A comparative study on the Heunghae Basin and the Jeokjung-Chogye Basin using microtremor HVSR

Abstract

한반도 남동부와 남부에 위치하고 있는 흥해분지와 적중-초계분지는 충적층으로 덮여있는 소분지이다. 흥해분지와 적중-초계분지는 중생대의 경상누층군이 기저를 이루고 그 위를 충적층이 피복하고 있다. 흥해분지 지층의 수직적인 분포는 지표에서부터 제4기 충적층, 제3기 퇴적층, 백악기 퇴적층 및 쥐라기 화강암이며, 적중-초계분지의 경우 제4기 충적층, 백악기 퇴적층으로 요약된다. 지층의 형성 시기에 따라 각 지층의 물성에 뚜렷한 차이가 발생할 수 있고, 이것은 역학적으로 탄성파 에너지의 음향임피던스의 대비로 귀결된다. 상시미동의 수평대 수직 스펙트럼비(horizontal-to-vertical spectral ratio; HVSR)를 이용하여 측정한 공진주파수는 음향임피던스의 강한 대비를 이루는 지층의 깊이를 파악하는데 효과적인 값으로 알려져 있다. 분지의 각 지층이 이루는 경계가 뚜렷한 음향임피던스 차이를 나타낼 것이라는 가정에 기초하여, HVSR로부터 각각의 경계에 해당하는 공진주파수를 추정 하였다. 각 분지의 상시미동 기록을 얻기 위하여 3성분 지오폰과 광대역 지진계를 분지 내·외부에 설치하였으며, 흥해분지의 경우 분지 외부 자료를 추가하기위해 국가지진관측망과 2017 포항지진 여진관측망 자료를 추가로 이용하였다. HVSR 분석에서는 SESAME (2004)의 HVSR 곡선과 공진주파수의 신뢰성 기준을 충족하는 관측소의 HVSR 값만을 사용했으며, 대부분의 측점에서 공진주파수가 없거나, 하나의 공진주파수 혹은 다중 공진주파수가 관찰되었다. 흥해분지의 경우 다중 공진주파수가 관찰되는 측점의 수가 적중-초계분지보다 많이 관찰되었다. 흥해분지의 최저 공진주파수 범위는 0.37-5.58 Hz이며, 두 개의 측점에서 10 Hz 이상인 12.46과 16.11 Hz의 최저 공진주파수를 보였으며, 분지의 북부보다 남부에서 더 저주파로 추정되었다. 상대적으로 고주파의 영역에서의 공진주파수 범위는 1.03-46.87 Hz의 범위를 보였으며, 분지의 동쪽에서 상대적으로 낮은 주파수를 보였다. 적중-초계분지의 최저 공진주파수 범위는 1.00-31.69 Hz의 범위를 보였고, 상대적으로 고주파의 영역에서의 공진주파수 범위는 5.02-35.88 Hz의 범위를 보였다. 적중-초계분지에서의 최저 공진주파수는 분지의 외부보다 내부에서 저주파의 공진주파수가 관찰되었다. 공진주파수와 퇴적층의 깊이 관계식을 이용하여 퇴적층의 깊이를 추정하였다. 흥해분지에서 관찰된 공진주파수에서 추정된 깊이 각각 7-324 m와 2-116 m의 범위로 나타났다. 적중-초계분지의 공진주파수로부터 추정된 퇴적층의 깊이는 각각 3-100 m와 2-20 m의 범위로 나타났다. 퇴적층의 깊이를 추정하는 과정에서 속도구조의 불확실성으로 인하여, 이들 공진주파수로부터 정확한 경계면의 깊이를 파악하는데 어려움이 있었다. 따라서 추정된 경계면의 깊이에는 불확실성이 존재한다. 한편 HVSR 곡선으로부터 확인할 수 있는 복수의 공진주파수로부터 뚜렷한 지층의 대비가 이루는 경계면의 존재를 확인함으로써, 상시미동 HVSR을 이용하여 분지의 순차층서를 규명하는데 기여할 수 있다는데 의의가 있다.