지진의 요소


















지진이 발생했을 때 '언제, 어디서, 얼마나 큰 지진인가'를 규명해야 하는데 이들은 각각 진원시, 진원, 규모에 해당하는 것으로 이를 지진요소라 한다. 지진요소는 지진계(Seismograph)에 의한 지진파 기록의 분석결과로 구할 수 있다.

(1) 진원시(Origin time)

어떤 지점에서 지진동을 느꼈다면 이 지진동이 전파하기 시작한 시각이 있을 것이다. 즉, 지진파가 처음 발생한 시각이 바로 진원시이다. 이것은 어떤 지점에서 진동이 감지되거나 지진계에 기록된 시각보다 지진파가 전파해온 시간인 주행시간(travel time) 만큼 빠를 것이다. 지진파는 일정한 속도를 가지고 있기 때문에 거리에 비례하여 도착하게 된다. 즉 우리가 진동을 느끼거나 지진계에 기록되는 시각은 지진의 발생지점으로부터 거리에 따라 각각 차이를 두고 나타난다. 따라서 여러 곳에서 시간차를 두고 기록되었다 해도 결국 진원시를 계산해 보면 모두 같은 시각 값을 갖게 된다.

(2) 진원(Hypocenter)과 진앙(Epicenter)

진원이란 암석의 파괴가 일어난 지점으로 깊이의 개념이 포함되어 있다. 실제로 암석의 파괴가 일어난 범위는 수 십km 또는 수 백km에 달하므로 지진파의 전부가 한 점에서 발생한 것이라고 할 수 없다.
지진은 일정한 넓이를 가진 영역에서 일어난 것이라고 생각할 수 있는 것으로 그 영역을 진원역이라고 한다.
진원은 진원역 중에서 최초로 지진파가 발생된 점, 즉 지진이 시작된 점으로 반드시 진원역의 중심에 해당하는
것은 아니다. 한편, 진앙은 진원의 바로 위 지표면의 지점이다. 진원지라고 하는 것은 진앙의 지명이다.
진원은 진앙의 위도, 경도와 진원깊이로 나타낸다. 이밖에 공간적 요소로서 진원거리와 진앙거리가 있는데
이들은 각각 임의의 관측소에서 진원과 진앙까지의 거리를 말한다.(그림 1)

그림 1. 진앙(거리), 진원(거리)의 설명도(FA : 진원, AB : 진앙거리)
(3) 규모(Magnitude)와 진도(Seismic intensity)

지진의 크기를 대표하는 수치로는 절대적 개념의 '규모'와 상대적 개념의 '진도'라는 용어가 사용되고 있다.

1) 규모(Magnitude)

규모란 지진발생시 그 자체의 크기를 정량적으로 나타내는 양으로서 진동에너지에 해당한다. 이는 계측관측에 의하여 계산된 객관적 지수이며 지진계에 기록된 지진파의 진폭과 발생지점까지의 진앙거리를 이용하여 계산한다. 예를 들어 M 5.0 이라고 표현할 때 M은 Magnitude를 의미하고 수치는 보통 소수 1자리까지 나타낸다. 지진파에너지 Es와 규모 M과의 관계는 다음과 같이 나타내는 것이 보통이다(Gutenberg와 Richter).

log Es = 11.8 + 1.5M

여기서 M은 단위가 없으며, Es는 erg 단위를 갖는다. 이 식에 의하면 규모가 1만큼 증가하면 에너지는 30배로 커지게 된다. 지진규모의 개념을 처음으로 도입한 사람은 미국의 지진학자 C. F. Richter인데 그는 미국 남부 캘리포니아지역에서 발생한 국지지진(local earthquake)의 크기를 정량화하면서 규모의 개념을 도입하였다. 그 후로 그의 이름을 따라 국지규모를 Richter scale이라고도 한다. 그는 국지규모(M L )를 다음과 같이 정의하였다.

M L =log A-logAo(Δ)

여기서 A 는 Wood-Anderson 지진계에 기록된 최대변위(mm), Δ는 진앙거리(km), Ao(Δ)는 진앙거리 Δ에서 나타나는 기준지진(standard earthquake)의 최대변위를 각각 나타낸다. 위의 식에서 logAo(Δ)항은 진앙거리에 따라 지진파의 진폭(amplitude)이 감쇠하는 것을 고려하는 항으로써, 지진파가 전파되는 매질의 특성을 나타내며 지진이 발생한 지역에 따라 그 값이 달라진다.

Bullen and Bolt(1985)는 Wood-Anderson 지진계에 기록된 지진자료를 이용하여 지진의 규모를 다음 식으로부터 결정하였다.

M=logAH+2.56logΔ-1.67

여기서 M은 지진의 규모, AH는 수평성분의 최대변위(μm), Δ는 진앙으로부터 관측점까지의 거리(km)를 나타낸다. 이 식에서 사용된 감쇠항, 2.56logΔ는 미국 남부 캘리포니아지역에서 지진파가 전파할 때 진앙거리에 따라 진폭이 감쇠되는 정도를 설명하는 값으로 생각할 수 있다. 따라서, 특정지역에 적절한 지진의 규모식을 개발하기 위해서 감쇠항을 정확하게 추정하는 것은 매우 중요하다.

최근에는 표면파규모(Ms)와 실체파규모(mb)가 더 보편적으로 사용되고 있다. 이들을 구분하는 이유는 에너지의 총 방출량이 유사한 경우라도 천발지진과 심발지진의 지진기록이 매우 상이한 모양을 나타내기 때문에 천발지진은 표면파를 이용하고 심발지진은 실체파를 이용하여 규모를 구하기 위함이다. Gutenberg와 Richter(1936)는 ML의 개념을 진앙거리가 먼 천발지진에 적용하여 20초 주기의 레일리파의 최대 진폭으로부터 규모를 결정하였다그 뒤에도 표면파 규모에 대한 여러 가지 관계식이 제시되었으며 이들은 모두 다음과 같은 일반형으로 표시된다.

Ms=log(A/T)+af(Δ,h)+b

여기서 A는 최대진폭, T는 주기, Δ는 진앙거리, h는 진원의 깊이이고, a와 b는 실험적으로 구해지는 상수이다. 천발지진에 대한 Bath의 관계식을 예로 들면

Ms=log(A/T)+1.66f(Δ,h)+3.3

으로 주어진다.심발지진의 경우 표면파를 발생시키는데는 비효과적이므로 Gutenberg(1945)는 실체파의 최대 진폭으로부터 규모를 결정하는 방법을 제안하였다. 실체파규모를 나타내는 실험식도 위와 동일한 형으로서,

mb=log(A/T)+af(Δ,h)+b

이다. 여기에서 f는 앞에서와 같이 지진 에너지의 구형발산효과와 감쇠를 고려한 진앙거리 및 진원의 깊이에 대한 함수이다. 천발지진의 경우 Ms과 mb사이에는 다음과 같은 실험적 관계가 성립한다.

mb=0.56Ms+2.9

2) 진도(Seismic intensity)

진도는 어떤 장소에 나타난 지진동의 세기를 사람의 느낌이나 주변의 물체 또는 구조물의 흔들림 정도를 수치로 표현한 것으로 정해진 설문을 기준으로 계급화한 척도이다. 그렇지만 지금은 계측기에 의해서 직접 관측한 값을 진도 값으로 채용하는 경우도 많다. 진도는 지진의 규모와 진앙거리, 진원깊이에 따라 크게 좌우될 뿐만 아니라 그 지역의 지질구조와 구조물의 형태 및 인원현황에 따라 달리 평가될 수 있다. 따라서 규모와 진도는 1대1 대응이 성립하지 않으며 하나의 지진에 대하여 여러 지역에서의 규모는 동일수치이나 진도 계급은 달라질 수 있다.

진도는 계급값을 쓰는 대신 가속도단위(cm/sec²)로 나타내기도 하고, 중력가속도 1g=980cm/sec²를 사용하기도 한다. 또, cm/sec²는 gal로 표시하며 1g=980gal이라고도 쓴다. 진도는 어떤 장소에 나타난 지진동의 세기를 사람의 느낌이나 주변의 물체 또는 구조물의 흔들림 정도를 수치로 표현한 것으로 정해진 설문을 기준으로 계급화한 척도이다. 따라서 진도계급은 세계적으로 통일되어 있지 않으며 나라마다 실정에 맞는 척도를 채택하고 있다.
기상청은 과거 일본 기상청계급(JMA Scale : 1949)을 사용하여 왔으나 2001년 1월 1일부터는 미국에서 시작되어 여러 나라가 사용하는 MM scale (Modified Mercalli scale : 1931, 1956)을 사용한다.

3) 잘못 사용되는 용어

o 국제적으로 '규모'는 소수 1위의 아라비아 숫자로 표기하고 '진도'는 정수단위의
로마 숫자로 표기하는 것이 관례이다. (ex. 규모 5.6, 진도 Ⅳ)
o '리히터지진계로 진도 5.6의 지진'은 틀린 표현이며 '리히터스케일 혹은 리히터
규모 5.6의 지진' 또는 단순히 '규모 5.6의 지진'라 표현해야 한다.
(※ '리히터지진계'라는 기계는 존재하지 않는다.)
o '진도 5.6'은 틀린 표현이며 '규모 5.6'이라 표현하는 것이 옳은 표기법이다.
o '강도'라는 표현은 지진학에서 사용하지 않는 용어이다.