Evaluation of Three Dimensional Seismic Characteristics and Development of Ground Motion Simulation Model for Korea

Abstract

After the 2016 Gyeongju earthquake and the 2017 Pohang earthquake on Korea, which caused a lot of economic and human casualties nearby area, research on earthquake prediction and seismic design became very important. In order to carry out suitable seismic design for the Korean region, it would be more reliable to use the records of strong earthquakes occurred in the Korean region rather than the ground motions in the high seismicity regions such as the western United States, Taiwan, and Japan. However, the number of strong motions recorded in Korea is limited because Korean region belongs to the stable continental region where seismic activity is low-to-moderate. In places with few stong motion records, such as Korea, the problem can be solved by artificially generating and supplementing the strong motions using the ground motion simulation model constructed by determining seismological characteristics. The purpose of this study is to develop ground motion simulation model that considers the seismological characteristics of the Korean region and to generate strong ground motions. The ground motion simulation model to be developed in this study consists of two models. The two models are the Fourier amplitude spectrum model, which considers seismological characteristics in the frequency domain, and the shaping window model, which considers the envelope curve of ground motion and the main signal duration in the time domain. In order to construct the ground motion simulation model, this study constructed a database by collecting ground motion records and earthquake information that occurred in Korea during 2010 – 2020 year, and the Fourier amplitude spectrum and shaping window model were constructed by using the database. Among the seismological characteristics of the Fourier amplitude spectral model, the path effect was calculated by quantifying the seismic energy attenuation in three-dimensional space by determining the specific seismic ray propagation path of the ground motion in consideration of the crust space of the Korea, and the seismic source effect was formulated to scale the magnitude of the earthquake. In order to verify the constructed ground motion simulation model, the accuracy was evaluated by comparing the ground motion records in the database with the artificially generated ground motions. Therefore, in this study, the fundamental study was conducted to generate strong motions that are likely to occur in the future on the Korean region to perform earthquake prediction and seismic design.|한국에서 2016년 경주 지진과 2017년 포항 지진이 발생한 뒤로 주변에 많은 경제적, 인적 피해가 발생한 이후 지진 예측 및 내진 설계에 관한 연구는 매우 중요해졌다. 한국 지역에 맞는 내진 설계를 수행하기 위해선 주요 미국 서부나 대만, 일본과 같은 강진 지역의 지반운동보다 한국 지역에서 발생하는 강진 기록을 사용하는 것이 신뢰도가 높을 것이다. 그러나, 한국 지역은 지진활동도가 높지 않은 안정대륙지역에 속해있어 강진 기록의 개수에 한계가 있다. 한국 지역과 같이 강진 기록이 적은 곳은 지진학적 특성을 평가하여 구축된 지반운동 구현 모델을 사용하여 강진 지반운동을 인공적으로 생성하여 보충하여 문제를 해결할 수 있다. 본 논문의 목적은 한국 지역의 지진학적 특성이 반영된 지반운동 구현 모델을 개발하여 강진 기록을 생성하는 데 있다. 본 논문에서 개발하고자 하는 지반운동 구현 모델은 크게 두 가지 모델로 구성되어있다. 주파수 영역에서 지진학적 특성을 반영한 푸리에 진폭 스펙트럼 모델과 시간 영역에서 지반운동의 포락 곡선과 주요 신호 지속시간이 반영된 형태창 모델이다. 지반운동 구현 모델을 구축하기 위해서 본 연구에서는 2010 – 2020년 동안 한국 지역에서 발생한 지반운동 기록과 지진 정보를 수집하여 데이터 베이스를 구축하였고, 데이터 베이스를 활용하여 푸리에 진폭 스펙트럼과 형태창 모델을 구축하였다. 푸리에 진폭 스펙트럼 모델의 지진학적 특성 중 경로 효과는 한국의 지각 공간을 고려하여 지반운동의 구체적인 지진 전파 경로를 결정하여 3차원 공간 상에서 지진 에너지 감쇠를 정량화하여 계산하였고, 지진원 효과는 지진 규모를 확장할 수 있도록 수식화를 적용하였다. 그리고, 구축된 지반운동 구현 모델을 검증하기 위해 데이터 베이스의 지반운동 기록과 인공적으로 생성된 지반운동을 비교하여 정확성을 평가하였다. 따라서, 본 논문에서는 한국 지역에서 미래 발생할 가능성이 있는 강진 지반운동을 생성하여 지진 예측 및 내진 설계를 수행할 수 있는 기반 연구를 수행하였다.