Moho Discontinuity Studies Beneath the Broadband Stations Using Receiver Functions in South Korea

수신함수를 이용한 남한의 광대역 관측망 하부의 Moho 불연속면 연구

We investigate the vertical velocity models beneath the newly installed broadband seismic network of KMA (Korea Meteorological Administration) by using receiver function inversion technique. The seismic phases are primarily P-to-S conversions and reverberations generated at the two highest impedance interfaces like the Moho (crust-mantle boundary) and the sediment-basement contact. We obtained the teleseismic P-wave receiver functions, which were derived from teleseismic records of Seoul (SEO), Inchon (INCN), Tejeon (TEJ) , Sosan (SOS/SES), Kangnung (KAN), Ulchin (ULC/ULJ), Taegu (TAG), Pusan (PUS), and Ullung-do (ULL) stations. For Kwangju (KWA/KWJ) and Chunchon (CHU) stations, the Moho conversion Ps arrivals and waveforms of radial receiver functions are azimuthally inconsistent and unclear. From the receiver function inversion result, we found that crustal thickness is 29 km at INCN, SEO, and SOS (SES) stations, 28 km at KAN station in the Kyonggi Massif, 32 km at TEJ station in Okchon Folded Belt, 34 km at TAG, 33 km at PUS station in the Kyongsang Basin, 32 km at KWJ station (readjusted station by prior KWA station) included in the Youngdong-Kwangju Depression Zone, 28 km at ULC station in the eastern margin of the Ryongnam Massif, and 17 km at ULL station in the Ullung Island of the East Sea, respectively. The Moho configuration of INCN, SOS, KWJ, and KAN stations show a laminated smooth transition zone with a 3-5 km thick. The upper crusts(${\sim}5km$) of KAN, ULC, and PUS stations show complex structures with a high velocity. The unusually thick crusts are found at the TAG and PUS stations in the Kyongsang Basin compared to the thin (29-32 km) crust of the western part (INCN, SEO, SOS, TEJ, and KWA stations) The crustal thickness beneath Ullung Island (ULL station) shows the suboceanic crust with about 17 km thickness and complex with a high velocity layer of the upper crust, and the amplitudes of Incoming Ps waves from the western direction are relatively large compared to those from othor directions.

본 연구는 수신함수 역산 기법을 이용하여 새로 설치된 한국기상청(KMA)의 광대역 지진 관측망 하부의 수직 속도모델을 찾는 것이다. 본 연구에서는 Moho(지각-맨틀 경계) 불연속면과 퇴적층-기반암의 접촉면과 같은 임피던스 차가 큰 두 지층사이에서 발생되는 P파에서 S파로 전환파인 Ps 및 다중 반사파 위상들을 이용한다. 원격지진자료는 서울(SEO), 인천(INCN), 대전(TEJ), 서산(SOS/SES), 강릉(KAN), 울진(ULC/ULJ), 대구(TAG), 부산(PUS), 그리고 울릉도(ULL) 관측소의 원격지진 P파 파형자료를 이용하였다. 광주와 춘천 관측소에서는 Moho 전환파인 Ps 도착시간과 Radial 성분 수신함수 파형이 후방위각에 따라 일치하지 않고 파형도 명확하지 않음이 발견되었다. 수신함수 역산결과 지각두께는 경기육괴에 속해있는 인천, 서울, 서산관측소에서는 29 km, 강릉(KAN) 관측소에서는 28 km, 옥천습곡대에 속해있는 대전(TEJ) 관측소에서는 32 km, 경상분지에 속해있는 대구(TAG) 관측소에서 34 km, 부산(PUS) 관측소에서는 33 km, 영동-광주 함몰지대인 광주(KWJ) 관측소에서 32 km, 영남육괴의 동쪽 경계에 위치한 울진관측소에서는 28 km, 그리고 동해의 울릉도의 울릉도관측소에서는 17 km로 각각 나타났다. 인천, 서산, 광주 그리고 강릉 관측소의 Moho 불연속면의 속도구조 양상은 약 $3{\sim}5km$ 두께의 완만한 속도 전이대를 갖는 것으로 나타났다. 강릉, 울진, 부산 관측소의 상부지각(${\sim}5km$)은 고속도의 복잡한 지각구조를 보이고 있다. 경상분지에 속해있는 대구(TAG)와 부산(PUS) 관측소에서는 한반도 서부 지역 (INCN, SEO, SOS, TEJ, KWA 관측소)의 얇은($29{\sim}32km$) 지각 두께에 비해 매우 두꺼운 지각 두께를 갖는 것으로 나타났다. 울릉도(ULL) 관측소하부의 지각 두께는 17 km인 준해양성(suboceanic) 지각으로 상부지각에서 고속도를 나타내는 복잡한 속도 구조를 보이며, 서쪽 방향에서 들어오는 Ps파형의 진폭은 다른 방향에서 입사하는 파형의 진폭에 비해 상대적으로 큰 것으로 확인되었다.