Characterization of microseismic sources in the Kiskatinaw area, British Columbia, Canada = 캐나다 브리티시 컬럼비아 키스카티노 지역의 미소지진 특성 분석

국문 초록 (Abstract)

캐나다 브리티시 컬럼비아(British Columbia)에서 서스캐처원(Saskatchewan)에 이르 는 Western Canada Sedimentary Basin (WCSB)에서는 2000년대 초반 이후 비 전통 자원 개발로 인한 유체 주입으로 많은 수의 유발 지진과 지연되어 발생하는 촉발 지진이 발생하고 있다. 이들 지진의 진원 분포는 균열 대의 특성과 자원 및 주입된 유체의 이동에 대해 중요한 정보를 제공하며, 지속적인 미소지진 모니터링은 지진 재해 경감을 위해 필수적이다. 브리티시 컬럼비아주 북동부에 위치한 키스카티노 (Kiskatinaw) 지역의 미소지진 모니터링을 위해 British Columbia Oil and Gas Commission (BCOGC)에서는 2018년 Kiskatinaw Seismic Monitoring and Mitigation Area (KSMMA)를 지정하고 GSC-BCOGC Induced Seismicity Study (1E) 지진관측망 을 설치하였다. 대한민국의 국립부경대학교, 서울대학교, 고려대학교와 캐나다의 캘 거리대학교 및 Nanometrics 사의 연합으로 2020년 1월부터 Earth-System Observing Network – Réseau d’Observation du Système terrestrE dense array network (EON-ROSE; 1E) 을 설치하였으며, 같은 해 5월부터 지진기록을 사용할 수 있다. 지진을 분석하기 위해 연속 시계열 지진기록의 단기 대 장기 평균 비(short-term to long-term average; STA/LTA) 방법과 첨도(kurtosis) 방법을 이용하여 지진파 위상을 자동 검출하고, 각 지진 관측소에서 검출된 P파와 S파의 도달 시간 정보를 기반으 로 지진 발생 시각 및 위치 자동 연관(assoication) 방법을 사용하여 지진을 검출하 였다. 검출된 지진의 진원 요소는 HYPOINVERSE-2000 (Klein, 2002)과 hypoDD (Waldhauser, 2001) 위치결정 알고리듬, 그리고 BCOGC에서 제공하는 KSMMA의 1 차원 속도 구조를 이용하여 결정하였다. 진원 요소가 결정된 지진은 추가 지진 검출을 위한 템플릿 매칭 방법의 템플릿 이벤트로 사용되었다. 진앙 분포는 유체 주입공 주변에 밀집되어 있으며, 진원 깊이는 약 2 km 부근에 집중된다. P 파 초동 을 이용하여 결정한 지진의 단층면해는 대부분 주향이동단층성 운동을 가진 것으로 나타났다. 단층면해의 압력축(P-axis) 방향은 0-30°에 분포하며 이는 KSMMA 지역에 알려진 수평 최대 주응력(SHmax)으로부터 약 20° 반시계 방향 회전한 것으로 확인하였다. 특히 2020년 COVID-19 로 인해 유체 주입이 중단된 기간에 발생한 자연지진의 단층면해 중 일부는 연구 지역에서 결정된 다른 단층면해의 압력축 방향과 비교해 약 90° 반시계 방향으로 회전한 결과를 보인다. 또한, KSMMA에 적 합한 지진의 지역규모식과 관측소 보정항을 새롭게 개발하였다. 이 규모식은 사용 한 전체 지진기록의 진원 거리에 대해 잔차가 0에 수렴하며, 관측소 보정항을 적용한 결과의 잔차가 더 적게 산정된다. 이 연구보다 광역을 대상으로 개발된 선행 연구의 규모식보다 규모가 평균 0.3 정도 낮게 산정되는 반면, KSMMA에 한정한 지 진의 규모 계산의 정확도는 더 높다. 따라서 KSMMA의 지진 활동 특성을 파악하는 과정에서의 불확실성을 저감하여, 이 지역의 자원 개발을 위한 인위적인 활동으로 인해 변화된 지진재해도의 평가에 기여할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1
• II. Data 4
• Ⅲ. Method 10
• 3.1 Earthquake detection 10
• 3.2 Earthquake location 21
• 3.3 Focal mechanisms 29
• 3.4 Development of new local magnitude scale 32
• Ⅳ. Results 36
• 4.1 Earthquake detection 36
• 4.2 Earthquake location 37
• 4.3 Focal mechanisms 53
• 4.4 Development of new local magnitude scale 56
• Ⅴ. Discussions 65
• 5.1 Earthquake location and focal mechanisms 65
• 5.2 Development of a new local magnitude scale 73
• Ⅴ. Conclusion 83
• References 85
• Appendix 90