1

Seismology - Hazard and PreparationPreparation

School of Earth and Environmental SciencesSchool of Earth and Environmental SciencesJunkee Rhie

Tectonic Settings

Rhie & Kim, 2010

2

Three succesive stages in the indentation by a rigid indenter (India) into a striped block of plasticine (Asia)

Indentation experiment for evidence of block rotation in continental collision

(India) into a striped block of plasticine (Asia)

Plasticine is confined on only the left-hand side, leaving the right-hand side representing China and Indochina to deform freely

(Tapponier et al., 1982)

Plas-ti-cene 세공용 찰흙

(Prothero and Dott, 2004)

3

Effects of the collision of India with Asia beginning 25-30 Ma

(Prothero and Dott, 2004)

한국의 지진 활동

Epicenters of InstrumentalEarthquakesin Korean Peninsula (1905 ~ 2000)

Epicenters of Historic Earthquakes in Korean Peninsula (AD 2 ~ 1904)

4

• 시대 및 진도별 지진발생 횟수

80

90

100

시대 및 진도별 지진 발생 횟수

20

30

40

50

60

70

Num

ber

Pre-Koryo

Koryo 15 C 16 C 17 C 18 C 19 C

56

78

9

0

10

20

Age

MMI

역사 시대 지진 피해 기록

– 779년 4월, 경주의 땅이 흔들리고 민옥이 부서져 죽은 자가 100여명이나 되었다 (MMI 9, 규모 6.6).

– 1518년 7월 2일, 서울과 지방에 큰 지진이 4일 동안 일어나 태묘전의 기왓장이 나부끼어 떨어졌으며 궐내 담장과 민가가 무너져 남녀노소가 모두 밖으로이 나부끼어 떨어졌으며, 궐내 담장과 민가가 무너져 남녀노소가 모두 밖으로나와 노숙하여 압사를 면하였다 (MMI 9).

– 1597년 10월 6,7,8일, 삼수, 함경도에 3일 동안 여덟 번 지진이 연속적으로 일어나 담벽이 흔들리고 성의 두 군데가 무너지고 바위의 반쪽이 무너졌으며, 개울 물이 황색으로 변하고 흙탕물이 솟았으며 절벽이 무너졌다 (MMI 8).

– 1643년 7월 24일, 울산, 경상도의 대구, 안동, 김해, 영덕 등 읍에서도 지진이일어나, 봉화대와 성첩이 무너진 곳이 많았다. 울산부에서는 땅이 갈라지고 물이 용솟음쳤다 (MMI 9).

– 1681년 6월 26일, 양양, 강원도에 지진이 일어나 우레와 같은 소리가 났으며,담과 벽은 무너지고 지붕의 기왓장이 나부끼어 떨어지고 양양에서는 바닷물이흔들려서 물이 끓는 소리와 같았다 (MMI 9).

5

판운동의 변화 (NUVEL – 1A vs. GPS)

NUVEL 1A : Average over several million yearsNUVEL-1A : Average over several million years

GPS : Average over a few years

“Natural calamity strikes at about the time when “Natural calamity strikes at about the time when on forgets its terror” (on forgets its terror” (ShimozuruShimozuru 1981)1981)

일본의 격언 (Japanese Proverb)

on forgets its terror. (on forgets its terror. (ShimozuruShimozuru, 1981), 1981)

6

지진 피해 : 구조물 파손 (e.g., 1985 Mexico)

지진 피해 : 액상화

Damage to apartment buildings caused by soil liquefaction during the June 16, 1964, Niigata (Japan) earthquake.

7

지진 피해 : 화재

Fires burning in San Francisco five hours after the April 18, 1906, earthquake.

지진 피해 (산사태)

8

지진 피해 (산사태)

지진 피해 : 지진해일 (Tsunami)

Aerial view of Valdez, Alaska, showing the inundation of the coastline following the great 1964 earthquake.

9

Tsunami (津波) - 津 (나루 진), 波 (물결 파)

Tsunami – Habor wave

지진 피해 : 지진해일 (Tsunami)

Wind-generated waves속도: 16-32 km/h파장: ~ 100 m

Tsunami (Coast)속도 : 50-320 km/h파장 : ~ 3 km

www.kastda.org

파장

Tsunami (Deep ocean)속도: 720-1000 km/h파장: ~ 100 km

2011년 일본 Tohoku 지진

Interseismic Coseismic

Simons, Nature, 2011

10

지진 발생 (섭입대)

2011년 일본 Honshu Earthquake

11

Stein and Wyssesion, 2003

Satake, AIST web page

12

Fig. 19.18

TsunamiTsunami의의 전파전파

해저의 지형 (깊이)가 가장 중요한 요소로 작용

Titov et al., (2005)

13

2011년 일본 Honshu Earthquake (Tsunami)

NOAA

해일과해일과 TsunamiTsunami의의 차이차이

library.thinkquest.org

Runup! (University of Alaska, Fairbanks)

14

2011년 일본 Tohoku Earthquake

• 지진 (수직운동이 중요, 섭입대)

• 화산 활동 (칼데라)

• Mass movement (산사태)

• 운석충돌

15

16

약 36,000명 사망

Simkin and Fiske (1983)

Ward and Day, 2001

www.es.uscs.edu

www.telegraph.co.uk

17

Deep Impact (영화)

Tsunami Tsunami 예보는예보는 가능한가가능한가??

• Tsunami 의 전파 속도

YES!YES!• Tsunami 의 전파 속도

는 지진파의 속도에 비해서 매우 느리다.

• 지진파 ~ 10,000 km/h• Tsunami ~ 수백 km/h

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Tsunami Tsunami 예보예보

• 지진의 모니터링

• Tsunami 의 전파 모델링

T i 의 직접 관측• Tsunami 의 직접 관측

• Tsunami 취약지역에 경보 발령

• 국제적인 공조 필요

Woods & Okal, 1987

1 hour

19

지진지진 발생시발생시

The New York Times (2004)

지진 취약도

20

Earthquakes don’t kill, Buildings do!Earthquakes don’t kill, Buildings do!

~25,000 deaths, but we can expect about only 30 deaths if it happened in California.

21

태풍 대비

• Long Term• 관측 및 역사 기록

• Short Term• 태풍이 발생하는 Condition을 알고 있음

• Monitoring• 위성 등을 이용한 모니터링 가능

화산 대비

• Long Term

폭발 기록• 폭발 기록

• Short Term• 다양한 전조 현상

• Monitoring• 모니터링 가능

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화산화산 전조전조 ((마그마의마그마의 상승에상승에 의한의한 지진지진 및및 변형변형))

화산화산 감시감시 및및 경보경보 시스템의시스템의 중요성중요성

Jim Mori, 2010 한국 강연

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지진 대비

• Long Term – Successful

• Short Term – Impossible (?)

• Monitoring – OK!

지진 대비

• 건물의 내진 설계

• 지진 예측 (?)

• 지진 조기 경보

24

지진 대비 (내진 설계)

지진 대비 (내진 설계, Isolation)

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지진 발생의 반복성– 지진 현상 : 수 천만년 이상 동안 지속적인 판구조론적 운동에 의함

지진 발생 주기적

지진발생 및 지반운동에 대한 확률론적인 예측

지진 대비 (확률론적 지진재해도)

– 지진 발생 : 주기적Log n

a직선의 기울기

b

확률론적인 예측방법– 지진 발생 : 어떤 지역에서 발생하는

지진의 규모(M)와 발생 빈도(n)사이의 관계로 파악* 발생빈도(n) : 연간 발생하는

지진의 개수규모(M)

지진의 개수(N)– 지반 운동 : 주위에서 발생한 지진에 의

해어떤 장소에 지반운동을 일으키는정도를 확률론적 지진 재해도로

파악

규모(M)와 발생 빈도(n)사이의 관계

확률론적 지진재해도• 설계된 기간 동안에 어떤 장소(부지)에서 지진에 의한 지반운동의

최대가속도가 어떤 정해진 확률에 의해 초과할 값

• 설계기간 : 5년, 10년, 50년, 100년, 250년, 500년 등

• 초과확률 : 주로 10%

• 3요소 : 최고가속도 설계기간 확률3요소 : 최고가속도, 설계기간, 확률

부지

지진원

최대가속도 u

최대가속도

부지 초과확률

10 50 100시간 (년)

설계기간 t

26

평균재현주기 500년에해당하는 지진지반운동

확률론적 지진재해도 계산 결과

해당하는 지진지반운동

등고선 값: 지구중력값(1g)의

백분율(%) 값.

1g = 980 cm/sec2

점 선 : 도경계

□ 표시 : 대도시

(청진, 신의주, 함흥, 평양, 해주, 춘천,

서울, 청주, 대전, 대구, 전주, 광주, 부산)

도 법 : UTM

전세계 지진 재해도

27

큰 지진의 전조현상

지진 예측 (전조 현상 관측)

P파 속도

지반의상하변위

라돈 가스라돈 가스방출

전기비저항

작은 지진발생횟수

1995년 Kobe 지진 발생 전 Radon Gas 방출량

28

• 예보 : 궁극적인 목표

성공적인 사례 : 1975년 2월 4일에 발생한 규모 7 3의 중국 해성지진

지진 대비 (전조 현상 관측)

• 성공적인 사례 : 1975년 2월 4일에 발생한 규모 7.3의 중국 해성지진

• 실패한 사례 : 1976년 7월 28일에 발생한 규모 7.8의 중국 당산지진.

•24만명의 인명피해, 막대한 재산피해

전조 현상 – 동물의 이상 행동 (?)

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동물의 이상 행동 (?)

Does dog (Sophie) react before the EQ? – Eureka EQ.

중국 당산 지진1976

실패 사례

공식적으로 24 만명 사망비공식적으로는 대략 70만명 사망 추정

30

2004년 Parkfield (미국) 지진

From USGS Web pageHarris and Arrowsmith (2006)

지진조기 경보의 개념 (J.D. Cooper, 1868)

31

지진파의 전파 특성

지진 대비 (지진 조기 경보)

Kanamori, 2005

32

지진조기경보 규모 결정

일본의 지진 조기경보 시스템 (실제 사례)

조기경보 (일본) – 2008년 6월 14일 Iwate-Miyagi Earthquake

33

지진지진 발생시의발생시의 행동행동 요령요령