A rapid and automatic procedure for seismic analysis based on deep learning and template matching: a case study on the M 4.1 Goesan earthquake on October 29, 2022

신동훈; 서근주; 김성진; 김보현; 홍윤택; 변아현

주제분류

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저널정보

대한지질학회
지질학회지 학술저널
지질학회지 제59권 제2호
2023.6 345 - 354 (10page)

저자정보

신동훈 (전남대학교)
서근주 (전남대학교)
김성진 (전남대학교)
김보현 (전남대학교)
홍윤택 (전남대학교)

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심층학습(deep learning)을 이용한 다양한 지진 분석 기술의 개발에 따라 숙련된 분석자의 개입은 최소화시키면서 기초적인 지진분석 과정들을 심층학습 기술로 대체시키는 사례들이 보고되고 있다. 또한 GPU(Graphic Processing Unit)를 활용한 템플릿 매칭(template matching)으로 기존에 알려진 것보다 더 작은 규모의 지진을 효과적으로 탐지할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 2022년 10월 29일 오전 8시 27분 49초경 충북 괴산에서 발생한 규모 4.1 지진과 이 지진의 전진, 여진을 심층학습과 템플릿 매칭 기술을 활용해 자동화된 방식으로 분석하였다. 2022년 10월 21일부터 10월 31일까지 11일 동안 진앙거리 50 km 이내에서 운영된 상시 지진관측소 지진자료를 심층학습 기술을 이용해 초기 지진 목록을 작성하였다. 기상청에서 발표한 25개의 지진을 포함하여 총 50개의 지진이 10월 29일 오전부터 발생한 것을 확인하였다. 이 중에서 규모 4.1의 본진을 포함해 10개 지진의 발진기구를 자동으로 결정하였는데, 모두 주향이동단층의 발진기구로 해석되었다. 탐지된 지진을 견본 지진파형으로 삼아 수행한 템플릿 매칭을 통해, 2022년 10월 29일부터 수일 동안 약 500여 회 이상의 지진이 진원 근처에서 발생한 것으로 파악되었다. 11일 동안의 지진자료를 이용한 초기 지진 목록 작성에 약70분, 템플릿 매칭은 약 10여분의 짧은 시간에 미소지진 탐지를 마칠 수 있었다. 이 지역의 지진활동을 탐색하기 위해 동일한 견본 파형을 이용해 2020년 3월부터 2022년 10월 20일까지의 자료로 템플릿 매칭을 수행하였는데, 2020년 5월부터 약 4회 이상의 동일한 지진 파형을 가지는 미소지진 활동이 있었음을 알 수 있었다. 따라서 심층학습과 템플릿 매칭을 이용한 자동 지진 분석 체계를 통해 지진 발생 초기에 지진에 관한 중요한 정보를 신속히 전달할 수 있음을 확인할 수 있었다.

As various seismological tasks with deep learning have been implemented, it has been reported that fundamental seismic analysis processes were replaced with deep learning techniques while minimizing the intervention of skilled analysts. In addition, the template matching method using the GPU (Graphic Processing Unit) architecture has enabled effective detection of smaller earthquakes than previously known. In this study, we analyzed a magnitude 4.1 earthquake that occurred in Goesan-gun, South Korea, around 8:27:49 on October 29, 2022, and foreshocks and aftershocks of this earthquake in an automated way using deep learning and template matching techniques. Using deep learning techniques, seismograms from permanent seismic stations within 50 km of the epicenter were used to create an initial earthquake catalog for 11 days from October 21 to October 31, 2022. It was found that a total of 50 events, including 25 events published by the Korea Meteorological Administration, occurred from the morning of October 29th. The focal mechanisms of 10 events, including the mainshock of magnitude 4.1, were automatically determined, and all of them were characterized by a strike-slip faulting mechanism. By cross-correlating waveforms of template events, it was identified that more than 500 micro-earthquakes near the hypocenter occurred for few days from October 29, 2022. These tasks took only about 70 minutes to generate an initial earthquake catalog of 11-day seismograms and about 10 minutes for template matching. To investigate seismic activity in this region, template matching with the same templates was carried out with data from March 18, 2020 to October 20, 2022. The result shows that more than four micro-earthquakes have occurred since May 2020. Therefore, this study suggests that the automatic seismic analysis procedure using deep learning and template matching can quickly deliver important information about earthquakes in the early stages.

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