관측 정렬 불확실성을 고려한 베이즈 지역 모멘트 텐서 분석: 레서 앤틸스 해저 지진학

초록

레서 앤틸스 해저에 배치한 34개의 OBS 데이터를 이용해, 수평 센서 정렬 오차와 해양 미세진동 잡음을 베이즈 방식(AmΦB)으로 모델링하였다. 기존 L2 방식에 비해 인공적인 CLVD 비중을 60 % 감소시키고 Kagan 각을 40 % 줄였다. 45개의 새로운 지역 모멘트 텐서를 도출하고, 기존 자료와 합쳐 151개의 해상도 높은 메커니즘을 확보해, 판 경계와 슬래브 내부의 응력장을 상세히 재구성하였다.

상세 분석

본 연구는 레서 앤틸스(LA) 아크의 복합적인 섭입 환경을 정량적으로 해석하기 위해, 해저 관측망(OBS) 특유의 두 가지 주요 불확실성—수평 성분의 정렬 각도 오차와 해양 미세진동에 의한 고잡음—을 동시에 고려한 베이즈 역전법인 AmΦB(Amphibious Bayesian)를 제안한다. 기존의 최소제곱(L2) 역전법은 정렬 오차를 무시하고 잡음 수준을 과소평가함으로써 인공적인 보상선형벡터쌍극자(CLV D) 성분을 과다하게 도출하고, Kagan 각도에서 평균 30° 이상의 편차를 보였다. AmΦB는 두 개의 공분산 행렬 C_d(데이터 잡음)와 C_T(정렬 불확실성)를 도입하고, 이를 전체 오류 행렬 C_D = C_d + C_T 로 합성한다. 특히, C_T은 정렬 각도 Φ_n의 가우시안 분포를 기반으로 한 회전 행렬 R(Φ_n)를 통해 수평 성분(R, T)의 에너지 재분배를 수식화함으로써, 정렬 오차가 파형에 미치는 영향을 정량적으로 반영한다.

역전 과정에서는 uniXtree‑sampling이라는 다차원 트리 구조 기반의 균일 중요도 샘플링을 적용해, 편향 없는 전역 탐색을 수행한다. 이 방법은 전통적인 MCMC 대비 샘플링 효율성을 크게 향상시키며, 파라미터 공간(스트라이크, 디프, 라크, CLVD 비중 등)을 균일하게 탐색한다. 합성 테스트에서는 두 종류의 가상 메커니즘(순수 DC와 CLVD 혼합)에서 정렬 오차가 10°일 때 L2 역전은 CLVD 비중을 0.25까지 과대 추정했으나, AmΦB는 실제값에 근접한 0.10 수준으로 회복하였다. 또한 Kagan 각도는 L2 대비 평균 38° 감소하였다.

실제 데이터 적용에서는 381개의 이벤트 중 Mw > 3.8인 45개에 대해 AmΦB‑RMT를 수행했으며, 39건은 기존 데이터베이스에 전무한 신규 메커니즘이다. 이들 메커니즘을 기존 106건과 합쳐 151개의 FMC(Focal Mechanism Classification) 도표를 작성하고, 각 메커니즘을 판 경계, 전판, 슬래브 내부 등 지리적 구역에 매핑하였다. 응력 텐서 역전 결과, 판 경계에서는 전형적인 압축형(σ1 ≈ 수평, σ3 ≈ 수직) 응력이 관측되었고, 북부 전판에서는 스트라이크‑슬립과 정규단층 성분이 혼재된 복합 응력이, 남부로 갈수록 거의 아크에 수직인 신장 응력으로 전환되는 패턴을 보였다. 슬래브 내부 100–200 km 깊이에서는 σ1이 슬래브 진행 방향에 수직인 형태의 강한 신장 응력이 도출되었으며, 이는 Grenada 부근의 슬래브 파열(슬래브 테어) 가설과 일치한다.

이러한 결과는 OBS 정렬 불확실성을 명시적으로 모델링함으로써, 해양 환경에서의 파형 기반 모멘트 텐서 추정 정확도를 크게 향상시킬 수 있음을 증명한다. 또한, 고해상도 지역 응력장 해석은 섭입대의 역학적 비대칭성, 슬래브 탈착 현상, 그리고 전판‑슬래브 상호작용을 이해하는 데 중요한 관측 근거를 제공한다.