We used GAMIT/GLOBK for analyzing seven-year interval GNSS data of CORS (Continuously Operating Reference Stations). The azimuth of velocity vectors trended generally about 110° with an mean magnitude of 31mm/yr.The main characteristics of the strain change for seven-year in Korea obtaind from our study. Direction of the principal axis of the maximum compression is ENE-WSW as a whole, through there are some exceptions. The mean rate of the maximum shear strain change is (0.11±0.07)μ/yr, that is approximately one third that of Chubu district, Central Japan. Taking into account our results, the mean rate of maximum shear in southern part of Korean peninsula is considered as reasonable. The mean azimuth of principal strain is about (85.4°±26.8°). There are some exceptions of azimuth because the average azimuth differ from the left and right side in Yangsan fault which are about (73.2°±21.5°) and (105.2°±17.0°) respectively, It is noteworthy that the high seismicity areas in the southern part of Korea peninsula almost coincides with the area of large strain rate. As a conclusion, it could be stated that the our study represents the characteristics of crustal deformation in the southern part of peninsula, and contributes to the researches on earthquake disaster management.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. x -y Strain factor
표 Table 1. Determinism of two-dimensional transformation parameters according to the type of observation
그림 Fig. 2. GNSS CORS SITE on the Korean Peninsula
그림 Fig. 3. SUWN CORS SITE Trand and Detrand
표 Table 2. IGS-registered CORS coordinate performance, average annual fluctuation speed and azimuth angle(2011.1.1-2011.12.30)
표 Table 3. IGS-registered CORS coordinate performance, average annual fluctuation speed and azimuth angle(2012.1.1-2018.12.30)
표 Table 4. Korean Peninsula CORS coordinate performance, average annual fluctuation speed and azimuth angle(2011-2012)
표 Table 5. Korean Peninsula CORS coordinate performance, average annual fluctuation speed and azimuth angle((2012-2018)
그림 Fig. 4. Comparison of research results with ITRF2014, APKIM2000, GSRM2.1
그림 Fig. 5. Velocity of the Southeastern region of the Korean Peninsula GNSS CORS
표 Table 6. Velocity vector of CORS located in the southeastern region of the Korean peninsula and Daemado(mm/yr)
표 Table 7. Crust parameters of the southeastern region of the Korean Peninsula
그림 Fig. 6. Crust parameters of the southeastern region of the Korean Peninsula

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 기록들을 통하여 김과 서(1977)는 한반도에 지각변형률이 지속적으로 누적되어 반복적으로 지진 에너지가 갑작스럽게 방출하다는 주장을 제기하기도 하였다. 본 논문에서는 한반도의 지진활동을 감시하기 의하여 한반도의 지질구조, 역사적 지진자료 분석 및 GNSS관측자료 해석을 통하여 활성단층으로 알려져 있는 양산단층과 울산단층이 위치한 동남권 지역의 지각변동 특성을 분석하였다.
한반도 동남권과 대마도 GNSS CORS를 연결하여 지각변동 파라미터들을 계산하여 동일한 유라시아판에 속하여 있지만 주응력과 전단력의 방향이 한반도와는 다르게 작용하고 있어 대한해협 사이에 단층선의 존재를 파악할 수 있는 기초연구 결과를 얻었다. 기존의 연구결과들이 명확하게 단층선 존재에 대한 과학적 근거를 제시하지 못하였으나 본 연구에서는 동남권과 대마도 및 혼슈지역을 연결하는 CORS망의 해석을 통하여 지각변동 파라미터들을 계산함으로써 과학적인 근거를 획득하였으며, 향후 CORS망을 밀집화하여 심도있는 연구를 수행함으로써 보다 신뢰할 수 있는 성과를 얻을 수 있을 것이다.

제안 방법

001ppm 정도의 매우 정밀한 기선해석을 실시하여야 하며, CORS간의 기선장이 멀수록 그 재현성의 정밀도가 감소하는 GNSS의 특성을 고려하여 정밀 데이터처리 GAMIT/GLOBK 소프트웨어를 사용하였다. Fig. 2와 같이 IGS 등록 CORS 7점과 우리나라 CORS 42점의 관측데이터는 30초 간격으로 고도각 15도 이상으로 일별 24시간 동안 수신한 데이터를 RINEX포맷데이터로 변환하여 이중차분법에 의한 반송파 위상자료로 이용하였으며, 선형조합을 통한 이온층의 신호지연 효과를 상쇄하기 위하여 SOPAC에서 제공되는 정밀력을 사용하였다.
1. ∼2019.12.30 까지의 관측데이터를 일별 해로 처리하여 MIT에서 개발한 Tsview/Velview로써 시계열 분석을 실시하고, 그 결과를 표시한 것이다. 또한, Fig.
30 까지의 관측데이터를 일별 해로 처리하여 MIT에서 개발한 Tsview/Velview로써 시계열 분석을 실시하고, 그 결과를 표시한 것이다. 또한, Fig. 3의 아래 그림은 시계열 분석을 통한 이상 관측치를 제거하여 일관성있는 좌표와 지각변동량을 결정하고자 Tsview에서 제공하고 있는 Detrend 기능을 사용하여 평균, 경향성, Coseismic 및 지진으로 인한 이상치를 제거하였다. Tsview로서 분석한 결과는 N-sigma조건, Realistic Sigma 옵션에서 상관관계정보, Fit와 추정된 파라미터들의 통계값들이 주어지므로 BJFS와 AIRA, SUWN, DAEJ등 이번 Gamit/Globk로 계산된 IGS CORS대한 결과들은 Table 2 and Table 3과 같다.
면적변화율(△)을 계산하였다. 우선 Fig. 6과 같이 CORS들을 연결하여 삼각망을 구성하여 CORS들의 관측데이터에서 2013년 1.1∼1.10과 2018년 1.1.∼1.10 기간의 데이터를 정밀처리하고 Bessel 방법으로 CORS들간의 측지선을 계산하였다. 이들 측지선의 변화량을 구하여 선형변형율()을 계산하고, Jager의 탄성이론식를 사용하여 각 삼각형의 지각변동파라미터를 계산하였다.
주응력 성분(E1, E2)과 방향(Az), 최대전단변형율(max) 및 면적변화율(△)을 계산하였다. 우선 Fig.
계산하였다. 지각변동량을 분석하기 위해서는 0.001ppm 정도의 매우 정밀한 기선해석을 실시하여야 하며, CORS간의 기선장이 멀수록 그 재현성의 정밀도가 감소하는 GNSS의 특성을 고려하여 정밀 데이터처리 GAMIT/GLOBK 소프트웨어를 사용하였다. Fig.
한반도와 주변 CORS들의 장기간의 관측자료를 정밀처리하여 CORS들의 연평균 이동량과 CORS들간의 기선 변화량을 계산하고, 이를 바탕으로 한반도의 지각변동량과 변형률을 계산하였다. 지각변동량을 분석하기 위해서는 0.

대상 데이터

2011년부터 2018년까지 우리나라 동남권 지역에 설치된 11 개 CORS와 대마도를 CORS 2개를 포함하여 일본의 CORS 22개소를 선정하였고, 일본 국토지리원으로부터 RINEX 포맷으로 관측데이터를 확보하였으며, 관측데이터는 GMAMIT/ GLOBK를 사용하여 정밀처리하였다. Table 6는 각 CORS들의 변동벡터속도와 방위각을 표시한 것이며, 그 결과는 Fig.

이론/모형

10 기간의 데이터를 정밀처리하고 Bessel 방법으로 CORS들간의 측지선을 계산하였다. 이들 측지선의 변화량을 구하여 선형변형율()을 계산하고, Jager의 탄성이론식를 사용하여 각 삼각형의 지각변동파라미터를 계산하였다. Table 7은 동남권 지역의 지각변동 파라미터들을 표시한 것이며, Fig.

성능/효과

30 까지 1년간의 IGS에 등록된 CORS들의 좌표성과와 년평균변동속도 및 방위각을 계산한 결과를 나타낸 것이다. 각 CORS 들의 좌표계산 정밀도는 BJFS, CCJ2, IRKT가 다소 떨어지는 것으로 나타났으나 대체적으로 정밀하게 처리된 것으로 분석된다. 그러나 변동속도의 경우에 3월 13일 도후쿠 지진의 영향과 이후의 지속적인 지각변동량이 누적되어 상당히 큰 변동속도량을 보이고 있다.
이러한 방위각의 차이로 단층의 존재 여부를 파악하기에는 CORS수의 수가 적고 다양한 분석이 수행되어야 하며, 조밀한 측지기준점망을 주기적인 관측하여야 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다. 그러나 본 연구에서 한반도와 동남권 지역의 지각변동 속도를 상세히 분석하여 한반도는 매우 안정적인 지각변동이 발생하고 있음을 확인할 수 있었다.
기존의 연구결과와 지진발생 특성 및 본 연구결과를 종합적으로 분석하면 동남권 지역에 위치한 양산단층이 활성단층임을 알 수 있으나 최대전단변형율의 크기는 일본의 1/3 정도라는 기존의 연구결과를 뒷받침하는 것이다. 그러나 본 연구에서 사용한 CORS들의 배점 밀도와 관측데이터의 기간 등을 고려하였을 때에 2018∼2019년 사이에 동남권 지역에 신규로 설치한 CORS들을 포함하여 관측망을 구성하고, 관측데이터를 충분히 축적하여 지각변동 파라미터들을 결정한다면 보다 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다.
5°로 최대 6° 정도의 차이가 발생하였다. 방위각의 분포는 양산단층을 기준으로 하여 양산단층 우측에 위치한 HOMI, WOLS, PUSN, 456, 457의 방위각은 112°∼114.5°이고, 좌측에 위치한 WULJ, YODK, CHSG, MLYN, CHWNe 108°∼110°로 양산단층의 좌측지역이 우측지역보다 방위각이 다소 작게 나타나는 것으로 분석되었다. 이러한 방위각의 차이로 단층의 존재 여부를 파악하기에는 CORS수의 수가 적고 다양한 분석이 수행되어야 하며, 조밀한 측지기준점망을 주기적인 관측하여야 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다.
73 mm/yr로 안정적인 변동을 보이고 있으나 동남권보다는 다소 작게 나타났다. 울릉도와 독도는 33.35 mm/yr와 36.19 mm/yr로 우리나라 내륙보다 다소 크게 변동하는 것으로 나타났다. 변동속도벡터의 방향을 나타내는 방위각은 최소 108.
6에서 직선으로 표시한 것은 주응력 방향에 최대전단변형율을 표시한 것이고, 비치볼로 표시한 것은 면적변화율을 표시한 것으로서 양산단층을 중심으로 좌측은 주응력의 방향이 약 80도로 계산되었고, 우측은 약 100도로 계산되어 단층선 상에서 충돌이 발생하고 있고, 면적변화율도 단층선 좌·우측에서 압축과 인장이 발생하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 기존의 측지학적 방법에 의한 연구결과에서 주응력의 방향과 전단변형율의 발생이 거의 일치하는 것으로 분석되며, 본 연구에서 면적변화율을 통한 양산단층 좌·우측의 압축과 인장의 패턴을 발견한 것은 새로운 성과라고 할 수 있다.

후속연구

Table 7에 표시한 동남권 지역의 지각변동 파라미터들은 최대전단변형률의 평균값은 0.11strain이고, 주응력의 방향은 평균 85°, 면적변화율은 0.0951strain으로 선행 연구의 결과들과 일치하는 것으로 나타났으나 보다 장기적으로 심층적인 연구가 진행되어야 할 것이다. 본 연구의 결과는 양산단층 주변에 설치되어 운영되어 온 CORS들을 활용하였기 때문에 배점밀도가 낮고 점간의 거리가 멀어 신규로 설치된 CORS들의 관측치가 축적되고, 통합기준점에 대한 주기적인 관측을 실시하여 조밀한 관측망을 구성하여 지각변동 파라미터들을 연구할 필요가 있다.
기존의 연구결과를 뒷받침하는 것이다. 그러나 본 연구에서 사용한 CORS들의 배점 밀도와 관측데이터의 기간 등을 고려하였을 때에 2018∼2019년 사이에 동남권 지역에 신규로 설치한 CORS들을 포함하여 관측망을 구성하고, 관측데이터를 충분히 축적하여 지각변동 파라미터들을 결정한다면 보다 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다. 또한, 지각변동 연구는 장기적인 관점으로 접근하여야 하나 동일본 대지진 영향으로 이번 연구에서는 다소 연구 기간이 짧은 것으로 보인다.
얻었다. 기존의 연구결과들이 명확하게 단층선 존재에 대한 과학적 근거를 제시하지 못하였으나 본 연구에서는 동남권과 대마도 및 혼슈지역을 연결하는 CORS망의 해석을 통하여 지각변동 파라미터들을 계산함으로써 과학적인 근거를 획득하였으며, 향후 CORS망을 밀집화하여 심도있는 연구를 수행함으로써 보다 신뢰할 수 있는 성과를 얻을 수 있을 것이다.
0951strain으로 선행 연구의 결과들과 일치하는 것으로 나타났으나 보다 장기적으로 심층적인 연구가 진행되어야 할 것이다. 본 연구의 결과는 양산단층 주변에 설치되어 운영되어 온 CORS들을 활용하였기 때문에 배점밀도가 낮고 점간의 거리가 멀어 신규로 설치된 CORS들의 관측치가 축적되고, 통합기준점에 대한 주기적인 관측을 실시하여 조밀한 관측망을 구성하여 지각변동 파라미터들을 연구할 필요가 있다.
5°이고, 좌측에 위치한 WULJ, YODK, CHSG, MLYN, CHWNe 108°∼110°로 양산단층의 좌측지역이 우측지역보다 방위각이 다소 작게 나타나는 것으로 분석되었다. 이러한 방위각의 차이로 단층의 존재 여부를 파악하기에는 CORS수의 수가 적고 다양한 분석이 수행되어야 하며, 조밀한 측지기준점망을 주기적인 관측하여야 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다. 그러나 본 연구에서 한반도와 동남권 지역의 지각변동 속도를 상세히 분석하여 한반도는 매우 안정적인 지각변동이 발생하고 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 지각변동 연구는 장기적인 관점으로 접근하여야 하나 동일본 대지진 영향으로 이번 연구에서는 다소 연구 기간이 짧은 것으로 보인다. 향 후 지속적인 연구를 통하여 GNSS를 활용한 지각변동 파라미터를 활용하여 지진위험 리스크 맵 작성에 관한 연구가 기대된다.

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저자의 다른 논문 :

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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