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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.40 No.3 pp.272-282
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2019.40.3.272

A Preliminary Study on Micro-earthquakes Occurred from 2010 to 2017 in Busan, Korea

Soheon Yoon1, Jongwon Han1, Deokhee Won2, Su Young Kang3, Yong Gyu Ryoo4, Kwang-Hee Kim1*
1Department of Geological Sciences, Pusan National University, Busan 46241, Korea
2Coastal & Ocean Engineering Division, Korea Institute of Ocean Science & Technology, Busan 49111, Korea
3Institute of Geological Hazard and Industrial Resources, Pusan National University, Busan 46241, Korea
4Cheongju Branch Office of Meteorology, Cheongju 28581, Korea
Corresponding author: kwanghee@pusan.ac.kr Tel: +82-51-510-2250
March 23, 2019 April 30, 2019 May 28, 2019

Abstract


Although the knowledge of current seismicity is a critical information for making and implementing effective earthquake-related policy, the detailed seismicity information of the metropolitan areas with high-population density has been largely underestimated due to the high-level of cultural noise and small earthquake magnitude. This study presents 12 earthquakes including 2 earthquakes previously known and 10 additional earthquakes occurred from 2010 to 2017 in Busan, but they were unreported by the Korea Meteorological Administration. Matched filter technique is used to detect micro-earthquakes. Although the epicenters of micro-earthquakes though present a distinguished linearity, a correlation with faults in the area is unknown. A repeated micro-seismicity suggests that there are subsurface structures responsible for observed events. If large earthquakes occur along the fault in Busan, they may cause catastrophic natural disasters. Given the fact that the recent earthquakes did not accompany any surface signatures, it is highly recommended that the current micro-seismicity be investigated, and updated seismicity information be incorporated into establishing active fault maps in Korea.



2010-2017년 부산지역의 미소 지진 예비 탐색

윤 소헌1, 한 종원1, 원 덕희2, 강 수영3, 유 용규4, 김 광희1*
1부산대학교 지질환경과학과, 46241, 부산광역시 금정구 부산대학로 63번길 2
2한국해양과학기술원 해양공학연구본부, 49111, 부산광역시 영도구 해양로 385
3부산대학교 지질재해산업자원연구소, 46241, 부산광역시 금정구 부산대학로 63번길 2
4청주기상지청, 28581, 충청북도 청주시 흥덕구 공단로 76

초록


지진 관련 정책 입안과 수행에 우선적으로 고려되어야 할 정보가 지진 발생현황이지만, 대도시와 인구밀집 지역의 경우 높은 생활잡음으로 인해 작은 규모의 지진 발생을 정확히 인지하지 못하는 경우가 많다. 본 연구에서는 2010년부터 2017년까지 부산지역에서 발생했지만, 규모가 작아 기상청 지진목록에 수록되지 않은 미소 지진 10회를 파형의 유사성을 이용하여 검출하였고, 기존에 발생사실을 알고 있던 지진을 포함하여 총 12회의 지진을 분석에 사용하였다. 새로이 보고되 는 지진은 선형을 보이면서 발생하고 있지만, 주변의 단층과 직접적으로 연관하여 해석하기에는 자료가 충분치 않다. 규모 가 작은 미소 지진이 꾸준히 발생한다는 것은 지하에 지진을 일으키는 단층이 존재함을 시사하고, 부산과 같은 인구밀집 지역에서 과거 피해를 유발한 역사지진과 비슷한 규모의 지진이 발생한다면 대형 피해로 발전될 가능성이 매우 크다. 최근 우리나라에서 발생한 피해 유발 지진이 지표파열을 동반하지 않고 발생하고 있음을 고려할 때 현재 발생하고 있는 미소 지진 현황을 파악하여 지표 단층조사와 함께 지하단층을 규명하는데 활용하여야 한다.



    Korea Meteorological Administration
    KMI2018-02810

    서 론

    최근 경주와 포항에서 발생한 지진과 그 피해를 경험하면서 우리나라에서도 대규모 지진이 발생하여 피해가 발생할 수 있다는 국민들의 우려가 증대되었 고, 지진이 국민들의 안전을 위협할 수 있는 실체적 인 재난위험요소로 인식되기 시작했다. 정부에서는 이러한 위험요소를 반영하고 그간의 미흡했던 지진방 재대책을 원점에서 재점검하여 지진으로부터 안전한 국가와 사회를 만들기 위한 지진대응 기반구축을 위 해 ‘지진 방재 종합대책’을 수립하여 추진하고 있다 (MPSS, 2017).

    현재의 과학기술 수준으로는 단기 지진 예보가 불 가능함을 고려하여 정부 정책은 사전 지진 대비와 사후 대응 및 복구를 중심으로 진행되고 있다(e.g. Geller, 1997;MPSS, 2017). 이러한 정부 정책의 수 립과 수행 과정에서 지진재해 원인 파악은 가장 기 본적인 고려사항이 되어야 한다. 특히 최근 우리가 경험한 중규모 지진(규모 5-6)의 경우 지표파열을 동 반하지 않고 발생하고 있으므로(KIGAM, 2018;Kim et al., 2017;Kim et al., 2016c;Park et al., 2018), 앞으로 발생할 지진이 이미 지표 지질조사를 통하여 알려진 단층에서 발생할 것이라는 가정은 위험할 수 있다. 최신의 조사/연구 기법을 동원한 지표 단층조 사와 함께 지표조사만으로는 확인이 어려운 지하단층 을 규명하기 위한 노력이 필요하며, 현재 발생하고 있는 지진의 특성을 고려한 피해유발 지진의 발생가 능성 조사와 그 결과를 각종 정부 정책의 수립 및 수행 과정에 반영할 필요가 있다.

    지진은 일반적으로 기존에 존재하던 단층면을 따라 응력이 임계점에 도달했을 때 발생하기 때문에 비슷 한 장소에서 반복적으로 발생하는 경향이 있다(Kim et al., 2017;Kim et al., 2011). 따라서 과거 발생했 던 지진과 현재 발생하고 있는 지진에 대한 정보를 정확히 파악하고 지진을 유발하는 단층을 규명하는 것은 향후 발생할 지진에 대한 특성을 유추하는데 도움이 된다. 판 경계와 달리 판 내부 지역에서는 피 해를 유발할 정도로 큰 규모 지진의 재발간격 (recurrence interval)이 길다(Kim et al., 2017;Kim et al., 2009;Kim et al., 2006). 즉, 판 내부 지역에 서는 피해를 유발할 수 있는 큰 규모의 지진 발생 횟수는 적지만, 규모가 작은 지진의 발생 횟수는 상 대적으로 많다. 이러한 판 내부 지역의 미소 지진 활 동 현황 분석은 지진을 유발할 수 있는 활동성 단층 에 대한 직접적인 정보를 제공하고, 지진 메커니즘과 지하 속도구조, 지진 방재대책 수립 등 각종 연구에 서도 매우 중요한 정보를 제공할 수 있다(Han et al., 2016;Kim et al., 2011;Sheen et al., 2013). 앞에서 언급한 바와 같이 한반도는 판 경계로부터 수백 Km 떨어진 판 내부 지역에 해당하며, 한반도에서 발생하 는 지진 또한 판 내부 지진의 특성을 가지고 있다. 일반적으로 판 내부 지진은 판 경계 지진과 비교했 을 때, 지진의 시공간적 분포가 불규칙하고 산만하게 발생하며 빈도도 상대적으로 낮으며 크기도 작다(Jun and Jeon, 2010;Kim et al., 2006). 이러한 판 내부 지진의 특성으로 인하여 지진에 대한 대비가 소홀하 기 쉽지만, 인구의 도시 집중, 산업시설의 밀집 등은 지진이 발생했을 때 그 피해를 증폭시키기 때문에 현대사회는 지진에 취약하다 볼 수 있다(Kim et al., 2001). 부산의 2018년 현재 인구는 약 344만명으로 전국에서 두 번째로 인구밀도가 높은 지역이다 (KOSTAT, 2018). 또한, 부산은 전국에서 건설된 지 30년 이상 된 노후 건축물의 비율이 가장 높은 지역 이다(MOLIT, 2018). 부산은 지진 발생빈도는 낮으나 노후 건축물이 많고 인구가 집중되어 있는 지역이기 때문에 과거 피해를 유발한 지진과 비슷한 규모의 지진이 발생한다면 큰 피해가 발생할 수 있다. 또한, 부산광역시 기장군에 위치한 고리 원자력발전소에서 총 5기의 원자로가 가동되고 있기도 하므로 잠재적 인 지진위해도(seismic risk)가 높다.

    본 논문에서는 연구대상 지역인 부산의 지진 발생 환경을 역사지진 자료와 계기지진 자료를 통하여 살 펴보고, 지금까지 수집 가능한 계기지진 자료를 활용 하여 부산지역에서 발생한 지진 중 규모가 작아서 보고되지 않은 미소 지진의 탐지 및 발생위치를 결 정하여 새로이 보고되는 미소 지진을 지진 위험성 및 위해성 관점에서 그 의미를 고찰한다. 본 논문은 또한 향후 관련 연구 수행에 필요한 고려사항과 연 구 확장 가능성 및 필요성에 대해서도 언급한다. 본 연구에서 제시하는 연구방법과 자료, 결과는 과거 지 진현상이나 추상적인 지진이 아닌 현재 발생하는 지 진에 대한 객관적인 정보를 제공함으로써 국민들의 요구에 부응하는 지진교육 프로그램 개발과 정부 차 원의 지진방재 정책수립 및 수행에 직접적인 영향을 줄 것으로 기대한다.

    연구지역의 지진 발생 현황

    한반도의 지진 자료는 1905년 한반도에 지진계가 설치되기 이전 각종 문헌에 근거한 역사지진 자료와 1905년 이후 지진계에 감지된 계기지진 자료로 구분 할 수 있다(Lee, 2010). 한반도의 역사지진 목록은 지진 발생 당시의 감진보고에 기초하여 역사문헌에 서술적으로 기록된 지진동을 정리한 것이다. 감진보 고에 의한 역사지진의 지진 발생 위치와 빈도, 피해 자료는 인구 분포에 의해 영향을 받았을 가능성이 있다(Kim et al., 2016b;Kim et al., 2006). 실제 역 사 기록에 언급된 많은 지진이 그 당시 인구밀도가 높은 지역에 위치해 있다(Kim et al., 2016a). 또한 분석자의 주관적인 견해가 지진 발생위치와 크기를 산정하는데 작용할 수 있고, 결과적으로 분석결과에 차이가 발생하기도 한다. 이 문제점을 해소하기 위해 여러 선행연구에서 객관적인 절차와 방법으로 진도와 진앙을 분석한 바 있다(e.g. Kyung et al., 2010;Lee, 1998;Lee and Yang, 2006). Kyung et al. (2010)은 역사지진 자료를 취합하여, 사람들이 진동을 느낀 지 진들의 감진 구역을 지도화하고 감진 반경을 계산하 여 역사지진의 진앙, 진도, 규모를 재결정하였다. 이 번 연구에서는 부산지역에서 발생한 역사지진 발생 이력 검토를 위하여 Kyung et al.(2010)이 평가한 역 사지진의 진도와 규모를 사용하였다.

    Kyung et al.(2010)의 역사지진 자료를 검토한 결 과, 부산에서 서기 2년부터 1905년까지 총 7회의 역 사지진이 발생한 기록을 확인하였다(Fig. 1, Table 1). 역사지진 자료에 따르면, 부산 동래에서 1418년, 1641년, 1710년에 최대 진도 II-IV인 지진이 발생하 였다. 1431년과 1480년에 각각 진도 IV와 진도 IIIV인 지진이 기장과 김해 인근에서 발생하였고, 1548 년과 1554년에 진도 V의 지진이 기장과 동래 부근 에서 발생하였다. 진도 II-IV의 피해 정도는 ‘북을 치 는 듯한 소리가 들리며 집이 조금 흔들림’ 정도이며, 진도 IV에 해당하는 피해 정도는 ‘산이 무너질 듯한 소리가 들리며 창문과 벽, 집이 흔들림’ 정도이다. 진 도 V의 피해 정도는 ‘땅이 크게 진동하며 담장과 지 붕 모두 흔들림’ 정도이다. 이 외에도 서울을 포함한 수도권, 대전, 광주 그리고 대구 등 국내 여러 지역 에서 피해를 일으킨 역사지진의 발생사실을 확인가능 하다. 본 연구에서는 인구 밀집지역 중 하나인 부산 을 대상으로 연구를 진행하였으나, 국내 다른 대도시 및 인구밀집지역 역시 유사한 상황에 놓여있을 가능 성이 높다.

    계기지진 현황 조사를 위해 기상청의 1978년부터 2017년까지 계기지진 목록을 활용하였다. 기상청에서 는 국내에서 규모 5.0 이상 지진이 발생할 경우 지진 조기경보, 국내 내륙에서 규모 3.5 이상 지진과 해역 에서 규모 4.0 이상 지진이 발생할 경우 지진속보, 국내 규모 2.0 이상 지진이 발생할 경우 지진정보를 국민들에게 제공하고 목록화하고 있다(KMA, 2019). 기상청에서는 지진의 발생 사실을 인지하였지만, 그 규모가 발표 기준 이하인 지진목록 자료를 내부보관 하기도 한다. 본 연구에서는 기상청의 지진목록과 함 께 발표 기준 이하의 작은 규모의 지진 자료도 함께 제공받아 활용하였다.

    기상청 계기지진 자료에 따르면 1978년 계기지진 관측 이후 2017년까지 부산 내륙에서 3회의 지진이 발생하였다(Fig. 1). 부산 내륙에서 발생한 지진 중 2 회는 한국 표준시를 기준으로 부산시 금정구 일대 동일한 위치(부산시 금정구 북쪽 7 km 지역)에서 1996년 05월 16일 규모 2.8 지진과 1997년 06월 16 일 규모 2.7 지진이 발생하였다. 그리고 2011년 09월 30일 규모 1.5 지진이 부산진구 서북서쪽 방향으로 약 3 km 떨어진 곳에서 발생하였다. 역사지진과 계 기지진 자료 검토를 통하여 부산에서 반복적으로 지 진이 발생해 왔음을 확인하였고, 규모가 작기는 하지 만 지진이 발생한다는 것은 지하에 지진을 유발하는 구조가 존재함을 의미한다. 기상청 계기지진 목록에 수록된 부산시 행정구역 내에서 발생한 지진의 진원 시와 진앙의 위치는 Table 2에 수록하였다.

    연구자료

    지진의 발생위치 결정 오류는 불확실한 속도구조와 지진관측소의 부적절한 분포, 잘못된 지진파의 도착 시간 결정 등 다양한 이유로 발생할 수 있다(e.g. Gomberg et al., 1990;Kim and Park, 2010). 특히 미소 지진의 경우 지진으로부터 방출되는 에너지의 양이 적어 주변 잡음에 묻히는 경우가 많기 때문에 지진관측망의 분포가 조밀하지 않을 경우 지진파 도 착시간을 결정하는데 있어 어려움이 크다. 따라서 미 소 지진의 위치 결정시 오차를 줄이기 위해서는 관 측소 수를 늘려 조밀하고 고른 분포망을 구성해야 한다(Kim et al., 2017).

    이번 연구에서 지진의 발생위치 결정을 위해 가능 한 많은 지진관측소 자료를 활용하고자 기상청, 한국 지질자원연구원, 한국해양과학기술원 등의 자료를 획 득하여 사용하였다. 각 기관들은 부산 및 그 주변 지 역에서 기관 고유 목적을 달성하기 위하여 상시지진 관측망을 운영하고있다. 기상청은 지진/지진해일/화산 업무를 총괄하는 중앙행정기관으로서 전국적으로 국 가지진관측망을 운영하며 지진을 관측하고 규모 2.0 이상의 지진이 발생하면 지진 발생현황을 국민에게 통보하고 있다(KMA, 2019). 한국지질자원연구원은 전문 지진 연구기관으로서 전국적으로 상시지진관측 망을 운영하고 있다(KIGAM, 2019). 한국해양과학기 술원에서는 우리나라 수출입 물동량의 약 99%를 처 리하고 있는 항만시설의 재난대책의 일환으로 부산항 과 인천항을 비롯한 국내 주요 12개항 26개소에 지 진관측소를 설치 운영하면서 지진 발생에 선제적으로 대응하고 있다(Jang et al., 2012;MOF, 2019).

    본 연구에서는 부산을 중심으로 반경 50 km 이내 에 위치한 모든 관측소 자료의 사용을 고려하였으나, 이 중 배경잡음이 심하여 잡음과 지진 신호의 구분 이 어려운 관측소의 자료는 제외하였다. 해당 선정기 준을 고려하여 선정된 관측소는 기상청에서 운영하고 있는 금정관측소(BUS2), 부산관측소(BSA), 밀양관측 소(MIYA), 거제관측소(KUJA)와 한국지질자원연구원 에서 운영하고 있는 매곡리관측소(MAK), 양산관측소 (YSB), 한국해양과학기술원에서 운영하고 있는 영도 관측소(ORYD)이다(Fig. 2, Table 3).

    연구방법

    지진이 발생하면, 지진의 파형은 전국에 설치된 각 관측소에서 관측된다. 우리나라 지진관측망을 포함한 대부분의 관측망에서 배경잡음으로부터 지진 신호를 구분하기 위해 일반적으로 사용되는 방법은 STA/LTA (Short-term-average/Long-term-average)로, 짧은 시간 동안의 진폭과 긴 시간 동안의 진폭을 비교하여 갑 자기 큰 에너지의 도착이 감지되면 지진으로 의심하 여 분석을 시작하는 것이다(e.g. Allen, 1982;Ryoo, 2006). 이 방법은 배경잡음이 높은 관측소의 경우 또 는 지진의 규모가 작은 경우 지진파 도착시간 추정 에 실패하거나 잘못된 결과를 생산할 수 있다. 이처 럼 신호 대 잡음비가 낮은 자료에서 지진을 검출하 는 효과적인 방법 중 하나는 Matched filter방법으로 이미 발생한 지진의 파형과 연속파형을 비교하면서 유사한 파형을 찾는 것이다. 서로 인접한 지역에서 발생한 두 개의 이벤트가 동일한 관측소에서 기록되 고, 유사한 진원 메커니즘으로부터 시작된 경우, 두 파형은 상당히 높은 유사성을 보인다. 이와 같이 주 변 잡음이 큰 경우, 이미 발생한 지진 파형과 연속 파형을 상호 비교하면서 지진을 검출하는 방법을 Matched filter 혹은 Matched signal detector라고 한 다(e.g. Beyreuther et al., 2010; Chamberlain et al., 2018;Gibbons and Ringdal, 2006; Han et al., 2019; Han et al., 2016;Kim and Park, 2010;Kim and Kim, 2014).

    Han et al.(2016)은 동일한 장소에서 반복적으로 발 생하는 지진을 동일한 관측소에서 기록하면 파형이 유사하다는 특성을 이용하여 기상청 지진관측소의 2010년부터 2014년까지 연속파형 자료로부터 울산단 층 동편에서 발생하는 미소 지진을 검출하였다. 이때 기상청에서 기존에 보고한 지진의 수보다 약 15배가 넘는 미소 지진을 추가적으로 검출하였고, 그 지진 발생위치를 정확히 결정하여 인근 단층과의 상관관계 를 조사하였다. 또한, 영덕 연안 지역에서 2007년과 2015년 사이에 발생하였지만, 그 규모가 작아서 보고 되지 않은 미소 지진을 추가적으로 검출함으로써, 기 상청에 기록된 지진목록보다 약 5배 지진의 수를 증 가시켜 지진 발생과 관련된 단층구조를 보다 명확히 확인할 수 있었다(Han et al., 2019). 본 연구에서도 앞서 설명한 Matched filter 방법을 이용하여 이번 연 구에 활용할 수 있는 지진을 추가적으로 검출하였다.

    2016년 9월 12일 경주 지진 발생 이후, 부산대학 교에서는 여진 관측을 위해 이동식 임시 지진관측망 을 운영하였다. 임시 지진 관측망 운영기간은 2017년 03월 18일부터 2017년 11월 04일까지 약 9개월이며, 해당 기간 동안 6~8주 간격으로 임시 지진 관측소의 위치를 이동시켰다. 2017년 05월 08일부터 2017년 06월 25일까지 총 49일간 임시 지진 관측망에 기록 된 지진의 위치를 분석하던 중, 2017년 05월 23일 부산광역시에서 지진이 발생한 사실을 인지하였고, 해당 지진은 기상청에서 발표하지 않은 규모 1.1의 미소지진임을 확인하였다.

    Matched filter 방법을 사용하여 미소 지진을 감지 하기 위해서는 우선 이미 알고 있는 지진자료의 파 형을 템플릿 파형(template waveforms)으로 선정하여 야 한다. 본 연구에서는 기존에 알고 있던 부산에서 발생한 지진(2017년 05월 23일 규모 1.1 지진과 2011년 9월 29일 규모 1.5 지진)의 금정관측소 (BUS2) 파형을 템플릿 파형으로 선택하였다. 선택된 템플릿 파형은 P파 도착 0.5초 전에서 시작하여 6초 간 지속된다. Matched filter 적용에 앞서 템플릿 파 형과 금정 지진관측소 연속지진자료에 8-40 Hz 구간 대역통과필터(bandpass filter)를 적용하여 신호 대 잡 음비(signal-to-noise ratio)를 향상시켰다. 2010년부터 2017년까지 금정관측소(BUS2)에 기록된 연속 지진 파형 자료와 템플릿 파형의 상호 상관계수(crosscorrelation coefficient)가 0.3 이상인 이벤트들의 검출 을 시도하였으며, 배경잡음에 묻혀서 뚜렷하게 기록 되지 않는 미소 지진도 효과적으로 검출함을 확인할 수 있었다(Fig. 3).

    본 연구에서 Matched filter를 적용하여 검출한 지 진으로 의심되는 이벤트의 수는 총 29개이며, 해당 자료가 지진 자료인지 판별하기 위해 부산과 그 주 변 관측소에서 신호가 동시에 기록되었는지를 육안으 로 확인하였다. 확인결과 관측소 2개 이상에서 동시 에 관측된 이벤트의 수는 19개이다. 지진 발생위치를 결정하기에 앞서, 결과의 신뢰성을 확보하기 위하여 3개 이상 관측소에서 동시에 관측된 10회의 지진 자 료만을 사용하였다. 기존에 알고 있던 2개의 지진을 포함하여 총 12개 지진의 진원 위치 결정을 위하여 HYPOELLIPSE 프로그램(Lahr, 1999)과 Kim (1999) 이 제시한 1차원 속도모델을 사용하였다(Fig. 4).

    결과 및 토의

    앞에서 언급하였듯이 템플릿파형과 연속파형 자료 의 상호 상관계수가 0.3 이상인 이벤트를 검출하였다. 그 중 3개 이상 관측소에서 최소 5개 이상의 P파 또 는 S파의 도착시간을 측정할 수 있는 추가적인 지진 의 수는 10회이며, 기존에 발생사실을 알고 있던 지 진을 포함하여 총 12회의 지진을 본 연구의 분석에 사용하였다. 이 지진들은 부산광역시 사상구, 부산진 구, 동구에서 발생하였다. 12개 지진자료의 수직성분 파형을 지진 발생 시간별로 Fig. 5에 도시하였다. 진 원지와 가까운 BUS2 관측소에서 관측된 미소 지진 들은 P파와 S파의 위상이 비교적 뚜렷하지만, 다른 관측소에서는 도착하는 에너지가 적어서 그 위상이 뚜렷하지 않은 경우가 많다. 지진의 발생 위치는 Fig. 6에 표시하였으며, 깊이 15-17 km에서 발생하였 다. 검출된 지진들의 발생 시간, 진앙 위치, 깊이는 Table 4에서 확인할 수 있다.

    연구지역에는 동래단층, 양산단층과 소규모 추정단 층이 북북동-남남서 주향으로 형성되어 있으며, 미소 지진들이 이 단층 주변에서 꾸준히 발생하고 있음을 본 연구를 통해 확인하였다. 본 연구를 통해 확인된 미소지진은 뚜렷한 선형을 보이면서 지질도상에서 확 인할 수 있는 단층 주변에서 발생하고 있지만, 선행 조사된 단층의 방향성과 미소 지진 발생위치의 방향 성은 서로 상이하다(Fig. 6). 이 결과는 지표에서 확 인할 수 없는 blind fault에서 지진이 발생하고 있을 수 있음을 의미한다. 그러나, 본 연구에서 활용한 지 진의 횟수가 많지 않으므로 정확한 지진유발 지하구 조 파악을 위해서는 현재 보다 많은 관측자료와 추 가 분석이 필요하다.

    규모가 작은 지진의 활동 현황을 정밀하게 관측하 기 위해서는 지진관측소가 매우 조밀하게 설치되어야 한다. 지진관측망의 밀도가 낮은 경우 에너지가 적은 미소 지진은 주변 잡음에 묻혀 지진 발생 사실을 인 지하지 못할 가능성이 크고, 인지하더라도 지진 위치 결정에 활용할 수 있는 자료의 양과 질의 제한으로 결정된 지진 발생 위치에 오차가 발생할 가능성이 크다. 이러한 연유로 고밀도 이동식 지진관측망을 활 용하면 해당 기간 동안 미소 지진 감지가 누락되는 것을 최소화할 수 있다(Sheen et al., 2013).

    본 연구에서 8-40 Hz의 대역통과 필터(Bandpass filter)를 적용하고, 상호 상관계수가 0.3 이상이면 추 가 분석을 실시하였는데, 이 기준은 연구지역의 지진 관측환경을 고려하여 선택하여야 한다. 후속 연구에 서는 연구지역의 배경 잡음 분석을 수행하여 미소 지진 감지에 적절한 주파수 대역을 특정하여 활용할 필요가 있다. 본 연구에서 사용한 상호 상관계수 수 준 또한 미소 지진 감지를 위해서는 조정할 필요가 있다. 대도시의 높은 생활잡음 수준을 고려한 적절한 대역필터와 적절한 상호 상관계수를 선정하면 이번 연구에서 추출한 미소 지진의 수보다 더 많은 미소 지진이 검출될 수 있을 것으로 기대된다.

    부산광역시 일원은 지체구조상 백악기 경상 분지에 속하며, 부산의 주요 도심지는 한반도 남동부의 가장 잘 알려진 구조선인 양산단층계 중 북북동 방향의 양산단층과 동래단층, 일광단층을 따라 분포하고 있 다. 동래단층은 부산광역시 남쪽에 넓은 계곡 지형을 형성한다. 이 지역은 일제강점기 이후 도시개발을 위 해 매립사업을 실시한 바 있어 매립토를 포함한 제4 기 지층들이 두껍게 쌓여 있고, 이러한 연약지반에 대부분의 도심지역이 조성되어 있다(Son et al., 2007). 기상청 발표 자료에 의하면 2000년 이후 부산 에서 총 1건의 지진이 발생하였고, 해당 지진은 사람 들이 지진동을 거의 감지하지 못하는 규모 1.5의 미 소 지진으로 부산은 다른 지역에 비해 상대적으로 지진의 발생 빈도가 낮은 지역이다. 그러나 본 연구 에서는 작은 규모의 미소 지진이 부산 내륙에서 꾸 준히 발생하고 있음을 확인하였고, 이러한 미소 지진 의 발생은 지하에 지진을 유발하는 구조의 존재 가 능성을 의미한다. 부산은 지형학적으로 평지가 부족 하여 해방 이후에 경사지에 무계획적으로 도시가 개 발되었기 때문에 큰 규모의 지진이 발생할 경우 산 사태, 연약지반에서의 지반 증폭 효과 등이 동반될 가능성이 크므로 지진에 매우 취약한 지역이다.

    요약 및 결론

    본 연구에서는 파형의 유사성을 활용하여 부산에서 발생했지만 보고되지 않은 규모 2.0 이하의 미소 지 진을 검출하였다. 기상청이 발표한 계기지진 자료에 따르면, 1978년부터 2017년까지 부산광역시 내륙에 서는 총 3회의 지진이 발생하였다. 이번 연구에서는 파형의 유사성을 활용하여 2010년부터 2017년까지 총 8년간 부산내륙에서 발생한 10회의 지진을 추가 로 검출하였으며, 기존에 발생사실을 알고 있던 지진 을 포함하여 총 12회의 지진을 본 연구의 분석에 사 용하였다. 본 연구에서 확인된 미소 지진의 진앙 위 치가 선행 조사된 단층 인근에서 발생함을 확인할 수 있었으나, 선행 조사된 단층의 방향성과 미소 지 진 발생위치의 방향성은 서로 상이하다. 이러한 결과 는 부산지역 지하에 본 연구에서 발생 사실을 확인 한 지진을 일으키는 미확인 단층이 존재할 수 있음 을 제시한다.

    부산은 양산단층과 동래단층 등 한반도 동남부의 주 요 단층선을 따라 도심지가 발달하였고, 무계획적으로 경사지나 매립지가 개발되어 있다. 본 연구에서 미소 지진의 발생현황을 근거로 제기한 미확인 지하단층에 서 중규모 이상의 지진이 발생할 경우 연약지반이 붕 괴되거나 산사태가 동반될 가능성이 크다. 또한 부산 은 인구밀도가 높고 노후 건물이 많은 지역이다. 부산 은 지진에 취약한 지역임에도 불구하고, 지진 활동도 가 낮은 지역으로 인식되어 지진 발생 및 방재 관련 연구와 정책이 충분히 진행되지 못하고 있다.

    본 연구의 미소 지진을 활용한 연구방법은 향후 다 른 대도시 또는 지진재해위험도가 높은 지역에 적용 가능하다. 또한 지표조사만으로는 부족한 활성 단층 대를 확인하기 위한 수단으로도 활용 가능하다. 최근 피해를 유발한 지진이 지표파열을 동반하지 않고 발 생하고 있음을 고려할 때, 현재 발생하고 있는 미소 지진 현황을 파악하고 그 결과를 정부와 지방자치단 체의 지진 방재정책수립과 수행에 활용하여야 한다.

    감사의 글

    심사과정에서 논문을 읽고 의견을 주신 심사위원과 편집위원께 감사드립니다. 본 연구는 한반도 지하 단 층·속도구조 통합모델 개발사업(KMI2018-02810)의 지원으로 수행되었습니다.

    Figure

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    (a) Earthquake epicenters between 1978 and 2018 reported by the Korea Meteorological Administration (KMA). Earthquake locations are shown by circles with sizes proportional to their magnitudes. Earthquakes with magnitude greater than 5 are shown by red stars. The solid square represents the area shown in Fig. 1b. (b) Earthquake epicenters in Busan area between 1978 and 2018 reported by KMA are shown by red circles. Blue circles show epicenters of historical earthquakes. Solid lines or dotted lines indicate faults or inferred faults, respectively. YSF: the Yangsan Fault; DRF: the Dongrae fault, and IGF: the Ilgwang fault.

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    Locations of seismic stations used in this study. Stations located within a radius of 50 km (shown by a dashed circle) around Busan are used. Yellow, red and blue triangles are the locations of seismic stations operated by KMA, KIGAM and KIOST, respectively

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    A typical example of event detection using a matched filter. (a) A example of template waveform. Vertical component waveform recorded at station BUS2 on 29 September 2011 is used for the template waveform. (b) Example of one-hour waveform from continuous data recorded at station BUS2. (c) Cross-correlation coefficient (CC) trace using the signal in (a) as a template. CC is used to verify the similarity between the template and target waveforms. A potential event is detected when CC is larger than 0.3 in this example. Although the earthquake signal is not clear because of the ambient noise, higher CC indicates the time of potential earthquake signal. (d) Details of the vertical component detected event waveform data by applying matched filter technique.

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    One-dimensional velocity models for earthquake locations. P-wave velocity model is proposed by Kim (1999). A constant Vp/Vs of 1.74 is assumed to obtain the S-wave velocity model.

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    Vertical component waveforms of earthquakes detected by matched filter using the template waveforms. (a) Waveform which is detected by matched filter using the template waveform recorded at station BUS2 on 29 September 2011. (b) Waveforms which are detected by matched filter using the template waveform recorded at station BUS2 on 23 May 2017. Cross-correlation coefficients (CC) between template and detected waveforms are shown at the right.

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    Yellow circles and a magenta square represent the locations of earthquake epicenters determined by HYPOELLIPSE and 1-D velocity model proposed by Kim (1999). Circle sizes indicate different magnitude of earthquake. The magenta square represents the earthquake location reported by Korea Meteorological Administration. Blue and red triangles are Busan Metropolitan Cityhall and Busan train station, respectively. Faults are shown either by solid lines or by broken lines.

    Table

    Historical earthquake parameters in Busan (compiled by Kyung et al., 2010)

    Instrumental earthquake parameters in Busan from 1978 to 2018 reported by the Korea Meteorological Administration (KMA)

    Station information

    Hypocentral parameters of earthquakes detected using matched filter

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