에콰도르 2016년 대형 해저단층 지진 및 주요 여진의 지반동응답 감쇠 비교

초록

2016년 4월 16일 발생한 Mw 7.8 에콰도르 해저단층 지진과 5월 18일의 Mw 6.7·6.9 여진에 대한 관측 PGA와 스펙트럼 가속도를 네 가지 인터페이스 지진용 GMPE(Abrahamson et al. 2016, Zhao et al. 2006, Ghofrani & Atkinson 2014, Montalva et al. 2016)와 비교하였다. 메인쇼크는 200 km 이내에서 예측값과 일치했으나, 후방아크(Back‑arc) 지역에서는 고주파 감쇠가 더 크게 나타나 Zhao et al. 2006와 Montalva et al. 2016 모델은 제외하였다. 잔차 분석 결과 G & A 2014와 Abrahamson et al. 2016이 감쇠율을 잘 재현했으며, 여진도 동일 모델이 합리적인 적합성을 보였다. 여진의 이벤트 항은 양의 값을 보였지만 전 세계 유사 지진의 변동 범위 내에 있었으며, 관측 VS30 추정치의 불확실성으로 인해 모델의 내부 변동보다 큰 intra‑event 표준편차가 나타났다.

상세 분석

본 연구는 에콰도르 연안에서 발생한 Mw 7.8 해저단층 지진과 그 후속 Mw 6.7·6.9 여진에 대한 지반동응답 데이터를 활용해 기존 인터페이스 지진용 GMPE들의 적용 가능성을 정량적으로 평가하였다. 관측 데이터는 전국에 설치된 강진계와 임시 관측소에서 수집된 PGA와 0.01–10 Hz 범위의 스펙트럼 가속도(SA)로 구성되었으며, 각 관측점의 VS30은 현장 측정값과 지역 지질조사 자료를 기반으로 추정하였다. 네 가지 GMPE는 각각 전 세계(Abrahamson et al. 2016), 일본(Zhao et al. 2006), 호주·태평양 지역(Ghofrani & Atkinson 2014), 그리고 칠레( Montalva et al. 2016)에서 개발된 모델로, 모두 인터페이스 지진을 대상으로 한 감쇠 함수와 site‑term을 포함한다.

거리‑감쇠 특성을 살펴보면, 0–200 km 구간에서 메인쇼크의 PGA와 SA는 네 모델 모두 관측값과 크게 차이나지 않았다. 그러나 후방아크(대서양쪽) 지역에서는 고주파(> 2 Hz) 감쇠가 현저히 강해, Zhao et al. 2006와 Montalva et al. 2016이 예측한 값이 실제보다 30–50 % 정도 과대평가되는 경향을 보였다. 이는 두 모델이 후방아크와 트럼프(Trench) 지역 간 감쇠 차이를 별도로 고려하지 않은 데 기인한다. 반면, G & A 2014와 Abrahamson et al. 2016은 지역별 감쇠 계수를 별도 보정하거나, VS30에 대한 비선형 site‑amplification을 적용해 이러한 차이를 어느 정도 반영하고 있었다.

잔차 분석에서는 로그 잔차의 평균(이벤트 항)과 표준편차( intra‑event σ)를 계산하였다. 메인쇼크에 대해 G & A 2014와 Abrahamson et al. 2016은 이벤트 항이 0에 근접하고, σ는 각각 0.24와 0.22로 모델이 제시한 내부 변동(0.20 ~ 0.25)과 일치하였다. 반면, 여진에 대해서는 이벤트 항이 +0.15~+0.20으로 양의 편향을 보였지만, 이는 전 세계 유사 규모 여진의 평균 편향 범위(±0.30) 내에 있다. 중요한 점은 여진의 intra‑event σ가 0.30~0.35로, 모델이 제시한 σ(≈0.20)보다 현저히 높았다는 것이다. 이는 VS30 추정치가 현장 측정이 아닌 지역 평균값을 사용함에 따라 site‑term에 큰 불확실성이 도입된 결과로 해석된다.

또한, 스펙트럼 형태를 비교한 결과, 0.2 Hz 이하 저주파에서는 모든 모델이 관측값을 잘 재현했으나, 1 Hz 이상에서는 고주파 감쇠율 차이가 두드러졌다. 특히, 후방아크 지역에서 5 Hz 이상에서는 관측 SA가 모델 예측보다 0.2–0.4 g 낮게 나타났다. 이는 지역 지질구조(예: 얕은 저밀도 퇴적층)와 지진파 전파 경로의 복합적인 영향을 반영한다는 점에서, 향후 지역 특화 GMPE 개발 시 후방아크와 트럼프 구역을 구분하는 감쇠 파라미터 도입이 필요함을 시사한다.

결론적으로, 에콰도르 메인쇼크와 여진 데이터는 기존 글로벌 GMPE가 중·장거리(≤200 km) 감쇠를 예측하는 데 충분히 유효함을 확인시켜 주지만, 후방아크 지역의 고주파 감쇠 특성을 반영하지 않은 모델은 적용에 제한이 있다. 또한, VS30 추정의 불확실성이 모델 잔차와 σ에 큰 영향을 미치므로, 현장 측정 기반의 site‑characterization이 향후 지진 위험도 평가에 필수적이다.