소규모 지진 자료를 활용한 지진동예측식 검증

초록

프랑스와 일본의 약 190건의 저진도 기록을 대상으로, Scherbaum 등(2009)의 로그우도(LLH) 방법을 이용해 여러 국제·국내 GMPE를 평가하였다. 저진도 구간에서는 Cauzzi‑Faccioli(2008), Akkar‑Bommer(2010), Abrahamson‑Silva(2008) 모델이 가장 적합했으며, 지역적 차이는 미미하고 규모‑스케일링이 지진동 진폭을 주도한다는 결론을 얻었다.

상세 분석

본 연구는 저진도( Mw 3.8‑4.5) 기록이 상대적으로 풍부한 프랑스와 일본의 가속도 데이터베이스를 활용해, 현재 국제·국내 확률적 지진위험평가(PSHA)에서 사용되는 다수의 지진동예측식(GMPE)의 적합성을 정량적으로 검증하였다. 검증 방법은 Scherbaum et al.(2009)이 제안한 로그우도(LLH) 지표를 적용했으며, 이는 관측값과 모델이 예측하는 확률분포 사이의 차이를 통계적으로 평가한다. LLH 값이 낮을수록 모델이 관측 데이터를 잘 설명한다는 의미이며, 본 논문에서는 전체 주파수 대역(0.1‑20 Hz)에서 LLH가 2.5‑3.5 사이인 모델을 ‘우수’로 분류하였다.

프랑스 데이터(191건, 최대 거리 300 km)에서는 Cauzzi‑Faccioli(2008), Akkar‑Bommer(2010), Abrahamson‑Silva(2008) 모델이 일관되게 낮은 LLH를 보였으며, 특히 저주파(≤1 Hz)와 고주파(≥5 Hz) 구간 모두에서 경쟁 모델보다 우수한 적합성을 나타냈다. 반면, 기존에 저진도 지역에서 널리 사용되는 일부 유럽·중동 모델은 LLH가 4.0 이상으로, 관측과의 불일치가 뚜렷했다.

지역적 변이성에 대한 검토에서는, 동일한 모델을 프랑스와 일본 데이터에 각각 적용했을 때 LLH 차이가 통계적으로 유의미하지 않음을 확인하였다. 이는 저진도 구간에서 지진동의 지역적 특성이 크게 작용하지 않으며, 규모‑스케일링(특히 Mw 3.8‑4.5 구간의 비선형 스케일링)이 진폭을 결정하는 주된 요인임을 시사한다.

또한, 일본의 대규모 저진도 데이터셋을 무작위로 190건씩 추출해 여러 번 실험함으로써, 샘플 크기 190건이 LLH 추정의 안정성을 확보하기에 충분함을 검증하였다. 동일한 샘플 크기로 Mw 5‑7 구간의 강진 데이터를 분석했을 때는 모델 순위가 일부 변동했으며, 특히 magnitude scaling이 약한 모델은 고진도 구간에서 성능이 급격히 저하되는 현상이 관찰되었다. 이는 저진도에서 검증된 모델을 고진도 적용 시 그대로 사용하기엔 위험함을 강조한다.

결론적으로, 저진도 데이터가 제한적인 저진도 지역에서도 신뢰할 수 있는 GMPE 선택이 가능하나, 모델의 규모‑스케일링 특성을 반드시 검토해야 하며, 지역적 보정이 필요하지 않을 경우에도 고진도 적용 시 별도의 검증이 요구된다.