진앙의 위치, 지진규모, 리히터 규모 측정, 지진의 위험도 등

-진앙의 위치

진앙의 위치는 지진기록에서 구한 P파와 S파의 도달시간을 결정할 수 있다. 관측소가 진앙으로부터 멀수록 P파와 S파의 도달시간의 차이는 커진다(그림16.8). 그림 16.8B와 같은 그림을 이용하여 진앙과의 거리를 결정한 다음 관측소의 위치를 중심으로 그 진앙거리를 반경으로 하는 원을 그린다. 3개 이상의 관측자료를 사용할 수 있으면 정확한 진앙의 위치결정이 가능하며 여기서 여러 개의 원들의 교차점이 진앙의 위치가 된다(그림16.9).

진앙 하부에 위치한 진원의 깊이도 결정할 수 있다. 여러 개의 근접한 지진계로부터 국지지진의 관측이 이루어지면 P-S 도달시간의 차이를 이용하여 진앙결정과 유사한 방법으로 진원심도를 계산할 수 있다. 원거리 지진의 경우에는 다른 방법을 사용한다. 그림 16.7을 보면 X점에 위치한 관측소의 지진계에는 P파의 직접파와 지표에서 반사된 PP파가 모두 기록된다. P파의 직접파는 경로의 거리가 짧기 때문에 PP파보다 먼저 도달한다. 따라서 그들 사이의 도달시간 차이를 이용하면 진앙의 위치를 결정할 수 있다.

그림 16.9 진앙의 결정방법 3개의 관측소에서 지진이 기록되었다. P파와 S파의 도달시간의 차이는 괸측소와 진앙 사이의 거리에 비례한다. 다음은 그림 16.8B의 주시곡선을 이용하여 계산한 3관측소에서의 진앙거리이다. 도달시간 차이 진앙거리 관측소 1, 8.8분 - 4.7분 = 4.1분 2,000km 관측소 2, 13.7분 - 7.4분 = 6.3분 4,000km 관측소 3, 17.5분 - 9.8분 = 7.7분 6,000km 지도상에서 각 관측소를 중심으로 진앙거리를 반경으로 하는 원을 그린다. 여기서 3개의 원이 교차하는 점이 진앙의 위치가 된다.

-지진의 규모

1906년 샌프란시스코, 1976년 중국의 당산, 1985년 멕시코시 그리고 1989년 샌프란시스코를 다시 강타한 로마 프리에타 지진과 같은 매우 큰 지진들은 다행히 자주 발생하지는 않는 편이다. 지진 가능성이 높은 지역에 속하는 샌프란시스코와 그 주변 지역에서는 대규모 지진이 약 100년에 한번 씩 발생한다. 이러한 대규모 지진은 좀 더 자주 발생하는 지역과 드물게 발생하는 지역이 있으나 평균 100년마다 한번 씩 발생하고 있다. 이것은 탄성에너지가 단층의 마찰력에 의한 단층의 잠김 상태의 한계에 도달할 정도로 축적되는 데 약 100년이 걸림을 의미한다. 이 기간에 국지적으로 발생하는 단층운동으로 소규모 지진들이 발생하기도 하지만 대부분의 단층면은 마찰력에 의해 닫혀있는 상태이므로 탄성에너지의 축적은 계속해서 일어난다. 이 단층면의 잠김 상태가 깨어지면 지진이 발생하고 수분 동안에 가공할 탄성 에너지의 방출이 일어난다. 자세한 조사결과에 의하면 산 안드레아스 단층의 경우 변형된 암석 내부에 저장되는 탄성에너지의 양이 1m3 당 약 100 주울인 것으로 밝혀졌다. 이 양은 약 25칼로리의 열량에 해당하는 에너지에 불과하지만 수십억 또는 수백억 입방미터의 암석이 변형될 경우에는 여기에 축적된 에너지의 총량은 어마어마한 양이 된다. 로마 프리에타 지진의 경우는 방출된 에너지의 양이 1015 주울 이었고, 1906년 샌프란시스코 지진의 경우는 1017 주울에 달하였으며 이는 수소폭탄의 폭발 시 방출되는 에너지의 양과 같다.

 

-리히터규모척도

지진 발생 전의 탄성 변형된 암석과 지진 발생 후 변형이 사라진 암석을 측정하여 보면 정확한 에너지 방출량을 계산할 수 있다. 이것은 매우 시간이 많이 소요되는 작업이고 또한 많은 경우 지진발생 전의 변형은 측정되어 있지 않다. 따라서 지진학자들은 지진파의 진폭으로부터 에너지 방출량을 측정하는 방법을 개발하였다. 리히터규모척도는 이 방법을 고안한 사람의 이름을 따라서 명명한 것으로 진앙에서 100km 떨어진 곳에서 관측된 P파와 S파의 최대진폭(지진기록에서 지진파의 높이)에 의해서 결정된다. 지진파 신호들은 그 진폭이 수억 배 또는 그 이상의 차이를 보여주기 때문에 리히터규모는 대수함수로 표시되며, 규모의 단위를 사용한다. 규모의 각 단위별 증가는 진폭이 10배 증가함을 의미한다. 즉, 규모 2의 지진은 규모 1의 지진에 비해서 진폭이 10배이고 규모 3의 지진은 규모 1의 지진에 비해서 진폭이 100배가 된다. 이 리히터규모를 어떻게 계산하는지 알아보기 위해서 에세이: 리히터규모의 계산을 참조하시오.

 

-지진의 위험도

대부분의 미국 사람들은 지진 하면 곧바로 캘리포니아를 생각한다.

그러나 과거 200년 동안 북아메리카를 뒤흔든 가장 강력한 지진은 미주리주의 뉴마드리드 부근에서 발생한 것이다. 이 지역에서는 1811년 12월 16일, 그리고 1812년 1월 23일과 2월 7일 3차례에 걸쳐 강력한 지진이 발생하였다. 이 당시에는 지진계가 설치되어 있지 않아서 이 지진들의 정확한 크기는 알려져 있지 않다. 그러나 국지적 피해상황으로 판단해 보거나, 매우 멀리 떨어진 뉴욕과 남부 캐롤라이나주의 찰스턴에서까지 진동이 느껴졌고 작은 피해가 발생한 점 등을 감안해서 판단할 때 각각의 지진의 규모는 8이상이었고 이 중 가장 큰 것은 1906년 샌프란시스코를 강타한 지진보다 큰 것으로 추정되어진다.

이미 알려진 지질구조와(주로 단층들) 과거 지진의 위치와 진도를 근거로 해서 미국의 국립 해양 및 대기국에서 작성한 지진위험도가 그림 16.10에 나타나있다. 이 그림은 많은 정보를 제공하여 주지만 특히, 도로나 공공건물을 설계하고 건설하는 사람들에게는 별로 도움이 되지 못한다.

그림 16.10 지진 진도로부터 구한 미국의 지진 위험도 각 존은 최대 진도 값을 나타내며 이는 가능한 최대피해를 의미한다. 이 지도에는 지진의 빈도는 나타나 있지 않다. 예를 들면, 남부 캘리포니아는 지진 발생 빈도가 높으나 동부 메사추세츠는 낮다. 그러나 동부 메사추세츠에서는 지진이 발생하면 지진발생이 훨씬 빈번한 남부 켈리포니아 못지않게 그 피해가 크다.

그들은 지반의 진동의 세기와 대규모 지진의 발생빈도 등의 정보를 필요로 하기 때문이다. 따라서 미국의 지질조사소는 그림 16.11과 같은 종류의 지진위험도를 작성하였다. 지진의 세기는 980cm/s2 에 해당하는 중력가속도와 비교된다. 지진의 최대 가속도는 중력가속도의 80%에 달하는 캘리포니아 지진에서 발생한 것으로 알려졌다. 지진의 피해는 약 0.1G부터 발생하기 시작한다.

그림 16.11에는 그 밖의 정보들이 추가로 포함되어 있다. 미국 지질조사소의 과학자들이 계산한 그림 16.11에 표시된 중력가속도를 초과하는 지진이 50년 주기 이내에 발생할 확률은 1/10이다. 이 정보는 보험회사들에게 큰 도움이 된다. 큰 지진이 아무도 생전에 경험하지 못한 곳에서 그러한 지진이 발생할 가능성이 있는가? 에세이: 미국 북서부 연안에 대규모 지진이 다시 발생할까? 를 읽어보면 이러한 질문에 대한 대답을 찾을 수 있을 것이다.

그림 16.11 지진 위험도와 도식 계획 수평 가속도를 토대로 작성한 지진 위험도. 지반 운동에 수반되는 가속도는 건물의 내진 설계에서 고려되어야 할 가장 중요한 요소이며, 건축가나 도시 계획 수립자들은 이러한 형태의 지진 위험을 나타내는 지도를 필요로 한다. 등고선에 표시된 숫가는 지진 발생시 예상되는 최대 수평 가속도를 나타낸 것으로 중력가속도에 대한 백분율로 표시하였다. 표시된 가속도가 50년 이내에 발생한 확률은 1/10이다.

 

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