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요약문
SUMMARY
목차
제 1 장 서론 6
제 2 장 단층지진원 모사법 7
제 1 절 운동학적 단층 모델 (Kinematic Fault Model) 8
1. 지진원 시간 이력 (Source Time Function) 9
2. 유한단층 모델 (Finite Fault Model) 13
제 2 절 복합 단층 모델 (Composite Fault Model) 23
1. 스케일링 관계식 24
2. 합산과정(Summation Procedure) 25
3/2. Fractal Distribution 29
제 3 장 그린 함수 (Green’s function) 결정 방법 40
제 1 절 결정론적 방법을 이용한 지진동 모사 41
제 2 절 경험적 그린 함수를 이용한 지진동 모사 45
1. 개요 45
2. 방법 46
제 3 절 추계학적 방법을 통한 지진동 모사 48
1. 지진원 (E M0,f ) 49
2. 전파경로 (P R,f , 지속시간) 51
3. 부지효과 (G(f)) 53
4. 지진동의 형태 (I(f)) 56
5. 적분에 의한 지진동의 측정 57
6. 지진동 획득방법 57
제 4 장 실제 적용 예 87
제 1 절 복합 단층 방법과 추계학적 방법을 이용한 지진동 모사 88
제 2 절 복합 단층 방법과 경험적 그린 함수를 이용한 지진동 모사 94
제 3 절 운동학적 단층 방법과 결정론적 방법(SEM)을 이용한 지진동 모사 104
제 4 절 운동학적 단층 방법과 결정론적 방법(FDM/FEM)을 이용한 지진동 모사 109
제 5 절 운동학적 단층 방법과 경험적 그림 함수를 이용한 지진동 모사 118
제 6 절 운동학적 단층 방법과 추계학적 방법을 이용한 지진동 모사 125
1. finite-Fault Model 125
2. 점지진원 모델 128
제 7 절 운동학적 단층 방법과 하이브리드 방법을 이용한 지진동 모사 135
1. 개관 135
2. 방법 135
3. 적용 136
제 5 장 결론 141
참고문헌 143
서지정보양식 153
표 3.3.1 (Boore, 2003 발췌) 64
표 3.3.2 (Boore, 2003 발췌) 65
표 4.2.1. 계산에 사용된 Empirical Green's Function. 99
표 4.3.1. 각각의 포컬 매커니즘(focal mechanism)의 세부 내용 (Hjorleifsdottir et al., 2009 발췌) 106
표 4.4.1. 지진동 모사에 사용된 방법들 (Aagaard et al., 2008 발췌) 112
그림 2.1.1. Haskell source model (Shearer, 1999 발췌) 16
그림 2.1.2. Haskell fault model (Shearer, 1999 발췌) 17
그림 2.1.3. Directivity (Shearer, 1999 발췌) 18
그림 2.1.4. 1996년 발생한 Parkfield 지진에서 80m 떨어진 Cholame-Shandon array의 2번 관측소에서 기록된 transverse 성분의 가속도, 속도, 변위 자료 (Aki, 1968 발췌) 19
그림 2.1.5. 다양한 종류의 source time functions (Tinti et al., 2005 발췌) 20
그림 2.1.6. Trifunnac [1974]이 1971년 San Fernando 지진의 단층면을 분할한 “elementary faults”의 모식도와 역산에 의해 구해진 각 “elementary faults”에서의 균열 크기 (Trifunac, 1974 발췌) 21
그림 2.1.7. 총 56개의 구성단층으로 분할 된 유한단층면의 모식도 (Hartzell and Heaton, 1983 발췌) 22
그림 2.2.1. 자기 유사 관계를 따르는 지진의 지진원 요소 35
그림 2.2.2. 복합 단층 모델(composite fault model)의 모식도. 대상 지진을 자기 유사 관계를 만족하는 구성 지진으로 나눈다 (Irikura, 1983 발췌) 36
그림 2.2.3. 대상 지진과 구성 지진의 변위 함수과 그 미분 함수 사이의 관계 (Irikura, 1983 발췌) 37
그림 2.2.4. (a) 연속적이고 자기 유사 관계에 있는 파쇄 모델의 단순화된 예시. (b) level 1 단계의 한 지진을 구성하고 있는 level 2 단계의 분포 또한 level 1에 대해 자기 유사 관계를 만족하는 분포를 보인다 (Frankel, 1991 발췌) 38
그림 2.2.5. 구성 지진 간의 겹침을 허용한 프랙탈 분포의 예시. 전체 중 10%의 구성 지진만을 도시하였음 (Zeng et al., 1994, 발췌) 39
그림 3.3.1. 위의 그림은 스펙트럼으로 나타낸 방사 (radiated) 에너지로 모서리 주파수의 역수와 관계되는 지속시간 동안 무작위 분포를 가정한 것이다. 아래의 각각의 시계열은 실제 스펙트럼이 보이는 무작위적인 작용의 예이다 (Boore, 2003 발췌) 66
그림 3.3.2. 하나의 모서리 주파수와 ω - 제곱의 스펙트럼 모양을 가지는 지진원 scaling. M0f03이 일정하다. 스칼라 모멘트에 대한 모서리 주파수의 관계가 스펙트럼의 모양을 결정한다 (Boore, 2003 발췌) 67
그림 3.3.3. R=1인 경우의 가속도 푸리에 스펙트럼 (Boore, 2003 발췌) 68
그림 3.3.4. 미국 중부의 4층 지각 속도구조에 대한 합성 지진파형으로 지각 내의 다중 반사로 인한 파형과 지속시간의 복잡성을 보여준다 (Boore, 2003 발췌) 69
그림 3.3.5. Atkinson and Boore [1995]에서 사용된 미국 중부와 동부의 geometrical spreading 함수 (Boore, 2003 발췌) 70
그림 3.3.6. Aki (1980)에서 제시된 관측된 전단파 Q의 역수. 굵은 실선은 관측값의 평균치 (Boore, 2003 발췌) 71
그림 3.3.7. log-log 공간에서 결정된 Q(f). 직선들은 앞의 그림에서 제시된 자료를 바탕으로 결정된 추세선 (Boore, 2003 발췌) 72
그림 3.3.8. 좁은 규모 범위에 대해 미국 동부의 거리에 대한 관측된 지진동의 감쇄. 실선은 미국 중부와 동부의 지진동을 모사하기 위해 Atkinson and Boore [1995]에서 사용된 geometrical spreading과 전파경로에 의한 감쇄를 합한 모델 (Boore, 2003 발췌) 73
그림 3.3.9. 미국 동부에서 관찰된 지진의 지속시간. 검은 원은 15km 범위내의 평균이고 에러는 표준편차이다. 세 부분으로 이루어진 직선은 Atkinson and Boore [1995]에서 미국 동부 지진동을 모사하는데 사용된 지속시간에 대한 함수이다 (Boore, 2003 발췌) 74
그림 3.3.10. Boore and Joyner [1997]에서 일반적인 “연약” 암석 부지에서의 증폭을 위해 사용한 깊이에 대한 전단파 속도 (Boore, 2003 발췌) 75
그림 3.3.11. 주파수에 대한 증폭. 음영으로 된 선은 이전 그림의 속도와 root-impedance를 이용하여 계산된 결과이다. 가는선은 Haskell 행렬을 이용하여 앞의 그림의 속도에 대하여 구한 입사각 30도와 45도의 plane SH파의 결과 (Boore, 2003 발췌) 76
그림 3.3.12. 이전 그림과 전파경로에 독립적인 감손을 고려한 부지 증폭 효과 (Boore, 2003 발췌) 77
그림 3.3.13. 상부 30m에서의 평균 전단파 속도로 측정된 다양한 부지 조건에 대한 증폭과 감소 효과의 푸리에 스펙트럼 (Boore, 2003 발췌) 78
그림 3.3.14. 추계학적 방법을 사용한 시간 영역에서의 지진동 모사의 개요. 모두 AS00모델을 사용한 실제 모사의 예이다 (Boore, 2003 발췌) 79
그림 3.3.15. 지수함수 형태의 window와 그 형태를 결정하는 변수들 (Boore, 2003 발췌) 80
그림 3.3.16. 박스 형태와 지수함수 형태의 window를 사용한 시간 영역 모사의 파형과 응답 스펙트럼의 비교. 응답 스펙트럼은 640번의 모사의 평균치이다 (Boore, 2003 발췌) 81
그림 3.3.17. 규모 4와 7인 지진의 시계열. 가속도 자료는 추계학적 방법을 통해 계산되었고 계산된 자료에서 속도와 Wood-Anderson 지진계 반응이 구해졌다 (Boore, 2003 발췌) 82
그림 3.3.18. 목표의 모델 스펙트럼, 한번의 모사를 통해 구해진 스펙트럼, 그리고 640번의 모사 결과의 평균 (Boore, 2003 발췌) 83
그림 3.3.19. 규모 4와 7에 대한 모사된 가속도 시계열과 계산된 10초, 5% 댐핑의 oscillator의 응답 (Boore, 2003 발췌) 84
그림 3.3.20. 매 회의 모사에서 random-number generator에 다른 seed를 넣어 계산한 시간영역 모사 결과의 비교. Boore and Joyner [1984]와 Liu and Pezeshk [1999]의 보정을 적용한 무작위 진동을 이용한 결과가 비교되어 있다 (Boore, 2003 발췌) 85
그림 3.3.21. 앞의 그림과 동일하나 대상이 되는 지진의 규모가 7인 경우이다 (Boore, 2003 발췌) 86
그림 4.1.1 멕시코 Guerrero 지역에서 발생한 두 개의 지진에 대해 계산에 사용된 단층 크기, 진원과 관측점의 위치 91
그림 4.1.2 1989년 4월 25일 발생한 규모 6.9의 지진에 대한 가속도, 속도, 변위 파형과 가속도 스펙트럼의 관측값과 모사값 92
그림 4.1.3. 1985년 9월19일 발생한 규모 8.1의 지진에 대한 가속도, 속도, 변위 파형과 가속도 스펙트럼의 관측값과 모사값 93
그림 4.2.1. 대상 지진의 강진동을 모사하는 방법에 대한 개념도 97
그림 4.2.2. 강진동 모사에 사용된 대상 지진의 단층면, EGF, 관측소의 위치을 나타내는 지도 98
그림 4.2.3. DMD 관측소에서 관측된 가속도 스펙트럼과 4개의 EGF에 의해 모사된 가속도 스펙트럼 100
그림 4.2.4. DMD 관측소에서 관측된 가속도 시계열 자료와 4개의 EGF에 의해 모사된 가속도 시계열 자료 101
그림 4.2.5. COR 관측소에서 관측된 가속도 스펙트럼과 4개의 EGF에 의해 모사된 가속도 스펙트럼 102
그림 4.2.6. COR 관측소에서 관측된 가속도 시계열 자료와 4개의 EGF에 의해 모사된 가속도 시계열 자료 103
그림 4.3.1. Balleny Island 지진의 발생 위치(노란 별), 단층면(붉은 색 굵은 선), 그리고 지진동 모사에 사용된 소스 모델의 메카니즘들. (Hjorleifsdottir et al., 2009 발췌) 105
그림 4.3.2. 변형된 Henry et al.[2000]의 미끄러짐 모델 (Hjorleifsdottir et al., 2009 발췌) 107
그림 4.3.3. 미끄러짐 모델에 대하여 계산된 지진 파형(붉은 색)과 실제 관측 파형(검은 색). 각 지진 파형과 함께 관측소 코드와 방위각을 표시하였다 (Hjorleifsdottir et al., 2009 발췌) 108
그림 4.4.1. 1989년 Loma Prieta 지진에 대한 광대역(왼쪽)/장주기(오른쪽) 진동도. 별과 사각형은 각각 진원과 단층면을 나타내며, 삼각형은 진동도가 작성되는데 사용된 자료의 위치를 나타낸다 (Aagaard et al., 2008 발췌) 111
그림 4.4.2. 지진동 모사에 지형 효과가 적용된 방법. 실제 지형의 속도구조(위)와 불도저 방법(가운데)과 스쿼싱 방법(아래)에 의해 변형된 속도구조 (Aagaard et al., 2008 발췌) 113
그림 4.4.3. 지진동 모사에 기반이 된 소스 모델. 미끄러짐이 시작된 시간은 등고선으로 표시되었다 (Aagaard et al., 2008 발췌) 114
그림 4.4.4. 두 소스 모델에 대하여 Aagaard 방법에 의하여 모사된 진동도(위)와 실제 관측값(그림 4)과의 차이 (Aagaard et al., 2008 발췌) 115
그림 4.4.5. 지진동 모사에 의해 계산된 지진 파형과의 비교에 사용된 자료가 획득된 관측소들의 위치 (Aagaard et al., 2008 발췌) 116
그림 4.4.6. 각 관측소에서 실제 관측된 속도 자료와 다양한 방법에 의해 모사된 파형 (Aagaard et al., 2008 발췌) 117
그림 4.5.1. 지진과 관측소(▲)들의 위치. 본진의 위치와 여진들의 위치는 각각 별표(*)와 사각형으로 표시되었다 (Nozu and Irikuta, 2008 발췌) 120
그림 4.5.2. 세 가지 역산 방법에서 사용된 EGF의 적용방법 (Nozu and Irikuta, 2008 발췌) 121
그림 4.5.3. 세 가지 역산 방법에 의해 얻어진 Tokachi-oki 지진의 미끄러짐 모델. 본진의 진원은 별표로 표시되었다 (Nozu and Irikuta, 2008 발췌) 122
그림 4.5.4. 세번째 역산 방법에 의해 계산된 지진 파형(붉은 색)과 실제 관측 자료(검은 색). 지진 파형 중 역산에 사용된 부분은 어두운 배경으로 표시되었다 (Nozu and Irikuta, 2008 발췌) 123
그림 4.5.5. 세 개의 여진을 EGF를 사용한 세 번째 역산 방법에 의해 결정된 미끄러짐 모델 (Nozu and Irikuta, 2008 발췌) 124
그림 4.6.1. Michiacan 지진의 유한단층 모델과 진원 (Somerville et al., 1991 발췌) 131
그림 4.6.2. Somerville et al. [1991]에서 사용된 Valparaiso지진의 단층 모델과 진원 132
그림 4.6.3. Saguenay 지진의 진원 위치와 관측소. 아래의 그림은 모사에 사용된 유한단층 모델 133
그림 4.6.4. Michoacan 지진의 관측된 가속도 시계열과 모사된 결과의 비교 134
그림 4.7.1. hybrid 그린함수 방법의 순서도 137
그림 4.7.2. 세 개의 asperity를 보여주는 지진원 모델. 경험적 그린함수를 이용하여 결정되었다 (Kamae and Irikura, 1998 발췌) 138
그림 4.7.3. 합성 가속도와 속도 지진파형과 주 지진의 관측 파형. 0.2에서 10 Hz로 필터링 되었다 139
그림 4.7.4. 합성 속도 응답 스펙트럼과 관측 자료의 비교. 얇은 실선은 평균값과 표준편차이고 굵은 실선은 관측값 140