GTGC
3.4 GT2 수준 정확성 평가기준 수립
3.4.1 서론
이미 기술한 바와 같이 정확한 지진원의 위치가 밝혀진 자료에 대하여 ‘GT (Ground Truth)’라는 개념이 도입되었고, GTX라고 하면 진앙의 위치가 X km 이내의 오차로 결정된 것임 을 의미한다. Bondar et al.(2004)는 진앙거리에 따른 지진의 진앙 정확성 판단기준을 수립함에 있어 다음 네 가지 거리 구간에 따른 기준을 제시하였다. 원거리(teleseismic, 진앙거리 28°-91°) 지진 및 지역거리(regional distance, 2.5°-20°)의 경우 GT25에 대한 기준, 준지역거리(2.5준지 역거리(near-regional distance, 2.5°-20°) 및 준지역거리(near-regional distance, 2.5°-20°)지 진의 경우 GT20에 대한 기준을, 준지역거리(near-regional distance, 2.5°-20°) GT20의 결정 기 준, 그리고 국지(local distance, 0-2.5)지진의 경우 GT5의 결정 기준을 제시하였다. 우리나라 국 가지진관측망의 경우 관측소와 관측소 간의 평균 이격거리가 35km 이하이며, 2013년 1월 현재 총 127개 관측소에서 지진감시가 이루어지고 있으므로, 상당히 조밀한 관측소 분포를 보이고 있으며, 전 세계에서 일반적으로 사용하는 기준보다 향상된 기준의 도입이 가능하다.
GT2 수준의 정확성 평가기준 수립을 위하여 본 연구에서 수집한 자료와 기존 자료, KCRT2008 발파가 기록된 국가지진관측망 관측자료를 사용하였다. GT5의 기준 수립을 위해서는 사용가능한 모든 도착시간을 사용하였다. GT2 수준의 정확성 평가기준 수립을 위해서 도착시간 측정 작업을 다시 수행하였으며, weight 0 혹은 1의 도착시간이 비교적 정확한 자료만을 사용하 였다. 새로 측정된 도착시간과 양질의 자료의 수는 GT5 기준에서 사용된 수보다 많이 적다. 국가 지진관측망의 지진감시 및 통보 과정을 보면 1차 발표는 자동측정 자료에 근거하여 지진발생위치 가 결정되고 발표되지만, 2차 발표에서는 현업근무자의 수작업을 통해 입력자료 질의 향상시키고 결과적으로 정확성이 향상된 지진발생위치를 통보할 수 있다. 그러므로 양질의 자료만을 선정하여 결정된 지진 발생위치 정확성 평가를 위해서도 적절할 것이다.
3.4.2 본론
Primary Gap, Secondary Gap, 지진발생위치 결정에 사용된 도착시간 자료의 수에 관한 것 은 이미 설명된 바 있으므로 더 이상의 기술은 생략하기로 한다. 다만, GT2 기준 설립을 위하여 새로이 도입된 network metric에 관한 개념만을 설명한다.
GT5 이벤트 선정을 위하여 도착시간 측정자료를 제공하는 관측소의 수 8개 이상, 진앙거리 30 km 이내에 최소한 1개 이상의 관측소가 존재, primary azimuthal gap 218° 이하, secondary azimuthal gap 253° 이하라는 기준을 제시하였다. 이러한 기준에는 두가지 문제점이 존재할 후 있다. 첫 번째는 진원으로부터 비교적 먼 거리에 위치한 관측소 까지 포함하였고, 어떤 관측소에서 는 Pn/Pg cross-over distance (임계거리)를 넘어서는 곳에서 관측 및 측정된 초동의 도착시간
까지 포함하고 있다. 따라서, 임계거리 부근과 그 이상의 거리에서 측정된 초동 도착시간의 초동에 오차가 포함되어 있을 수 있다. 두 번째는 유사한 ray path를 통해 전파된 자료가 사용되어 미흡 한 속도모델로 인한 모델 오차가 진앙결정에 작용 할 수 있다는 것이다. 우리가 진원 결정을 위해 사용하는 대부분의 프로그램은 가우스분포의 무작위 오차를 가정하지만, 만약 사용되는 자료에 편 향된 오차가 존재한다면, 진앙을 잘 못 결정할 수 도 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 GT2 이벤트 선정기준을 설립하는데 있어서는 진앙거리 120km 이내에서 측정된 초동의 도착시간만을 사용하고, 초동 도착시간 자료를 제공하는 관측소의 분포를 정량적으로 표현하는 network metric 을 도입 사용하였다.
3.4.2.1 Network Metric
진앙결정에 사용되는 지진관측소가 진앙으로부터 고르게 분포하는 것이 가장 이상적일 것이 다. 관측소가 한쪽 방향으로 편향된 경향이 크면 클수록 진앙결정에 바라지 않는 오차원인이 포함 될 가능성이 크다. Bondar and McLaughlin(2009)는 지진관측소 방향 분포를 정량적으로 측정하 기 위하여 다음과 같은 Network Metric을 제안하였다.
≤
≤ N은 진원결정에 사용된 관측소 수, esazi는 i번째 이벤트-관측소간의 방위각(azimuth), unifi=360i/N, 그리고 b=avg(esazi)-avg(unifi)이다. 이벤트-관측소 간의 방위각은 증가하는 쪽 으로 재정렬하여 사용한다.
는 진앙위치로부터 방위각이 고르게 분포하면 0의 값을 갖고, 모든 관측소들이 한 방향으로만 위치해 있으면 1의 값을 갖는다.3.4.2.2 KGT2 수립을 위한 연구
기상청 지진관측망에 관측된 GT0 자료를 진원위치 결정 오차 2 km 이하로 결정할 수 있는 경우에 대한 연구를 수행하였다. 이 연구에서는 KCRT-2008의 발파자료를 이용하여 각 발파에 대한 관측소의 개수와 분포에 따라 진원위치 결정에서 발생할 수 있는 오차를 계산하고 그 오차 경향을 관찰함으로서 KGT2의 기준을 제시한다.
KGT5와 다르게 진앙거리 70km 이내의 자료만을 사용하고, 도착시간을 보다 정확하게 측정 한 자료를 사용하였다. KCRT-2008의 경우 사용가능한 초동시간 자료는 발파위치와 발파량에 따
(Figure 3.4.1), primary azimuthal gap (Figure 3.4.2), secondary aximuthal gap (Figure 3.4.3), 그리고 network metric (Figure 3.4.4)에 따라 어떻게 분포하는지를 보여준다. 각 그림에 각 구간별 중간값은 점선으로, 95% 신뢰구간의 값은 실선으로 표시하였다. 95% 신뢰구간의 의미 는 해당 구간 점들의 95%가 95%신뢰구간 값 아래에 있음을 의미한다. 각 그림에 표시되어 있는 조건별 오차분포 현황을 관찰하여 primary azimuthal gap이 221°이하, secondary azimuthal gap이 270°이하, 초동을 관측한 관측소의 수가 5개 이상, network metric 0.60 이하를 각 조건별 GT2 기준으로 설정하였다. 이 4가지 조건을 모두 만족하는 조합들의 오차 분포는 Figure 3.4.5와 같다. 모든 조건을 만족하는 경우 2.0 km 이하의 오차를 보일 확률이 약 97.8%이다.
3.4.3 결론
기상청 지진관측망의 조밀한 관측소 분포를 충분히 활용하기 위하여 기존 국외 연구 사례보 다 세분화된 진원위치 정확성 평가기준을 제시하였다. 국외 연구사례의 경우 GT30, GT25, GT5 혹은 GT3 (Bondar et al., 2004; Bondar and McLaghlin, 2009; Boomer et al., 2010) 기준 설 립 연구가 진행된바 있다. 본 연구에서는 국외 지진관측망 상황에 비하여 관측소 분포가 조밀한 점과 국가지진관측망의 미소규모 지진 감지 능력 등을 감안하여 GT2 이벤트의 평가 기준을 제시 한다 (Kim and Park, 2010; Kim and Kim 2014).
현재 기상청 국가지진관측망으로 한반도 내륙 및 주변해역에서 지진이 발생할 경우 GT2 정 확성을 가지고 지진발생위치를 결정할 수 있는 지역을 Figure 3.4.6의 왼쪽에 표시하였다. 내륙 대부분 지역에서 지진이 발생할 경우 GT2 정확성을 가진 진원위치 결정이 가능함을 알 수 있다.
그러나 우리나라 주변해역에서는 비교적 큰 규모의 지진이 꾸준히 발생하고 있지만, 현재의 지진 관측망 구성으로는 GT2 수준의 지진발생위치 정확성 확보가 어려움 또한 확인 할 수 있다. 우리 나라 주변해역에서 발생하는 지진에 대한 감시능력 제고를 위하여 관측망 가장자리에 추가로 지진 관측소를 설치할 경우 기대되는 지진감시능력 향상을 보기위하여, 10개의 지진관측소가 한반도 주 변 도서지역과 내륙의 부산, 포항 지역에 추가 관측소가 설치한다는 가정하에 GT2 수준 분포를 Figure 3.4.6의 오른쪽에 표시하였다. 현재의 지진관측소 분포 상황과 비교했을 때 서해와 남해에 서 지진관측능력이 현저히 향상될 것으로 기대된다.
Table 3.4.1 The numbers of available first arrival picks and tried realizations for KCRT-2008 explosion data. Note extremly large errors with epicentral error with greater than 100 km are excluded for study.
발파 사용가능한 초동자료 수 조합의 수
1 15 32111
2 17 130190
3 11 3737
4 11 3750
5 14 15905
6 12 7808
7 12 3794
8 14 15910
Figure 3.4.1 (Left) Location error with the number of available phase readings. Gray dots represent the location errors from some 170,000 realizations. Dotted and solid lines show median and 95% quantile curves, respectively. For instance, 95% of the crosses are below the 95% quantile curve. Mislocation of 2 km and 3 km are shwon by broken land solid lines for reference. (Right) Cumulative distribution of mislocations for all realizations. Errors with 3 km and 2 km are shown by solid and dotted lines, respectively.
Figure 3.4.2 (Left) Location error with primary azimuthal gap.
(Right) Cumulative distribution of mislocations for all realizations.
Errors with 3 km and 2 km are shown by solid and dotted lines, respectively.
Figure 3.4.3 (Left) Location error with the number of secondary azimuthal gap. (Right) Cumulative distribution of mislocations for all realizations. Errors with 3 km and 2 km are shown by solid and dotted lines, respectively.
Figure 3.4.4 (Left) Location error with the network metric. (Right) Cumulative distribution of mislocations for all realizations. Errors with 3 km and 2 km are shown by solid and dotted lines, respectively.
Figure 3.4.6 (Left) GT2 coverage under current KNSN and (Right) GT2 coverage with 10 additional stations (marked by blue rectangles) at the periphery of seismic network.
3.4.4 참고문헌
Bondár, I., et al. (2004), Collection of a reference event set for regional and teleseismic location calibration, Bulletin of the Seismological Society of America, 94(4), pp.
1528-1545.
Bondár, I., and K. McLaughlin (2009), A new ground truth data set for seismic studies, Seismological Research Letters, 80(3), 465-472, doi: 10.1785/gssrl.80.3.465.
Boomer, K. B., et al. (2010), Empirically Based Ground Truth Criteria for Seismic Events recorded at Local Distances on Regional Networks with Application to Southern Africa, Bulletin of the Seismological Society of America, 100(4), 1785-1791, doi:
0.1785/0120090237.
Kim, W.-Y. and K.-H. Kim (2014), The February 2010 Siheung, Korea, Earthquake Sequence: Repeating Earthquakes in a Stable Continental Region, Bulletine of the Seismological Society of America, 104(1), 551-559, doi:10.1785/012013019.
Kim, K.-H. and Y. Park (2010), The 20 January 2007 M4.8 Odaesan Earthquake and Its Implications for Regional Tectonics in Korea, Bulletin of the Seismological Society of America, 100(3), 1395-1405, doi:10.1785/0120090234.
제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도
번호 세부연구목표 달성내용 달성도
1 GT0 지진카탈로그 작성 GT0 지진카탈로그 작성 100%(%) 2 GT2 (또는 GT3), GT5 수준
지진목록 작성 GT2 및 GT5 카탈로그 작성 100%
3
국가지진관측망 지진발생위치 결정 정확성 분석의 정량적 평가요소 및 운용기준 제시
GT2 및 GT5 운용기준 제시 100%
4 오차 분포도 작성 및 오차 높은 지역 선별
오차분포도 작성 GT2 Coverage Map 작성
국가지진관측망 해역지진 감시역량 제고를 위한 제언
100%
제 5 장 연구개발결과 활용계획
1. 연구목표 및 내용
○ GT0 지진카탈로그 작성
- 국가지진관측망 내부에 분포하는 GT0 이벤트 database 작성
○ GT2, GT5 수준 지진목록 작성
- 기존지진관측자료 중 GT2 및 GT5 수준 지진목록 작성
○ 국가지진관측망 지진발생위치 결정 정확성 분석의 정량적 평가요소 및 운용기준 제시 - 지진발생위치 결정 정확성 평가의 정량적 평가요소 및 운용기준 제시
○ 오차 분포도 작성 및 오차 높은 지역 선별
2. 연구수행결과 현황
○ KCRT2002, KCRT2004 및 KCRT2008 발파의 기상청 국가지진관측망 자료 수집
○ 국가지진관측망의 진원위치 결정력 평가
○ 진원위치 결정력 평가시 고려요소: 지진파 감지 관측소의 수, 진앙거리, primary zaimuth, secondary azimuth, network metric
○ 수집한 자료의 P파 및 S파 도착시간 측정 및 Grid Search 방법, 단일 지진위치 결정 방법 을 이용한 지진발생위치결정
○ 정량적 평가요소 운용 기준 제시 및 운용 기준을 적용한 GTX 목록화 가. 특허(실용신안) 등 자료목록
해당사항 없음
나. 프로그램 등록목록 해당사항 없음
다. 노하우 내역
해당사항 없음