엘 에히도 마을의 지진특성 분석 레일리파 분산곡선과 확산장 HVSR의 공동 역학

초록

스페인 남동부 엘 에히도 마을은 깊은 퇴적 분지 위에 위치해 있어 지진 위험이 높다. 연구팀은 레일리파 분산곡선과 확산장 가정 하의 HVSR(수평‑수직 스펙트럼 비율)을 공동 역전시켜 S파 속도 모델을 도출하였다. 대규모 SPAC 배열과 소규모 MASW·지반조사 데이터를 결합해 0.8~2.3 초의 주요 주기와 삼기대(트라이아식) 기저암까지의 깊은 구조를 파악했으며, 전반적인 지반은 강직한 토양으로 분류되었다.

상세 분석

본 연구는 레일리파(Rayleigh) 파의 분산곡선과 주변소음(HVSR)의 전파장 파라미터를 동시에 활용하는 공동 역학 기법을 적용하였다. 레일리파 분산곡선은 SPAC(Spatial Autocorrelation) 방법을 통해 수백 미터 규모의 대형 배열에서 추출했으며, 저주파 영역에서의 강한 피크는 깊은 층의 존재를 시사한다. HVSR은 확산장 가정(DFA)을 기반으로 전파장 전역에 걸친 에너지 분포를 해석했으며, 특히 0.8 ~ 2.3 초 사이의 저주파 피크는 깊은 퇴적층의 장주기를 반영한다. 두 데이터셋을 공동 역전시함으로써, 각각의 불확실성을 상쇄하고 깊이와 속도 해상도를 동시에 향상시킬 수 있었다.

지반 구조는 크게 세 부분으로 구분된다. 첫째, 표층 510 m 깊이의 연약한 퇴적물은 MASW와 현장 굴착 조사 결과가 일치하며, 전단파 속도(Vs)는 200300 m/s 수준이다. 둘째, 중간 깊이(1030 m)에서는 Vs가 400600 m/s까지 상승하며, 이는 ‘stiff soil’으로 분류되는 구간이다. 셋째, 30 m 이하 깊이에서는 급격한 속도 증가가 관측되어, 약 800 m/s 이상의 Vs를 보이는 트라이아식 기저암에 도달한다. 이러한 층구조는 SPAC 배열의 큰 어퍼처(수백 미터)와 HVSR의 저주파 피크가 동시에 포착함으로써 검증되었다.

주기 분포는 동남쪽으로 갈수록 2.3 s에 근접하는 장주기가 나타나며, 이는 해당 지역이 깊은 퇴적층에 의해 장기간 진동을 유발할 가능성을 의미한다. 반면, 북서쪽에서는 0.8 s 수준의 짧은 주기가 우세해 지진파 증폭 효과가 상대적으로 낮다. 이러한 공간적 변이는 지진 위험 평가와 건축 설계에 직접적인 영향을 미친다.

연구의 주요 강점은 (1) 레일리파와 HVSR을 동시에 이용해 깊이와 속도 정보를 보완, (2) 대형 SPAC 배열과 소형 MASW·지반조사를 통합해 다중 스케일 해상도를 확보, (3) DFA 기반 HVSR 해석을 통해 전파장의 확산 특성을 정량화한 점이다. 한계점으로는 HVSR 해석 시 배경 잡음의 스펙트럼 특성에 민감하고, 공동 역전시 초기 모델 선택에 따라 수렴 속도가 달라질 수 있다는 점이다. 향후 연구에서는 3차원 전파 모델링과 지진 기록을 활용한 검증을 추가하면 모델의 신뢰성을 더욱 강화할 수 있다.