Least-Square Fitting of Intrinsic and Scattering Q Parameters

강익범,민경덕,Kang, Ik Bum,McMechan, George A.,Min, Kyung Duck The Korean Society of Economic and Environmental G 1994 자원환경지질 Vol.27 No.6

Quality factor Q 값은 처음 도착(倒着)한 P파(波)의 주기당(週期當) 에너지 손실(損失)을 주파수(周波數)의 함수(函數)로 직접(直接) 측정(測定)할 수 있다. 이때 관심(關心)의 대상(對象)이 되는 주파수대(周波數帶)(주로 1-100 Hz)내(內)에서 고유(固有) Q는 주파수(周波數)와 무관(無關)하고, 산란(散亂) Q는 주파수(周波數)와 밀접(密接)한 관계(關係)가 있다는 가정하(假定下)에 고유(固有) Q값과 산란(散亂) Q값의 전체(全體) Q값에 대(對)한 상대적(相對的)인 비솔(比率)을 계산(計算)할 수 있다. 이에 대(對)한 검증(檢證)은 탄성파(彈性波)가 점탄성(粘彈性)이고 부균질(不均質)한 매질(媒質)을 통과(通過)할 때의 합성탄성파(合成彈性波) 기록지(記錄紙)를 만들고 고유(固有) Q에 대(對)해서는 완화기구(緩和機具)(relaxation mechanism)가, 산란(散亂) Q에 대(對)해서는 산란(散亂)(satter)에 대(對)한 fractal 분포(分布)가 포함(包含)되는 pseudospectral 해(解)를 이용(利用)하여 실시(實施)될 수 있다. 대체로 S파(波)의 전체(全體) Q값이 P파(波)의 전체(全體) Q값보다 더 작다는 것이 정설(定說)로 되어있다. 역(逆)으로, 전체(全體) Q값은 합성탄성파(合成彈性波) 기록지(記錄紙)로 부터 최소자승법(最小自乘法)을 이용(利用)하여 구(求)할 수 있다. 이때 가정(假定)된 Q값의 절대값이 충분(充分)히 작아야만 P파(波)와 S파(波)의 고유(固有) Q값($Q_p$와 $Q_s$)의 가정(假定)은 신빙성(信憑性)이 높고 또한 유일(唯一)한 값을 가질 수 있다. 산란(散亂) Q값으로 부터 결정(決定)할 수 있는 매질(媒質)의 속도(速度)와 산란(散亂)의 크기에 대(對)한 표준편차(標准偏差)는 Blair의 수식(數式)에서 예측(豫測)할 수 있듯이 서로 상호보완관계(相互補完關係)에 있기 때문에 여러가지의 값을 가질 수 있다. 본(本) 연구결과에 의(依)하면, P파(波)에 있어서는 고유(固有) Q와 산란(散亂) Q가 모두 중요(重要)한 요소(要素)로 작용(作用)하며, S파(波)에 있어서는 고유(固有) Q가 산란(散亂) Q보다 더 중요(重要)한 요소(要素)로 작용(作用)한다. Q estimates are made by direct measurements of energy loss per cycle from primary P and S waves, as a function of frequency. Assuming that intrinsic Q is frequency independent and scattering Q is frequency dependent over the frequencies of interest, the relative contributions of each, to a total observed Q, may be estimated. Test examples are produced by computing viscoelastic synthetic seismograms using a pseudo spectral solution with inclusion of relaxation mechanisms (for intrinsic Q) and a fractal distribution of scatterers (for scattering Q). The composite theory implies that when the total Q for S-waves is smaller than that for P-waves (the usual situation), intrinsic Q is dominating; when it is larger, scattering Q is dominating. In the inverse problem, performed by a global least squares search, intrinsic $Q_p$ and $Q_s$ estimates are reliable and unique when their absolute values are sufficiently low that their effects are measurable in the data. Large $Q_p$ and $Q_s$ have no measurable effect and hence are not resolvable. Standard deviation of velocity $({\sigma})$ and scatterer size (A) are less unique as they exhibit a tradeoff as predicted by Blair's equation. For the P-waves, intrinsic and scattering contributions are of approximately the same importance, for S-waves, the intrinsic contributions dominate.

HAZUS를 이용한 충남지역의 지진피해 연구

강익범,박정호,Kang. Ik-Bum,Park. Jung-Ho 한국방재학회 2002 한국방재학회논문집 Vol.2 No.2

미국 재난 관리청인 FEMA에서 개발한 지진피해예측 software인 HAZUS를 충청남도 지역에 적용하여 건물 인구 시추자료 등 1차적인 data를 가지고 지진재해규모를 산정해 보았다. 이번 연구에서는 과거 충남지역에서의 역사지진기록과 계기지진기록을 조사하여 가상최대지진 및 지진재래주기별 최대가속도 값을 계산한 후 지진피해를 산정하였다. 홍성에서 가상지진(지진규모 6.0)을 발생시켜 결정론적 방법에 의해 충남지역 용도별 구조별 건물과 인명피해를 계산하여 지진피해를 예측한 결과 주거용 상가용 콘크리트 건물은 모두 홍성군 예산군 보령시가 피해가 가장 심한 지역으로 나타났으며 인명피해는 통원 및 입원치료에 해당되는 부상정도가 홍성 및 예산에서 군 인구당 각각 1.1명 및 0.4명꼴로 나타났으며 확률론적 방법(5,000년 재래주기)에 의해 충남지역 용도별 구조별 건물과 인명피해를 계산하여 지진피해를 예측한 결과 대체로 주거 상가 콘크리트 건물피해는 공주지역의 지진피해가 높은 것으로 나타났으며 인명피해는 통원 및 입원치료에 해당되는 부상정도가 공주시 논산시가 가장 심한 지역으로 나타났으며 각각 시 인구당 0.1명꼴 0.15명꼴로 나타났다. HAZUS developed by FEMA is applied to estimation on seismic hazard in Chung-Nam Province using basic data on general building, population, and geology of well-logging. Through the investigation on historical and instrumental earthquakes in Korean Peninsula seismic hazard is estimated in Chung-Nam Province in two ways for calculation of acceleration, deterministically and probabilistically. In deterministic method seismic hazard in Chung-Nam Province is estimated by generation of the maximum event that occurs in Hongsung and has magnitude of 6.0. According to the result, Hongsung Gun, Yesan Gun, and Boryung City are the most severe in building damage. The expected number of people who need hospitalization in Hongsung Gun and Yesan Gun due to the earthquake are 1.1 and 0.4, respectively. In probabilistic(return period of 5,000 year) method seismic hazard in Chung-Nam Province is estimated. According to the result, Gongju City is the most severe in building damage. The expected number of people who need hospitalization in Gongju City and Nonsan City due to the earthquake are 0.1 and 0.15, respectively.

한반도 남부의 지진파 토모그라피 연구

강익범,박정호,Kang, Ik-Bum,Park, Jung-Ho 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.4

한반도 남부 및 인근 지역에 대하여 3차원 토모그래피 연구를 수행하였다. 먼저 1차 연구지역은 지진계의 분포가 비교적 조밀하게 설치되어 있는 한반도 남동부지역으로 연구결과에 의하면 경상분지 지역의 지표에서는 퇴적층 지역에서는 상대적으로 저속도가 나타나며 7.5km 깊이에서는 상대적 고속도 분포가 넓게 나타났다. 이는 경상분지 내에서 화성기원의 암석들이 넓게 분포하는 것으로 보인다. 양산단층대 하부 약 $20{\sim}30km$ 깊이에서는 저속도 분포가 나타나는데 이는 양산단층대의 발달과 관계가 있을 것으로 여겨진다. 한반도 및 일본에서 관측된 자료를 이용하여 한반도 및 동해지역의 연구지역에서의 연구결과에 의하면 일본 동부에서 시작된 섭입대는 동해지역에까지 연장되는 것으로 분석되었다. 3-D seismic tomographic inversion is applied to investigation on velocity structure in and near Korean Peninsula. Firstly, it is applied to the region in southeastern Korean Peninsula. According to the results low-velocity zone seems to be clearly appeared in the so called Gyeongsang sedimentary basin and high-velocity zone is shown at the section of 7.5 km depth it implies the inclusion of plutonic rocks at the sedimentary basin. At the depth about $20{\sim}30$ km existence of low-velocity zone seems to be related with the development of Yangsan fault system. Secondly it is applied to the region not only in Korean Peninsula but also East Sea using data from both Korean Peninsula and Japan Islands. Accorging to the results, subduction zone starting from eastern part of Japan seems to be extended to the region beneath the East Sea.

한반도의 폭파자료에 대한 2-D 수치 모델링 연구

강익범,조광현,Kang. Ik-Bum,Cho. Kwang-Hyun 한국방재학회 2007 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2007 No.1

한반도의 지각에 대한 지진파의 파형들을 피킹하기 위하여 한반도의 남동부지역에서 시행된 폭파로부터 각 관측소에서 관측된 지진자료를 2 차원 수치 순산모델링으로 계산된 이론적인 신호와 비교하였다. 실제 지진자료와 같은 완전한 파형을 얻기 위해서는 실체파뿐만 아니라 표면파를 포함한 모든 파형을 이론적으로 생성하여야 한다. 또한, 각 파형의 Q 값을 고려하여 그 감쇄 정도를 파악하여야 실제 파형과 똑 같은 이론적인 파형을 만들 수 있다. 본 연구에서는 FEM(Finite Element Method)과 FDM(Finite Difference Method) 같은 전형적인 수치 모델링 기법 대신에 수도스펙트럼기법(pseudo-spectral method)을 사용하여 이론적인 파형을 계산하였다. Q 값을 고려하지 않았기 때문에 완전한 파형을 얻기에는 어려움이 있었다. 그러나 각 관측소에 도달하는 실체파의 초기 파형들의 주시를 실제 파형과 맞추었다는 데에 그 성과가 있다고 할 수 있다. 본 연구의 궁극적인 목표는 수치 모델링을 통하여 지진원의 위치와 종류를 밝혀 내는데 그 정확성을 높이는 것이다. To enhance capability on discerning local and regional seismic phases, such as, Pn, Pg, Sn, Rg, etc, within the crust, 2-D numerical forward modeling will be applied to the data obtained from local seismic stations by simulating almost all waves including not only body wave but also surface wave generated without having to explicitly include them under consideration of Q factor. In this study, after getting rid of instrumental response by deconvolution, pseudo-spectral method instead of relying on typical numerical methods, such as, FEM(Finite Element Method) and FDM(Finite Difference Method), will be implemented for 2-D numerical forward modeling by considering velocities of P-wave and S-wave, density, and Q factors. Ultimately, the Power of reaching the enhanced capability on discerning local and regional seismic phases will make it easier for us to identify the seismic source, whether it is originated from man-made explosion or pure earthquake.

북한의 폭파자료와 자연지진에 대한 수치 모델링

조광현,강익범,Cho,Kwang-Hyun,Kang,Ik-Bum 한국방재학회 2008 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2008 No.1

본 연구에서 북한의 지진자료에 대해 지진파의 이론적인 파형이 파수(wavenumber)와 주파수(frequency)에 대한 적분의 형태로 계산된다. 이 방법은 매질에 대해 많은 층의 입력값을 적용할 수 있기 때문에 실제지진 자료와 비슷한 이론적인 파형을 계산할 수 있다. 반복 작업에 의해 각 층의 두께와 속도, 감쇄상수 등을 고려한 한반도 지각에 가장 잘 적용할 수 있는 모델을 사용해서 북한의 폭파와 지진자료와 비슷한 이론적인 파형을 계산하였다. 본 연구의 결과는 지표의 퇴적층의 두께, 속도, 감쇄 상수가 이론적인 파형 계산에 매우 중요하다는 사실을 말한다. 실제 지진자료와 이론 파형을 비교 시, 초기 주시와 파형의 모양이 아주 잘 맞는 것을 볼 때 결과 모델이 한반도의 실제 지각구조와 매우 비슷하고 북한의 지진자료의 이론 파형 계산이 잘 되었다는 것을 알 수 있다. The solutions are expressed in terms of a double integral transformation over wavenumber and frequency. The complete solution is considered in such a full wave theory approach. This method can handle a larger number of plane layers. Therefore, the result of FK method is very similar to real data. Using the models that were modified in velocity and Q value with depth by iterative process from a model (Kang and Park, 2006) and considered as one of the best models in Korean Peninsula, the synthetic data are simulated for explosions and earthquakes of North Korea. This study notes that the wave shape of the synthetic data is very dependent on Q value, velocities, and thickness of sedimentary layers. Comparing between the real and the synthetic, fitting well in arrival time of first arrival and wave shape causes us to arrive at an indication that the model is very close representation of upper crustal structure and simulations are well done in amplitude fitting and in identification of phases of local and regional waves.

한반도 남동부 지진의 지각매질 특성 및 지진원 특성 변수 연구

김준경,강익범,Kim. Jun-Kyoung,Kang. Ik-Bum 한국방재학회 2002 한국방재학회논문집 Vol.2 No.1

내진설계에 이용되는 지반진동과 관련된 주요 입력자료는 지진재해도 및 지반 응답스펙트럼 등이 있고 이러한 지진재해도 및 지반 응답스펙트럼을 평가하기 위하여 지역특성에 고유한 감쇠식이 필수적이다. 지역특성에 적합한 지반진동 감쇠식의 계수를 결정하기 위해 지진원 변수 및 지진파 전달특성 변수가 반드시 필요하고 본 논문에서는 지진원 변수 및 지진파 전달특성 변수를 평가하였다. 지진원 변수 및 지진파 전달특성 변수는 관측 지반 지진동에 대해 비선형적인 지배방정식을 이루고 있는 모델을 이용하였다. 이러한 비선형 지배방정식에 대한 수치해석 알고리즘을 통하여 지진원 변수 및 지진파 전달특성 변수 전체를 동시에 구하였다. 지반진동 자료는 주로 한반도 동남부 지역에서 발생하여 경상분지 주변 관측망에서 관측된 지반진동 자료를 이용하였다. 분석결과에 의하면 3개 지진원의 모멘트 지진규모(Mw)는 각각 2.9, 3.1 및 3.2로 분석되었다. 또한 3개 지진원의 코너 주파수는 각각 8.2, 6.9 및 8.3 Hz로 분석되었다. 그리고 지각 심부의 비탄성 감쇠율(Qo) 및 주파수 지수값 (<TEX>${\eta}$</TEX>)은 약 211 및 0.63으로 평가되었다. 지각 천부의 비탄성 감쇠율(<TEX>${\kappa}$</TEX>)은 각각의 관측소에서 약 0.02에서 약 0.06의 범위의 값을 가지고 있는 것으로 평가하였다. 결론적으로 하부지각 및 상부 지각의 비탄성 감쇠율 값을 미국 중동부와 서부와 비교할 경우 미국의 서부지역과 유사한 값을 보여주었다. 또한 지진원의 특성도 응력강하값 만을 고려한다면 역시 미국의 서부지역과 유사한 값을 보여주었다.TEX>의 범위로서 관측치와 거의 일치하였다. 그리고 분석유역의 양수 전의 모의발생분석 결과를 이용하여 지하등수두분포와 유속벡터를 산정한 결과 지하수 유동분포는 높은오름과 문석이오름 등에서 월랑봉, 용눈이오름 및 손자봉 등 각 방향으로 고르게 유출되고 있는 것으로 분석되었다. 이러한 분석결과는 MODFLOW모델과 비교할 때 일치된 결과를 나타내었다.기 등 벼 생육의 질적인 변화를 보이는 시기에 따라 나누어 분석하는 것이 변화추이를 더 잘 설명하는 것으로 나타났다. 모든 군에서 법랑질에 대한 광중합 복합레진의 미세전단 결합강도는 화학중합 복합레진보다 통계학적으로 높게 나타났다 (p < 0.05). 4. 모든 접착제와 법랑질 계면은 긴밀한 접합을 나타내어 화학중합 복합레진과 접착제 간에 비적합성이 나타나지 않았다.이를 나타내었다. (F = 49.705, p = 0.000) 3. B-IM군의 Ra 증감율은 F 군에 비해 210.72%감소되었으며, B-8 군과 B-15군의 Ra 증감율은 B-IM군에 비해 각각 35.49%와 51.35% 증가되었다. 4. FE-SEM 관찰에서 B-IM 군은 매우 평활한 복합레진 표면을 나타내었고, B-8 군은 전체적으로 평활한 복합레진 표면을 보였지만 표면에 수직으로 아주 얕은 흠집을 나타내었다. B-15 군은 복합레진 표면의 중앙에서 B-8군보다 더 넓고 불규칙한 수직의 흠집을 나타내었고, B-18군은 복합레진 표면 전체에 넓은 흠집을 나타내었다.교적 낮은 농도의 영양염류를 가지고 있고, 많은 처리수량을 요구하는 부영양화된 저수지의 수질개선을 위해서는 높은 수리학적 부하조건에서 시간당 정화량을 늘리는 관리방법이 Both non-linear damping values of the deep and shallow crustal materials and seismic source parameters are found from the observed near-field seismic ground motions at the South-eastern Korean Peninsula. The non-linear numerical algorithm applied in this study is Levenberg-Marquadet method. All the 25 sets of horizontal ground motions (east-west and north-south components at each seismic station) from 3 events (micro to macro scale) were used for the analysis of damping values and source parameters. The non-linear damping values of the deep and shallow crustal materials were found to be more similar to those of the region of the Western United States. The seismic source parameters found from this study also showed that the resultant stress drop values are relatively low compared to those of the Western United Sates. Consequently, comparisons of the various seismic parameters from this study and those of the United States Seismo-tectonic data suggest that the seismo-tectonic characteristics of the South eastern Korean Peninsula is more similar to those of the Western U.S.

잡음 상호상관 기법을 이용한 한반도의 표면파 토모그래피에 대한 연구

조광현,강익범,Cho. Kwang-Hyun,Kang. Ik-Bum 한국방재학회 2007 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2007 No.1

한반도의 단주기 표면파의 특성을 연구하기 위하여 기상청 지진관측망에서 관측된 지진자료에 잡음의 상호상관기법(Campillo and Paul, 2003; Shapiro et al., 2005)을 적용하였다. 다론 시간에 관측된 지진자료의 에너지를 평준화시키기 위해 1 비트 샘플링 방법이 아닌 화이트닝 기법을 사용한 것을 제외하고 일반적인 상호상관기법이 그대로 적용되었다. 잡음상호상관기법으로 얻어진 그린함수에서 다중필터기법으로 군속도를 계산하였다. 군속도를 역산하여 0.5 - 20 초 주기에서 표면파 분산의 공간적인 변화를 이미지화하였다. 사용된 토모그래피 역산기법은 각 주기의 공간적인 이미지 뿐만 아니라 주기함수인 분산 곡선을 동시에 구하기 위하여 모든 주기의 군 속도자료를 역산하였다. 역산결과, 한반도 남동부 지역인 경상분지에서 낮은 군속도를 확인할 수 있었다. Cross correlation of seismic-background motions (Campillo and Paul, 2003; Shapiro et al., 2005) is applied to observations from the Korean Meteorological Administration seismic network to estimate the short-period Rayleigh and Love wave dispersion characteristics of the region. Standard processing procedures are applied to the cross correlation, except that signal whitening is used in place of one-bit sampling to equalize power in signals from different times. Multiple-filter analysis is used to extract the group velocities from the estimated Green`s functions, which are then used to image the spatially varying dispersion at periods between 0.5 and 20 sec. The tomographic inversion technique used inverts all periods simultaneously to provide a smooth dispersion curve as a function of period in addition to the usual smooth spatial image for a given period. The Gyeongsang Basin in the southeastern part of the peninsula is clearly resolved with lower group velocities.

Crustal Structure of the Korean Peninsula from Broadband Teleseismic Records by Using Receiver Function

김소구,이승규,전명순,강익범,Kim, So Gu,Lee, Seoung Kyu,Jun, Myung soon,Kang, Ik Bum The Korean Society of Economic and Environmental G 1998 자원환경지질 Vol.31 No.1

원주 (KSRS), 인천 (IRIS), 그리고 포항 (PHN)에서 관측한 원격 지진 P파로부터 광대역 수신 함수(Receiver Function)를 이용하여 관측소 하부의 지각 속도 모델을 찾았다. 3개의 관측소에서 기록된 수신 함수 파형으로부터 모호 불연속면에서 전환된 Ps파형을 명확하게 관측할 수 있었다. 각 관측소에서 관측된 수신 함수들은 신호 대 잡음 비 (S/N ratio)를 향상시키기 위해 후방위각과 진앙 거리가 거의 같은 수신 함수들끼리 스태킹(Staking)하였다. 이와 같이 스태킹한 수신함수를 수신함수 역산법 (Receiver Function Inversion Method)을 이용하여 다음과 같은 결과를 얻었다. (1) 포항 관측소에는 후방위각 남동 (SE)과 북서 (NW)방향의 수신 함수 역산 결과 표층으로부터 4~5km에서 고속도층이 존재하며 10 km깊이부터 저속도층 (LVZ)이 존재하고 있다. 그리고 북서 (NW)방향의 원격 수신 함수 역산 결과 약 28km 깊이에 모호 불연속면이 존재하는 것을 찾았다. (2) 원주 관측소에서는 북동 (NE)방향의 원격 수신 함수 역산 결과 천부 지각 속도 구조 양상이 다소 복잡하고 3~4km깊이에 고속도대 (high-velocity zone, $V_p{\simeq}6.8km/sec$)가 존재하는 것으로 나타났다. 이 지역의 평균 지각 두께는 33km 이며, 30~33 km깊이에서 속도가 6.4 km/sec에서 7.9 km/sec로 급격히 변하는 지각-맨틀 경계가 존재하는 것을 알 수 있다. 따라서 Moho 불연속면의 깊이는 33km로 추정된다. (3) 북서 (NW)방향의 수신함수 분석결과 인천 관측소 하부의 지각 속도 모델의 특징으로는 P파의 속도는 표층부터 선형적으로 증가되고 또한 26~29 km 깊이에 P파 속도가 6.2 km/sec에서 7.9 km/sec로 속도가 급격히 변하고 있음에 비추어 Moho 불연속면은 심도 약 29km에 존재하는 것으로 나타났다. Broadband receiver functions are developed from teleseismic P waveforms recorded at Wonju (KSRS), Inchon (IRIS), and Pohang (PHN), and are analyzed to examine the crustal structure beneath the three stations. The teleseismic receiver functions are inverted in the time domain to the vertical P wave velocity structure beneath the stations. Clear P-to-S converted phases from the Moho interface are observed in teleseismic seismograms recorded at the three stations. We estimated the crustal velocity structures beneath the stations using the receiver function inversion. The general features of inversion results are as follows: (1) For Pohang station, there is a high velocity gradient at a 4~5 km deep for SE and NW back azimuth and a low velocity zone at around 10 km deep. The Moho depth is 28 km for NW direction. (2) The shallow crustal structure beneath Wonju station is somewhat complex and there is a high-velocity zone ($V_p{\simeq}6.8km/sec$) at 3 to 4 km deep. The average crustal thickness is 33 km, and a transition zone exists at a 30~33 km deep of lower crust, of which velocity is abruptly changed 6.4 to 7.9 km/sec. (3) For Inchon station, the crustal velocity gradient monotonously increases up to the Moho discontinuity and the velocity is abruptly changed from 6.2 km/sec to 7.9 km/sec at 29 km deep.

원주 KSRS 자료를 이용한 자연지진과 인공지진 구별에 관한 연구

전명순(Myung Soon Jun),강익범(Ik Bum Kang),김성배(Sung Bae Kim),서만철(Man Cheol Suh) 대한지구물리학회 2000 지구물리 Vol.3 No.1

N/A

1996 년 12 월 13 일 영월지진의 진원단층면 방향

박창업(Bang Chang Park),지헌철(Heon Cheol Chi),신진수(Jin Soo Shin),강익범(Ik Bum Kang),류용규(Young Gyu Ryoo) 대한지구물리학회 1998 지구물리 Vol.1 No.1

N/A