KIGAM 한국지질자원연구원

안녕하세요? 한국지질자원연구원 지진연구센터의 김태성입니다.

지진학에 관심을 가지시고 질문해 주셔서 감사드립니다.

질문하신 내용은 비록 짧지만, 매우 중요하며 답변을 하기 위해서는 지진학에 대한 전문적인 지식이 필요하다고 생각됩니다. 대략적인 답변을 드립니다만, 좀 더 세밀한 내용을 알기 원하시면 대학원 등 전문 강의를 수강하시길 권해 드립니다.

1. S파가 P파보다 진폭이 큰 이유가 정확히 무엇인지 궁금합니다.

답변) S파가 P파보다 진폭이 항상 크지는 않습니다. 인공지진의 경우는 일반적으로 P파가 S파보다 크게 관측이 되는 경우가 많습니다. 그러므로 일단 질문은 인공지진이 아닌 자연지진의 경우이고, 전파특성을 고려하지 않은 경우를 가정한 질문으로 생각하겠습니다. 자연지진은 인공지진과 달리 폭파시 발생하는 압축 팽창의 에너지보다는 단층면에서 발생하는 전단응력의 영향으로 S파가 P파보다 일반적으로 크게 관측됩니다. 그러나 이는 전파특성을 고려하지 않은 경우이고 해양지각과 같은 지역에서는 S파가 크게 감쇄하여 관측되는 경우도 있습니다.

2. S파는 P파와 S파가 합쳐져서 도달하는 것인가요?

답변) 균질한 매질 내에서 P파와 S파가 서로 영향을 미치지 않는다는 조건하에 생성되는 P파와 S파의 파형은 매우 단순한 피크로만 관측될 것입니다(K. E. Bullen, An introduction to the theory of seismology 77p Fig. 14, 3rd edition, 1963). 그러나, 실제 지구는 전파매질이 비균질(inhomogeneity)하고 이방성(anisotrophy)이 있습니다. 이로 인해 P파와 S파의 산란(scattering)이 발생하며 산란효과는 긴 꼬리(a train of waves or coda)를 형성합니다. 소위 이 P파의 긴 꼬리는 S파의 꼬리와 합쳐져서 전파한다고 말할 수 있습니다.

3. 표면파는 어떻게 생성되는지 궁금합니다. P파나 S파가 표면에 도달했을때 표면파 형태도 변환되는 것인가요?

답변) 지진파는 크게 실체파와 표면파로 구분할 수 있습니다. 실체파에는 P파와 S파가 있고 표면파에는 Love파(혹은 L파)와 Rayleigh파(혹은 R파)가 있습니다. Love파는 저속도 층에 갖힌 SH파의 보강간섭(constructive interference)으로 형성됩니다. Rayleigh파는 자유면(Free surface) 경계조건에서 P파와 SV파의 결합으로 형성됩니다. Rayleigh파가 형성될 시 저속도층이 존재할 필요는 없으나 만약 저속도층이 존재하면 P파와 SV파의 전반사가 일어나고 이는 고차모드(higher mode)의 Rayleigh 파를 형성합니다.

4. L파는 왜 진폭이 가장 큰 것인가요?

답변) Love파 뿐만이 아니라 Rayleigh파는 점지진원(point source)에서 거리 R로 멀어질 수록 R-0.5배로 진폭이 감쇄하고 이는 R-1로 진폭이 감쇄하는 실체파보다 진폭감쇄가 적으므로 당연히 표면파의 진폭은 실체파보다 크다고 할 수 있습니다.

제윤정님의 건승을 빕니다.

감사합니다.