안정대륙권역의 중규모지진에 의한 근단층지반운동의 모델링

Abstract

이 논문에서는 안정대륙권역(Stable Continental Regions, SCRs)에서의 중규모 지진에 의한 근단층지반운동(Near Fault Ground Motion, NFGM) 모델을 처음으로 제시한다. 근단층지반운동은 큰 진폭의 장주기 속도 펄스를 갖는 특징을 가지고 있다. 이 속도 펄스를 모델링하기 위해서는 그 주기와 진폭을 지진의 규모와 단층거리의 함수로 표현할 수 있어야 한다. 그런데 안정대륙권역에서는 관측 자료가 빈약하여 지진데이터로부터 이 관계식을 직접 유도하는 것은 어렵기 때문에 이 연구에서는 간접적인 접근법을 채택하였다. 속도 펄스의 주기와 진폭은 단층파열의 상승시간과 파열속도의 함수임이 알려져 있고 활성구조권역(Active Tectonic Regions, ATRs)에 속하는 미국 서부지역에서는 실험적 공식이 확립되어 있다. 안정대륙권역에서의 상승시간과 단층파열속도의 지진규모에 대한 함수관계는 WUS와 CEUS에서의 자료를 비교하여 도출하였다. 이 관계식들로부터 안정대륙권역에서의 NFGM의 속도 펄스의 주기와 진폭을 지진규모 및 단층 거리에 대한 관계식으로 유도하였다. 안정대륙권역에서의 NFGM의 가속도 시간이력은 추계학적으로 생성된 원역지진지반가속도에 새로운 관계식에 의한 속도 펄스를 중첩하여 얻어진다. 적용 예제로서 탄소성 단자유도 시스템의 근단층지반운동에 대한 응답을 분석하였다. This paper proposes a method for modeling new fault ground motion due to moderate size earthquakes in Stable Continental Regions (SCRs) for the first time. The near fault ground motion is characterized by a single long period velocity pulse of large amplitude. In order to model the velocity pulse, its period and peak amplitude need be determined in terms of earthquake magnitude and distance from the causative fault. Because there have been observed very few new fault ground motions, it is difficult to derive the model directly from the recorded data in SCRs. Instead an indirect approach is adopted in this work. The two parameters, the period and peak amplitude of the velocity pulse, are known to be functions of the rise time and the slip velocity. For Western United States (WUS) that belongs active tectonic regions, there art empirical formulas for these functions. The relations of rise time and slip velocity on the magnitude in SCRs are derived by comparing related data between Western United States and Central-Eastern United States that belongs to SCRs. From these relations, the functions of these pulse parameters for NFGM in SCRs can be expressed in terms of earthquake magnitude and distance. A time history of near fault ground motion of moderate magnitude earthquake in stable continental regions is synthesized by superposing the velocity pulse on the for field ground motion that is generated by stochastic method. As an demonstrative application, the response of a single degree of freedom elasto-plastic system is studied.