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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.40 No.1 pp.56-67
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2018.40.1.56

An Analysis of Intensity Attenuation Characteristics by Physics-based Strong Ground-Motion Simulation

Su-Kyong Kim1, Seok Goo Song2, Jai Bok Kyung1*
1Department of Earth Science Education, Korea National University of Education, Chungbuk 28173, Korea
2Earthquake Research Center, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM), Daejeon 34132, Korea
Corresponding author: jbkyung@knue.ac.kr Tel: +82-43-230-3742
December 26, 2018 February 12, 2019 February 15, 2019

Abstract


In this study, we analyzed the intensity attenuation for M 6.0, 6.5, and 7.0 earthquakes using the broadband strong ground motion simulation platform based on the physical seismic modeling developed by the US Southern California Earthquake Center (SCEC). The location of the earthquake was assumed to be near the epicenter of the 2016 M 5.8 Gyeongju earthquake, but two of the representative US regional models provided by the SCEC strong ground motion simulation platform were used for the propagation model. One is the Central and Eastern United States (CEUS) model representing the intraplate region, and the other is the LA Basin model representing the interplate region. Five modeling methodologies are presented in the version 16.5 of the simulation platform, and Song and Exsim models were used in this study. In the analysis, we found that different intensity attenuation patterns can be observed with the same magnitude of earthquakes, especially depending on the region (CEUS vs LA Basin). Given the same magnitude and distance, the instrumental intensity in the CEUS region (intraplate) could be larger by a unit of 2 than that in the LA Basin region (interplate). Given the difference of intensity attenuation patterns observed in the study, it is important to know the regional intensity attenuation characteristics to understand the accurate level of seismic hazard imposed in the Korean Peninsula. This study also shows the level of the uncertainty of intensity attenuation if region specific attenuation characteristics are not considered.



물리적 지진모델링 기반 강지진동 모사를 통한 진도 감쇠 특성 분석

김 수경1, 송 석구2, 경 재복1*
1한국교원대학교 지구과학교육과, 28173, 충청북도 청주시 강내면 태성탑연로 250
2한국지질자원연구원 지진연구센터, 34132, 대전광역시 유성구 과학로 124

초록


본 연구에서는 미국 남캘리포니아 지진센터에서 개발한 물리적 지진모델링 기반 광대역 강지진동 모사 플랫폼(버전 16.5)을 활용하여, 규모 6.0, 6.5, 7.0 지진에 대한 진도 감쇠 특성 분석을 수행하였다. 지진 발생 위치는 2016년 규모 5.8 경주 지진 진앙 인근을 가정하였으나 지각 전파 모델의 경우 남캘리포니아 강지진동 모사 플랫폼에서 제공하 는 미국의 대표적인 지각 모델 두 개를 사용하였다. 하나는 판 내부를 대표하는 미국 중동부 지역(Central and Eastern United States, CEUS) 모델이고 다른 하나는 판의 경계를 대표하는 미 서부 지역(LA Basin) 모델이다. 버전 16.5 플랫 폼에는 5개의 모델링 방법론이 제시되고 있으며 본 연구에서는 Song 모델과 Exsim 모델을 사용하였다. 동일 규모의 지진이라 하더라도 지진발생 환경이 다른 지역(CEUS vs LA Basin)에서는 같은 진앙 거리에서 진도 2 등급에 가까운 차이가 발생할 수 있음을 본 연구를 통해서 발견하였다. 본 연구에서 나타난 지역별 진도 감쇠 특성의 차이를 감안할 때 한반도에서 좀 더 정밀한 지진재해 평가를 위해서는 지역에 적합한 진도 감쇠 특성을 이해하는 것이 중요할 것으로 판단되며 본 연구는 지역 특화된 진도 감쇠 특성을 고려하지 않을 경우 진도 감쇠 분포의 불확실성 정도를 잘 보여준다.



    Korea Meteorological Administration
    KMI2018-01810

    서 론

    최근 한반도 남동부 지역에 계기 지진 관측 이래 가장 큰 지진으로 평가되는 9.12 경주 지진(규모 5.8) 과 11.15 포항 지진(규모 5.4)이 연속적으로 발생하면 서 판내부 지역에 속해있어 우리나라는 지진에 대해 ‘안전지대’라는 인식이 차츰 변화되는 계기가 되었다. 또한 추정 규모 6.0 이상의 역사 지진 기록은 향후 발생될 중규모 이상의 강지진에 대한 지진 재해대비 의 필요성을 시사한다(Lee and Yang, 2006). 지진 재 해 평가를 위해서는 지진에 의해 발생되는 지반의 운동을 정확하게 이해할 수 있어야 하지만 미 중동 부 지역(Central and Eastern United States, CEUS)이 나 우리나라와 같은 판내부(Intraplate) 지역의 경우 중대규모 지진에 대한 관측 강지진동 자료가 많지 않아 이를 충족시키기 어렵다. 이와 같이 가용 기록 이 불충분한 지역의 경우 지반 운동 모사(ground motion simulation)는 규모가 크고 발생 빈도가 낮은 지역의 지진 재해 평가에 대해 유용하게 활용될 수 있다. 이에 따라 물리학에 기반을 둔 지반 운동 시뮬 레이션 연구가 컴퓨터 성능의 발전과 더불어 1970년 대부터 미국에서 활발하게 진행되었다. 우리나라의 경우 박동희 외(2001), 조남대 외(2001), 김우한 외 (2006), 이준기 외(2010), 송석구 외(2018)등이 강지 진동 모사에 대한 연구를 수행하였다. 그런데 이들 연구 대부분이 추계학적 지진동 모사 방법을 사용하 거나 규모가 작은 미소 지진 연구에 집중되어 있어 중대규모 지진에 대한 물리적 지진모델링에 기반을 둔 강지진동 모사 연구는 부족한 실정이다. 또한 국 내 지진재해 평가에 중요한 자료로 활용되고 있는 역사 지진 자료 (Lee and Yang, 2006;Kyung, 2010) 는 진도 감쇠 특성을 기반으로 발생 지진의 규모를 결정하는데 현대적 지진 모델링 방법을 이용하여 진 도 감쇠 특성을 분석함으로써 역사지진 규모 평가의 불확실성에 대한 이해를 높일 수 있다.

    지진 발생 시 거리에 따른 진도 감쇠 특성을 이해 하는 것은 관심 지역의 지진재해를 평가하는데 중요 한 요소 중 하나이다. 특히 규모 6 이상의 강지진에 대한 진도 감쇠 특성을 연구하는 것은 지진 재해에 대한 대비와 피해 경감을 위해 꼭 필요한 일이다. 우 리나라는 미국 중동부와 유사한 판내부(Intraplate) 지 진환경에 속해있을 것으로 생각되나 아직 두 지역 간의 유사성이 완전히 입증되지는 않았다. 아직 한반 도 진도감쇠 특성에 대한 이해가 높지 않은 상황에 서 판내부(Intraplate) 지역과 판경계(Interplate) 지역 에서 강진 발생 시 진도 분포에 있어 어떠한 차이점 이 있는지를 비교 분석하는 것은 향후 발생할 수 있 는 중대규모 지진에 대한 지진재해 평가와 경감 연 구를 위해서 유용하게 사용될 수 있다. 이에 본 연구 는 한반도 남한 지역을 대상으로 물리적 지진모델링 기반 강지진동 모사 플랫폼을 활용하여 판경계 지역 을 대표하는 미서부 지역(LA Basin)과 판내부 지역 을 대표하는 미중동부 지역(Central and Eastern United States, CEUS)을 가정하고 다양한 변수(지역, 시뮬레 이션 방법, 진도 변환, 규모)가 진도 분포에 주는 영 향을 분석하고자 하였다.

    연구 방법

    SCEC Broadband Platform (BBP)

    미국 남부 캘리포니아에서 개발한 강지진동 모사 플랫폼(US Southern California Earthquake Center (SCEC) Broadband Platform (BBP))은 2013년에 처 음 소개되었고, 국제적으로 복수의 연구 기관에서 지 진학 및 지진공학 연구자가 공동으로 참여하는 학제 간 융합 연구 프로젝트로 주기적으로 개선된 플랫폼 을 일반에 공개하고 있으며 본 연구에서는 2016년 5 월에 공개된 버전 16.5를 사용하였다(http://scec.usc.edu/ scecpedia/Broadband_Platform). 남부 캘리포니아 지 진 센터(SCEC)의 광대역 플랫폼(BBP)은 물리적 지 진모델링에 기반을 두고 다양한 규모와 발생 기작을 갖는 지진에 대한 광대역(0-100 Hz) 삼성분 지진 파 형을 시뮬레이션 할 수 있는 통합 된 오픈 소스 소 프트웨어 프로그램이다. SCEC BBP는 모델 개발자 가 제공 한 오픈 소스 코드를 사용하여 지진 파열 및 지진파 전파 모델링을 실행할 수 있으며, 제공된 모델링 방법은 과거 지진에 의한 관측 자료와 경험 적 강지진동 모사 공식과의 비교 분석을 통해 검증 되었다(Dreger et al., 2015; Goulet et al., 2015). SCEC BBP는 광대역 강지진동 지진파형 모사에 필 요한 지진원 생성 모듈, 저주파 및 고주파 지진파 전 파 모듈, 부지 효과 모듈 등으로 구성된다(Fig. 1). 버전 16.5 플랫폼에는 5개의 모델링 방법론이 제시되 고 있는데 본 연구는 Song 모델과 Exsim 모델을 사 용하여 강지진동 모사를 수행하였다. Song 모델은 물리적 지진모델링 기반 강지진동 모사에서 중요한 요소인 유사동력학(pseudo-dynamic) 지진 모델링의 대표적인 예이고 Exsim 모델은 물리적 지진모델링이 아닌 추계학적(stochastic) 방법을 사용하나 관련 분야 에서 오랜 기간 사용된 방법으로 두 모델을 상호 비 교하는 것이 유용하다고 판단하여 본 연구에서 사용 하게 되었다.

    Song 모델 (Pseudo-dynamic Source Model)

    Song 모델은 유사동역학(Pseudo-dynamic) 지진모 델링을 이용한 저주파(<1 Hz) 지진파형 모사(Song et al., 2014;Song, 2016)와 Graves and Pitarka (2010) 의 고주파(>1 Hz) 지진파형 모사 모델을 결합하여 구 축되었다. 유사 동역학 지진모델링은 유한단층 지진원 모델링에서 운동학적 모델링 방법(kinematic modeling) 을 사용하되 동력학 지진모델링의 중요한 물리적 특 성을 모방하도록 설계된 모델이다. Song et al. (2014) 은 주요 지진원 변수의 1점, 2점 통계량을 사용하여 확률모형을 구축함으로써 유사 동력학 모델링을 수행 하는 체계를 제안하였으며 Song (2016)은 다수의 동 력학 지진모델 자료의 통계 분석을 통해서 확률모형 의 주요 변수에 대한 입력 모델을 구축하였다. 현재 구축된 유사동력학 지진모델링은 1 Hz 이하의 저주 파 지진파형 모사에 사용되고 있으며 1 Hz 이상의 고주파 지진 파형 모사는 추계학적 모사 방법을 사 용하고 있다(Graves and Pitarka, 2010;Graves and Pitarka, 2015).

    EXSIM 모델(Stochastic Finite-Fault Modelling)

    EXSIM은 추계학적 유한단층 지진원 기반 지진파 모델링 알고리즘으로 지진에 대한 일련의 지반 운동 을 생성한다(Boore, 2009;Motazedian and Atkinson, 2005;Assatourians and Atkinson, 2012). 광대역 플 랫폼에서 구현되는 EXSIM의 버전은 Boore (2003)의 추계학적 합성 지진파형 모사 모델을 기반으로 지진 의 유한 단층 파열 특성이 추가된 모델이다(Atkinson and Assatourians, 2015). 지진 모멘트에 따라 지정된 크기를 갖는 단층 평면은 각각 점진원으로 취급되는 일련의 하위 소스(sub-source)로 분할된다. 하위 소스 의 시계열 모사 방법은 Boore (1983)에 의해 개발되 었고 Stochastic-Method SIM-Condition (SMSIM) 컴 퓨터 코드(Boore, 2003)로 대중화되었다. 점 지진원 에 의한 지진파형은 주파수 영역에서 지진원, 지진파 전파, 부지 효과에 대한 진폭 스펙트럼으로 특성화되 며 전체 유한단층 모델에 대한 지진파형은 각각의 점지진원에 의한 지진파형의 결합으로 모사 될 수 있다.

    계기 진도에 대한 강지진동 선행 연구

    지진에 의한 지면 운동의 시계열(time series)은 지 진에 의한 지면 운동을 설명하는 가장 일반적인 방 법으로 가속도, 속도, 변위가 있다. 지면의 흔들림은 가속 단위(%g, gal)로 측정되고 가속도계에 기록된 가속도의 최대 진폭 절대값이 최대지반가속도(Peak Ground Acceleration, PGA)이며, 이 값을 시간에 대 해 적분하여 최대지반속도(Peak Ground Velocity, PGV)를 구한다. 규모와 진도의 관계를 알고, 규모와 최대지반가속도(PGA) 관계를 통해, 지상 운동의 물 리적 매개 변수인 진도와 최대지반가속도(PGA)와의 상관관계를 밝히는 연구는 1970년대부터 진행되었다. 최대지반가속도(PGA)와 진도(Modified Mercalli Intensity scale, MMI)의 상관관계는 Trifunac and Brady (1975), Wald et al. (1999) 등에 의해 연구되 었다. Wald et al. (1999)은 8개의 캘리포니아 지진 (Northridge, Landers, Sierra Madre, Loma Prieta, Whittier Narrows, North Palm Springs, Imperial Valley, San Fernando)에서 관측된 진도와 기록된 최 대 지반 운동을 비교함으로써 MMI & PGA, MMI & PGV 사이의 회귀 관계를 발견하였다. Wald et al. (1999)은 MMI ≤ VII는 PGA, MMI ≥ VII은 PGV와 상관 관계가 높게 나타나는 것을 지적하였다. 그 이 유에 대해 PGA는 높은 진도에서 포화(level off)되는 반면, PGV는 계속 증가하기 때문이며 디지털화된 아 날로그 가속도계의 통합에 의해 유도된 PGV는 낮은 수준의 움직임에서 잡음이 많고 산란이 더 많기 때 문임을 들었다. 계기진도도 작성에 있어서 미국지질 조사국(United States Geological Survey, USGS)은 진도 V 이하에서는 PGA를 이용하고 진도 VII 이상 에서는 PGV를 이용하며, 진도 V와 VII 사이에서는 가속도와 속도의 선형조합을 이용한다(김우한 외, 2006).

    강지진동 모사

    본 연구에서는 미국 남부캘리포니아 지진센터에서 개발한 물리적 지진모델링 기반 광대역 강지진동 모 사 플랫폼(SCEC BBP)을 활용하여, M 6.0, 6.5, 7.0 지진에 대한 강지진동 지진파형 모사를 수행하고 합 성 지진파형에서 추출된 최대 지반 가속도(Peak Ground Acceleration, PGA)와 최대 지반 속도(Peak Ground Velocity, PGV) 값을 사용하여 진앙거리 증 가에 따른 진도 감쇠 특성을 분석하였다. 유한단층 지진원 모델은 유사 동력학 지진모델링 방법(Song et al., 2014;Song, 2016)을 이용하여 구축되었으며 각 각의 규모에 대한 대표적인 지진원 모델은 Fig. 2(a) 에 도시하였다. 합성 지진파형은 국내 기상청과 한국 지질자원연구원에서 운영하는 169개의 가속도 지진 관측소 위치(Fig. 2(b))에서 계산되었으며 속도 및 가 속도 지진파형으로부터 PGA 및 PGV를 추출하고 우 리나라 전 지역에 대한 진도 분포도(Isoseismal Map) 를 작성하여 강지진동 발생에 따른 피해 정도를 쉽게 인지할 수 있도록 하였다(Fig. 3). 계기진도 결정에서 는 진도가 작은 경우 PGA값을 큰 진도에는 PGV를 주로 사용하나 본 연구에서는 PGA와 PGV를 전 진도 영역에서 사용하여 그 차이를 비교 분석 하였다.

    지진 발생 위치는 2016년 규모 5.8 경주 지진 진 앙 인근(129.1878E, 35.7610N)을 가정하였고 지각 전파 모델의 경우 남부 캘리포니아 강지진동 모사 플랫폼에서 제공하는 미국의 대표적인 지각 모델 두 개를 사용하였다. 하나는 판 내부를 대표하는 미국 중동부 지역(Central and Eastern United States, CEUS) 모델이고 다른 하나는 판의 경계를 대표하는 미 서부 지역(LA Basin) 모델이다. 규모 6.0, 6.5, 7.0의 지진에 대해 각각 50회의 지진 모델링을 수행 하였으며 50개의 지진모델은 Table 1에 정리된 것처 럼 같은 단층 파열 메카니즘(수직 주향 이동)과 파열 면적을 공유하나 서로 다른 단층 파열 시나리오를 갖는 모델이다. 169개 관측소 위치에서 계산된 합성 지진파형으로부터 최대지진동 대표 값을 산출하기 위 해서 두 개의 수평 성분(동서, 남북) 지진동 최대값 의 기하평균을 산출하고 50개 기하평균 값의 중간 값을 각 관측소를 대표하는 최대 지진동 값으로 설 정하였다. 지진동 모사와 관련된 변수와 입력 값은 Table 1에 제시하였다. Fig. 4는 PGA 값을 이용한 규모 7.0 지진에 대한 진앙 근처의 진도분포도이며, 관측소 4곳의 PGA 값과 모사 과정에서 입력된 단층 기작(focal mechanism, right lateral strike-slip)을 나 타낸 것이다.

    연구 결과

    지역(CEUS vs LA Basin)에 따른 진도 분포

    Fig. 5는 판내부(Intraplate) 지역을 대표하는 미 중 동부 지역(Central and Eastern United States, CEUS) 과 판경계(Interplate) 지역을 대표하는 미 서부 지역 (LA Basin)에서 Song 모델에 의한 규모 6.0, 6.5, 7.0 지진에 대해 구한 PGA값을 변환하여 얻은 진도 회 귀 분석 곡선과 미 중동부 지역과 서부 지역 간의 진도차를 나타낸 것이다. 동일 규모의 지진일 경우 판내부 지역인 CEUS가 판경계 지역인 LA Basin지 역에 비해 진도 값이 규모와 거리에 따라서 2 이상 크게 나타나는 경우가 발생하고 유감 지진(MMI ≥ III) 거리가 약 100~150 km 정도 더 크게 나타남을 알 수 있다. 판내부와 판경계 지역의 지진파 전파의 차 이에 대한 연구는 Scholz et al. (1986), Bellam (2012), Guzman et al. (2015) 등에 의해 수행되었는 데 이들 연구의 공통적인 결론은 판내부 지역이 판 경계 지역에 비해 응력 강하(stress drop)량이 크다는 것이다. 응력 강하량(stress drop, Δσ)과 모서리주파수 (corner frequency, fc), 지진 모멘트 (seismic moment, Mo) 사이의 관계(Brune, 1970, 1971)는 식 (1)과 같다.

    stress drop  Δ σ = 8.47 M o f c β 3
    (1)

    • fc : corner frequency [Hz]

    • β : shear-wave velocity [km/s]

    • Δσ : stress drop [bar]

    • Mo : seismic moment [dyne · cm]

    식 (1)에 의하면 동일 규모의 지진이 발생했을 때 응력 강하량이 클수록 모서리 주파수 값이 커짐을 알 수 있다. 이것은 판내부 환경에 속한 우리나라는 동일 규모의 지진이 발생했을 때 판경계 지역에 비 해 응력 강하가 크고 그 결과 모서리 주파수가 커져 지진 발생 시 고주파 성분이 증가함을 의미한다. SCEC BBP를 이용하여 판내부 지진과 판경계 지진 파형 모사를 수행하고, 그 결과를 경주 지진 관측 강 지진동 자료와 비교 분석한 Song et al. (2018)은 경 주지진의 강지진동 자료가 미중동부 모델을 통해 얻 어진 강지진동 모사 결과와 유사하며, 판내부 지역의 상대적으로 큰 응력 강하와 낮은 감쇠효과로 인해 판경계 지역의 비슷한 규모의 지진에 비해 고주파 대역에서 강한 지진동을 만들어낸다고 하였다. 판내 부 지역에 속한 우리나라의 경우 CEUS 지역 모사를 근거로 큰 응력강하와 낮은 지진파 감쇠, 고주파 성 분 증가에 따른 취성형 파괴 발생 등의 요인이 우리 나라 지진 피해 특성을 결정하는데 중요하게 작용할 것으로 판단된다.

    CEUS 지역은 LA Basin 지역에 비해 시뮬레이션 방법이나 PGA vs PGV MMI 변환과 무관하게 평균 적인 진도가 더 크게 나타난다. 미 중동부와 서부간 의 진도차는 Song 모델을 이용한 PGA-MMI 변환을 사용했을 때 1.6~1.8로 가장 크게 나타났고, Exsim 모델을 이용한 PGV-MMI 변환을 사용했을 경우 0.2 ~0.4로 가장 작게 나타났다. Fig. 6은 미 중동부와 서 부의 PGA-MMI 변환에 따른 M 6.0, 6.5. 7.0 지진 에 대한 진도분포도를 나타내는 그림이다. 규모에서 1의 차이가 있음에도 불구하고 (a)와 (f)의 진도 분포 도가 비슷함을 보이고 있다. 이는 지역에 따라 동일 규모의 지진이 발생하더라도 진도분포가 다를 수 있 음을 나타낸다.

    PGA vs PGV MMI Conversion에 따른 진도 분포

    CEUS 지역과 LA Basin 지역의 PGA와 PGV를 이용한 진도 변환 결과를 함께 나타낸 것이 Fig. 7의 (a)와 (b)이고, 규모에 따른 PGA와 PGV의 진도 변 환 차이를 나타낸 것이 (c)와 (d)이다. 미 중동부 지 역(CEUS, Fig. 7(c))의 경우 100 km 이내의 거리에 서는 PGA로부터 변환된 진도가 1 정도 크게 나타나 고, 거리와 규모가 증가함에 따라 PGA와 PGV 변환 차가 0이 되거나 PGV 로부터 변환된 진도가 커지는 경우가 증가한다. 이에 반해, 미 서부지역(LA Basin, Fig. 7. (d))의 경우 50 km 내외의 근거리 진앙거리를 제외하면, 거리와 규모가 증가함에 따라 PGV로부터 변환된 진도가 1 이상 큰 경우가 뚜렷하게 증가한다. PGA 와 PGV 진도 변환에서 나타나는 이러한 지역 적 차이는 강지진동 모사 모델에서 사용하는 고주파 와 저주파의 감쇠 모델에 대한 원인 분석이 필요할 것으로 보인다.

    Fig. 8은 규모 7 지진에 대한 미 중동부와 미 서부 지역의 PGA와 PGV로부터 변환된 진도분포도 (Isoseismal Map)를 나타낸 것이다. CEUS 지역의 경 우((a)~(b)) PGA에 의한 진앙 진도가 PGV에 의한 진도보다 확연이 크게 나타나고, Fig. 7(a)의 그래프 를 통해 원거리에서 PGV에 의한 진도 감쇠가 느리 게 나타나 등진도선의 간격이 넓게 나타남을 알 수 있다. LA Basin 지역인 ((c)~(d))의 경우, Fig. 7(b)를 통해 PGA 와 PGV에 의한 감쇠 패턴이 유사하여 진 도 분포도의 형태가 매우 흡사하게 나타나고, 200 km 이상의 진앙거리에서는 PGV로부터 변환된 진도 가 1 이상 더 커지므로 유감지진 면적이 더 크게 나 타남을 알 수 있다.

    모델링(Song vs Exsim) 방법에 따른 진도 분포

    Fig. 9는 Exsim 모델 의 진앙거리에 따른 규모별 감쇠 곡선(Fig. 9(a)-(c))과 미 중동부와 서부간의 진 도차(Fig. 9(d)-(f))를 나타낸 것이다. Fig. 5의 Song 모델과 비교해 볼 때 동일 규모의 지진일 경우 미 중동부와 서부간의 진도차가 더 작게 나타남을 알 수 있다. PGA-MMI를 이용할 경우 평균적으로 Song 모델은 1.6~1.8 (Fig. 5(d)~(f)), Exsim 모델은 0.8~ 1.1 (Fig. 9(d)~(f))정도의 진도차를 보였다.

    논 의

    본 연구에서는 한국형 물리적 지진모델링 기반 강 지진동 모사 플랫폼 개발 연구가 본격적으로 수행되 지 않은 상황에서 미국 남부 캘리포니아 강지진동 모사 플랫폼(SCEC BBP)을 사용하여 다양한 입력 모델에 따른 진도 감쇠 특성을 분석하였으며 같은 규모의 지진이라도 상이한 진도 감쇠 분포를 보여줄 수 있음을 확인하였다. 이번 연구 결과는 한반도에서 발생하는 강진의 진도 감쇠 특성을 예측하는데 지역 특화된 모델을 사용하지 않을 경우 발생할 수 있는 진도 분포의 불확실성 정도를 잘 보여준다. 그러나 미국 남부 캘리포니아 강지진동 모사 플랫폼에서 제 공하는 미국의 지진파 전파 모델을 사용하고 미국 지질조사국(USGS)에서 ShakeMap 작성 시 사용하는 수정 메르칼리 계기진도(MMI) 변환표를 이용하여 본 연구로 우리나라의 진도 감쇠 특성을 정확히 이 해하는 것은 한계가 있을 것으로 판단된다. 따라서 9.12 경주지진과 11.15 포항지진을 통해 축적된 규모 5 이상의 계기 지진 자료와 유감 지진에 대한 진도 평가를 활용하여 한국형 강지진동 모사 플랫폼 개발 을 통해 보다 정확한 한반도 전역에 대한 진도 감쇠 특성 연구와 진도 변환식 개발이 필요할 것으로 판 단된다. 또한, 본 연구는 기반암을 가정하고 강지진 동 모사를 수행하였으나 진도 분포는 부지효과의 영 향도 크게 작용할 수 있으므로 향후 연구에서는 부 지효과를 고려하는 것도 필요해 보인다.

    결 론

    물리적 지진 모델링 기반 강지진동 모사를 이용한 판내부 지진과 판경계 지진의 규모에 따른 진도 감 쇠 분석 연구의 결론은 다음과 같다.

    1. 물리적 지진모델링을 이용한 강지진동 모사 플 랫폼(SCEC BBP)은 지진재해 평가에 유용하게 사용 될 수 있다.

    2. 동일 규모의 지진일 경우 판내부 지역(Intraplate, CEUS)을 가정한 모델이 판경계(Interplate, LA Basin)지역을 가정한 모델 보다 평균적으로 진도가 더 크게 나타난다. Song 모델의 경우 PGA값을 이용 할 경우 평균적으로 1.6~1.8 이상의 진도차가 나타나 고, PGV를 이용한 경우 0.8~1.0의 차이가 나타났다. Exsim 모델의 경우 PGA값을 이용할 경우 0.8~1.1의 차이를 보였고, PGV를 사용할 경우 0.2~0.4의 진도 차를 보였다.

    3. 최대지반속도(PGV)값을 이용할 때 보다 최대지 반가속도(PGA)값을 이용할 경우 진앙 진도(Epicentral intensity)가 더 크게 나타난다.

    4. 미 서부지역 모델을 가정할 경우 근거리 진앙거 리를 제외하고 규모와 거리가 증가함에 따라 PGA 보다 PGV를 이용하여 변환된 진도가 더 크게 나타 나고, 미 중동부 지역 모델을 가정할경우 대체로 PGV보다 PGA로부터 변환된 진도가 더 크거나 같게 나타난다.

    5. 지진의 규모가 동일하더라도 지진원 응력강하, 지진파 감쇠 특성 등에 따라 상이한 진도 감쇠 패턴 을 보이므로 강지진동 모사 모델의 입력 변수에 따 라 진도분포도의 모습이 달라질 수 있으므로 관심 지역에 적합한 지역 모델 구축을 통한 진도 감쇠 특 성 분석이 필요할 것으로 판단된다.

    6. 본 연구는 아직 지구조적 지진환경에 대한 이해 가 충분하지 않고 지역 특화된 물리적 지진모델링 기반 강지진동 모사 플랫폼 개발 연구가 본격적으로 수행되지 않은 한반도에서 지역 특화된 진도 감쇠 특성을 고려하지 않을 경우 발생할 수 있는 진도 분 포의 불확실성에 대한 유용한 정보를 제공하며 앞으 로 한반도 강지진동 모사 플랫폼 개발과 이를 이용 한 좀 더 정밀한 진도 감쇠 특성 연구에 중요한 기 초자료가 될 것으로 기대된다.

    사 사

    본 연구의 강지진동 지진파형 모사는 SCEC BBP 그룹에서 오픈소스로 제공하는 광대역 강지진동 모사 플랫폼 (http://scec.usc.edu/scecpedia/Broadband_Platform) 을 사용하여 수행되었습니다. 또한 본 연구는 부분적 으로 기상청 “기상·지진See-At기술개발연구(KMI2018- 01810)” 사업의 지원으로 수행되었습니다. 본 논문에 기재된 일부 그림은 Generic Mapping Tools (http:// www.soest.hawaii.edu/gmt/)을 사용하여 제작되었습니다.

    Figure

    JKESS-40-1-56_F1.gif

    Typical workflow of hybrid broadband ground motion simulation (Maechling, 2015).

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    Example of finite source models for M 6.0, 6.5, and 7.0 events (a) and the location of seismic stations (KMA and KIGAM) (b) at which synthetic waveforms are simulated. The red star indicates the epicenter location of the simulated events.

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    Example of an intensity map (converted from PGA) for the CEUS region for an M 7.0 event with syntehtic waveforms at the three selected stations (Song model).

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    Example of an near-source region intensity map (converted from PGA) for the CEUS region for an M 7.0 event with synthetic waveforms at the four selected stations (Song model).

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    PGA-MMI as a function of epicentral distance for three magnitudes ((a) M=6.0, (b) M=6.5, (c) M=7.0) of two regions (CEUS & LA Basin) and regional intensity difference ((d) M=6.0, (e) M=6.5, (f) M=7.0) by Song model.

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    Isoseismal map for M 6.0, 6.5, and 7.0 (CEUS (a)~(c) vs. LA Basin (d)~(f)) by Song model.

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    PGA-MMI and PGV-MMI as a function of epicentral distance for three magnitude and two regions ((a) PGA & PGV MMI (CEUS), (b) PGA & PGV MMI (LA Basin), (c) PGA-PGV MMI (CEUS), (d) PGA-PGV MMI (LA Basin)).

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    PGA-MMI vs PGV-MMI conversion isoseismal map for magnitude 7.0 of two regions (CEUS & LA Basin).

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    PGA-MMI as a function of epicentral distance for three magnitudes ((a) M=6.0, (b) M=6.5, (c) M=7.0) of two regions (CEUS & LA Basin) and regional intensity difference ((d) M=6.0, (e) M=6.5, (f) M=7.0) by Exsim model.

    Table

    Simulation Parameters

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