지진 규모와 진도

왜 배우는가: 지진의 규모와 진도는 같은 지진을 서로 다른 척도로 재는 개념이어서, 내진설계 입력 지진 정의와 피해 예측을 이해하려면 반드시 구분해야 한다. 기술사 시험에서는 1교시 용어 문제와 2~4교시 논술 문제로 반복해 출제되었다. 두 개념의 차이를 정확히 설명하는 능력이 채점의 기본이 된다.

출제 이력: 제109회 1교시 12번, 제68회 1교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의 문장: 규모는 지진이 방출한 에너지의 크기를 나타내는 지원 값이고, 진도는 특정 위치에서 지반이 흔들리는 세기를 나타내는 값이다.

핵심 키워드

• 규모(Magnitude): 震源에서 방출된 지진 에너지를 나타내는 단일 값
• 진도(Intensity): 지점별 지반 흔들림과 그 영향의 세기
• 리히터 규모(Richter magnitude, ML): 1935년 제시된 국지적 규모 척도
• 모멘트 규모(Moment magnitude, Mw): 지진 모멘트에 기초한 현재의 표준 규모
• 수정 메르칼리 진도(Modified Mercalli intensity, MMI): 관측 효과로 정하는 진도 척도
• 최대 지반 속도(PGV): 진도와 연관되는 지반 운동 지표
• 등진도선(isoseismal): 같은 진도 지점을 이은 선
• 진앙거리(Epicentral distance): 진앙에서 관측점까지의 수평 거리

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 규모는 '지진 자체가 얼마나 큰가'이고 진도는 '내가 서 있는 곳이 얼마나 흔들렸나'이다. 같은 지진이라도 장소에 따라 진도는 다르고 규모는 하나의 값이다.

정식 정의는 다음과 같다. 규모는 지진원에서 방출된 에너지와 대략 상관관계를 갖는 지진의 절대적 크기 추정치다. 진도는 주어진 위치에서 지반이 흔들린 정도 또는 그 흔들림이 구조물과 사람에게 끼친 효과를 나타내는 상대적 척도다.

규모의 핵심은 로그 척도다. 리히터 규모는 규모가 1 증가하면 지진파 진폭이 10배, 방출 에너지는 약 32배(10^1.5) 증가한다. 이 관계는 모든 현대 규모 척도가 공유하는 성질이다. 리히터는 100 km 떨어진 우드-앤더슨 비틀림 지진계에서 최대 수평 변위 1 μm인 지진을 규모 0으로 정했다. 따라서 규모는 관측점 위치와 무관한 지진원의 값이다.

진도의 핵심은 거리와 지반 조건에 따라 달라지는 상대적 값이라는 점이다. 진도는 일반적으로 진앙거리가 멀어질수록 감소하며, 지표 지질의 영향을 크게 받는다. 따라서 진도는 한 지진에 대해 여러 값을 가진다. 역사지진처럼 계기 기록이 없을 때는 관측된 최대 진도와 감진 범위로 지진의 크기를 추정한다.

규모는 지진원의 값이고 진도는 관측 지점의 값이다.

3. 등장 배경과 필요성

지진 피해를 정량적으로 다루려면 지진의 크기를 하나의 숫자로 나타낼 필요가 있었다. 1935년 리히터가 규모 척도를 처음 제시하면서 지진학은 계기 기록을 기준으로 지진의 크기를 비교할 수 있게 되었다. 이 척도는 남부 캘리포니아 지질을 기준으로 만들어져, 이후 대륙지각 환경이 다른 지역에는 부정확하다는 한계가 밝혀졌다.

계기가 없던 시기의 지진은 진도로만 평가할 수 있었다. 진도 척도는 사람의 감각과 구조물 피해 기록에서 출발했다. 1902년 메르칼리 진도 척도가 만들어졌고, 이후 수정 메르칼리 진도(MMI)가 표준으로 쓰였다. 우리나라 역사지진의 진도도 이 방식으로 평가되어 왔다.

내진설계에서는 설계지진의 크기를 정하는 데 규모와 진도를 함께 쓴다. 규모는 지진원의 에너지를, 진도와 지반운동 지표는 설계 위치에서 받을 흔들림을 나타내므로 두 개념을 구분해야 설계 입력을 정확히 정할 수 있다.

4. 구성요소·원리·절차

지진 규모와 진도는 서로 다른 것을 재는 척도다. 규모는 진원에서 방출된 에너지를 한 값으로 나타내고, 진도는 특정 장소에서 지반이 흔들린 정도를 나타낸다. 두 값은 계산 방법과 기준이 달라 직접 환산하지 않는다.

위 표처럼 규모는 지진 한 번에 하나의 값을 주고, 진도는 위치마다 다른 값을 준다. 따라서 규모는 설계 입력의 원천이 되고, 진도는 피해 분포의 설명에 쓰인다.

규모의 원리는 로그 척도다. 규모가 1 증가하면 방출 에너지는 10^{1.5} \approx 32배 증가한다. 리히터 규모(ML)는 진폭 A(µm)를 기준으로 정의되며, 100 km 거리에서 최대 수평 변위 1 µm인 지진을 규모 0으로 정했다. 모멘트 규모(Mw)는 지진 모멘트 M_0(N·m)의 로그에 기초해 산정한다.

여기서 M_0 = \mu A D, \mu는 지각의 강성(Pa), A는 단층면 면적(m²), D는 평균 미끄러짐 양(m)이다. 모멘트 규모는 대규모 지진까지 포화 없이 측정된다. 미국 지질조사국에서는 규모 Mw5.0 이상인 경우 모멘트 규모를 사용하고, 그 이하는 국지 규모(릭터 규모) 같은 다른 규모로 측정한다.

진도의 원리는 지반 흔들림의 크기와 지반 조건이다. 진도는 진앙거리가 멀어질수록 감소하고, 연약한 퇴적층에서는 증폭된다. 같은 규모라도 지반 조건에 따라 진도가 달라지므로 진도 분포는 지반 증폭을 함께 본다.

계산 절차는 다음과 같다.

• 지진계 기록에서 최대 진폭 A와 주기를 읽는다.
• 리히터 규모 M_L을 진폭과 진앙거리로 구한다.
• 단층 미끄러짐과 단층면적으로 지진 모멘트 M_0를 구한다.
• M_0로 모멘트 규모 M_w를 구한다.
• 관측 진도를 등진도선 지도에 표시하고 최대 진도와 감진 범위를 본다.
• 역사지진은 감진 반경으로 진도를 추정하고, 규모는 진도-진앙거리 관계식으로 간접 추정한다.

모멘트 규모와 진도 계급은 서로 다른 척도이므로 답안에서 혼용하지 않는다. 규모는 에너지의 절대 척도이고, 진도는 위치별 흔들림의 상대 척도다.

5. 관련 법령·기준·표준

지진 규모와 진도를 직접 규정한 설계 기준은 별도 수치로 다룬다. 설계에서는 규모보다 지역별 지진구역계수와 재현주기 기준의 지반운동을 쓴다. 기준 체계의 명칭과 조항은 확인된 범위에서만 쓴다.

개정 연혁으로는 리히터 규모가 1935년 Richter에 의해 개발되었다. 이후 모멘트 규모가 리히터 규모의 한계를 보완하여 도입되었다. 미국 지질조사국에서는 규모 Mw5.0 이상인 경우 모멘트 규모를 사용하고, 그 이하는 국지 규모(릭터 규모) 같은 다른 규모로 측정한다.

규모 1 증가 시 에너지 약 32배는 모든 규모 척도에서 공통이므로 기억한다. 진도 계급은 척도마다 달라 수치로 외우지 않는다.

6. 유형과 비교

지진 규모와 진도는 측정 대상과 척도 성격이 달라 답안에서 가장 자주 혼동된다. 아래 표는 두 척도의 성격을 항목별로 나눈 것이다.