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1 4.5 Earthquake geodesy Very Long Baseline Interferometry (VLBI) 1

2 Satellite Laser Ranging (SLR) 2

3 Crustal deformation after the 2000 eruption of Miyakesima NIED x d, d r where d antenna length 3

Very sensitive to vertical motion Limitations of InSAR in earthquake study 1.

4 Advantages of InSAR in earthquake study 1.No need of geodetic monuments 2.Very dense measurements (tens of meters) 3.Very sensitive to vertical motion Limitations of InSAR in earthquake study 1.Recovers motions only in look direction 2.Cannot be used in steep topography 3.Noise due to vegetation growth or weather condition. 4.Not applicable to tectonic (very large) problems 4

5 Red to blue : 28 mm Landers InSAR image, UCT Coseismic deformation 5

6 6

7 7

Joint geodetic and seismological earthquake studies

between the fault plane and the auxiliary plane The

Geodetic data provide no information about what

8 Joint geodetic and seismological earthquake studies Seismic waves have an ambiguity in distinguishing between the fault plane and the auxiliary plane The geodetic data do not. Geodetic data provide no information about what happened during the earthquake, whereas seismological data can sometimes show how the rupture evolved 8

seismic stations) Near field horizontal static offsets

9 Location of stations included in inversion 3 component displacements band pass filtered between 100 and 500 s (10 seismic stations) Near field horizontal static offsets corrected to co-seismic GPS vectors using after-slip model (38 GPS stations) 9

10 Forward GPS prediction for different models Seismic Only Seismic + GPS Comparison to previous models (II) Vigny et al.,

11 11

12 2011 년일본 Tohoku 지진 Interseismic Coseismic Simons, Nature,

13 Interseismic motion Postseismic motion 13

14 4.6 Source parameters 14

15 15

16 16

17 17

18 18

19 19

20 Intraplate (open) and interplate (solid) earthquakes 20

21 21

22 22

23 (the slope is 3/2) 23

24 24

25 ( ) Self-similarity of earthquakes small fault L Area = A ~ L 2 Slip = D ~ L Mo = GDA ~ L 3 Duration = T ~ L Energy = E R ~ P 2 /T large fault xl Area = x 2 A Slip = xd Mo = x 3 Mo Duration = xt Energy = x 3 E R M E R 0 Scaled Energy E R / M 0 f M 3 c 0 CONSTANT P M(t) x 2 P T xt Modified from Walter et al.,

not Estimate spectrum of the earthquake 3 f c ( 3 ) f c Frequency (Hz) Korean Earthquakes 392 local and

26 Why is self-similarity important? Understand the basic physics of the earthquake The dynamics of small and large earthquakes are the same or not Estimate spectrum of the earthquake 3 f c ( 3 ) f c Frequency (Hz) Korean Earthquakes 392 local and regional earthquakes (from 2001 to 2007) 1.5 < ML < 6.5 (including 2005 West Off Fukuoka seismic sequence) 17 broadband stations (including 1 borehole seismometer, GSU) Yoo et al., BSSA,

27 Scaling relation of Korean Earthquakes Yoo et al., BSSA, 2011 Scaled Energy for events with Mw > 3.5 Yoo et al., JGR,

28 Fluid pressurization (?) Small earthquake Large earthquake σ p σ p σ 0 σ 0 σ 1 σ 1 0 D c S 0 D c D t S Fracture Energy Frictional Energy Seismic Energy Modified from Kanamori and Heaton, Earthquake statistics 28

29 29

30 30

31 Wasatch fault zone, Utah Continental Interiors 31

32 32

33 Earthquake Probabilities Weibull Gaussian 33

34 Within 10 years of this prediction, 10 large event occurred in these areas. None were in high- or intermediate-risk areas; 5 were in low-risk areas. 34

35 Parkfield, CA: In 1985, a M 6 earthquake was predicted to occur by 1993 at the 95% confidence interval. It finally occurred in 한국의지진활동 서울대학교지구환경과학부 이준기, 박창업, 강태섭 ( 지질자원연구원 ) 35

36 한반도주변지진발생분포 36

37 3-1. 한반도및주변내륙지역의지진발생원인인도대륙의충돌에의해형성된응력에의한단층과지각운동 수평응력방향 37

38 아무리안판 (Amurian Plate) 의이동 아무리안판이학술적으로완전히인정된것은아님 아무리안판 (Amurian Plate) 의경계 Bird, G3,

39 한반도지진의유형 3-2 한국의지진활동 (1) 역사지진 (2 년 1904 년 ) (AD 2 ~ 1904) 역사기록상의유감지진 약 여회 진도 이상 ( 규모 이상 약 회이상 인명및재산피해의기록이역사문헌에나와있는경우 기록되지않은경우도있으므로실제는이보다많은회수가예상 역사문헌 조선왕조실록 승정원일기등 39

40 역사문헌 : 삼국시대 三國時代 (2 ~936 A.D.) - 三國史記 ( 삼국사기 ) : 107개지진발생기록 27년 11월땅이흔들렸다. 집이기울고무너졌다. 역사문헌 : 고려시대 高麗時代 (936~1393) : 193개지진발생기록 - 高麗史 ( 고려사 ) - 高麗史節要 ( 고려사절요 ) 1036 년 7 월 23 일 땅이흔들렸다. 개성, 경주등에서집이무너졌다. 경주지역에서는 3 일동안진동이계속되었다. 40

41 역사문헌 : 조선시대 朝鮮時代 (1393~1905) : 1000개이상의지진발생기록 - 朝鮮王朝實錄 ( 조선왕조실록 ) - 承政院日記 ( 승정원일기 ) - 日省錄 ( 일성록 ) - 增補文獻備考 ( 증보문헌비고 ) - 國朝寶監 ( 국조보감 ) - 書雲觀志 ( 서운관지 ) 시대및진도별지진발생횟수 Number Pre- Koryo 15 C 16 C 17 C 18 C Koryo 19 C MMI Age 41

년 월 경주의땅이흔들리고민옥이부서져죽은자가 여명이나되었다 9, 규모 년 월 일 서울과지방에큰지진이

년 월 일 삼수 함경도에 일동안여덟번지진이연속적으로일어나담벽이흔들리고성의두군데가무너지고바위의반쪽이무너졌으며

년 월 일 울산 경상도의대구 안동 김해 영덕등읍에서도지진이일어나 봉화대와성첩이무너진곳이많았다 울산부에서는땅이갈라지고물이용솟음쳤다 9).

42 년 월 경주의땅이흔들리고민옥이부서져죽은자가 여명이나되었다 9, 규모 년 월 일 서울과지방에큰지진이 일동안일어나태묘전의기왓장이나부끼어떨어졌으며 궐내담장과민가가무너져남녀노소가모두밖으로나와노숙하여압사를면하였다 9). 년 월 일 삼수 함경도에 일동안여덟번지진이연속적으로일어나담벽이흔들리고성의두군데가무너지고바위의반쪽이무너졌으며 개울물이황색으로변하고흙탕물이솟았으며절벽이무너졌다 8). 년 월 일 울산 경상도의대구 안동 김해 영덕등읍에서도지진이일어나 봉화대와성첩이무너진곳이많았다 울산부에서는땅이갈라지고물이용솟음쳤다 9). 년 월 일 양양 강원도에지진이일어나우레와같은소리가났으며 담과벽은무너지고지붕의기왓장이나부끼어떨어지고양양에서는바닷물이흔들려서물이끓는소리와같았다 9). (1905 ~ 2004) (2) 계기지진 (1905 현재 ) 규모 4.0 이상 ( 육지 ) : 약 44회 규모 5.0 이상 ( 육지 ) : 7회 42

43 역사및계기지진분포비교 Epicenters of Historic Earthquakes in Korean Peninsula (AD 2 ~ 1904) Epicenters of InstrumentalEarthquakes in Korean Peninsula (1905 ~ 2000) 주요계기지진목록 43

44 44

45 지리산지진의피해사례 45

46 홍성지진 (1978 년 10 월 7 일규모 5) 홍성읍 피해액 4 억원추정 ( 당시화폐가치 ) 건물 13 동반파, 41 동부분파손 조적조, 농촌주택, 토담집에피해집중 홍성지진의피해사례 46

47 영월지진 (1996 년 12 월 13 일규모 4.5) 위치 : 강원도영월동남쪽약 20km (37.2N, 128.8E) 규모 : 4.5 피해상황 : 전국에서느낌. 영월지역에가벼운구조물의피해 ( 건물내외의벽에균열발생등 ) 47

48 영월지진의피해사례 2007 년 1 월 20 일오대산지진 (Mw 4.5) 48

49 2004 년 5 월 29 일울진앞바다지진 49

50 울진지진의진앙과주변지형 지진기록 50

51 단층해의비교 2004 년 5 월 29 일울진지진의진도분포 지반가속도및계기진도분포 진도분포 (MMI scale) 진도분포 ( 기상청 ) 51

52 2011 추계지질과학연합학술발표회 1952 년 3 월 19 일평양인근지진의지진원분석 강태섭, 부경대학교지구환경과학과전명순, 한국지질자원연구원지진연구센터 제주국제컨벤션센터 1952 년 3 월 21 일조선일보 1952 년 3 월 21 일동아일보

I. 1952 년 3 월 19 일평양인근지진 연구의중요성 한반도계기지진시기 (1905 년이후 ) 가장큰규모의지진으로추정 전쟁중발생하여상세한내용이보고되지않았고, 당시국내관측기록이전무하여정확한분석이이루어지지않음

5 李裕澈 (2001): M=6.5 Ishikawa et al.(2008): Md=6.5 1980 1952 1982 2007 1996 1978 1936 1978 2004 (Ishikawa et al., 2008) II.

53 I 년 3 월 19 일평양인근지진 연구의중요성 한반도계기지진시기 (1905 년이후 ) 가장큰규모의지진으로추정 전쟁중발생하여상세한내용이보고되지않았고, 당시국내관측기록이전무하여정확한분석이이루어지지않음 한반도지진위험도평가에중요한의미를가지므로, 관측기록에기반한지진원특성의정량화가필수적임 기존평가현황 Rustanovich et al.(1963): M=6.3 中国国家地震局科技情報中心 (1987): Ms=6.5 李裕澈 (2001): M=6.5 Ishikawa et al.(2008): Md= (Ishikawa et al., 2008) II 년지진관련자료확보및평가 ISC (International Seismological Centre) Bulletin 기반 1952 년지진감지전세계지진관측소현황파악 개별지진관측소의 1952 년아날로그지진기록보유현황파악 1952 년당시운영중인지진계및지진기록종류와지진계파라미터자료수집 53

III. 1952 년지진아날로그기록입수및디지털변환 아날로그지진기록 디지털변환 1952 년지진에대한주변국 8 개지진관측소아날로그지진기록입수 일본 : Abuyama, Matsushiro, Mizusawa 지진관측소

54 III 년지진아날로그기록입수및디지털변환 아날로그지진기록 디지털변환 1952 년지진에대한주변국 8 개지진관측소아날로그지진기록입수 일본 : Abuyama, Matsushiro, Mizusawa 지진관측소 중국 : Zikawei, Nanking 지진관측소 러시아 : Vladivostok, Sverdlovsk, Pulkovo 지진관측소 아날로그지진기록이미지로부터지진 trace 추출을위한디지털변환 Abuyama

55 V. 요약 : 1952 년평양인근지진의지진원요소 진원시 : 1952년 3월 19일 18시 4분 15초 ( 지역시간 ) 진앙 : E, N ( 평양남남동 30 km) 규모 : Mw 6.2 단층면해 (strike, dip, rake) (120, 90, 340 )/(210, 70, -180 ) 북동-남서및북서-남동방향주향이동단층 [postscript] - 새롭게결정한진앙위치와지리명칭을결부하여판단할때, 기존 강서지진 명칭은적절하지않음 - 행정구역기준으로황해북도중화군남남동약 10.7 km 지역이므로 중화지진 또는진앙결정의불확실성을감안하여단순히 평양인근지진 으로명명하는것이적절함 연도별지진발생빈도 남한 북한 연도 55

56 남한의규모별 - 연도별지진발생빈도 관측망개선 ( 양질의 digital 지진계, 관측소수의증가 ) 으로인한관측개수증가 3>M >M>3 5>M>4 6>M>5 연도 Chronicle in Instrumental Observation 56

57 남한의지진관측소분포 ( 가속도관측망 ) 57

58 실시간지진감시 Earthquake data display Control Program display KTX monitoring etc. 실시간계기진도표출시스템 (RTICOM) RTICOM (Real Time Intensity Color Mapping) 58

59 지진의예지가가능하기위한기본사항 큰지진이전에단층지역주변에서발생하는물리량의변화 ( 전조현상중의일부 ) 1 매질의 P 파속도변화 : P 파속도가감소하였다가큰지진직전까지원상태로되돌아간다. 2 지반의상하변위 : 지반이상승또는하강이지속되다가큰지진발생직후원상태로되돌아간다. 3 라돈가스방출 : 라돈가스방출이증가한후큰지진직후급격히감소한다. 4 전기비저항 : 전기비저항값이계속작아지다가큰지진직후원상태로되돌아간다. 5 작은지진의발생횟수의변화 : 큰지진의발생이전에작은지진의발생횟수의변동이있다. 큰지진발생이전의비정상적으로발생하는지진을예진 (foreshock) 이라한다. 59

60 큰지진의전조현상 P 파속도 지반의상하변위 라돈가스방출전기비저항 작은지진발생횟수 3-3. 지진발생과위험의향후예측 (1) 지진예지 : : : 규모 7.8의

61 7.3 Haicheng 7.8 Tangsan Anomalous behavior 61

62 중국당산지진 만명사망 ( 실제로는 70 만명이상일것으로예상 ) 62

63 Parkfield case (M6, 09/28/2004) Harris and Arrowsmith (2006) From USGS Web page 지진조기경보 Kanamori,

64 조기경보체제 ( 일본 ) JMA Web page 조기경보체제 ( 일본 ) 64

지진발생시의행동요령 지진발생중에는건물밖으로나가거나들어오지않는다. 실내에있다면, 건물의중심부에있는기둥에기대어서거나튼튼한탁자밑에있는다. 창문이나외부출입문에서멀리떨어진다. 실외에있다면, 전기선이나위에서떨어질것이없는공터에머물러라. 촛불이나성냥등을사용하지않는다.

65 지진발생시의행동요령 지진발생중에는건물밖으로나가거나들어오지않는다. 실내에있다면, 건물의중심부에있는기둥에기대어서거나튼튼한탁자밑에있는다. 창문이나외부출입문에서멀리떨어진다. 실외에있다면, 전기선이나위에서떨어질것이없는공터에머물러라. 촛불이나성냥등을사용하지않는다. 운전중이라면교차로와다리들을피해서정차하고지진이멈출때까지차안에있는다. 고층건물에있다면, 튼튼한가구나주요기둥에기대어몸을보호하고, 밖으로나가라고할때나간다. 승강기보다계단을사용한다. 학교에있다면탁자밑에숨고, 창문을피한다. 놀이터나운동장에있다면건물을피하도록한다. 지진발생시의행동요령 65

66 (2) 지진발생및지반운동에대한확률론적인예측 지진발생의반복성 확률론적인예측방법 지진발생 : 어떤지역에서발생하는지진의규모 (M) 와발생빈도 (n) 사이의관계로파악 * 발생빈도 (n) : 연간발생하는지진의개수 (N) 지반운동 : 주위에서발생한지진에의해어떤장소에지반운동을일으키는정도를확률론적지진재해도로파악 Log n a 직선의기울기 b 규모 (M) 규모 (M) 와발생빈도 (n) 사이의관계 확률론적지진재해도 설계된기간동안에어떤장소 ( 부지 ) 에서지진에의한지반운동의최대가속도가어떤정해진확률에의해초과할값 설계기간 : 5년, 10년, 50년, 100년, 250년, 500년등 초과확률 : 주로 10% 3요소 : 최고가속도, 설계기간, 확률 최대가속도 최대가속도 지진원 부지 초과확률 설계기간 t 시간 ( 년 ) 66

67 확률론적지진재해도계산을위한자료 지진목록 내용 : 발생날짜, 진앙, 지진규모 분류 : 역사지진자료 ( 서기 2 년 1904 년 ) 계기지진자료 (1905 년 현재 ) 지반운동감쇠공식 : 각규모별, 진앙거리에따른가속도분포예 ) ln a = M 0.84 ln R R a : 가속도값 (cm/sec 2 ) M : 지진규모 R : 진앙거리 (Km) 확률론적지진재해도계산결과 평균재현주기 500 년에해당하는지진지반운동 등고선값 : 지구중력값 (1g) 의백분율 (%) 값. 1g = 980 cm/sec 2 UTM 67

68 평균재현주기 2500 년에해당하는지진지반운동 등고선값 : 지구중력값 (1g) 의백분율 (%) 값. 1g = 980 cm/sec 2 UTM 재현주기 확률적인개념을가지는숫자 : 수백년의재현주기라할지라도이에해당하는지진은며칠내에일어날수도있다. - 일상생활에비유 : 개인이 50년내에사고로죽을확률이 10% 이라면 50년내에10명중한명은사망 : 목숨에관한일이므로대단히위험한일 : 이경우의재현주기 = 500년 : 사회의보험제도 결과의중요성에근거한지진위험대비가필요 68

69 지진구역설정 목 적 : 재현주기별지진재해도를각행정단위별로시설물에효과적으로적용하기위함 구역분류 : 지역별지반진동의정도에따라서남한을 I 및 II 두개의지진구역으로분류 분류방법은유일하지않음 남한의지진구역 II 구역 I 구역 II 구역 69

70 지진구역구분 지진구역 I II 시 도 도 행정구역 한반도동남부지역에발달한제 4 기단층들의위치 ( 한국수력원자력, 2004) 70

71 4 기단층조사를위한트렌치 한반도의지진위험지역 ( 단층 ) 71

72 캘리포니아주립대학버클리캠퍼스 Shakemap 의필요성 (Emergency Response) Rhie et al., 2009; Dreger et al.,

73 ShakeMap 계산 Earthquake Ground Motion Site Effect Rupture Process Wave Propagation 3D Model (Receiver Function + Noise Tomography) Chang et al., 2004; Chang and Baag, 2005; Choi et al.,

74 Site Response I V 1 1 S,1 I V 2 2 S,2 Elastic Bedrock Impedance ratio I I m ShakeMap 계산 현재 8 node (48 x 8 = 384 cores) 10 node 추가예정 74

75 유한차분법을이용한 3 차원합성지진파형계산 모델의범위 : 350 km x 450 km x 50 km (126 ~130, 35 ~39 의범위 ) 수평방향과수직방향의모델간격 : 500 m 합성지진파형 (Red), 관측파형 (Black) 오대산지진합성지진파형 Snapshot 75

76 시나리오지진합성지진파형계산 남한산성부근의가상지진 역사기록에의하면서울에근접한남한산성부근 ( 경도 127.3, 위도 37.4) 에서서기 27 년에진도 8 의지진과서기 89 년에진도 9 의지진이발생한사실이있음. 진도 9 는규모로변환하면약 6.3 에해당. 남한산성시나리오지진합성지진파형 Snapshot 76

77 ShakeMap 의필요성 Aagaard et al., 2010 ShakeMap 의필요성 ( 국내사례 ) 지진발생시합리적인초기대응을가능하게하여지진피해저감에기여 Rhie et al. in preparation 77

78 ShakeMap 의필요성 ( 국내사례 ) Mw 5.0 Mw 6.2 Rhie et al., in preparation 78

Microsoft PowerPoint - Seismology02

Microsoft PowerPoint - Seismology02 Tectonic Settings Rhie & Kim, 2010 1 Indentation experiment for evidence of block rotation in continental collision Three succesive stages in the indentation by a rigid indenter (India) into a striped