화천 지진관측소의 지진학적 부지특성

국문 초록 (Abstract)

이 연구의 목적은 화천 지진관측소의 지표와 시추공 지진계에 기록된 상시미동과 원거리 지진자료를 이용하여 배경잡음의 특성을 분석하고, 시추공 지진계의 설치 깊이인 96 m까지의 천부 횡파속도구조를 구하여 이 관측소의 지진학적 부지특성을 정량화하는 것이다.
이 관측소 주변의 배경잡음은 밤 시간대에 비하여 낮 시간대에 지표/시추공(S/B) 잡음에너지비가 12배 크게 나타났으며, 저주파에서 고주파로 갈수록 크게 나타났다. 화천 지진관측소의 지표와 시추공 지진계에 기록된 지진의 스펙트럼을 분석한 결과, 원거리 지진의 경우 지표와 시추공자료의 우세주파수가 일치하였으나, 상대적으로 진앙거리가 가까운 지역지진은 지표와 시추공자료의 우세주파수가 다르게 나타났다. 지표자료의 우세주파수는 8 Hz와 40 Hz 이상에서 나타났으며, 8 Hz는 수평성분/수직성분(H/V) 스펙트럼비로 구한 공명주파수 7.4 Hz와 유사하여 퇴적층에 의한 증폭현상의 영향을 받은 것으로 해석된다.
화천 지진관측소의 상부 10 m 두께를 갖는 토양층의 횡파속도는 H/V 스펙트럼비 방법으로 계산된 공명주파수 7.4 Hz로부터 296 m/s로 계산하였다. 또한, 지표와 시추공자료의 스펙트럼 상관도 분석을 통한 극대값을 갖는 주파수대역과 시추공 지진계가 설치된 깊이 96 m까지의 평균 횡파속도는 수직입사를 가정할 경우 1,309 m/s이다. 계산된 토양층의 횡파속도와 96 m까지의 평균 횡파속도를 이용하여 구한 깊이 10 ~ 96 m 구간에 해당하는 기반암의 횡파속도는 2,150 m/s로 산출되었다.
이 연구를 통하여 밝혀진 화천 지진관측소의 천부 횡파속도 정보는 향후 부지증폭특성 연구에 사용될 수 있을 것으로 예상되며, 배경잡음특성 분석결과를 토대로 양질의 기록자료 획득을 위한 시추공 관측소 확충에 활용 가능할 것으로 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this research i analyzed microtremors recorded by both surface and borehole sensors to characterize background noise at the Hwacheon seismic station and teleseismic data to estimate the shear-wave velocity () structure to a depth of 96 m where a borehole sensor was installed.
Noise data indicated that the surface-to-borehole energy ratios were approximately 12 times greater during the daytime than the nighttime, while their spectral ratios of amplitude grew as a frequency increased. The spectral analysis of teleseismic events sensed at the surface and in the borehole demonstrated that the dominant frequencies of the data from these two instruments correlated well to each other when the magnitudes were large with long epicentral distances. On the other hand, dominant frequencies did not match well for short epicentral distance events. Peaks of the surface data were detected at 8 Hz and above 46 Hz. The 8 Hz is close to 7.4 Hz derived by the H/V spectral ratio method applied to microtremor data, indicating the amplification effect caused due to soil layers.
The velocity of the 10-m thick soil layer () was determined to be 296 m/s. from horizontal-to-vertical spectral ratios of microtremors recorded at the surface. The average shear-wave velocity ( = 1,309 m/s) from the surface to the 96-m depth of a borehole sensors was computed using spectral coherence analyses of data recorded by surface- and borehole-sensors for the three teleseismic events. Using these calculated values of and , the computed bedrock velocity is 2,150 m/s.
Through the result of this study, near-surface shear-wave velocity can be used for quantitative evaluation of site amplification and expand seismic station to obtain the high quality observation data.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 연구지역 4
• Ⅲ. 연구방법 9
• 1. 기초이론 9
• 1.1 수평/수직 (H/V) 스펙트럼비 9
• 1.2 스펙트럼 상관도(Coherence) 14
• 2. 자료기록 15
• 2.1 현장관측 15
• 2.2 지진자료 15
• 3. 자료분석 및 결과 21
• 3.1 기록자료 전처리 21
• 3.2 배경잡음 특성 23
• 3.3 지진신호 분석 28
• 3.4 부지증폭 효과 33
• 3.5 천부 횡파속도 36
• 3.5.1 토양층 횡파속도 36
• 3.5.2 시추공 지진계까지의 평균 횡파속도 36
• 3.5.3 기반암 횡파속도 41
• 3.5.4 반사계수 방법을 이용한 수치모델 43
• Ⅳ. 토의 및 결론 45