지진이 발생했을 때 '언제, 어디서, 얼마나 큰 지진인가'를 규명해야 하는데 이들은 각각 진원시, 진원, 규모에 해당하는 것으로 이를 지진요소라 한다.\ 지진요소는 지진계(Seismograph)에 의한 지진파 기록의 분석결과로 구할 수 있다.
진원시(Origin time)
어떤 지점에서 지진동을 느꼈다면 이 지진동이 전파하기 시작한 시각이 있을 것이다. 즉, 지진파가 처음 발생한 시각이 바로 진원시이다. 이것은 어떤 지점에서 진동이 감지되거나 지진계에 기록된 시각에서 지진파가 전파해온 시간인 주행시간(travel time) 만큼 빠를 것이다. 지진파는 일정한 속도를 가지고 있기 때문에 거리에 비례하여 도착하게 된다. 즉 우리가 진동을 느끼거나 지진계에 기록되는 시각은 지진의 발생지점으로부터 거리에 따라 각각 차이를 두고 나타난다. 따라서 여러 곳에서 시간차를 두고 기록되었다 해도 결국 진원시를 계산해 보면 모두 같은 시각 값을 갖게 된다.
진원(Hypocenter)과 진앙(Epicenter)
진원이란 암석의 파괴가 일어난 지점으로 깊이의 개념이 포함되어 있다. 실제로 암석의 파괴가 일어난 범위는 수 십km 또는 수 백km에 달하므로 지진파의 전부가 한 점에서 발생한 것이라고 할 수 없다. 지진은 일정한 넓이를 가진 영역에서 일어난 것이라고 생각할 수 있는 것으로 그 영역을 진원역이라고 한다. 진원은 진원역 중에서 최초로 지진파가 발생된 점, 즉 지진이 시작된 점으로 진원역의 중심에 해당하는 것은 아니다. 한편, 진앙은 진원의 바로 위 지표면의 지점이다.
진원지라고 하는 것은 진앙의 지명이다. 진원은 진앙의 위도, 경도와 진원깊이로 나타낸다.
이밖에 공간적 요소로서 진원거리와 진앙거리가 있는데 이들은 각각 임의의 관측소에서 진원과 진앙까지의 거리를 말한다(그림 4.1).
규모(Magnitude)와 진도(Seismic intensity)
지진의 크기를 대표하는 수치로는 절대적 개념의 '규모'와 상대적 개념의 '진도'라는 용어가 사용되고 있다.
규모(Magnitude)
규모란 지진발생시 그 자체의 크기를 정량적으로 나타내는 양으로서 진동에너지에 해당한다. 이는 계측관측에 의하여 계산된 객관적 지수이며 지진계에 기록된 지진파의 진폭과 발생지점까지의 진앙거리를 이용하여 계산한다. 예를 들어 M 5.0 이라고 표현할 때 M은 Magnitude를 의미하고 수치는 보통 소수 1자리까지 나타낸다. 지진파에너지 Es와 규모 M과의 관계는 다음과 같이 나타내는 것이 보통이다(Gutenberg와 Richter).
여기서 M은 단위가 없으며, E s는 erg 단위를 갖는다. 이식에 의하면 규모가 1만큼 증가하면 에너지는 30배로 커지게 된다. 지진규모의 개념을 처음으로 도입한 사람은 미국의 지진학자 C. F. Richter인데 그는 미국 남부 캘리포니아지역에서 발생한 국지지진(local earthquake)의 크기를 정량화하면서 규모의 개념을 도입하였다. 그 후로 그의 이름을 따라 국지규모를 Richter scale이라고도 한다. 그는 국지규모(M L)를 다음과 같이 정의하였다.
여기서 A 는 Wood-Anderson 지진계에 기록된 최대변위(mm), Δ는 진앙거리(km), A(Δ)는 진앙거리 에서 기준지진(standard earthquake)의 최대변위를 각각 나타낸다.위의 식에서 logA(Δ)항은 진앙거리에 따라 지진파의 진폭(amplitude)이 감쇠하는 것을 고려하는 항으로써, 지진파가 전파되는 매질의 특성을 나타내며 지진이 발생한 지역에 따라 그 값이 달라진다.
Bullen and Bolt(1985)는 Wood-Anderson 지진계에 기록된 지진자료를 이용하여 지진의 규모를 다음 식으로부터 결정하였다.
여기서 M은 지진의 규모, AH는 수평성분의 최대변위(μm), Δ는 진앙으로부터 관측점까지의 거리(km)를 나타낸다. 이 식에서 사용된 감쇠항, 2.56logΔ는 미국 남부 캘리포니아지역에서 지진파가 전파할 때 진앙거리에 따라 진폭이 감쇠되는 정도를 설명하는 값으로 생각할 수 있다. 따라서, 특정지역에 적절한 지진의 규모식을 개발하기 위해서 감쇠항을 정확하게 추정하는 것은 매우 중요하다.
최근에는 표면파규모(MS)와 실체파규모(m b)가 더 보편적으로 사용되고 있다. 이들을 구분하는 이유는 에너지의 총 방출량이 유사한 경우라도 천발지진과 심발지진의 지진기록이 매우 상이한 모양을 나타내기 때문에 천발지진은 표면파를 이용하고 심발지진은 실체파를 이용하여 규모를 구하기 위함이다. Gutenberg와 Richter(1936)는ML의 개념을 진앙거리가 먼 천발지진에 적용하여 20초 주기의 레일리파의 최대 진폭으로부터 규모를 결정하였다. 그 뒤에도 표면파 규모에 대한 여러 가지 관계식이 제시되었으며 이들은 모두 다음과 같은 일반형으로 표시된다.
여기서 A는 최대진폭, T는 주기, Δ는 진앙거리, h는 진원의 깊이이고, a와 b는 실험적으로 구해지는 상수이다. 천발지진에 대한 Bath의 관계식을 예로 들면
으로 주어진다.심발지진의 경우 표면파를 발생시키는데는 비효과적이므로 Gutenberg(1945)는 실체파의 최대 진폭으로부터 규모를 결정하는 방법을 제안하였다. 실체파규모를 나타내는 실험식도 위와 동일한 형으로서,
이다. 여기에서 f는 앞에서와 같이 지진 에너지의 구형발산효과와 감쇠를 고려한 진앙거리 및 진원의 깊이에 대한 함수이다. 천발지진의 경우 Ms과 mb사이에는 다음과 같은 실험적 관계가 성립한다.
한반도에서 발생한 지진의 규모를 결정할 때에는, 지진기록의 지속시간(signal duration)을 이용하거나 최대 수평 성분을 이용한다. 현재 기상청(Korea Meteorological Administraion ; KMA)에서는 최대 수평 성분을 이용하여 규모를 결정하는 방법으로 다음 식을 사용한다(김상조 외, 1983).
여기서, Δ는 진앙거리(km)이며, A는 지진계에 기록된 진폭(μm)으로서 NS와 EW를 각각 동서방향 및 남북방향의 최대 속도 성분이라고 할 때, 그 두 성분의 벡터합이다.
이는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이는 일본의 Tsuboi가 제안한 규모식으로서 일본 기상청에서 사용하고 있는 대표적인 규모 결정식 중의 하나이다.
진도(Seismic intensity)
진도는 어떤 장소에 나타난 지진동의 세기를 사람의 느낌이나 주변의 물체 또는 구조물의 흔들림 정도를 수치로 표현한 것으로 정해진 설문을 기준으로 계급화한 척도이다. 그렇지만 지금은 계측기에 의해서 직접 관측한 값을 진도 값으로 채용하는 경우도 많다. 진도는 지진의 규모와 진앙거리, 진원깊이에 따라 크게 좌우될 뿐만 아니라 그 지역의 지질구조와 구조물의 형태 및 인원현황에 따라 달리 평가될 수 있다. 따라서 규모와 진도는 1대1 대응이 성립하지 않으며 하나의 지진에 대하여 여러 지역에서의 규모는 동일수치이나 진도 계급은 달라질 수 있다. 진도는 계급값을 쓰는 대신 가속도단위(cm/sec²)로 나타내기도 하고, 중력가속도 1g=980cm/sec²를 사용하기도 한다. 또, cm/sec²는 gal로 표시하며 1g=980gal이라고도 쓴다. 진도는 어떤 장소에 나타난 지진동의 세기를 사람의 느낌이나 주변의 물체 또는 구조물의 흔들림 정도를 수치로 표현한 것으로 정해진 설문을 기준으로 계급화한 척도이다. 진도는 지진의 규모와 진앙거리 그리고 진원깊이에 따라 크게 좌우되며 뿐더러 그 지역의 지질구조와 구조물의 형태 및 인구현황에 따라 달리 평가될 수 있다. 따라서 진도계급은 세계적으로 통일되어 있지 않으며 나라마다 실정에 맞는 척도를 채택하고 있다.
기상청은 일본 기상청계급(JMA Scale : 1949)을 사용한다(참고사항 : 표 4.1,2,3 참조). JMA scale이 8계급을 갖는 반면, 미국에서 시작되어 여러 나라가 사용하는 MM scale (Modified Mercalli scale : 1931, 1956)과 진도계급의 국제적 통일을 시도한 MSK scale(Medvedev, Spouheur, Karnik : 1963)은 12계급을 갖는다.
| 계급 | 명칭 | 가속도 (gal) |
해 설 | 참고사항 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 무감 | 0.8 이하 | 사람은 느낄 수 없고 지진계에만 기록될 정도의 지진 | 매달린 물체의 흔들림이 다소 보이거나 그 소리는 들려도 몸으로 느낄 수 없다면 무감이다. |
| Ⅰ | 미진 | 0.8∼2.5 | 정지하고 있는 사람, 특히 지진에 민감한 사람만이 느낄 정도의 지진 | 조용한 경우 약간 느끼나 그 시간이 길지 않고, 서있는 경우 못느끼는 수가 많다. |
| Ⅱ | 경진 | 2.5∼8 | 모든 사람이 느낄 정도로서 창문이 다소 흔들리는 정도의 지진 | 매달린 물체의 흔들림을 알 수 있고 서있는 경우 다소 느끼나 움직일 경우에는 전혀 느끼지 못한다. 자고 있는 사람이 잠을 깨는 수가 많다. |
| Ⅲ | 약진 | 25∼80 | 가옥이 흔들리고 창문이 달그닥 소리를 내며 형광등과 같이 매달린 물체가 크게 흔들린다. 그릇의 물이 출렁임을 알 수 있는 정도의 지진 | 약간 놀랄 정도로 느끼며, 자고 있는 사람이 깨지만, 밖으로 뛰어나가지는 않으며, 공포감도 갖지 않는다. 밖에 있는 사람도 많이 느끼나 걷고 있는 경우 느끼지 못하는 경우도 있다. |
| Ⅳ | 중진 | 25∼80 | 가옥의 동요가 심하고 불안하게 놓인 꽃병 등이 넘어지며 그릇의 물이 넘친다. 걷고 있는 사람이 느끼며 많은 사람이 집밖으로 뛰어나올 정도의 지진 | 자고 있는 사람이 놀라 뛰쳐 일어나며 공포감을 갖는다. 전봇대, 나무 등의 흔들림을 알 수 있다. 일반 가옥의 기왓장이 어긋나는 수는 있어도 피해는 없다. |
| Ⅴ | 강진 | 80∼250 | 벽에 금이가고 비석이 넘어지며 굴뚝, 돌담, 축대 등이 파손되는 정도의 지진 | 서있기가 매우 어렵다. 일반 가옥에 약간의 피해가 생기기 시작한다. 연약한 지반(지면)은 금이 가거나 다소 부서져 나간다. 불안하게 놓인 가구는 넘어진다. |
| Ⅵ | 열진 | 250∼400 | 가옥의 파괴가 30%이하로서 산사태가 일어나고 땅에 금이가며 대부분의 사람들이 서있을 수 없는 정도의 지진 | 도움 없이는 걸을 수 없다. |
| Ⅶ | 격진 | 400이상 | 가옥의 파괴가 30%이상에 달하며 산사태, 땅의 갈라짐 또는 단층이 생긴다. | 없 음 |
- 본 진도계급은 일본기상청(JMA)이 1949년에 제정하여 사용하였던 것임.
- 1gal = 1cm/sec2
| 진도 | 인 간 | 건물내 상황 | 건물밖 상황 | 목조건물 | 철근콘크리트 | 라이프라인 | 지반,경사 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 감지불가 | ||||||
| 1 | 옥내일부감지 | ||||||
| 2 | 옥내다수감지일부 잠깸 | 걸린물체조금 흔들림 | |||||
| 3 | 옥내거의감지일부공포느낌 | 찬장 식기류 소리냄 | 전선 조금 흔들림 | ||||
| 4 | 많은사람 공포느낌, 일부신체안전 도모, 대부분 잠깸 | 걸린물체 크게 흔들림, 찬장식기류소리냄. 불안정한 물건 넘어지기도 함. | 전선 크게 흔들림, 걷는 자·운전자 감지 가능 | ||||
| 5약 | 대부분 신체안전 도모, 일부 행동에 지장 | 걸린물체 심히 흔들림,찬장식기류,서가책떨어짐,불안정물건다수넘어짐 | 유리창 파손, 전주 흔들림 감지,약한 블록벽붕괴, 도로 피해 | 내진성 낮은 주택 벽, 기둥 파손 | 내진성 낮은 건물 벽등에 균열 생김 | 안전장치동작, 가스차단가정, 일부수도관 피해·단수[정전가정 있음] | 약한지반 균열 발생, 산 낙석, 약한 붕괴 가능 |
| 5강 | 심한 공포감 느낌, 많은 사람 행동에 지장 | 찬창 식기류·서가 책, 텔레비전 등이 떨어짐, 장롱등 넘어짐, 문 안열림 | 약한블록벽·고정안된 자동판매기·묘비많이넘어짐운전곤란, 정지자동차많음 | 내진성 낮은 주택 벽, 기둥 상당수 파손되고 기움 | 내진성 낮은 건물벽, 대들보,기둥 큰균열,내진성 높은벽 균열 | 가스, 주요 수도관에 피해 발생 [일부 지역 가스, 수도공급 정지] | |
| 6약 | 서있는 것이 곤란함 | 고정안된 가구 많이 이동·넘어짐. 안열린 문이 많음 | 상당수 건물 벽타일·유리창 파손 | 내진성 낮은 주택무너짐, 내진성높은 벽, 기둥 파손 | 내진성 낮은건물벽, 기둥파손,내진성 높은벽, 대들보,기둥에 큰 균열 | 가스, 주요 수도관에 피해 발생 [일부 지역 가스, 수도공급 정지, 정전] | 땅이 갈라짐, 산 붕괴가능 |
| 6강 | 서있을 수 없고, 엎드려 움직임 | 고정안된 가구 대부분이동·넘어짐, 문이 떨어지는 일이 있음 | 많은 건물 벽타일·유리창 파손,약한 블록벽 대부분 붕괴 | 내진성 낮은 주택많이무너짐,내진성 높은벽,기둥 상당수파손 | 내진성 낮은 건물도괴가능 내진성높은벽,기둥 상당수파괴 | 지역가스,수도 배수시설피해 [일부정전, 광역 가스, 수도공급 정지] | |
| 7 | 자기 의지대로 행동불가 | 대부분의 가구 크게 이동·튀어오르는 일이있음 | 대부분 건물 벽타일·유리창파손, 약한 블록벽 파손 | 내진성 높은 주택 기울거나 크게 파괴 | 내진성 높은 건물 기울거나 크게 파손됨 | [넓은 지역 전기, 가스, 수도공급 정지] | 땅 크게 갈라짐, 산붕괴, 지형변함 |
- Lifeline의 [ ] 내의 사항은 전기, 가스, 수도의 공급상황을 참고로 기재한 것임.
- 본 계급은 일본기상청(JMA)이 '95년 兵庫縣南部地震을 근거로 작성된 것이며 '96년부터 사용중인 것임.
| 평균속도(cm/sec) | 진도값과 설명 | 평균최대가속도(cm/sec²) (1g=980cm/sec²) |
|---|---|---|
| 1∼2 2∼5 5∼8 |
Ⅰ. 특별히 좋은 상태에서 극소수의 사람을 제외하고는 전혀 느낄 수 없다(Ⅰ.Rossi-Forel 등급). Ⅱ. 소수의 사람들, 특히 건물의 윗층에 있는 소수의 사람들에 의해서만 느낀다. 섬세하게 매달린 물체가 흔들린다.(Ⅰ에서 ⅡRossi-Forel 등급). Ⅲ. 실내에서 현저하게 느끼게 되는데 특히 건물의 위층에 있는 사람에게 더욱 그렇다. 그러나 많은 사람들은 그것이 지진이라고 인식하지 못한다. 정지하고 있는 차는 약간 흔들린다. 트럭이 지나가는 것과 같은 진동, 지속시간이 산출된다. (Ⅲ.Rossi-Forel 등급). Ⅳ. 지진동안 실내에 서있는 많은 사람들이 느낄 수 있으나 옥외에서는 거의 느낄 수 없다. 밤에는 잠을 깨운다. 그릇, 창문, 문등이 소란하며 벽이 갈라지는 소리를 낸다. 대형트럭 이 벽을 받는 느낌을 준다. 정지하고 있는 자동차가 뚜렷하게 움직인다(Ⅳ에서Ⅴ.Rossi-Forel 등급). Ⅴ. 거의 모든 사람들에 의해 느낀다. 많은 사람들이 잠을 깬다. 약간의 그릇과 창문등이 깨지고 어떤 곳에서는 플라스터에 금이 간다. 불안정한 물체는 뒤집어 진다. 나무, 전선주, 다른 높은 물체의 교란이 심하다. 추시계가 멈춘다 (Ⅴ에서Ⅳ.Rossi-Forel 등급). Ⅵ. 모든 사람들에 의해서 느낀다. 많은 사람들이 놀라서 밖으로 뛰어 나간다. 어떤 무거운 가구가 움직인다. 떨어진 플라스터와 피해를 입은 굴뚝이 약간 있다(Ⅵ에서Ⅶ.Rossi-Forel 등급). |
0.15g∼0.02g 0.03g∼0.04g 0.06g∼0.07g |
| 8∼12 20∼30 45∼55 60이상 |
Ⅶ. 모든 사람들이 밖으로 뛰어 나온다. 아주 잘 설계되었거나 건축된 건물에서는 피해가 무시될 수 있고, 보통 건축물에서는 약간의 피해가 있으며, 열등한 건축물에서는 아주 크게 피해를 입는다. 굴뚝이 무너지고 운전하고 있는 사람들이 느낄 수 있다.(Ⅷ.Rossi-Forel 등급). Ⅷ. 특별히 설계된 구조물에서는 약간 피해가 있고, 보통 건축물에서는 부분적인 붕괴(崩壞)와 더불어 상당한 피해를 일으키며, 열등한 건축물에서는 아주 심하게 피해를 준다. 창틀로부터 무너진 창벽, 굴뚝, 공장 재고품, 기둥, 기념비, 벽들이 무너진다. 무거운 가구가 뒤집어 진다. 모래와 진흙이 나온다. 우물수면의 변화가 있고 운전자가 방해를 받는다(Ⅷ에서Ⅸ.Rossi-Forel 등급). Ⅸ. 특별히 설계된 구조물에 상단한 피해를 준다. 잘 설계된 구조물은 기울어짐. 실제구조물에는 큰 피해를 주며, 부분적으로 붕괴를 한다. 건물은 기초에서 벗어난다. 따에는 금이 명백하게 간다. 지하파이프도 부러진다. (Ⅸ이상 Rossi-Forel 등급). Ⅹ. 잘 지어진 목조구조물이 파괴된다. 대개의 석조건물과 그구조물이 기초와 함께 무너진다. 땅에 심한 금이간다. 철도가 휘어진다. 산사태가 강뚝이나 경사면에서 생기며 모래와 진흙이 이동된다. 물이 튀어 나오며, 뚝을 넘어 쏟아진다. (Ⅹ. Rossi-Forel 등급). XI. 남아있는 석조구조물은 거의 없다. 다리가 부서지고 땅이 넓은 균열이 간다. 지하 파이프가 완전히 파괴된다. 연약한땅이 푹 꺼지고 지층이 어긋난다. 기차 선로가 심하게 휘어진다 XII. 전면적인 피해. 지표면에 파동이 보인다 시야와 수평면이 뒤틀린다. 물체가 하늘로 던져진다. |
0.10g∼0.15g 0.25g∼0.30g 0.50g∼0.55g 0.60g이상 |
잘못 사용되는 용어
- 국제적으로 '규모'는 소수 1위의 아라비아 숫자로 표기하고 '진도'는 정수단위의 로마 숫자로 표기하는 것이 관례이다. (ex. 규모 5.6, 진도 Ⅳ)
- '리히터지진계로 진도 5.6의 지진'은 틀린 표현이며 '리히터스케일 혹은 리히터 규모 5.6의 지진' 또는 단순히 '규모 5.6의 지진'라 표현해야 한다. (※ '리히터지진계'라는 기계는 존재하지 않는다.)
- '진도 5.6'은 틀린 표현이며 '규모 5.6'이라 표현하는 것이 옳은 표기법이다.
- '강도'라는 표현은 지진학에서 사용하지 않는 용어이다.