Teleseismic Rayleigh-wave phase velocity tomography in the southern Korean Peninsula

Abstract

한반도 남부 지역의 지각 속도 모델을 추정하기 위해 원거리 지진의 레일리파를 이용하여 토모그래피를 수행하였다. 표면파의 경우 지각과 상부 맨틀을 따라 전파하기 때문에 천부의 속도 정보를 밝히는데 중요한 수단 중 하나이다. 하지만 지구 표면의 복잡한 지각 구조로 인하여 발생하는 다중 경로 현상은 관측소에서 관측한 파형의 위상 도착 시간이나 진폭에 영향을 끼치게 된다. 이는 정확한 위상을 측정하는 데 어려움을 주기 때문에, 절대적인 위상의 도착 시간과 진폭이 아닌 조밀한 관측소 간의 위상 차이를 이용하여 토모그래피를 수행하였다. 각 관측소에서 관측한 파형에서 시간창 함수를 적용하여 레일리파를 분리한 후 관측소 사이 상호 상환 함수를 계산한다. 여기에 우세한 에너지를 분리하기 위하여 시간창 함수를 한 번 더 적용한 후, 10초 – 100초 사이 1초 간격의 협대역 가우시안 필터를 적용해 관측소 사이의 위상 지연 시간을 측정한다. 아이코날 방정식을 이용하여 위상 지연 시간을 역산하여 겉보기 위상 속도를 도출한다. 역산한 격자점의 크기는 0.1°×0.1°이다. 획득한 겉보기 위상 속도에 헬름홀츠 방정식을 이용하여 역산 과정에 진폭값을 추가하여 실제 지하 속도 구조를 더 잘 반영한 구조 위상 속도를 계산한다. 연구에 사용된 관측소는 국내 144개와 인접한 일본 대마도의 2개 광대역 속도계 관측소이다. 관측한 자료는 2018년에서 2020년 사이 발생한 진앙 거리 20°-115°, 규모 6.0 이상, 인원 깊이 50km 이하인 원거리 지진 중 219개를 선별하여 사용하였다. 레일리파 토모그래피 결과 겉보기 위상 속도는 단주기 영역은 한반도 지체구조와 비슷한 경향의 속도 이상이 관측되고, 장주기로 갈수록 남서쪽 지역은 고속도의 양상을 보이며 북동쪽 지역은 저속도의 양상을 보인다. 이는 주시 토모그래피 선행 연구들과 상응하는 결과이다. 역산 과정에서 진폭 측정값을 고려한 구조 위상 속도의 경우 장주기 영역에서의 구조 위상 속도는 남서부 뿐만 아니라 경상분지가 위치한 남동부 역시 고속도의 속도 이상이 관측되었다.