[논문 리뷰] "Short-term time prediction" of large EQs by the use of "Large Scale Piezoelectricity" generated by the focal areas loaded with excess stress load

C. Thanassoulas|ArXiv.org|2008. 06. 02.

Advanced MEMS and NEMS Technologies참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 파손 직전에 압축된 집중된 영역에서 발생하는 대규모 압전 신호를 탐지하여 대규모 지진의 단기 예측 방법을 제안한다. 표면 전극을 통해 전기 잠재 에너지 기울기의 시간 도함수를 측정하고 암석 파손 역학을 적용하여 그리스와 터키의 네 개의 주요 지진에 대해 지진 발생 시간을 높은 정확도로 예측함으로써 모델의 예측 능력을 검증한다.

ABSTRACT

In this work, it is demonstrated that the Earth's preseismic electric field, which is registered by a pair of electrodes in contact to the ground surface at certain distance from the epicentral area, corresponds to the gradient of the total field generated in the focal area as a function of time and distance from it. The original form of the generated preseismic field follows closely the theoretical piezoelectric potential form. The later is obtained after integration in time of the original registered potential grad data values. Consequently, the time of occurrence of the imminent earthquake (collapsing of the rock formation) is estimated by the classical laws of rock fracturing based on theoretical Rock Mechanics. The methodology has been tested on the grad potential data, registered in Greece, before four large EQs which took place in the regional area as follows: Izmit, Turkey EQ (M = 7.8R, 17th August, 1999), Milos, Greece EQ (M = 5.6R, 21st May, 2002), Kythira Greece EQ (M = 6.9R, 8th January, 2006) and Methoni, Greece EQ (M = 6.7R, 14th February, 2008). The obtained results prove the validity of the postulated methodology.

연구 동기 및 목표

• 지진 전 전기 신호를 이용하여 대규모 지진의 단기 예측 방법을 개발하기.
• 압축된 암석 구조에서 발생하는 대규모 압전 효과가 지진 파손의 신뢰할 수 있는 전조 신호로 기능할 수 있는지 조사하기.
• 측정된 전기 잠재 에너지 기울기의 시간 도함수가 곧 다가올 암석 파손과 상관이 있는지 검증하기.
• 관측된 압전 잠재 에너지 변화에 기반하여 고전적 암석 파손 역학 법칙을 적용하여 파손 시점을 추정하기.
• 동남유럽 지역의 네 건의 역사적 주요 지진에 대한 실증 데이터를 바탕으로 예측 모델을 검증하기.

제안 방법

• 지진의 진앙지에서 떨어진 거리에 전극 쌍을 설치하여 지표면에서 지진 전 전기 잠재 에너지 기울기를 측정하기.
• 이론적으로 압축에 의해 유도된 압전 전하 생성 속도를 반영한다고 보고된 전기 잠재 에너지 신호의 시간 도함수(기울기)를 기록하기.
• 관측된 전기 잠재 에너지 기울기를 시간과 거리의 함수로 모델링하며, 이가 압축 하중에 의해 유도된 압전 잠재 에너지의 이론적 형태를 따르는 것으로 가정하기.
• 측정된 전기 잠재 에너지 기울기 데이터를 시간에 따라 통합하여 총 압전 잠재 에너지를 재구성하고 이론적 기대치와 일치시키기.
• 재구성된 압전 잠재 에너지 데이터를 기반으로 고전적 암석 파손 역학 원리를 적용하여 파손 시점을 추정하기.
• 예측된 파손 시점과 실제로 발생한 주요 지진의 시점을 비교하여 예측 성능 검증하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 압축된 암석 구조에서 발생하는 대규모 압전 신호가 대규모 지진의 신뢰할 수 있는 전조 신호로 사용될 수 있는가?
• RQ2 측정된 지진 전 전기 잠재 에너지 기울기의 시간 도함수가 고려 중인 단층의 파손 시점과 상관이 있는가?
• RQ3 재구성된 압전 잠재 에너지가 암석 역학 및 압전성 원리로부터 유도된 이론 예측과 어느 정도 일치하는가?
• RQ4 관측된 압전 잠재 에너지 데이터에 고전적 암석 파손 역학 원리를 적용했을 때 파손 시점 예측이 정확한가?
• RQ5 제안된 방법이 실제 주요 지진의 발생 시점을 얼마나 잘 예측하는가?

주요 결과

• 지표면에서 측정한 지진 전 전기장은 집중된 영역에서 압축 하중에 의해 유도된 압전 잠재 에너지의 이론적 형태와 밀접하게 일치한다.
• 측정된 전기 잠재 에너지 기울기의 시간 도함수는 압전 잠재 에너지의 이론적 변화율과 일치하여 신호의 물리적 기반을 확인한다.
• 시간에 따라 전기 잠재 에너지 기울기 데이터를 통합하여 재구성한 총 압전 잠재 에너지는 이론적 기대치와 일치한다.
• 재구성된 잠재 에너지 데이터를 기반으로 암석 파손 역학 원리를 적용하여 추정한 파손 시점은 실제 지진 발생 시점과 매우 유사하다.
• 이 방법은 네 건의 주요 지진인 이즈미트(M=7.8), 밀로스(M=5.6), 키티라(M=6.9), 메토니(M=6.7)의 시점을 고도로 정확하게 예측하였다.
• 결과는 대규모 압전성을 단기 지진 예측의 물리적 메커니즘으로 사용할 수 있음을 입증한다.