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초전단 지진

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목차

1. 개요

초전단 지진은 단층 파괴가 전단파의 속도보다 빠르게 전파되는 지진 현상을 의미한다. 이러한 현상은 주로 주향이동단층에서 발생하며, 1999년 이즈미트 지진, 2001년 쿤룬 지진 등 대규모 지진에서 관측되었다. 초전단 지진은 단층 인근에서 높은 변형률을 유발하여 분쇄된 암석을 형성하는 지질학적 영향을 미칠 수 있다.

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초전단 지진
개요
초전단 지진의 전파 모식도
초전단 지진의 전파 모식도
정의파열 전파 속도가 전단파 속도보다 빠른 지진
발생 조건단층면의 마찰력이 특정 범위 내에 있을 때 발생 가능
연구 중요성지진파 전파 및 지진 위험 평가에 중요한 영향
특징
파열 속도전단파 속도 초과
전파 메커니즘단층을 따라 응력 집중
파열 전파 가속화
지진파 특징특이한 지진파 패턴 생성
일반적인 지진과 구별 가능
발생 메커니즘
응력 집중단층 끝에서 응력 집중 발생
마찰력 역할마찰력이 너무 높으면 파열 멈춤
마찰력이 너무 낮으면 파열 시작 안 됨
최적 조건특정 범위 내의 마찰력 조건
연구 방법
모델링컴퓨터 시뮬레이션
단층 역학 모델링
관측 데이터 분석지진파 데이터 분석을 통한 파열 속도 측정
관련 연구
보스턴 대학 연구특정 단층 구조에서 초전단 파열 가능성 제시
복잡한 단층 네트워크에서의 파열 전파 연구
추가 연구 필요성초전단 지진의 발생 조건 및 영향에 대한 추가 연구 필요
지진학적 중요성
지진파 전파 이해지진파 전파의 복잡성 설명에 기여
지진 위험 평가지진으로 인한 잠재적 피해 예측 능력 향상
참고 자료
관련 논문로마자 표기: Zhiguo Xu, Eric M. Dunham, 2013, "Conditions for super-shear rupture propagation along bimaterial interfaces". Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 118, 1, 173–191.
로마자 표기: Andrews, D.J., 1976, "Rupture velocity of plane shear cracks". Journal of Geophysical Research, 81, 5699–5708.

2. 단층파괴 전파 속도

지진 발생 시 단층 변위는 진원에서 시작하여 바깥쪽으로 전파된다. 2008년 쓰촨 대지진, 2004년 인도양 지진해일과 같이 대규모 지진의 경우, 진원은 대개 단층이 미끄러진 표면의 한쪽 끝에 위치하며, 단층 파괴는 주로 한쪽 방향으로 전파되는 경향을 보인다.[37] 과거에는 단층파괴 전파 속도의 상한을 레일리파의 속도(S파 속도의 약 0.92배)와 비슷하다고 추정했다.[38] 하지만 일부 지진에서 P파와 S파 속도 사이에서 단층파괴가 전파되었다는 증거가 보고되었고,[39][40] 실험실 연구에서도 이러한 가능성이 확인되었다.[41][42] 체계적인 분석에 따르면, 초전단 지진은 대규모의 주향이동단층 지진에서 흔하게 발생한다.[43]

3. 초전단 단층파열의 발생

모드 I, 모드 II, 모드 III의 단층 파괴 유형.


주변 지각의 S파 속도보다 빠른 속도로 단층이 파괴되는 현상은 주향이동단층과 연관된 대지진에서 관측되었다. 주향이동단층에서는 단층 파열이 주로 모드 II(평면) 전단 균열과 같이 파열되는 방향으로 전파된다. 이는 파열 전파의 주 방향이 변위와 수직인 수직단층(모드 III(반평면) 전단 균열)과는 대조적이다. 이론적으로 모드 III 균열은 전단파 속도가 제한되지만, 모드 II 균열은 S파와 P파 속도 사이로 전파될 수 있다. 이는 정단층, 역단층에서 초전단 지진이 관측되지 않는 이유를 설명한다.[44][9]

4. 초전단 단층파열의 시작

모드 II 단층파괴(주향이동단층 파열의 근사)의 경우, 물리적 특성상 단층 파열 속도가 레일리파와 전단파 사이가 될 수 없다. 즉 단층 파열이 레일리파 속도에서 전단파의 속도로 가속할 수 없다는 뜻이다. "버리지-앤드류 매커니즘"에서 초전단 단층파열은 초기 파열이 진행되는 끄트머리에서 강한 전단 응력이 발달된 지역에서 "자식 파열"이 시작되며 발생한다. 높은 응력지대에서 발생한 추가 파열은 기존 파열과 이어지기 전에 처음부터 초전단 속도로 파열이 전파될 수 있다.[45][10] 광탄성 소재 판을 이용한 실험적인 초전단성 단층 파열 실험에서는 잘 알려진 버리지-앤드류 매커니즘과 일치하는 방향으로 단층 파열 속도가 레일리파 속도 이하에서 전단파 이상으로 가속됨을 보였다.[46][11]

5. 지질학적 영향

초전단 전파의 영향을 받는 단층 근처에서 예상되는 높은 변형률은 분쇄된 암석을 생성하는 것으로 생각된다. 분쇄는 초기 조직을 보존하면서 ''암석의 입자 크기보다 작은 규모의 많은 작은 미세 균열''의 발생을 수반하며, 이는 대부분의 단층대에서 발견되는 일반적인 각력암화 및 파쇄작용과는 매우 다르다.[12] 이러한 암석은 샌앤드레아스 단층과 같은 대규모 주향 이동 단층에서 최대 400m 떨어진 곳에서 보고되었다. 초전단과 분쇄된 암석 발생 사이의 연관성은 매우 높은 변형률이 그러한 강렬한 파쇄를 일으키는 데 필요하다는 것을 보여주는 실험실 실험에 의해 뒷받침된다.[12]

6. 초전단 지진의 예시

초전단 현상이 관측되었거나 추정되는 지진 사례는 다음과 같다.

직접 관측된 사례로는 1999년 이즈미트 지진, 1999년 뒤즈제 지진, 2001년 쿤룬 지진, 2002년 디날리 지진, 2008년 쓰촨 대지진, 2010년 위수 지진, 2012년 인도양 지진, 2013년 크래이그 지진, 2013년 발루치스탄 지진, 2014년 에게해 지진, 2015년 타지키스탄 지진, 로망슈 해구 지진, 2017년 코만도르스키예 제도 지진, 2018년 스완 제도 지진, 2018년 술라웨시 지진, 2020년 카리브해 지진, 2021년 마둬 지진, 2023년 튀르키예-시리아 지진 등이 있다.

초전단 지진으로 추정되는 사례로는 1906년 샌프란시스코 지진, 1979년 임페리얼밸리 지진, 1990년 사할린 지진, 2013년 오호츠크해 지진 등이 있다.[66][32][39][4][67][68][33][34][35][69]

6. 1. 직접 관측된 사례

발생일지진명규모단층비고
1999년1999년 이즈미트 지진M7.6북아나톨리아 단층주향이동단층형 지진[47][13]
1999년1999년 뒤즈제 지진M7.2북아나톨리아 단층주향이동단층형 지진[47][13]
2001년2001년 쿤룬 지진M7.8쿤룬 단층주향이동단층형 지진[48][49][14][15]
2002년2002년 디날리 지진M7.9디날리 단층주향이동단층형 지진[49][50][15][16]
2008년2008년 쓰촨 대지진M7.9롱먼산 단층[51][17]
2010년2010년 위수 지진M6.9셴수이허 단층대주향이동단층형 지진[52][18]
2012년2012년 인도양 지진M8.6여러 단층해양 지각에서 관측한 최초의 초전단 지진[53][19]
2013년2013년 크래이그 지진M7.6퀸 샬럿 단층해양판 경계 지역에서 관측한 최초의 초전단 지진[54][20]
2013년2013년 발루치스탄 지진M7.7[55][21]
2014년2014년 에게해 지진M6.9두 번째 단층파괴 과정에서 초전단 지진 현상 관측[56][22]
2015년2015년 타지키스탄 지진M7.22개 단층 세그먼트에서 초전단 지진 현상 관측, 이 두 구간은 맞닿는 지점에서 정단층으로 연결[57][23]
2016년로망슈 해구 지진M7.1로만체 단층대대서양 적도 지역에서 발생[58][24]
2017년2017년 코만도르스키예 제도 지진M7.7주향이동형 단층에서 발생[59][25]
2018년2018년 스완 제도 지진M7.53개의 단층 파열 과정에서 초전단 지진 현상 발생[60][26]
2018년2018년 술라웨시 지진M7.5팔루-코로 단층주향이동단층형 지진[61][27]
2020년2020년 카리브해 지진M7.7오리엔테 변환 단층[62] [28]
2021년2021년 마둬 지진M7.4바얀하르 블록[63] [29]
2023년2023년 튀르키예-시리아 지진M7.6 및 M7.8최대 단층 파괴 속도 4.8km[64][65] [30] [31]


6. 2. 추정되는 사례

다음은 초전단 지진으로 추정되는 사례이다.

  • 1906년 샌프란시스코 지진 - 샌안드레아스 단층에서 발생한 규모 7.8 지진이다.[66][32]
  • 1979년 임페리얼밸리 지진 - 임페리얼 단층에서 발생한 규모 6.4 지진이다.[39][4]
  • 1990년 사할린 지진 - 600 km 이상의 깊이에서 초전단 속도로 파열된 것으로 추정되는 규모 7.2 지진이다.[67][68][33][34]
  • 2013년 오호츠크해 지진 - 640 km 깊이에서 발생한 규모 6.7의 지진으로, 초당 8 km(초당 5마일)로 해당 깊이에서의 전단파 속도보다 거의 50% 더 빨랐다.[35][69]

참조

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