현장 반응 주파수 추정 마이크로진동을 통한 새로운 접근

초록

본 연구는 수신 함수 기법을 활용하여 현장 반응의 기본 주파수를 추정한다. 지역 지진파를 입력으로 삼아 세 개의 관측 지점에서 공명 주파수를 계산했으며, 결과는 3 Hz에서 7 Hz 사이의 변화를 보였다. 동일 지점에서 수행한 주변소음 기반 추정과도 일치하여 연구 지역에 지질 이질성이 존재함을 시사한다.

상세 분석

본 논문은 전통적인 수신 함수(receiver function) 기법을 마이크로진동 데이터에 적용함으로써 현장 반응 특성을 정량화하는 새로운 방법론을 제시한다. 수신 함수는 원천 지진파와 관측된 지표면 파형 사이의 차이를 이용해 지하 구조의 임피던스 변화를 역산하는 기법으로, 주로 대형 지진 기록에 사용되어 왔다. 여기서는 지역 규모의 소규모 지진 데이터를 활용함으로써 데이터 확보 비용을 크게 절감하고, 실시간 혹은 반실시간 모니터링이 가능한 장점을 확보하였다.

연구 대상 지역은 지질학적으로 다양한 퇴적층과 암석층이 혼재된 복합 구조를 가지고 있다. 세 개의 수신 지점은 각각 사암, 점토, 그리고 사암‑점토 복합층 위에 위치하며, 이러한 지질 차이가 공명 주파수에 미치는 영향을 검증하고자 하였다. 수신 함수 계산은 먼저 각 지진 이벤트에 대해 P파와 S파의 도착 시간을 정확히 식별한 뒤, 고주파 성분을 제거하고 저주파 성분을 강조하는 대역통과 필터링을 수행하였다. 이후, 시간 영역에서의 신호를 주파수 영역으로 변환하여 스펙트럼 상의 뚜렷한 피크를 공명 주파수로 정의하였다.

결과적으로, 사암 위에 위치한 지점에서는 약 7 Hz의 높은 공명 주파수가 관측되었으며, 이는 상대적으로 강직한 암석층이 얇게 존재함을 의미한다. 반면, 점토 위에 위치한 지점에서는 약 3 Hz의 낮은 주파수가 나타났으며, 이는 연약하고 두꺼운 연성층이 지하에 존재함을 시사한다. 복합층 위의 지점에서는 5 Hz 부근의 중간값이 도출되어 두 지질 유형이 혼재된 구조적 특성을 반영한다.

흥미로운 점은 동일 지점에서 수행한 주변소음(ambient noise) 기반 마이크로진동 분석 결과와 수신 함수 기반 추정값이 일관성을 보였다는 것이다. 이는 두 방법이 서로 보완적인 특성을 가지고 있음을 의미하며, 특히 데이터 양이 제한된 상황에서 주변소음 분석을 통한 사전 검증이 가능함을 시사한다. 또한, 주파수 변동이 지역 내 이질성을 반영한다는 결론은 지진 위험 평가와 건축 설계 시 site-specific 설계 기준을 마련하는 데 중요한 근거가 된다.

본 연구는 수신 함수 기법을 마이크로진동 데이터에 적용함으로써 기존의 대규모 지진 기록 의존성을 탈피하고, 비용 효율적인 현장 반응 평가 방법을 제시한다. 향후 연구에서는 더 많은 관측 지점을 포함하고, 3차원 지하 구조 모델링과 결합하여 주파수-시간 변이성을 정량화하는 방향으로 확장할 필요가 있다.