지진동
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1. 개요
지진동은 지진 발생 시 나타나는 진동 현상으로, 짧은 주기의 움직임이 반복되는 특징을 갖는다. 지진동은 지진파의 전파, 지반의 성질, 진동의 간섭 등에 따라 감쇠되거나 증폭될 수 있으며, 파동으로 해석되어 분석된다. 지진동은 초기미동과 주요동으로 구분되며, 주기별로 초단주기, 단주기, 약단주기, 약장주기, 장주기, 초장주기 지진동으로 나뉜다. 건축물은 지진동의 주기와 공진하여 피해를 입을 수 있으며, 특히 고층 건물은 장주기 지진동에 취약하다. 지진동은 변위, 진도, 속도, 가속도 등으로 측정되며, 지진 피해 예측 및 방재에 활용된다.
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| 지진동 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 지반 운동은 지진, 폭발, 진동 또는 기타 원인으로 인해 발생하는 지구 표면의 움직임을 말한다. |
| 특징 | 지반 운동은 일반적으로 진폭, 주파수 내용 및 지속 시간으로 특징지어진다. |
| 영향 | 지진으로 인한 지반 운동은 건물, 교량 및 기타 구조물에 상당한 피해를 줄 수 있다. 지반 운동은 산사태, 액상화 및 기타 지반 관련 재해를 유발할 수도 있다. |
| 지반 운동의 측정 | |
| 측정 도구 | 지반 운동은 지진계, 가속도계 및 기타 특수 장비를 사용하여 측정할 수 있다. |
| 측정 단위 | 지반 운동은 일반적으로 가속도, 속도 또는 변위 단위로 측정된다. |
| 지반 운동에 영향을 미치는 요인 | |
| 요인 | 지진 규모 진앙 거리 지반 조건 지질 구조 |
| 지반 운동의 예측 | |
| 예측 방법 | 지반 운동은 경험적 관계, 수치 모델링 및 기타 기술을 사용하여 예측할 수 있다. |
| 활용 | 지반 운동 예측은 구조 설계, 위험 평가 및 비상 계획에 사용된다. |
| 지진동 (지진학 용어) | |
| 설명 | 지진이 발생했을 때의 지반의 흔들림. |
| 주요 특징 | 지진동의 주요 특징으로는 진폭, 지속 시간, 주파수 성분 등이 있다. |
| 지진동에 영향을 미치는 요소 | |
| 요소 | 지진동의 크기, 진원으로부터의 거리, 지반의 종류, 지질 구조 등이 있다. |
| 장주기 지진동 | |
| 설명 | 주기가 긴(수 초 ~ 수십 초) 지진동. |
| 영향 | 고층 건물이나 석유 탱크 등 대형 구조물에 큰 영향을 줄 수 있다. |
| 참고 자료 | |
| 참고 자료 | 간토 분지에서 장주기 지반 운동의 주요 주기에 대한 연구 |
2. 지진동의 공학적 특징
지진동은 단층 운동으로 발생하며, 주변으로 전파되는 파동의 형태로 나타난다. 지진동은 짧은 주기로 움직임을 반복하는 진동이다.
단층면은 암반이나 단단한 토사로 되어 있어 매끄럽지 않다. 또한, 어긋나는 면적은 극미소 지진(규모 1 미만)에서도 수 m2, M9 이상 지진에서는 약 1만 km2로 매우 넓어, 어긋나는 속도와 정도가 위치마다 달라 불균일한 진동이 된다.[8]
발생한 지진동은 약 3~7 km/s로 주변에 전파된다.[9][10] 전파 속도와 정도는 지진동 및 지반의 성질(지질)에 따라 달라진다.[11] 지진동이 전파되며 약해지는 것을 감쇠, 강해지는 것을 증폭이라고 한다.[11]
지진동은 지반 및 진동의 성질에 따라 간섭·합성되어 주기가 변하기도 한다.[11] 이러한 진동은 파동으로 해석되며, 벡터인 지진동을 스칼라 성분으로 분석하면 상하동, 남북동, 동서동 성분으로 나뉜다. 따라서 종/횡진동 구분은 지진파 종류가 아닌 지진동 방향 차이(상하, 동서, 남북)에 따른 것이다.
2. 1. 지진동의 발생
지진동은 연속적인 하나의 움직임이 아니라 짧은 주기의 움직임 여러 개가 반복하는 진동이다. 반복되는 진동은 지진이 발생하는 단층에서 압력→팽창→압력→팽창의 과정이 매우 짧은 주기로 반복되면서 생긴다.[8]지진이 발생하는 단층에서는 지진이 일어날 때 강한 힘으로 단층면이 서로 어긋나지만, 어긋나는 면 자체는 암반이나 단단한 토사이기 때문에 매끄럽지 않고 면의 크기가 극미소지진(규모 M1 이하의 지진)에서도 수 m2, M9 이상의 초거대지진에서는 약 1만 km2로 매우 넓기 때문에[8] 어긋나는 속도와 그 정도가 각 지역마다 차이가 발생해 그 진동도 불균일하게 발생한다.
지진동이 발생하면 주변에 대략 3-7 km/s의 속도로 전파된다.[9][10] 전달되는 속도와 그 전파 특성은 지진동의 특성에 따라 달라진다. 또한 지반의 성질에 따라서도 지진파의 속도와 그 특성이 달라진다.[11] 지진동이 전달되는 과정에서 지진동이 점차 약해지는 상황을 지진동의 감쇠, 역으로 강해지는 상황을 지진동의 증폭이라고 부른다.[11]
지반의 성질이나 진동의 성질에 따라 지진동이 간섭, 합성되어 지진동의 주기가 변화하기도 한다.[11] 이런 진동의 성질은 파동으로 해석하는 경우가 많다. 벡터인 지진동을 방향별로 스칼라 성분으로 분석할 경우 상하 성분, 동서 성분, 남북 성분 3가지로 나눠 설명한다. 이 때문에 종진동, 횡진동과 같은 진동 특징은 지진파가 아니라 상하, 동서, 남북과 같은 지진동 방향의 차이로 구분한다.
2. 2. 지진동의 전파
지진동은 연속적인 움직임이 아니라 짧은 주기로 움직임을 반복하는 진동이다. 반복되는 진동은 지진을 발생시키는 단층에서 압력과 팽창이 짧은 주기로 반복되면서 발생한다.지진이 발생하는 단층에서는 지진이 일어날 때 강한 힘으로 단층면이 서로 어긋난다. 하지만 어긋나는 면은 암반이나 단단한 토사이기 때문에 매끄럽지 않다. 또한, 면의 크기가 극미소지진(규모 M1 이하의 지진)에서도 수 m2, M9 이상의 초거대지진에서는 약 1만 km2로 매우 넓기 때문에[8] 어긋나는 속도와 그 정도가 각 지역마다 달라 불균일한 진동이 발생한다.
지진동은 발생하면 주변에 대략 3-7 km/s의 속도로 전파된다.[9][10] 전달되는 속도와 전파 특성은 지진동의 특성에 따라 달라진다. 또한 지반의 성질에 따라서도 지진파의 속도와 그 특성이 달라진다.[11] 지진동이 전달되는 과정에서 점차 약해지는 현상을 지진동의 감쇠, 반대로 강해지는 현상을 지진동의 증폭이라고 한다.[11]
지반의 성질이나 진동의 성질에 따라 지진동이 간섭, 합성되어 주기가 변하기도 한다.[11] 이러한 진동의 성질은 파동으로 해석하는 경우가 많다. 벡터인 지진동을 방향별로 스칼라 성분으로 분석하면 상하 성분, 동서 성분, 남북 성분 3가지로 나눌 수 있다. 따라서 종진동, 횡진동과 같은 진동 특징은 지진파의 차이가 아니라 상하, 동서, 남북과 같은 지진동 방향의 차이로 구분한다.
2. 3. 지진동의 분석
지진동은 연속적인 움직임이 아니라 짧은 주기의 움직임 여러 개가 반복되는 진동이다. 이러한 진동은 지진이 발생하는 단층에서 압력과 팽창이 매우 짧은 주기로 반복되면서 발생한다. 지진이 발생할 때 단층면이 서로 어긋나는데, 이 면은 암반이나 단단한 토사로 이루어져 매끄럽지 않다. 또한, 어긋나는 면의 크기는 극미소지진(규모 M1 이하의 지진)에서도 수 m2, M9 이상의 초거대지진에서는 약 1만 km2로 매우 넓기 때문에[8] 어긋나는 속도와 정도가 지역마다 달라 불균일한 진동이 발생한다.발생한 지진동은 주변으로 약 3-7 km/s의 속도로 전파된다.[9][10] 지진동의 전파 속도와 특성은 지진동의 성질뿐 아니라 지반의 성질(지질)에 따라서도 달라진다.[11] 지진동이 전달되는 과정에서 점차 약해지는 것을 감쇠, 강해지는 것을 증폭이라고 한다.[11]
지반의 성질이나 진동의 성질에 따라 지진동이 간섭, 합성되어 주기가 변하기도 한다.[11] 이러한 진동의 성질은 파동으로 해석하는 경우가 많다. 벡터인 지진동을 방향별로 스칼라 성분으로 분석하면 상하 성분, 동서 성분, 남북 성분 3가지로 나눌 수 있다. 따라서 종진동, 횡진동과 같은 진동 특징은 지진파의 차이가 아니라 상하, 동서, 남북과 같은 지진동 방향의 차이로 구분한다.
3. 지진동의 종류
지진동은 크게 초기미동과 주요동으로 구분되며, 주기에 따라서도 다양하게 분류된다.
지진이 발생한 후 지표면이 흔들리기까지는 시간이 걸리는데, 이는 음파보다 10~20배 빠르지만, 광속에 비하면 매우 느린 3km~7km의 속도로 지진동이 전달되기 때문이다. 진원에서 멀어질수록 지표면이 흔들리는 시간은 길어진다. 이러한 시간차를 이용한 시스템이 지진 경보 시스템이다.
지진동(지진파)의 성질에 따라 지상의 흔들림 패턴에는 일정한 법칙이 나타난다.
3. 1. 초기미동과 주요동
지진이 발생했을 때 처음으로 도달하는 작은 미세한 진동을 초기미동이라고 한다. 지진파 중 P파로 유발되는 흔들림이다. 초기미동은 P파 도달 후부터 S파 도달 사이까지 지속되며 이후의 거센 진동을 주요동이라고 부른다. 주요동은 주로 지진파 중 S파와 표면파로 유발되는 흔들림으로 지진의 피해 대부분을 가져오는 지진동이다.[12]주기가 짧고 전파 속도가 7km 전후로 빠른 P파는 처음에 도달하여 '드르륵'하는 작은 흔들림을 가져오며, 초기 미동이라고 불린다. 흔들림이 작은 것은 주기가 매우 짧고 감쇠가 크기 때문이며, 진원에 가까운 곳에서는 별로 감쇠하지 않은 P파에 의해 땅울림과 같은 소리가 발생한다.
주기가 비교적 길고 P파의 절반 정도의 속도로 전달되는 S파는 초기 미동 후에 도달하여 '덜컹덜컹'하는 격렬한 흔들림을 가져오며, 주요동이라고 불린다. 지진에 따라 S파의 주기는 다르며, 탁월한 지진동의 주기(가장 진폭이 큰 지진동의 주기)도 변하기 때문에, 피해의 양상도 달라진다. 또한, 다양한 주기를 가지며 주기에 따라 속도가 다른 표면파는 피해를 일으키는 주기의 진동이 S파보다 약간 늦게 도달한다. 표면파는 감쇠가 적으므로 멀리까지 도달하여, '흔들흔들'하는 흔들림을 진원에서 수천 km 떨어진 지점에서도 발생시킨다(특히 고층 건축물 내에서 흔들리기 쉽다). 표면파와 S파 도달 후에 이어지는 P파도 주요동에 포함된다.
P파와 S파의 첫 번째 도달 시간의 차이를 초기 미동 지속 시간이라고 하며, 여러 떨어진 지점의 지진계에서 얻어진 초기 미동 지속 시간으로부터 진원의 위치를 추정한다.
3. 2. 주기에 따른 지진동
지진동은 주기에 따라 초단주기, 단주기, 약단주기, 약장주기, 장주기, 초장주기 지진동 등으로 구분된다.[13] 각 주기의 지진동은 특정 건축물에 더 큰 피해를 줄 수 있는데, 예를 들어 약단주기 지진동은 목조 주택 및 중저층 건물, 장주기 지진동은 고층 건물에 큰 피해를 준다. 특정 주파수의 지진동이 건축물과 공진하여 큰 인명 피해를 유발하는 경우를 "킬러 펄스"라고 부른다.[19]지진동의 주기가 길수록 감쇠 현상이 잘 일어나지 않아 먼 거리까지 진동이 잘 전달되며,[14] 진동을 전달하는 지반이 단단할수록 주기가 짧은 지진동이 더 잘 전달된다.[15] 지진동의 주기와 피해 사이 관계는 1980년대 무렵부터 지진계의 정확도가 늘어나면서 해명이 진행되었으며,[16] 현재까지도 연구가 진행 중이다.[17]
건축물은 그 건축자재의 강성과 높이에 따른 고유한 공진 주파수를 가지고 있으며, 지진동의 주기와 공진해 큰 피해를 입을 수 있다.[18]
사람에게 가장 큰 영향을 미치는 주파수는 의자에 앉은 상태에서 수직 성분이 4-8 Hz, 수평 성분이 1-2 Hz로 55 dB 이상일 때 가장 강하게 느낀다. 서 있는 상태에서는 이보다 더 긴 주기로, 잠자는 자세에서는 이보다 더 짧은 주기의 지진동을 더 잘 느낀다.[23]
각 주기별 지진동의 명칭은 다음과 같다.[13]
- 초단주기 지진동: 주기 0.5초 이하의 지진동이다. 실내의 가구나 물건들이 가장 흔들리기 쉽다.
- 단주기 지진동: 주기 0.5-1초 사이의 지진동이다.
- 약단주기 지진동: 주기 1-2초 사이의 지진동이다. 목조 주택 및 비목조 중저층 건축물이 가장 흔들리기 쉽다. 효고현 남부 지진에서는 단층 직하에서 이 지진동이 매우 커 큰 피해를 가져왔다.[19]
- 약장주기 지진동: 주기 2-5초 사이의 지진동이다. 거대한 탱크나 철탑 등 중규모 중층 건축물이 가장 흔들리기 쉽다.[20]
- 장주기 지진동: 주기 5초 이상의 지진동이다. 고층 건축물이나 초고층 건축물이 가장 흔들리기 쉽다.
- 초장주기 지진동: 주기 수백 초 이상의 지진동이다. 지구자유진동도 이에 포함된다.[25]
4. 지진동과 인체 영향
사람은 의자에 앉은 상태에서 수직 4-8 Hz, 수평 1-2 Hz의 지진동을 55dB 이상에서 가장 강하게 느낀다. 서 있을 때에는 이보다 더 긴 주기로, 누워 있을 때에는 더 짧은 주기의 지진동을 잘 느낀다.[23]
5. 지진동의 측정 및 활용
지진동은 변위, 진도, 속도, 가속도 등으로 측정한다.[1]
변위는 지진파 파형에서 볼 수 있는 진폭의 크기이다.[1] 진도는 지상에서 지진동 크기를 피해 정도를 고려하여 산출한다.[1] 속도는 지진동의 속도를 나타낸다.[1] 가속도는 지진동의 변화를 나타내며, 가속도가 클수록 심한 흔들림이 된다.[1]
6. 대한민국과 지진
대한민국은 유라시아판 내부에 위치하여 판 경계부보다 지진 발생 빈도가 낮지만, 최근 지진 발생 빈도와 강도가 증가하는 추세이다. 2016년 경주 지진(규모 5.8)과 2017년 포항 지진(규모 5.4)은 대한민국 지진 관측 역사상 가장 강력한 지진으로 기록되었다.
참조
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