진도·규모

왜 배우는가: 지진의 크기를 나타내는 진도와 규모는 실무에서 지진 피해 예측, 내진설계 입력(지반가속도·지반운동 수준) 설정, 지진 계측 결과 해석의 출발점이다. 두 개념은 헷갈리기 쉬워 기술사 시험에서 용어형과 논술형으로 반복 출제된다.

출제 이력: 제94회 1교시 7번, 제91회 1교시 10번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

지진규모(Magnitude)는 震源에서 방출된 지진 에너지의 절대적 크기이고, 진도(Intensity)는 특정 지점에서 지반이 흔들린 정도를 사람·건물의 피해로 나타낸 상대적 척도다.

• 지진규모, 진도, 모멘트 규모(Mw), 리히터 규모(ML)
• 최대 지반 속도(PGV), 등진도선, 수정 메르칼리 진도(MMI)
• 지반 증폭, 로그 스케일, 지진모멘트(M0)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 규모는 지진이 얼마나 큰 에너지를 냈는지를 나타내는 값이고, 진도는 내가 서 있는 곳이 얼마나 흔들렸는지를 나타내는 값이다. 같은 지진이라도 관측 지점에 따라 진도는 달라지지만 규모는 하나로 정해진다.

규모는 방출된 지진 에너지와 대략적인 상관관계를 가지는 지진의 절대적 크기 추정치다. 진원에서 한 번 정해지며 관측 위치와 무관하다. 지진규모는 지진파 기록의 진폭이나 단층 운동량에서 계산한다.

진도는 주어진 위치에서 지반이 어느 정도로 흔들렸는지를 나타내는 척도이며 최대 지반 속도(PGV)와 연관된다. 진도는 관측 지점마다 값이 다르고, 같은 진도 값을 가진 지점을 선으로 묶은 등진도선으로 분포를 표현한다.

리히터 규모(ML)는 1935년 찰스 리히터가 개발한 최초의 규모 척도다. 기록된 최대 수평 변위 A(µm)를 기준 지진의 값과 비교해 규모를 정한다. 규모가 1 증가하면 진폭은 10배, 방출 에너지는 약 10^{1.5}\approx 32배 증가한다.

모멘트 규모(Mw)는 Hanks와 Kanamori가 제안한 척도로, 지진모멘트 M_0(N·m)에서 계산한다. 지진모멘트는 단층 미끄럼량, 파괴 면적, 암반의 강성을 곱한 값이다. 큰 지진에서도 포화되지 않아 현재 주요 기관이 4.0 이상의 지진에 쓰는 척도다.

진도 계급은 관측된 현상을 단계로 분류한 것이다. 수정 메르칼리 진도(MMI)는 사람의 느낌과 건물·지표의 피해로 I~XII 단계를 정한다. 대한민국은 2001년 1월 1일부터 기상청에서 수정 메르칼리 진도 계급을 사용하며, 2018년 11월부터는 한반도 특성을 반영한 한국형 진도 구간을 쓴다.

3. 등장 배경과 필요성

지진 이전에는 지진의 크기를 사람이 느낀 정도나 건물 피해로만 판단했다. 이 방법은 관측자의 주관이 개입하고 사람이 없는 해저·산간 지역은 기록이 없다는 한계가 있었다. 지진계와 강진계가 보급되면서 지진파 기록으로 정량화가 가능해졌다.

리히터는 1935년 지진파 기록 진폭에 로그를 취해 규모를 처음 정의했다. 이 과정에서 로그 스케일과 기준 거리(100 km) 보정이라는 두 특성이 확립되었다. 이후 표면파 규모(Ms), 실체파 규모(mb), 모멘트 규모(Mw) 등이 등장했다. 리히터 규모는 남부 캘리포니아 지질 환경에 맞춰 만들어져 다른 지역에는 부정확하다는 한계가 밝혀졌다.

규모와 진도를 구분하는 필요성은 설계 입력과 피해 판정에 있다. 규모는 지진원의 크기를 나타내 지진 발생 가능성과 최대 규모 설정에 쓰고, 진도와 지반 증폭은 특정 부지의 흔들림과 내진설계 입력에 쓴다.

4. 구성요소·원리·절차

진도와 규모는 같은 지진을 서로 다른 관점에서 재는 척도다. 규모는 진원에서 방출된 에너지를 지진원 기준으로 하나의 값으로 나타내고, 진도는 특정 지점에서 지반이 흔들린 정도를 나타낸다. 두 값은 측정 방식과 계산 체계가 달라 직접 환산하지 않는다.

지진 규모는 지진원의 크기를 나타내는 값이다. 지진파 기록의 최대 진폭을 거리 보정하여 구하며, 기록에 따라 국지 규모(ML), 표면파 규모(Ms), 실체파 규모(mb), 모멘트 규모(Mw) 등으로 구분한다. 규모 값은 측정 지점에 관계없이 하나로 정해진다.

지진 진도는 관측 지점의 흔들림 세기를 나타내는 값이다. 같은 지진이라도 지점마다 달라지며, 지반 조건과 진앙거리의 영향을 받는다. 진도는 사람이 느끼는 정도와 건물 피해 정도를 기준으로 계급을 나눈다.

원리는 지각에 쌓인 응력이 암반 마찰력을 넘어 파괴될 때 에너지가 지진파로 방출된다는 것이다. 이 에너지가 규모의 근거가 되고, 지진파가 지반을 지나며 감쇠·증폭되어 지점별 진도가 달라진다. 따라서 규모가 같아도 연약지반에서는 진도가 커질 수 있다.

규모는 지진원의 에너지, 진도는 지점의 흔들림이다

측정 절차는 다음과 같다.

• 지진계 기록에서 최대 진폭과 주기를 읽는다.
• 진앙거리 보정식을 적용하여 규모를 계산한다(국지 규모는 진앙거리 약 600km 이내 기준으로 쓴다).
• 발표 기관은 규모 종류와 환산식을 명시하여 값을 발표한다.
• 진도는 관측 지점의 체감 및 피해 조사 또는 계측 진동값으로 계급을 정한다.
• 여러 지점의 진도를 등진도선으로 묶어 지진의 범위와 최대 진도 분포를 파악한다.

규모와 진도의 관계식은 대략적인 상관만 가진다. 규모가 1 증가하면 방출 에너지는 약 10^{1.5}\approx 32배 증가한다. 진도는 진원거리가 멀어지면 대체로 감소하지만, 지반 증폭으로 선형 관계를 갖지 않는다.

"$\log_{10} E = 1.5\,M + 4.8 \quad (E: 방출 에너지\ \mathrm{J},\ M: 규모)$"

이 식은 개략 관계식이며, 기준 공식으로 쓰지 않는다. 계산 예로 M=5.0이면 \log_{10}E = 12.3, E\approx 2\times10^{12}\ \mathrm{J}로 구하고, 규모 6.0이면 약 32배인 6\times10^{13}\ \mathrm{J} 수준이므로 상식 범위에 있다.

도식 구성은 아래 흐름을 따른다.

5. 관련 법령·기준·표준

국내에서 진도는 기상청 기준으로 발표한다. 2001년 1월 1일부터 수정 메르칼리 진도 계급을 사용하며, 2018년 11월부터는 한반도 지진 특성을 반영한 한국형 수정 메르칼리 진도 계급으로 구간값을 재설정하여 쓰고 있다. 규모는 기상청이 국지 규모(ML)를 발표하고, 미국 지질조사국(USGS)은 모멘트 규모(Mw)를 발표한다.

기준값 정리는 다음과 같다.

표의 값은 규모와 진도의 대응을 보이는 기준이다. 진도 계급은 일본 기상청 계급(0~7, 10단계)과 명칭·기준이 다르므로 혼용하지 않는다. 일본 기상청 진도 계급은 2000년까지 국내에서 쓰던 체계로 구분해 기억한다.

국내 진도 등급 체계는 0-1-2-3-4-5약-5강-6약-6강-7 순서로 쓴다. 규모 측정에는 기록 기반 식이 쓰이고, 진도는 계측 진동값과 체감·피해 조사 결과를 함께 쓴다.

6. 유형과 비교

진도와 규모는 지진의 크기를 나타내는 두 체계지만 측정 대상이 다르다. 규모는 진원에서 방출된 지진 에너지를, 진도는 지점에서 지반이 흔들린 정도를 나타낸다. 따라서 규모는 하나의 값으로 정해지고, 진도는 위치마다 달라진다.

위 표는 두 개념이 기준부터 다름을 보여 준다. 답안에서는 규모를 원인 측면, 진도를 결과 측면으로 나누어 설명한다.