지진파#
지진파는 지진이 발생할 때 방출된 에너지가 파동의 형태로 주변에 전달되는 것이다.
지진파는 지구 내부를 통과하는 실체파와 지표면을 따라 전파되는 표면파로 구분된다.
- 진원: 지하에서 지진이 처음 발생한 위치이다.
- 진앙: 진원에서 수직으로 올라간 지표면상의 위치이다.
- 진원 거리: 진원에서 지진 관측소까지의 거리이다.
- 진앙 거리: 진앙에서 지진 관측소까지의 지표면상의 거리이다.
지진파의 종류와 특징#
지진파는 전파 경로에 따라 실체파와 표면파로 구분된다.
- 실체파: 지구 내부를 통과하여 전파되는 지진파로, P파와 S파가 있다.
- 표면파: 지표면을 따라 전파되는 지진파로, 러브파(L파)와 레일리파(R파)가 있다.
P파#
P파는 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 나란한 종파이다.
- 지진파 중 전파 속도가 가장 빠르다.
- 고체, 액체, 기체를 모두 통과할 수 있다.
- 매질이 파동의 진행 방향과 나란하게 압축과 팽창을 반복한다.
- 지진 관측소에 가장 먼저 도착한다.
S파#
S파는 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 수직인 횡파이다.
- P파보다 전파 속도가 느리다.
- 고체만 통과할 수 있으며, 액체와 기체는 통과하지 못한다.
- 매질이 파동의 진행 방향에 수직으로 진동한다.
- 지진 관측소에 P파보다 늦게 도착한다.
L파(러브파)#
러브파는 지표면을 따라 전파되는 표면파의 일종이다.
- 지표면을 따라 수평 방향으로 전단 운동을 일으킨다.
- 지표면에 평행하면서 파동의 진행 방향에는 수직으로 진동한다.
- 지표면에 큰 흔들림을 발생시킬 수 있다.
R파(레일리파)#
레일리파는 지표면을 따라 전파되는 표면파의 일종이다.
- 매질의 입자가 타원형 궤도에 가까운 운동을 한다.
- 지표면이 위아래와 앞뒤로 흔들리는 운동을 일으킨다.
- 지진 발생 시 지표면에 큰 흔들림을 발생시킬 수 있다.
지진파의 특징 비교#
| 구분 | P파 | S파 | L파 | R파 |
|---|---|---|---|---|
| 분류 | 실체파 | 실체파 | 표면파 | 표면파 |
| 파동의 특징 | 종파 | 횡파 | 수평 전단 운동 | 타원형 입자 운동 |
| 전파 속도 | 가장 빠름 | P파보다 느림 | 일반적으로 실체파보다 느림 | 일반적으로 실체파보다 느림 |
| 전파 특성 | 고체, 액체, 기체 통과 | 고체만 통과 | 지표면을 따라 전파 | 지표면을 따라 전파 |
PS시를 이용한 진원 거리 결정#
PS시는 지진 관측소에 P파가 도착한 시각과 S파가 도착한 시각의 차이이다.
P파는 S파보다 전파 속도가 빠르므로 관측소에 먼저 도착한다.
따라서 진원으로부터 멀리 떨어진 관측소일수록 일반적으로 PS시가 길어진다.
PS시 계산#
진원 거리와 P파, S파의 속도가 주어졌을 때 각각의 도달 시간은 다음과 같다.
: P파의 전파 시간 : S파의 전파 시간 : 진원 거리 : P파의 속도 : S파의 속도
PS시는 S파의 전파 시간에서 P파의 전파 시간을 뺀 값이다.
따라서 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이를 정리하면
이다.
PS시를 이용한 진원 거리 계산#
위 식을 진원 거리
P파와 S파의 속도가 일정하다면 PS시를 이용하여 진원 거리를 구할 수 있다.
P파와 S파의 도달 시간 비#
같은 거리를 이동할 때 P파와 S파의 도달 시간은 각각 속도에 반비례한다.
따라서
이다.
즉, P파와 S파의 전파 시간이 서로 다르더라도 이동한 진원 거리는 같다.
주시곡선을 이용한 거리 결정#
주시곡선은 지진파의 진앙 거리와 도달 시간의 관계를 나타낸 그래프이다.
일반적으로 가로축은 진앙 거리, 세로축은 지진파의 도달 시간으로 나타낸다.
- P파는 S파보다 빠르므로 같은 진앙 거리에서 먼저 도착한다.
- S파는 P파보다 늦게 도착한다.
- 두 지진파의 도달 시간 차이를 이용하면 PS시를 구할 수 있다.
- 일반적으로 진앙 거리가 멀어질수록 PS시가 증가한다.
주시곡선을 통한 진앙 거리 측정 방법#
- 지진 기록에서 P파와 S파의 최초 도달 시각을 확인한다.
- S파 도달 시각에서 P파 도달 시각을 빼서 PS시를 구한다.
- 주시곡선에서 P파 곡선과 S파 곡선 사이의 시간 차이가 관측한 PS시와 같은 지점을 찾는다.
- 해당 지점의 가로축 값을 읽어 진앙 거리를 결정한다.
주시곡선을 이용하면 지진파의 전파 속도가 깊이에 따라 달라지는 경우에도 관측 자료를 바탕으로 진앙 거리를 추정할 수 있다.
진앙 및 진원의 위치 결정#
진앙의 위치 결정#
진앙의 위치는 여러 지진 관측소에서 측정한 진앙 거리를 이용하여 결정할 수 있다.
- 서로 다른 세 관측소에서 지진파의 도달 시간을 측정한다.
- PS시 또는 주시곡선을 이용하여 각 관측소에서 진앙까지의 거리를 구한다.
- 각 관측소를 중심으로 진앙 거리를 반지름으로 하는 원을 그린다.
- 세 원이 공통으로 만나는 지점을 진앙으로 결정한다.
이와 같이 세 관측소의 거리 정보를 이용하면 진앙의 위치를 결정할 수 있다.
진원의 위치 결정#
진원은 진앙의 지하에 위치한다.
진앙의 위치를 결정한 뒤, 지진파 분석으로 진원 깊이를 구하면 진원의 위치를 결정할 수 있다.
진원 거리, 진앙 거리, 진원 깊이를 각각
따라서 진원 깊이는 다음과 같다.
: 진원 거리 : 진앙 거리 : 진원 깊이
예제 1#
조건: 각 지역에서 지진파의 속도는 일정하다.
관측소 X#
- P파 속도:
- S파 속도:
- 진원 거리:
- P파 최초 도달 시간:
초 - PS시:
초
P파의 전파 시간은 다음과 같다.
S파의 전파 시간은 다음과 같다.
따라서 PS시는
이다.
즉, 관측소 X에서 S파는 지진 발생 후 18초 뒤에 도착한다.
관측소 Y#
- P파 속도:
- S파 속도:
- 진원 거리:
- P파 최초 도달 시간:
초 - PS시:
초
P파의 전파 시간은 다음과 같다.
S파의 전파 시간은 다음과 같다.
따라서 PS시는
이다.
진앙 거리와 진원 거리의 관계#
진원 거리와 진앙 거리 사이의 각도가 주어졌다면 삼각비를 이용하여 진앙 거리를 구할 수 있다.
따라서
이다.
관측소 X에서의 진앙 거리는
관측소 Y에서의 진앙 거리는
로 나타낼 수 있다.
예제 2#
조건: P파의 속도는 모든 관측소에서 일정하고, S파의 속도는 4km/s이다.
- P파 속도:
- S파 속도:
관측소 A#
관측소 A에서 P파의 최초 도달 시간은 32초이다.
따라서 진원 거리는 다음과 같다.
관측소 B#
관측소 B에서 P파의 최초 도달 시간은 24초이다.
따라서 진원 거리는 다음과 같다.
S파의 전파 시간은 다음과 같다.
따라서 PS시는
이다.
진원 거리와 진앙 거리의 관계#
관측소에서 진앙까지의 거리는 진원 거리보다 작거나 같다.
진앙 거리를 진원 거리로 나눈 값은
로 나타낼 수 있다.
따라서 진앙 거리와 진원 거리의 비를 비교하면 진원에 대한 각 관측소의 상대적 위치를 파악할 수 있다.
제시된 그림에서 진앙 거리와 진원 거리의 비는 다음 순서로 나타난다.
예제 3#
조건: S파의 속도는 4.5km/s이며, P파와 S파의 속도는 일정하다.
지진 ㄱ의 P파 속도#
그래프에서 지진 ㄱ의 PS시는 2초이다.
P파의 최초 도달 시각과 지진 발생 시각의 차이를 이용하면 P파의 전파 시간을 구할 수 있다.
PS시 계산식은 다음과 같다.
P파의 전파 시간이 3초이므로
이다.
P파와 S파가 이동한 거리는 같으므로
따라서
이다.
두 지진의 진원 거리 비교#
P파와 S파의 속도가 일정할 때 PS시는 진원 거리에 비례한다.
따라서 같은 관측소에서 관측한 두 지진의 PS시가 2배 차이 난다면 진원 거리도 2배 차이 난다.
관측소 A에서 지진 ㄴ의 PS시가 지진 ㄱ의 PS시보다 2배 길다면
이다.
정리#
지진파는 지진 발생 시 방출된 에너지가 파동의 형태로 전달되는 것이다.
- 진원은 지진이 발생한 지하의 위치이고, 진앙은 진원 바로 위 지표면의 위치이다.
- P파는 종파로 전파 속도가 빠르며 고체, 액체, 기체를 통과한다.
- S파는 횡파로 P파보다 느리고 고체만 통과한다.
- 표면파에는 러브파와 레일리파가 있다.
- PS시는 S파와 P파의 도달 시각 차이이다.
- 지진파의 속도가 일정하다면 PS시는 진원 거리에 비례한다.
- 주시곡선은 지진파의 도달 시간과 진앙 거리의 관계를 나타낸다.
- 세 관측소의 진앙 거리를 이용하면 진앙의 위치를 결정할 수 있다.
- 진원 거리와 진앙 거리를 이용하면 진원의 깊이를 계산할 수 있다.