CMT해설 (심화)

[방재청장]

1번 CMT

2번 CMT

3번 CMT

CMT에 관한 해설
(토카라열도 근해의 군발지진 中)


모멘트 텐서(CMT)의 정의는 먼저
지진을 유발하는 응력 변화(stress change)를 수학적으로 표현한 3×3 대칭 행렬(tensor)이다.

모멘트텐서는 지진의 본질적인 메커니즘을 나타내는 중요한 요소로, 다음과 같은 3가지 성분으로 분해할 수 있다.

• Double Couple (DC) 성분
일반적인 단층 운동(fault slip)에 의해 발생하는 지진의 형태이며, 순수한 단층이 미끄러지는 운동을 나타낸다.


• Compensated Linear Vector Dipole (CLVD) 성분
단층 파괴가 아닌, 혹은 그와 더불어 비정상적인 변형이나 암석의 압축/팽창 과정에서 발생한다.

예: 화산성 지진(Volcanic Earthquakes), 마그마 이동(Magma Intrusion) 등


• Isotropic (ISO) 성분
순수한 압축(compression) 또는 팽창(expansion) 형태

예: 화산 폭발, 대규모 핵실험 등에서 나타난다.

즉, 모멘트 텐서는 DC + CLVD + ISO 3가지 성분으로 분해된다.


Percent DC (%DC)의 경우는
모멘트 텐서에서 순수한 단층의 파괴(double couple)가 차지하는 비율을 백분율(%)로 나타낸 값이다.
즉, %DC 값이 높을수록, 지진이 일반적인 단층 운동(faulting)에 의해 발생했을 가능성이 크다.

평군적인 %DC 값의 해석
• %DC ＞ 90% → 순수한 단층 운동 (Double Couple Earthquake)

정상적인 역단층(Reverse Fault), 정단층(Normal Fault), 주향이동단층(Strike-Slip Fault)에서 발생하는 지진의 DC값이다.

예: 일반적인 판 경계 지진 (Subduction Zone Earthquakes, Transform Fault Earthquakes 등)

• %DC ＞ 75% (예: 81%) → 일반적인 지진이지만, 일부 CLVD 성분을 포함한 형태,
또한 단층 운동 외에도 약간의 비정상적인 변형이 포함된 경우

예: 복잡한 단층 구조에서 발생하는 지진, 유발 지진(Triggered Earthquakes)

• %DC ＞ 50% (예: 62%) → 단층 운동 외에도 CLVD 성분이 강하게 포함된 값,
이는 단층 운동과 함께 암석 내부 변형이 주요한 역할을 하는 경우다.

예: 화산성 지진(Volcanic Earthquakes), 대형 산사태(Landslide Earthquakes), 인공 지진(Induced Seismicity) 등

• %DC ≈ 0～10% → 순수한 폭발 또는 함몰 (Pure Isotropic Event)

핵실험, 화산 폭발 등

예: 북한 핵실험, 칼데라 함몰 지진

즉, Percent DC는 지진의 본질을 분석하는 중요한 지표로 사용되며, 일반적인 단층 지진과 비정상적인 지진을 구별하는 데 매우 유용하다.


이하는 분석된 상단 세 종의 CMT에 대한 정보이다.

먼저 1번 CMT의 경우
남동향을 장력축으로 하는 정단층성 지진이다.

특징으로는 CLVD값이 61정도로 매우높은 화산성 지진이며, 이를 뒷받침하는 요소로
압력성분이 중심축을 따라 관통하는 듯한 모습을 볼수있다.
이는 화산성 지진의 대표적인 케이스로, 팽창에 의해 장력성분이 일반적인 단층지진과 달리 교차되지 못한다는 특성이 있다.


2번 CMT는 장력축이 북서향을 향하는 주향이동성 지진이다.

특징으로는 정단층성이 섞인 Oblique Normal Faulting이며, DC값은 70으로 이 역시 순수한 단층운동만으로 발생한 지진이라고는 보기 힘들다.

팽창운동을 하며 동시에 주향운동을 하는 복합적인 요소가 작용한 지진이다.


3번 CMT는 장력축이 남서향을 향하는 정단층성 지진이다.
이전 지진들과는 대비되는것이 높은 PercentDC로, 이는 거의 순수한 단층운동임을 나타낸다.


위의 대표적으로 제시된 3개의 CMT를 통하여 알수있듯, 토카라열도 근해에서는 복합적인 요소의 지진들이 다발하고있다.


또한 CLVD외에 이 지진이 화산성인가에 대해 알수있는 정보로는, Radial값을 보면 된다.

CMT 결과와 파형 피팅 그래프를 보면, 특히 Radial 성분의 오차가 Tangential/Vertical보다 눈에 띄게 큰것을 알수있는데,
해당 성분은 단순한 계산 오류라기 보다는
물리적인 전파 특성의 왜곡 또는 지진원 특성의 반영으로 해석된다.

Radial 성분의 오차가 큰 이유는 다음과 같다.
• 지진원 메커니즘 자체의 비정형성
DC가 불과 39%이고, CLVD가 61%인 경우
순수한 단층운동이 아니라, 팽창, 수축, 유체압 작용 등 비단층 메커니즘이 강하다는것을 의미한다.
이런 경우 Radial 성분에 전형적인 단층 운동 패턴이 나타나지 않게되며,
결과적으로 Radial 성분의 파형이 예측에서 큰폭으로 벗어나게 된다.

• HTI (Horizontal Transverse Isotropy)의 왜곡
HTI 매질에서는 구조적 이방성 물질에 대한 수펑방향성 감쇠 또는 위상 지연이 발생하는데, 특히 Radial 성분은 지진원에서 수평방향으로의 전파를 포함하므로 HTI 조건에서는 왜곡이 크게 나타나기 쉽다.

그 결과, 합성파(Syn)가 관측파(Obs)와 일치하지 않고
VR(Variance Reduction) 또한 낮아지게 되는 계기가 된다.

이를 근거로 정상적인 단층지진에 비해 화산성 지진에서의 Radial성분 정확성이 큰 차이로 감쇄하게된다.


(방재청 작성)