An Analysis of Anomalous Radon Variation Caused by M5.8 Gyeong-ju Earthquake

규모 5.8 경주 지진에 의한 토양 내 라돈농도의 이상변화 분석

The radon concentration in soil varies with environmental factors such as atmospheric temperature and pressure, rainfall and soil temperature. The effects of these factors, therefore, should be differentiate in order to analyzed the anomalous radon variation caused by earthquake events. For these reasons, a comparative analysis between the radon variations with environmental factors and the anomalous variations caused by Gyeong-ju earthquake occurred in September 12, 2016 has been conducted. Radon concentration in soil and environmental factors were continuously measured at a monitoring ste located in 58Km away from earthquake epicenter from January 01, 2014 to May 31, 2017. The co-relationships between radon concentration and environmental factors were analyzed. The seasonal average radon concentration(n) and the standard variation(${\rho}$) was calculated, and the regions of ${\pm}1{\rho}$ and ${\pm}2{\rho}$ deviations from seasonal average concentration were investigated to find the anomalous radon variation related to Gyeong-ju earthquake. Earthquake effectiveness and q-factor were also calculated. The radon concentration indicated the seasonal variation pattern, showing high in summer and low in winter. It increases with increasing air temperature and soil temperature, and has the positive co-relationships of $R^2=0.9136$ and $R^2=0.8496$, respectively. The radon concentration decreases with increasing atmospheric pressure, and has the negative co-relationships of $R^2=0.7825$. Four regions of ${\pm}2{\rho}$ deviation from average seasonal concentration (A1: 7/3~7/5, A2: 7/18, A3: 8/4~8/5, A4: 10/17~10/20) were detected before and after Gyeong-ju earthquake. A1, A2, A3 were determined as the anomalous radon variation caused by the earthquake from co-relationship analyses with environmental factors, earthquake effectiveness and q-factor. During the period of anomalous radon variation, correlation coefficients between radon concentration and environmental factors were significantly lowered compared to other periods such as air temperature ($R^2=0.2314$), soil temperature ($R^2=0.1138$) and atmospheric pressure ($R^2=0.0475$). Annual average radon concentration was also highest at 2016, the year of Gyeong-ju earthquake.

토양 내 라돈농도는 주변 환경요인들(대기온도, 대기압, 강수량, 토양온도)에 영향을 받는다. 따라서 지진에 의한 토양 내 라돈이상변화 현상을 분석하기 위해서 이들 요인에 의한 영향과 구분하여야 한다. 이번 연구에서는 환경요인에 의한 토양 내 라돈농도변화와 구분되는 2016년 9월 12일에 발생한 경주지진에 의한 라돈농도의 이상변화현상에 대하여 분석하였다. 진앙지로부터 58Km 떨어진 측정지점에서 2014년 1월 1일부터 2017년 5월 31일까지 토양 내 라돈농도와 환경요인들을 연속 측정하고, 환경요인들과의 상관성을 분석하였다. 경주 지진과 관련된 토양 내 라돈농도의 이상변화를 분석하기 위해, 계절평균농도(n)와 표준편차(${\rho}$)를 계산하고 $n{\pm}1{\rho}$와 $n{\pm}2{\rho}$의 범위를 벗어나는 구간을 분석하고 Earthquake effectiveness와 q-factor를 계산하였다. 토양 내 라돈농도는 여름철이 높고 겨울철이 낮은 계절변화 양상을 나타내었다. 대기온도와 토양의 온도는 높을수록 토양 내 라돈농도가 높아지는 양의 상관관계(각각 $R^2=0.9136$, $R^2=0.8496$)를 보였으며 대기압은 낮아질수록 토양 내 라돈농도가 높아지는 음의 상관관계($R^2=0.7825$)를 보였다. 경주 지진 전 후에 계절평균농도에서 $2{\rho}$범위를 벗어나는 토양 내 라돈농도의 이상변화현상은 A1(7/3~7/5), A2(7/18), A3(8/4~8/5), A4(10/17~10/20)의 4개 시점에 나타났다. 토양 내 라돈농도와 환경적 요인과의 상관관계와 Earthquake effectiveness와 q-factor를 적용하여 비교분석한 결과, A1, A2, A3 구간에서 나타난 라돈변화가 지진의 영향으로 나타난 이상변화일 것으로 판단된다. 라돈이상변화가 나타난 기간의 라돈농도와 환경요인과 상관계수(대기온도: $R^2=0.2314$, 토양온도: $R^2=0.1138$, 대기압: $R^2=0.0475$)는 다른 기간에 비교하여 매우 낮게 나타났다. 연도별 토양 내 라돈의 연평균농도를 비교한 결과, 경주지진이 발생한 2016년에 가장 높게 나타났다.