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추계학적 지진동모델에 기반한 2D Q 토모그래피 수치모델 역산
연관희 ( Kwan Hee Yun ),서정희 ( Jung Hee Suh ) 한국지구물리탐사학회 2007 지구물리와 물리탐사 Vol.10 No.3
한반도 남부지역의 세부적인 지진파 감쇠특성 규명을 위해, 기존에는 적용이 불가능하였던 Q 토모그래피 역산을 위한 사전 수치검증 연구를 수행하였다. 특히 강지진동모사를 위해 일반적으로 사용되고 있는 추계학적 점지진원 지진동모델(stochastic point-source ground-motion model; Boore, 2003)에서 사용되는 Q 값에 대한 2차원(2D; 2 Dimensional) 토모그래피 역산을 시도함으로써 역산 결과가 강지진동모사에 직접 활용될 수 있도록 하였다. 수치검증 방법으로는 Q 토모그래피 checkerboard 시험방법이 사용되었는데, 이를 위해 광역 단일 Q 모델의 추계학적 지진동모델 파라미터 역산결과의 지진원과 부지효과 모델 파라미터 값을 이용해서 관측자료와 지진규모-거리-주파수-오차 분포가 동일한 스펙트럼 합성자료를 생성하였다. 수치검증을 위한 Q 블록 격자의 총 개수는 75개(내륙지역=69개(약 35 × 44 km2의 격자크기); 해양지역=6개)로 설정하였으며, Qofη 함수형태의 Q 블록 값은 Qo=100, 500, η=0.0 ~ 1.0의 분포를 갖도록 하고, 파선의 깊이는 별도로 고려하지 않았다. 스펙트럼 합성자료 생성에 이용된 모델파라미터의 정해와 모델파라미터의 역산결과를 비교 하기 위한 checkerboard 수치검증은 3단계에 걸쳐 수행되었는데, 1단계는 블록별 Q의 초기값 추정 단계이며, 2단계는 관측소별 부지증폭함수를 추정하는 단계, 마지막 3단계에서는 최종적인 Q를 도출하는 단계이다. 관측소별 부지증폭함수의 초기 추정값으로는 기 분류된 관측소 등급에 대한 평균 부지증폭함수(연관희, 서정희, 2007)가 사용되었으며, 3단계의 checkerboard 수치검증 결과 최종적으로 추정된 부지효과 모델에는 오차가 발생하였으나 블록별 Q의 정해는 만족할 정도로 추정할 수 있었다. To identify the detailed attenuation structure in the southern Korean Peninsula, a numerical test was conducted for the Q tomography inversion to be applied to the accumulated dataset until 2005. In particular, the stochastic point-source ground-motion model (STGM model; Boore, 2003) was adopted for the 2D Q tomography inversion for direct application to simulating the strong ground-motion. Simultaneous inversion of the STGM model parameters with a regional single Q model was performed to evaluate the source and site effects which were necessary to generate an artificial dataset for the numerical test. The artificial dataset consists of simulated Fourier spectra that resemble the real data in the magnitude-distance-frequency-error distribution except replacement of the regional single Q model with a checkerboard type of high and low values of laterally varying Q models. The total number of Q blocks used for the checkerboard test was 75 (grid size of 35 × 44 km2 for Q blocks); Q functional form of Qofη (Qo=100 or 500, 0.0 < η < 1.0) was assigned to each Q block for the checkerboard test. The checkerboard test has been implemented in three steps. At the first step, the initial values of Q-values for 75 blocks were estimated. At the second step, the site amplification function was estimated by using the initial guess of A(f) which is the mean site amplification functions (Yun and Suh, 2007) for the site class. The last step is to invert the tomographic Q-values of 75 blocks based on the results of the first and second steps. As a result of the checkerboard test, it was demonstrated that Q-values could be robustly estimated by using the 2D Q tomography inversion method even in the presence of perturbed source and site effects from the true input model.
연관희 ( Kwan Hee Yun ),서정희 ( Jung Hee Suh ) 한국지구물리탐사학회 2007 지구물리와 물리탐사 Vol.10 No.3
지진기록의 수평성분 S파 푸리에스펙트럼을 이용한 추계학적 지진동모델(stochastic point-source ground-motion model; Boore, 2003) 파라미터 역산결과를 기반으로 지진공학적으로 활용될 수 있는 지진관측소 분류를 시도하였다. 추계학적 지진동모델에서 부지효과는 고주파감쇠상수인 ko (Anderson and Hough, 1984)와 지층의 탄성임피던스의 차이에 의해 발생하는 부지증폭함수(A(f))의 조합으로 표현된다. 본 연구에서는 A(f)를 지진파 스펙트럼의 수평/수직성분비(H/V)와, 이를 초기값으로 하여 얻어진 역산결과에 의한 관측소별 로그오차평균을 합산하여 계산하였다. 지진관측소는 1~10Hz 범위의 부지증폭함수의 상용로그 최대값(logAmax1-10(f))에 의해 다섯 등급(A: logAmax1-10(f) < 0.2, B: 0.2 ≤ logAmax1-10(f) < 0.4, C: 0.4 ≤ logAmax1-10(f) < 0.6, D: 0.6 ≤ logAmax1-10(f) < 0.8, E: 0.8 ≤ logAmax1-10(f)으로 분류하였다. 분류된 지진관측소의 평균적인 부지증폭함수는 A에서 E 등급으로 변함에 따라 지반의 고유진동수가 저주파로 이동하는 의미 있는 결과를 나타내었으며, 최근에 설치장소를 이전한 기상청 일부 관측소에 대해 이설 전후의 등급변화 및 최근 발생한 중 규모 지진관측자료와 지진동 거리감쇠식과의 비교분석을 통해 관측소 분류결과의 타당성을 입증할 수 있었다. The site effects of seismic stations were evaluated by conducting a simultaneous inversion of the stochastic point-source ground-motion model (STGM model; Boore, 2003) parameters based on the accumulated dataset of horizontal shear-wave Fourier spectra. A model parameter ko and frequency-dependent site amplification function A(f) were used to express the site effects. Once after a H/V ratio of the Fourier spectra was used as an initial estimate of A(f) for the inversion, the final A(f) which is considered to be the result of combined effect of the crustal amplification and local site effects was calculated by averaging the log residuals at the site from the inversion and adding the mean log residual to the H/V ratio. The seismic stations were classified into five classes according to logAmax1-10(f), the maximum level of the site amplification function in the range of 1 Hz < f < 10 Hz, i.e., A: logAmax1-10(f) < 0.2, B: 0.2 ≤ logAmax1-10(f) < 0.4, C: 0.4 ≤ logAmax1-10(f) < 0.6, D: 0.6 ≤ logAmax1-10(f) < 0.8, E: 0.8 ≤ logAmax1-10(f). Implication of the classified result was supported by observing a shift of the dominant frequency of average A(f) for each classified stations as the class changes. Change of site classes after moving seismic stations to a better site condition was successfully described by the result of the station classification. In addition, the observed PGA (Peak Ground Acceleration)-values for two recent moderate earthquakes were well classified according to the proposed station classes.