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초전단 지진

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지진학에서 초전단 지진 혹은 슈퍼시어 지진(Supershear earthquake)이란 단층 표면을 따라 이어지는 단층 파열의 전파가 지진파의 전파(S파) 속도보다 더 빠른 속도로 발생하는 지진을 의미한다. 이런 지진은 일종의 지질학적 소닉붐과 유사한 효과를 가져온다.[1]

단층파괴 전파 속도

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단층 표면을 따라 지진이 발생하면 단층 변위는 진원에서 시작되어 진원 바깥 외부로 전파된다. 일반적으로 2008년 쓰촨 대지진이나 2004년 인도양 지진해일과 같이 대규모 지진의 경우 진원이 미끄러진 전체 단층의 가장자리에 있으며 대부분 단층 파괴의 전파가 한쪽 방향을 향한다.[2] 과거엔 이론적으로 단층파괴 전파 속도의 상한을 레일리파의 속도와 비슷하며 S파의 약 0.92배라고 추정했다.[3] 하지만 일부 지진에서 P파와 S파 속도 사이에서 단층파괴가 전파되었을 것이라는 증거와 함께[4][5] 실험실에서 두 파의 속도 사이에서 단층파괴가 전파될 수 있을 가능성을 보여준 연구가 나왔다.[6][7] 체계적 분석에 따르면 초전단 지진을 일으키는 단층 파열은 대규모의 주향이동단층 지진에서 흔하게 발견된다.[8]

발생

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모드 I, 모드 II, 모드 III의 단층 파괴 유형.

주변 지각에 S파 속도보다 더 빠른 속도로 단층이 파괴되는 현상은 주향이동단층과 연관된 대지진에서 관측되었다. 주향이동단층에서는 단층파열이 주로 모드 II(평면) 전단 균열과 같이 파열되는 방향으로 전파된다. 이는 모드 III(반평면) 전단 균열과 같이 파열 전파의 주 방향이 변위와 수직인 수직단층과는 비교된다. 이론적으로는 모드 III 균열은 전단파 속도가 제한을 받지만 모드 II 균열은 S파와 P파 속도 사이로 전파될 수 있으며 이는 수직단층(정단층, 역단층)에서 왜 슈퍼시어 지진이 관측되지 않았는지를 보여준다.[9]

초전단 단층파열의 시작

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모드 II 단층파괴(주향이동단층 파열의 근사)의 경우에서 물리적 특성상 단층 파열 속도가 레일리파와 전단파 사이가 될 수 없다. 즉 단층 파열이 레일리파 속도에서 전단파의 속도로 가속할 수 없단 뜻이다. "버리지-앤드류 매커니즘"에서 초전단 단층파열은 초기 파열이 진행되는 끄트머리에서 강한 전단응력이 발달된 지역에서 "자식 파열"이 시작되며 발생한다. 높은 응력지대에서 난 추가 파열은 기존 파열과 이어지기 전에 처음부터 초전단 속도로 파열이 전파될 수 있다.[10] 광탄성 소재 판을 이용한 실험적인 초전단성 단층 파열 실험에서는 잘 알려진 버리지-앤드류 매커니즘과 일치하는 방향으로 단층 파열 속도가 레일리파 속도 이하에서 전단파 이상으로 가속됨을 보였다.[11]

지질학적 영향

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초전단 단층파열의 영향을 받는 단층 인근에서 변형률이 높게 측정되는 것은 일종의 분쇄된 암석 형성으로 설명한다. 여기서 분쇄된 암석에는 암석이 입자크기보다 더 작은 규모로 미세균열이 발달하는 일도 포함하며 대부분의 단층대에서 발견되는 일반적인 균열과 파쇄암과는 달리 결 구조는 그대로 유지된다.

예시

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직접 관측

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추정

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같이 보기

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각주

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  1. ↑ Levy D. (2005년 12월 2일). “A century after the 1906 earthquake, geophysicists revisit 'The Big One' and come up with a new model”. 《Press release》. Stanford University. 2008년 1월 29일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2022년 8월 4일에 확인함. 
  2. ↑ McGuire J.J., Zhao L. & Jordan T.H. (2002). “Predominance of Unilateral Rupture for a Global Catalog of Large Earthquakes” (PDF). 《Bulletin of the Seismological Society of America》 92 (8): 3309–3317. doi:10.1785/0120010293. 2016년 7월 1일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2022년 8월 4일에 확인함. 
  3. ↑ Broberg K.B (1996). “How fast can a crack go?”. 《Materials Science》 32: 80–86. doi:10.1007/BF02538928. S2CID 120086779. 
  4. ↑ 가 나 Archuleta,R.J. 1984. A faulting model for the 1979 Imperial Valley earthquake 보관됨 2013-01-12 - archive.today, J. Geophys. Res., 89, 4559–4585.
  5. ↑ Ellsworth,W.L. & Celebi,M. 1999. Near Field Displacement Time Histories of the M 7.4 Kocaeli (Izimit), Turkey, Earthquake of August 17, 1999, Am. Geophys. Union, Fall Meeting Suppl. 80, F648.
  6. ↑ Okubo P.G. (1989). “Dynamic rupture modeling with laboratory-derived constitutive relations”. 《Journal of Geophysical Research》 94 (B9): 12321–12335. Bibcode:1989JGR....9412321O. doi:10.1029/JB094iB09p12321. 
  7. ↑ Rosakis A.J.; Samudrala O.; Coker D. (1999). “Cracks Faster than the Shear Wave Speed”. 《Science》 284 (5418): 1337–1340. Bibcode:1999Sci...284.1337R. doi:10.1126/science.284.5418.1337. PMID 10334984. S2CID 29883938. 
  8. ↑ Wang, Dun; Mori, Jim; Koketsu, Kazuki (2016년 4월 15일). “Fast rupture propagation for large strike-slip earthquakes”. 《Earth and Planetary Science Letters》 (영어) 440: 115–126. Bibcode:2016E&PSL.440..115W. doi:10.1016/j.epsl.2016.02.022. ISSN 0012-821X. 
  9. ↑ Scholz, Christopher H. (2002). 《The mechanics of earthquakes and faulting》. Cambridge University Press. 471쪽. ISBN 978-0-521-65540-8. 
  10. ↑ Rosakis, A.J.; Xia, K.; Lykotrafitis, G.; Kanamori, H. (2009). 〈Dynamic Shear Rupture in Frictional Interfaces: Speed, Directionality and Modes〉. Kanamori H. & Schubert G. 《Earthquake Seismology》. Treatise on Geophysics 4. Elsevier. 11–20쪽. doi:10.1016/B978-0-444-53802-4.00072-5. ISBN 9780444534637. 
  11. ↑ Xia, K.; Rosakis, A.J.; Kanamori, H. (2005). “Supershear and sub-Rayleigh to Supershear transition observed in laboratory earthquake experiments” (PDF). 《Experimental Techniques》. 2011년 4월 1일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2012년 4월 28일에 확인함. 
  12. ↑ 가 나 [1] Archived 2006년 2월 14일 - 웨이백 머신 Bouchon, M., M.-P. Bouin, H. Karabulut, M. N. Toksöz, M. Dietrich, and A. J. Rosakis (2001), How Fast is Rupture During an Earthquake ? New Insights from the 1999 Turkey Earthquakes, Geophys. Res. Lett., 28(14), 2723–2726.]
  13. ↑ Bouchon M.; Vallee M. (2003). “Observation of Long Supershear Rupture During the Magnitude 8.1 Kunlunshan Earthquake”. 《Science》 301 (5634): 824–826. Bibcode:2003Sci...301..824B. doi:10.1126/science.1086832. PMID 12907799. S2CID 26437293. 
  14. ↑ 가 나 Walker, K.T.; Shearer P.M. (2009). “Illuminating the near-sonic rupture velocities of the intracontinental Kokoxili Mw 7.8 and Denali fault Mw 7.9 strike-slip earthquakes with global P wave back projection imaging” (PDF). 《Journal of Geophysical Research》 114 (B02304): B02304. Bibcode:2009JGRB..114.2304W. doi:10.1029/2008JB005738. 2016년 3월 4일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2011년 5월 1일에 확인함. 
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  16. ↑ Zhu, ShouBiao; YUAN, Jie (2018년 5월 5일). “Physical mechanism for extremely serious seismic damage in the Beichuan area caused by the great 2008 Wenchuan earthquake”. 《Chinese Journal of Geophysics》 (중국어) 61 (5): 1863–1873. doi:10.6038/cjg2018M0111. 
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  18. ↑ Wang D., Mori J. Uchide T. (2012). “Supershear rupture on multiple faults for the Mw 8.6 Off Northern Sumatra, Indonesia earthquake of April 11, 2012”. 《Geophysical Research Letters》 39 (21): L21307. Bibcode:2012GeoRL..3921307W. doi:10.1029/2012GL053622. 
  19. ↑ Yue H., Lay T. Freymuller J.; 외. (2013). “Supershear rupture of the 5 January 2013 Craig, Alaska (Mw 7.5) earthquake”. 《Journal of Geophysical Research》 108 (11): 5903–5919. Bibcode:2013JGRB..118.5903Y. doi:10.1002/2013JB010594. S2CID 3754158. 
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  31. ↑ Song,S. Beroza,G.C. & Segall,P. 2005. Evidence for supershear rupture during the 1906 San Francisco earthquake. Eos.Trans.AGU, 86(52), Fall Meet.Suppl., Abstract S12A-05
  32. ↑ Zhongwen Zhan; Peter M. Shearer; Hiroo Kanamori (2015). “Supershear rupture in the 24 May 2013 Mw 6.7 Okhotsk deep earthquake: Additional evidence from regional seismic stations”. 《Geophysical Research Letters》 42 (19): 7941–7948. Bibcode:2015GeoRL..42.7941Z. doi:10.1002/2015GL065446. S2CID 26550100. 2023년 4월 25일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2023년 9월 15일에 확인함. 
  33. ↑ “M 7.2 - 16 km WSW of Uglegorsk, Russia”. 《earthquake.usgs.gov》. 2021년 8월 20일에 확인함. 
  34. ↑ “Researchers find evidence of super-fast deep earthquake”. Phys.org. 2014년 7월 10일. 2014년 7월 10일에 확인함. 

외부 링크

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