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민기훈(Kihun Min),신동훈(Dong-Hoon Sheen),김민욱(Minook Kim),최호선(Hoseon Choi) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
지진계에는 지진에 의한 진동 외에 다양한 요소로 인해 발생하는 배경잡음도 함께 기록된다. 배경잡음은 관측소 주변의 인간의 활동과 다양한 자연현상에 의해 발생하며, 그 원인에 따라 주파수별 특성이 다르게 나타난다. 본 연구에서는 2019년 11월부터 2021년 8월까지 경주지진관측망(Gyeongju Hi-density Boradband Seismic Network)의 관측소 193개소에서 기록된 연속자료를 이용하여 배경잡음을 분석하였다. McNamara and Buland (2004)의 방법을 사용하여 각 관측소의 파워 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density, PSD)를 계산하였으며, 관측소별 배경잡음 수준 및 일변화, 주간변화 등에 대해 조사하였다. 또한 Baische t al . (2012)의 유발지진 관측을 위한 권고사항을 토대로 각 관측소의 배경잡음 수준에 대한 평가를 수행하였다. 0.1~0.5 Hz 대역에서는 나타나는 높은 수준의 배경잡음은 대양에서 기인한 것으로 알려진 2차 맥동으로 인해 나타나는 것으로 알려져 있다. 경주지진관측망의 대부분 관측소에서도 해당 대역에서 높은 수준을 보인다. 계절에 따른 배경잡음 변화를 분석한 결과, 겨울에 높고 여름에 낮게 나타남을 확인하였다. 1~5 Hz 대역의 배경잡음은 일반적으로 인간의 활동으로 인해 나타나는 것으로 알려져 있다. 해당 대역에서의 일변화, 주간변화 등을 분석한 결과 대부분의 관측소가 인간의 활동에 영향을 받는 것으로 추정된다. Baisch et al . (2012)에서는 5~40 Hz 대역 내에서 각 지진계에 기록되는 잡음의 진폭을 가능한 한 1μm/s 이하로 유지해야 한다고 권고하고 있다. 이 권고에 따라 시간 영역의 진폭과 PSD의 관계를 이용하여 각 관측소의 배경잡음을 평가한 결과, 약 50여개의 관측소가 해당 기준을 초과하는 것으로 확인되었다.
경주지진관측망의 배경잡음 수준을 고려한 지진관측능력 분석
민기훈(Kihun Min),신동훈(Dong-Hoon Sheen),최호선(Hoseon Choi),노명현(Myunghyun Noh) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
지진관측망에서 관측 가능한 최소 지진 규모는 관측망의 간격, 분포 등에 의해 좌우될 수 있다. 단일 관측소에서의 관측 가능한 최소 지진 규모는 운영 중인 지진계의 종류, 자체잡음과 같은 기기 특성, 관측소에서 기록되는 배경잡음 수준과도 밀접한 관계를 가진다. 지진의 위치 결정을 위해서는 최소 3개 이상의 관측소에서 지진동이 감지되어야 하므로, 지진관측망에 포함된 관측소의 설치 간격, 분포, 단일 관측소에서의 배경잡음 수준 외에도 지진이 발생하는 위치까지 함께 고려되어야 지진관측망의 지진관측능력을 적절히 평가할 수 있다. 본 연구에서는 Brune (1970)의 지진원 모델과 경주지진관측망(Gyeonju Hi-density Broadband Seismic Network)에서 2019년 11월부터 2021년 8월까지 기록된 배경잡음의 파워 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density, PSD)를 사용하여 경주지진관측망의 지진관측능력을 평가하였다. Brune (1970)의 지진원 모델을 이용하여 변위 스펙트럼을 도출하였으며, 지진파의 지속시간을 1초로 가정하여 5 Hz 변위 스펙트럼을 PSD로 변환하였다. 그 다음 도출된 PSD를 진원거리와 규모로부터 얻을 수 있도록 진원거리 10~50 km, 규모 -1.0~3.5에 해당하는 PSD를 계산하여, 진원거리와 규모를 독립변수로 하는 상관관계를 도출하였다. 그리고 Baisch et al . (2012)의 권고사항을 적용하여 관측소에서의 지진관측 여부를 판단하기 위한 기준 식을 아래와 정의하였다. PSD = 30.1 Mw – 0.368 R – 128.4 이 식에서 제시된 PSD를 이용하여 경주지진관측망의 관측 가능한 최소 지진 규모를 결정하였다. 각 관측소의 1~10 Hz 대역에 기록된 배경잡음 PSD를 지진 관측 여부를 판단하기 위한 기준으로 삼았다. 지진이 감지된 관측소의 기준을 5개, 진원 깊이를 10 km로 가정하였을 때, 경주지진관측망에서 전체 시간, 주간, 야간에 따른 관측 가능한 최소 지진 규모는 각각 -0.3~0.1, -0.2~0.2, -0.3~0.1로 평가되었다. 일반적으로 배경잡음 수준이 주간에 비해 야간에 낮으므로, 관측 가능한 최소 규모도 야간에 보다 낮아진다. 이러한 평가 방법은 이론적인 P파 변위 스펙트럼을 단순한 가정에 의해 주파수가 5 Hz인 경우의 PSD로 변환한 것이므로, 향후 경주지진관측망의 지진 목록을 통해 도출된 완전성 규모와 본 연구에서의 최소 지진규모 간 비교 및 해석이 수반될 필요가 있다.