초록 ▼

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
1. 지진 및 지진해일 감시·예측 기술 기반 구축
(1) 한반도 지진활동 및 지진발생특성 분석
한반도 지진활동도를 평가하기 위해서는 이번 연구에서는 동해 지진다발지역에 대한 정밀관측을 수행하였으며, 지진목록 공백 기간인 1905년부터 1977년까지의 계기지진목록을 정비하였다. 육·해상 이동식지진계에 의한 동해지진 정밀관측 자료와 기상청지진관측소의 지진자료를 분석을 통해 60회 이상의 미소지진을 검출할 수 있었으며, 2012년 2월 울산 남동쪽 해역에서 발생한 6회의 지진에 대한 정밀 분석을

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
1. 지진 및 지진해일 감시·예측 기술 기반 구축
(1) 한반도 지진활동 및 지진발생특성 분석
한반도 지진활동도를 평가하기 위해서는 이번 연구에서는 동해 지진다발지역에 대한 정밀관측을 수행하였으며, 지진목록 공백 기간인 1905년부터 1977년까지의 계기지진목록을 정비하였다. 육·해상 이동식지진계에 의한 동해지진 정밀관측 자료와 기상청지진관측소의 지진자료를 분석을 통해 60회 이상의 미소지진을 검출할 수 있었으며, 2012년 2월 울산 남동쪽 해역에서 발생한 6회의 지진에 대한 정밀 분석을 실시하였다
(그림 1). 그 결과 이들 6회의 지진이 서로 근접한 곳에서 발생하였고, 그 중 규모가 가장 큰 2월 24일 규모 3.2의 지진은 정단층 성분이 포함된 주향이동단층 운동을 한것으로 나타났다. 지진목록 공백 기간의 지진목록 정리를 위하여 일본기상청과 중국지진국 등의 국외 자료와 국내 전문가들의 논문, 기상청 보유 자료를 수집·분석하였다. 그 결과, 총 440회(그림 2)의 지진 목록을 정리할 수 있었다. 이 지진목록은 2011년 작성된 한반도 역사지진 목록과 함께 디지털 관측망에 의한 짧은 기간의 관측 자료만으로 평가하기 어려운 한반도 지진활동의 특성을 분석하는데 중요한 정보를 제공할 것으로 기대된다.
(2) 지진감시기술 고도화 연구
기상청이 개발 중인 지진조기분석 알고리즘의 성능을 검증하기 위하여 지진조기분석시스템이 분석한 지진 요소에 대한 재분석을 실시하였다. 분석결과 지진조기분석시스템에서 규모가 과대평가되는 경우가 많고 지진이 아닌 이벤트를 지진으로 분석한 경우도 있었으며, 진앙이 재분석 결과나 기상청 발표 결과와 크게 차이나는 것도 있었다(그림 3). 이 시스템의 안정적인 운영을 위해서는 이와 같은 오류를 개선하고 지속적으로 검증해나가야 할 것으로 판단된다. 실시간 지진 관측자료 중에서 핵실험과 같은 인공적인 요인에 의한 지진파형을 판별하는 것은 국가지진센터의 지진현업업무에 있어 중요하다. 지진파형을 이용한 인공지진 판별 기법을 개발하기 위하여 이번 연구에서는 채석장 발파자료의 P파/S파 스펙트럼비 분석을 수행하였다. 그 결과, 지역이나 발파 방법 등에 따라 다소 차이는 있으나 대체로 인공발파의 P파/S파 스펙트럼비는 1이상의 값을 갖는 반면 자연지진의 경우 1이하로 나타나 인공지진과 자연지진을 구별할 수 있었다(그림 4). 이와 같은 연구결과가 충분한 검증을 거친다면 지진현업업무의 효율성을 높이는데 기여할 수 있으리라 기대된다.
(3) 기상청 지진관측소 부지특성 규명
지표에서 관측되는 여러 종류의 잡음은 지하로 갈수록 잡음 에너지가 감소하게 되며 수평적인 거리에 따라서도 에너지가 감소한다. 이번 연구에서는 이러한 잡음의 깊이와 거리에 따른 감쇠 정도와 영향범위를 분석하였다. 시추공 지진관측소에 대한 지표 잡음 영향의 감소 정도를 평가하기 위하여 화천 시추공 지진관측소 배경잡음의 일변화와 주파수에 따른 변화양상을 분석하였다. 그 결과, 지표잡음이 적은 시간대에는 지표와 시추공 지진자료의 잡음에너지 차이가 크지 않은 반면 잡음이 많은 시간대에는 지표의 잡음에너지에 비해 시추공 자료에서는 에너지가 크게 감소하는 것을 확인할 수 있었다(그림 5). 지진관측환경 평가를 위한 관측자료 분석 과정에서 불규칙하게 잡음이 유입되는 것으로 나타난 인제 지진관측소에 대하여 잡음원과 그 영향 범위를 정밀 분석하였다. 그 결과, 관측소 인근 시설의 기계 가동에 의한 잡음이 불규칙하게 유입되며 잡음원으로부터 약 100m 이상 떨어진 곳에서는 잡음에너지가 매우 작아지는 것으로 나타났다(그림 6). 이와 같은 지진관측환경과 관측소 부지특성 분석 결과는 관측 자료의 품질 개선과 지진관측소 부지 선정 기준마련을 위해 유효하게 활용될 것으로 기대된다.
(4) 지진해일 유발지진 발생특성 연구
2011년 동일본대지진은 약한 지진해일과 미소지진활동 변화로 한반도에 영향을 주었다. 현재 기상청에는 동일본대지진의 경우와 같이 태평양 전역에 영향을 주는 지진해일에 대한 예측체계는 부족한 형편으로, 이번 연구에서는 전지구 지진해일 수 치모의 프로그램 개발과 함께 지진해일을 유발하는 대규모 지진 분석을 위한 전세계 지진관측자료 수집 및 분석시스템 구축을 추진하였다. 이 시스템은 전세계 지진관측망으로부터 지진관측자료를 실시간으로 수집하여 지진규모, 단층운동방향, 단층운동량 등을 분석하게 되며(그림 7), 분석결과 지진해일을 유발할 수 있다고 판단될 경우 전지구 지진해일 수치모의 프로그램을 이용해 지진해일 전파양상을 예측하게 된다. 한반도 지진활동에 대한 동일본대지진의 영향을 평가하기 위하여 지진 발생전후의 11일간 연속지진관측자료를 분석한 결과, 100회의 미소지진이 관측되었으며 그 규모는 모두 3.0이하로 나타났다(그림 8). 또한 동일본대지진 발생 당일에만 한반도에서 63회의 미소지진이 관측되었으며, 그 중 31회의 지진은 개성 부근에서 발생한 것으로 분석되었다. 따라서, 동일본대지진과 같은 대규모 지진의 경우 비록 한반도에서 멀리 떨어져서 발생한다 하더라고 지진활동이나 지진해일의 영향을 받을수 있음을 알 수 있다.
2. 화산전조 및 지구물리 감시체계 구축기술 개발
(1) 위성자료(SAR)를 활용한 백두산 주변 지각변동 탐지 연구
SAR 영상을 이용한 백두산의 지표변위 관측을 위한 감시체계 구축을 위하여 장기간화산활동이 없다가 2010년 8월에 분화한 인도네시아의 시나봉 화산을 사례로 연구하였다. 이 화산은 지난 400년간 화산활동이 없다가 최근 들어 몇 번의 분화 징조를 보인 후 폭발한 화산으로서 SAR 영상을 이용하여 백두산의 감시체계를 구축하기 위한 좋은 본보기이다. 시나봉 화산의 화산분화에 따른 지표변위 관측을 감시하기 위하여 2007년부터 2011년까지 20 개의 ALOS-PALSAR 영상을 획득하여 80개의 차분간섭도를 작성하였다. 작성된 80개의 차분간섭도를 바탕으로 시계열 지표변위 분석한 결과, 화산활동이 시작되어 분출되기까지 연평균 약 2cm 정도의 지표 융기가 지속적으로 발생하였음을 관측하였다. 2010년 시나봉 화산의 분출 이후에는 지하 마그마방의 수축현상에 의하여 연평균 약 7cm 정도의 침강현상이 측정되었다. 또한, 화산이 분출하기 이전의 지표변위량을 이용하여 모기 모델링을 수행한 결과 지하 약 400m에서 마그마방의 활동이 측정되었다. 위의 SAR 영상을 이용한 시계열 지표변위 관측을 백두산에 적용한 결과 2007년부터 2011년까지 그림 9와 같은 변위를 나타내었으며, 이를 이용하면 화산을 감시하는데 유용한 방법으로 자리매김 할 것으로 판단된다.
(2) 지구자기장 변화 분석 연구
기상청에서는 지난 2009년 4월부터 충남 청양군에 지구자기관측소를 설치, 운영 중에 있으며, 수집된 관측 자료를 활용하여 지자기폭풍을 검출하고 발생상황을 파악, 결과를 분석하고 있다. 이번 연구에서는 지난 2011년 1월 1일부터 2012년 12월 1일까지의 기간에 발생한 지구자기폭풍과 관련하여, 청양지구 자기관측소 자료를 분석, 정리하였다. 지구자기폭풍 발생시에 관측된 최대 변위량값과 최대 K지수값을 함께 도시한 결과 2011년 8월 5일 145nT이상의 최대 변위량이 관측되었고(그림 10), 2012년 6월 16일에는 약 156nT의 최대 변위량이 관측되었다(그림 11). 또한, K지수는 각각 5와 6을 나타내었다. 본 연구는 지자기폭풍 발생 현황을 정리하고, 연간 경향을 살펴봄으로써 지자기폭풍 발생 양상에 대하여 개괄적인 특징을 파악하는데 도움이 되었으며 이벤트 발생을 공지하기 위한 일반적인 기준을 마련할 수 있는 계기가 될 것이다.
(3) GPS를 활용한 한반도 지각변동 분석 연구
국립기상연구소 지구환경시스템연구과에서는 한반도의 지각변위 관측연구를 위한 자료수집용 GNSS 수신시스템(GPS)을 정상적으로 강화와 금산에 설치․운용하게 되었다. 새로이 설치, 운영 중인 관측시설에 대한 관측환경평가 및 수신자료의 품질 분석을 위하여, 설치완료된 이후의 수신자료에 대한 QC분석을 추가로 수행해보았다. 분석기간은 2012년 11월 1일부터 12월 17일이었고, 관측소별로 1～2일 정도의 차이가 있을 수 있다. 이번 분석과정에는 국립기상연구소의 강화(NIMR_GANW), 금산(NIMR_GUMS)관측소, 기상청의 강화(KMA_GAHB), 연천(KMA_YNCB)관측소, 국토지리정보원의 수원(NGII_SUWN)관측소, 한국천문연구원의 대전(KASI_DAEJ)관측소 등 총 6곳의 관측소를 선정하여 비교하였다. 그림 12는 대표적으로 강화(NIMR_GANW)지역의 GPS자료를 처리한 그래프이다. 자료처리 프로그램으로 얻어진 결과를 분석하여, 국내대표 기관의 관측소별 관측자료들의 대표성과 표준성을 확인할 수 있었고 장기자료분석을 통해서 관측소별 자료수신 현황을 비교하여 특징과 차이점을 확인할 수 있었다.
아울러 강화와 금산에 새로 설치되어 운영 중인 GNSS 수신시스템의 관측자료에 대한기본적인 품질 관리와 관측소의 관측환경을 평가하는데 유용하게 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

Abstract ▼

Ⅳ. Research Contents and Results
1. Establishment of Earthquake and Tsunami Monitoring·Prediction Technique Foundation
(1) Analysis of earthquake activity and occurrence characteristics in Korean Peninsula
In order to evaluate the earthquake activity this study performed the detailed observ

Ⅳ. Research Contents and Results
1. Establishment of Earthquake and Tsunami Monitoring·Prediction Technique Foundation
(1) Analysis of earthquake activity and occurrence characteristics in Korean Peninsula
In order to evaluate the earthquake activity this study performed the detailed observation of the East Sea seismic region, and organized the instrumental earthquake catalogs from 1905 to 1977, which is the missing period in the catalogs.
From the analysis of the detailed observation data of the East Sea earthquakes obtained by using inland portable seismometers, OBS, and seismic data of KMA seismic station, microseismic events mor than 60 could be detected. Six earthquakes occurred near south eastern Ulsan offshore area were analyzed in detail(Fig. 1). The result shows these six events were distributed in neighboring area and the focal mechanism of the largest event occurred at February 24th, 2012(M=3.2) shows the strike-slip motion including normal fault movement. In order to organize the instrumental earthquake catalogs of missing period, we collected and analyzed the earthquake catalogs of JMA and CEA, Korean expertises' papers about Korean earthquakes and KMA catalog data. Finally the catalogs of all 440 earthquakes could be organized(Fig. 2).
This catalog is expected to provide the important information for analyzing the seismic activity and characteristics in Korean Peninsula, which is difficult to evaluate by using only the Korean historical earthquake list prepared in 2011 and the observed data in short period from digital seismic network.
(2) Study on Enhanced Earthquake Monitoring Technique
In order to evaluate the performance of Earthquake Early Warning(EEW) algorithms, which is being developed by KMA, the earthquake source parameters retrieved by EEW system were analyzed precisely. The magnitude from EEW was higher than the analysis result and some events detected by EEW were not real seismic events. Some epicenters were highly deviated from the analysis and KMA's bulletin(Fig. 3). For the stable maintenance of this system this kind of errors should be fixed and evaluated continuously. The discrimination of waveforms from the artificial earthquake such as nuclear test among the real observational data of earthquakes is important in the earthquake work-site operation of national earthquake center. In order to develop the identifying methods of artificial earthquake using waveforms, the P and S wave spectrum ratio of blast data at quarries was analyzed. As a result, there is more or less difference for blast area and methods, but since overall P/S spectrum ratios have higher values than 1, compared to those less than 1 of natural earthquakes, both artificial and natural earthquakes could be discriminated(Fig. 4). If this result is sufficiently validated, then it is expected to contribute to enhance the work-site operation.
(3) Evaluation of site characteristics of KMA seismic stations
From analyzing the various noises observed on the surface, their energy decreases as it is going downward to depth and inversely proportional to the epicentral distance. This study analyzed the attenuation level and effective range based on the depth and distance of noise. In order to evaluate the attenuation of noise effect on the surface for the borehole station, the diurnal variation of the background noise of the Whacheon borehole station and its pattern depending on the frequency was analyzed. As a result, whereas the difference of noise energy between surface and borehole seismic data is not large in the period of low noise level on the surface, the borehole seismic data shows the highly reduced noise energy compared to that of surface data in the period of high noise level(Fig. 5). In the process of analyzing observed data for the evaluation of earthquake observation environment, the noise source and its effective range for the Inje seismic station, where the noise is coming in irregularly, were analyzed in detail. As a result, the noise from the mechanical operation near the station is coming in irregularly and the noise energy becomes very low at about 100m away from the station(Fig. 6). This kind of result of earthquake observation environment and site characteristics of station is expected to improve the quality of observed data and to be applied to standard of selecting seismic station site.
(4) Study on the occurrence characteristics of Earthquake triggering Tsunami
The 2011 big earthquake in eastern Japan affected to Korean Peninsula with weak tsunami and change of microseismic activity. Since the current tsunami prediction system in KMA is insufficient to predict large-scale tsunami such as the 2011 big earthquake in eastern Japan affecting the whole regions in the Pacific Ocean, this study expands the establishment of collecting and analysis system of worldwide seismic data for analyzing the large-scale earthquakes triggering tsunami and develops of numerical simulation program as well. This system collects all available seismic data from the worldwide seismic networks in real time and analyze the magnitude, direction and moment of fault plane and so on(Fig. 7). In the case of the earthquake triggering tsunami, the tsunami propagation aspect can be predicted by using the numerical simulation of global tsunami program. From the analysis result of continuous seismic data for both 11 days before and after the event in order to evaluate the effect of big earthquake in eastern Japan to seismic activity in Korean Peninsula, about 100 microseismic events were observed and their magnitude is less than 3.0(Fig. 8).
In addition, at the same date as the big earthquake in eastern Japan 63 microseismic events were observed and 31 events among them were analyzed to occur near Kaeseong region. Therefore, the case of the big earthquake in eastern Japan can affect to seismic activity and tsunami in Korean Peninsula even though it is far away.
2. Monitoring system development for a prelude of volcanic eruption and geophysics
(1) Study of crustal movement investigation for Baekdu mountain using SAR images We study Sinabung volcano that erupted August, 2010 in Indonesia after 400 years of quiet for system development of monitoring surface deformation measurement around Beakdu mountain using SAR data. There are 80 interferograms which maintained good coherence to analysis ground surface deformation with 20 ALOS PALSAR data from 2007 to 20011. Sinabung volcano has gradually inflation for around 2 cm/yr before eruption and sharply deflation around 7 cm/yr at the point with one of maximum amount after eruption. By using this mean surface deformation rate map before 2010 eruption, depth of magma source of Sinabung volcano estimates about 400 m depth. Figure 9 displays measurement of surface deformation from 2007 to 2011 using time-series surface deformation technique by SAR images in Mt. Beakdu and this technique is one of efficient way for monitoring volcanic activity.
(2) Study on analysis of changes in geomagnetic field
KMA deployed and operated the geomagnetic observatory at Cheongyang, Chungnam, since April, 2009. We detects geomagnetic storms, finds out the occurrence state, and analyze the result using collected observed data. This study analyze and organize the geomagnetic data at Cheongyang observatory from January 1st, 2011 to December 1st, 2012 related to geomagnetic storms. From the plotted result of both maximum displacement and maximum K index of observed geomagnetic data when the geomagnetic storm occurred, the maximum displacement of more than 145nT at August 5th, 2011(Fig. 10), and the maximum displacement of about 156nT at June 16th, 2012(Fig. 11). Each K index for both observations shows 5 and 6, respectively. By organizing the current state of geomagnetic storm occurrence, and checking its yearly trends, this study can help understanding the overall characteristics of geomagnetic storm occurrence condition and provide the general standard for alerting geomagnetic event occurrence.
(3) Study on analysis of crustal deformation in Korean Peninsula applying GPS
Global Environment System Research Division in the National Institute of Meteorological Research deployed and operated normally GNSS receive system(GPS) for data collection at both Gangwha and Gumsan in order to observational study on crustal deformation in Korean Peninsula. In order to evaluate the observational environment of stations and to analyze the quality of received data, the extra QC analysis was performed to those data after installation of the system. The period of analysis was from November 1st to December 17th, 2012, and one to two days might be different for each station. In this analysis, six stations, Gangwha(NIMR_GANW), Geumsan(NIMR_ GUMS) stations of NIMR, Gangwha(KMA_GANW), Yeoncheon(KMA_YNCB) stations of KMA, Suwon(NGII_SUWN) station of NGII, Daejeon(KASI_DAEJ) station of KASI, were selected and compared each other. Fig. 12 shows the typical plot of analyzed GPS data at Gangwha(NIMR_GANW) station. By analyzing the result of data processing, the representativeness and standard of the observed data at the national institute stations could be confirmed, and furthermore the characteristics and difference could be checked by comparing the state of receiving data with long-period data process. In addition, they can be made good use to manage the fundamental quality about observed data of the GNSS receive system operated at both Gangwha and Gumsan and to evaluate the observational environment of stations.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구보고서 ... 2
• 목 차 ... 4
• Contents ... 7
• LIST OF TABLES ... 10
• LIST OF FIGURES ... 12
• 요 약 문 ... 22
• Summary ... 31
• 제 1 장 서 론 ... 42
• 제 2 장 지진 및 지진해일 감시·예측 기술 기반 구축 ... 44
• 제 1 절 한반도 지진활동 및 지진발생특성 분석 ... 44
• 1. 2011년 계기지진 지진원 요소 정밀 재결정 ... 44
• 2. 동해지진 정밀관측 및 지진활동 특성 규명 ... 50
• 3. 지진목록 공백기간에 대한 지진발생 목록 작성 ... 61
• 제 2 절 지진감시기술 고도화 연구 ... 70
• 1. 지진 조기분석 알고리즘 성능검증 연구 ... 70
• 2. 지진조기경보를 위한 지진관측점 우선순위 선정 ... 84
• 3. 자연지진과 인공지진 발생 특성 분석 ... 98
• 제 3 절 기상청 지진관측소 부지특성 규명 연구 ... 112
• 1. 2011년 신설 시추공 관측소 ... 112
• 2. 신·구 남원기상대 ... 120
• 3. 지표·시추공 관측소 잡음수준 비교 ... 128
• 4. 인제 지진관측소 잡음원 분석 ... 133
• 제 4 절 지진해일 유발지진 발생특성 연구 ... 139
• 1. 2011년 동일본대지진에 의한 한반도 지진활동 변화 분석 ... 139
• 2. 일본 큐슈 및 오키나와 지역 주요 활성단층에 의한 남해 지진해일 유발 가능성 평가 ... 146
• 제 3 장 화산전조 및 지구물리 감시체계 구축기술 개발 ... 153
• 제 1 절 위성자료(SAR)를 활용한 백두산 주변 지각변동 탐지연구 ... 153
• 1. SAR 영상을 활용한 지표변위의 시계열 분석 ... 153
• 제 2 절 지구자기장 변화 분석 연구 ... 163
• 1. 청양 지구자기 관측자료 활용 연구 ... 163
• 2. 지구자기장 자료를 활용한 국내 연구동향 분석 ... 169
• 제 3 절 GPS를 활용한 한반도 지각변동 분석 연구 ... 177
• 1. GPS 도입 ... 177
• 2. GPS 관측자료처리 기초연구 ... 182
• 제 4 장 요약 및 결론 ... 194
• 참고 문헌 ... 197
• 부록 1. 근대 계기지진 목록 작성 ... 203
• 부록 2. 지진관측 수준에 따른 관측능력 분석연구(Ⅱ) ... 463
• 부록 3. 전세계 지진관측망 자료 수집 및 분석시스템 구축(Ⅰ) ... 521
• 부록 4. 전지구 지진해일 예측을 위한 주요지진발생 지역 단층에 관한 연구(Ⅰ) ... 652
• 부록 5. SAR 자료를 활용한 백두산 화산지형원격감시 기술 구축(Ⅰ) ... 750
• 부록 6. 지구자기 활동지수 및 표출시스템 개발연구 ... 831