천안함 지진파 P/S파 에너지 비율은 수중폭발을 부정한다

 

 

 

 

 천안함 지진파 P/S파 에너지 비율은 수중폭발을 부정한다

                                                                  (서프라이즈 / 철이21 / 2012-08-12)

홍태경 교수가 천암함 사고 때 발생한 지진파를 분석한 논문을 발표했다. 2011년 8월 미국지진학회지(BSSA, Bulletin of the Seismological Society of America)에 실은 논문에서 천안함 침몰 원인이 폭발이라고 주장했다. 필자는 전 글 '[천안함 지진파] 홍태경과 배명진의 기본주파수 '에서 홍태경 교수 논문의 문제점을 지적했다.

지진파 자료에 기록된 기본주파수를 홍태경 교수는 수심을 계산하는 데 사용했지만 배명진 교수는 천안함 길이를 구하는 데 사용했다. 배명진 교수는 천안함 길이 88m의 고유진동음 전에 버블 폭발로 볼 수 있는 파장이 지진계에 잡히지 않았으므로 직격어뢰로 판단했지만 필자는 암초 충돌 경우도 전조현상 없이 천안함의 고유진동음이 관측되므로 천안함은 암초 충돌로 두 동강 났다고 판단한다.

이번 글은 홍태경 교수의 논문을 검증하는 두 번째 시도다. 홍태경 교수 논문에 P파와 S파의 에너지 비율을 분석해 사고 원인을 분석한 내용이 있다. 천안함 사고로 발생한 지진파의 P파와 S파를 분석하면 지진 원인을 판별할 수 있다.

[2010년 4월 1일 유용규(박사/기상청 지진감시과)] : 이것은 울산에서 발생한 자연지진입니다. 이와 같이 자연지진은 P파와 S파하고 구분이 명확해야 합니다. 또 울산에서 관측된 거구요. 이건 대구 관측소에서 관측됐는데... 이번에 3월 26일 백령도 관측소에서 관측된 파형이 이와 같습니다. 전형적으로 자연지진하고 비교되면서 P파가 나타나고 S파는 보이지 않는 파형입니다. 이와 같은 경우는 어떤 충격에 의해서 발생하는 파형의 전형적인 예가 되겠습니다.

 

[2010년 4월 2일 MBN] 그렇다면 이번 지진파의 원인은 뭘까. 지진은 눈에 안 보이는 일종의 물결 형태로 힘이 퍼지면서 나타나는 현상인데, 자연지진에서 활발하게 나타나는 'S파'가 미약한 점을 주목할 필요가 있습니다. 이 때문에 사고 직후 제기됐던 암초 충돌설과 함께 수중 폭발 가능성이 주목받고 있습니다. ▶ 인터뷰(☎) : 홍태경 / 연세대 지구시스템과학과 교수 - "P파가 강하다는 의미는 수중에서 발파가 있었을 때 일어나는 현상과 유사합니다. 하지만, 여전히 암초에 부딪혔을 때, 경우에 따라 S파가 작게 나타날 수도 있기 때문에 암초에 의한 충돌도 배제할 수 없는 상황입니다." http://mbn.mk.co.kr/pages/news/newsView.php?news_seq_no=496510&category=mbn00000

천안함 사고 때 관측된 지진파에 대해 기상청 지진감시과 유용규 사무관은 자연지진과 달리 P파가 나타나고 S파는 보이지 않는 파형이라고 말했고, <4월 2일 MBN>도 자연지진에서 활발하게 나타나는 S파가 미약하고 P파가 강하게 관측됐기 때문에 수중폭발과 암초 충돌이 가능하다고 보도했다. 홍태경 교수는 MBN과의 인터뷰에서 천안함 지진파 파형이 수중폭발과 암초충돌이 모두 가능하다고 밝혔으나 논문에서는 수중폭발 때문이라고 단정한다.

홍태경 교수는 논문에서 지진파가 폭발로 발생한 것이라는 주요 근거로 P파와 S파의 에너지 비율을 들었다. 자연적으로 발생한 지진파와 지하에서 폭발 실험으로 발생한 지진파, 수중에서 폭발했을 때 발생하는 지진파에 차이가 있다. 자연지진과 지하폭발 지진, 수중폭발 지진의 지진파 자료로 천안함 사고로 발생한 지진파를 비교 분석하면 천안함 사고 원인을 추정할 수 있다.

The P/S amplitude ratios are determined to be 1.15–1.93 in vertical components, 0.63–1.18 in radial components, and 0.71–1.16 in tangential components (Fig. 2). For comparison, the P/S amplitude ratios of two nearby natural earthquakes are determined to be 0.49–0.70 in vertical components, 0.26–0.52 in radial components, and 0.18– 0.47 in tangential components (Fig. 3). I find that the P/S amplitude ratios of the earthquakes are much smaller than those of seismic waves originated from the vessel-sinking region. Note that underwater sources excite only the compressional waves, while faultings in solid media generate significant shear waves. Thus, shear waves are typically observed to be stronger than compressional waves in natural earthquakes, yielding low P/S amplitude ratios. (1559쪽) http://seismic.yonsei.ac.kr/paper/bssa2011.pdf

홍태경 교수는 천안함 사고로 발생한 지진과 백령도 근처에서 발생한 자연지진의 P/S파 진폭 비율을 비교했다. Figure 2.가 천안함 사고 때 관측된 지진파 기록이고 Figure 3.가 백령도 근처에서 발생한 자연지진 지진파 기록이다. 백령도·덕적도·강화도 관측소의 지진 기록 모두 P/S파 진폭 비율이 천안함 사고 때 관측된 지진파가 자연지진 지진파보다 크게 나왔다.

홍태경 교수는 지진파 분석으로 자연지진의 P/S파 진폭 비율이 천안함 침몰 지역에서 발생한 지진파의 P/S파 진폭 비율보다 훨씬 작다는 것을 알아 냈다. 그런데 이상한 논리를 전개한다. 수중폭발은 압축파(P파)만 자극하고 단층작용은 큰 전단파(S파)를 발생시킨다고 주장한다. 따라서 일반적으로 자연지진에서는 S파가 P파보다 강하게 관측되고, P/S파 진폭 비율도 낮다고 주장한다. 결국 천안함 지진파의 P/S파 진폭 비율이 자연지진의 P/S파 진폭 비율보다는 크기 때문에 자연지진은 아니고, 수중폭발 P/S파 진폭 비율과 비슷하기 때문에 천안함 사고 원인이 수중폭발이라는 논리다.

홍태경 교수는 수중폭발 시 P파만 자극한다고 주장했지만 정작 근거 자료는 제시하지 않았다. 수중폭발의 P/S파 진폭 비율이 천안함 사고로 발생한 지진파의 P/S파 진폭 비율과 유사한지 검증한다.

수중폭발 사례로 러시아 쿠르스크 잠수함의 폭발 사고가 있다. 러시아 핵잠수함 쿠르스크는 2000년 8월 12일 어뢰 폭발 사고로 바렌츠해 108m 해저에 침몰했다. 쿠르스크 잠수함 사고로 지진파가 발생했는데 지진파를 분석한 결과 사고 원인이 내부 폭발임이 밝혀졌다. 쿠르스크 잠수함 사고로 발생한 지진파는 수중폭발로 발생한 것이다. 쿠르스크 잠수함 수중폭발로 발생한 지진파를 분석한 논문이 있다.

In particular, application of a standard discrimination metric(Pn Sn at 5-7 Hz) to the KEV data indicates that at this station the Kursk event appears more earthquake-like than explosion-like(Figure3) (논문 2쪽)

☞ 사이트의 Publications을 클릭하면 Forensic seismology and the sinking of the Kursk 논문이 있음

Forensic seismology and the sinking of the Kursk 논문에 수중폭발과 지하폭발, 자연지진의 P/S파 에너지 비율을 비교한 자료가 있다. KEV관측소 자료에 P/S파 에너지 비율 그래프를 보면 쿠르스크 지진파는 자연지진의 P/S파 에너지 비율과 유사하고 지하 핵실험의 P/S파 에너지 비율보다는 작다. 홍 교수는 수중폭발 시 P파만 자극된다고 근거도 제시하지 않고 주장했으나 위 자료를 보면 수중폭발로 발생한 쿠르스크 지진파는 지하폭발과 비교해 이례적으로 큰 S파가 빌생했다.

천안함 사고로 발생한 지진파는 P파가 강하게 관측됐다. 홍태경 교수 논문과 기상청의 설명에 의하면 천안함 지진파는 자연지진과 달리 P가 강해 P/S파 에너지 비율이 자연지진보다 크다. 그런데 수중폭발의 경우는 P/S파 에너지 비율이 자연지진과 비슷하다. 그러므로 천안함은 수중폭발로 침몰한 것이 아니다. 지진파 자료로 천안함 어뢰피격설은 부정된다.

P/S파 에너지 비율 : 천안함 지진파, 지하폭발 > 수중폭발 ≒ 자연지진

P파가 S파 보다 강한 경우는 자연지진과 수중폭발이 아니다. 지하폭발의 경우 P파가 강하지만 천안함 사고와는 무관하다. 그러면 천안함 사고로 P파가 강하게 나타난 이유는 암초 충돌밖에 없다.

P파가 S파보다 강하다는 것은 어떤 의미일까? P파는 파의 진행방향에 평행하게 진동하는 종파이고 S파는 파의 진행방향에 수직으로 진동하는 횡파이다. 지하 깊은 곳에서 지진이 발생했다면 지표에서 진동은 여러 형태이겠지만, 지표에서 지진이 발생했고 거리도 10km 정도라면 P파는 지표에서 좌우로 흔들리고 S파는 상하로 흔들릴 것이다.

천안함이 암초와 충돌할 경우를 상정해 보자. 필자는 천안함이 암초와 충돌해 타고 넘어간 후 그 충격으로 곧바로 두 동강 났다고 주장해 왔다. 천안함이 수면 위를 기동하므로 암초와 충돌할 때 암초에 수평 방향의 힘이 가해진다. 천안함이 암초를 타고 넘어가므로 아래로 작용하는 힘도 있겠지만 수평 방향의 힘이 압도할 것이다. 이 지진이 백령도 지진 관측소에 P파 강하게 나타나는 파형으로 관측된 것으로 보인다.

기상청 유용규 사무관은 "천안함 사고로 발생한 지진은 전형적으로 자연지진하고 비교되면서 P파가 나타나고 S파는 보이지 않는 파형은 어떤 충격에 의해서 발생하는 파형의 전형적인 예가 된다"고 말했다. '전형적인 예'라는 표현은 P파가 강하게 나타나는 사례가 많이 있다는 뜻이다. 수중폭발이 전형적인 예라면 즉시 발표했을 것이다. 그러나 암초 충돌이 전형적인 예이기 때문에 '어떤 충격'이라고 에둘러 말한 것으로 보인다.