한국지질자원연구원 지진관측소의 지진파형 자료 기반 연구의 시간적 진화: 서지계량 및 단어 기반 분석

1. 서 론

국가적으로 많은 비용이 투자된 지진관측망을 지속적으로 유지하기 위해서는 운영 효용성을 판단할 합리적 그리고 지속적인 근거가 필요하다. 이를 위하여 학술적 측면에서도 관측망에서 제공된 자료가 지진 연구에 어떻게 활용되어 왔는지 정량적 검증 결과를 제시할 필요가 있다. 관측망의 활용도는 여러 방식으로 평가할 수 있다. 예를 들어, 배포된 원시자료를 개인 또는 기관이 수령한 횟수와 자료의 양을 수치화하는 것이다. 그러나 이러한 방식은 기록이 시작되기 이전의 이용 이력을 추적할 수 없으며, 자료 수령자가 원시자료를 실제로 어떻게 활용하였는지 파악하기 어렵다는 한계가 있다.

이에 비해 원시자료의 수령자가 일정 시간이 지난 뒤 공개한 연구 성과를 추적하는 방법이 가능하다. 사후적 접근은 자료 배포와 연구 성과 발표 사이에 시간 지연이 있지만, 과거의 활용 이력을 비교적 폭넓게 추적할 수 있으며 원시자료가 실제 연구에서 어떤 방식으로 활용되었는지 파악할 수 있다는 장점이 있다. 비슷한 방식으로 Staats et al. (2023)는 국제지진관측망(Global Seismographic Network; GSN)을 인용하거나 사용하고 있는 논문을 특정 기간에 대해 표본 조사하였다.

최근 국제지진관측망(GSN)의 장기간의 운영 이력에 관한 논문이 발표되어 GSN의 설립목적과 파급효과를 논의하였고, 이는 본 연구의 동기를 상당히 공유한다(Ringler et al., 2022; Staats et al., 2023; Wilson et al., 2023; Davis, 2024; Davis et al., 2024). 국제지진관측망은 전지구적인 규모에서 지진 및 핵실험 그리고 지구내부구조를 연구하는데 활용되었다. 위 일련의 논문은 GSN의 발전 이력을 기록하고, 다양한 파급 효과를 종합하며, 과거와 현재의 여러 가지 재정적 지원에 대하여 사사하는 것을 목적으로 한다. 한국지질자원연구원 지진관측망(그림 1의 “Seismic”)은 과학기술정보통신부의 재정지원으로 운영되고 있으며, 원주배열관측소(KSRS)는 원자력안전위원회와 핵실험금지조약기구(Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization)에서, 공중음파관측망은 미국 공군기술응용센터(Air Force Technical Applications Center)로부터 재정지원을 받고 있다.

Fig. 1.

Map of seismic and infrasound stations. The KSRS stands for the Korea Seismic Research Station.

한국지질자원연구원에서는 당시 지진학적으로 관심도가 높은 동남권에서 1994년부터 디지털 지진관측소를 운영하기 시작하였다. 이후 수도권, 충청, 서부지역 등과 같이 지진연구와 지진재해 관심지역을 중심으로 관측망을 확장하여 현재 61개소의 상시지진관측소를 운영하고 있다(그림 1; KIGAM Earthquake Monitoring & Response Team, 2024; Lee et al., 2024). 획득된 자료는 국제지진관측망의 방식으로 웹으로 공개되어 활용된다. 그 외에도 공중음파관측소 7개소 그리고 25개 관측소로 구성된 원주 배열식 관측소도 운영하고 있다.

본 연구에서는 원시자료 활용의 대표적 결과물인 학술논문을 대상으로 서지 정보를 취합하는 방법을 채택하였다. 피인용지수(impact factor)나 학술지 발행국을 구분하지 않고 접근 가능한 모든 학술지를 대상으로 하였다. 1998년부터 2025년까지 한국지질자원연구원(Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, KIGAM) 지진연구센터에서 생산한 지진파형 원시자료를 이용한 논문 227편의 서지 정보를 수집하고 이를 분석 대상으로 하였다. 아울러 대한민국에 소재한 지진 관측소에서 생산된 자료를 사용한 경우도 함께 집계하여 참고하였다. 이러한 접근은 논문 수가 지니는 정량적 지표와 함께 개별 논문이 반영하는 연구 주제의 다양성을 동시에 파악할 수 있다는 장점을 지닌다. 이를 통해 지진관측망이 학술 연구에서 수행해 온 역할과 연구 주제의 시간적 변화를 파악하고자 한다.

여기에서는 한국지질자원연구원에서 운영 중인 지진관측망을 대상으로 한다. 한국지질자원연구원에서 실제로 관측망을 운영하고 원시자료를 배포하는 세부 조직의 명칭은 시기별로 “지진연구센터”, “지진탐지연구실”, “복합지진탐지연구센터” 등으로 변화가 있었다. 연구 대상 기간인 1998-2025년 동안에는 “지진연구센터”라는 이름으로 원시자료가 배포되었으므로, 혼동을 피하기 위해 아래에서는 “지진연구센터”를 사용하도록 한다.

연구 주제의 시간적 변화를 파악하기 위하여 69개의 다양한 단어를 정하고, 논문의 제목과 초록에 해당 단어가 포함되었는지를 연도별로 집계하였다. 이러한 방식은 개별 논문의 주제 다양성을 반영하면서도 논문 간 연관성을 파악할 수 있다는 장점이 있다. 이를 통해 연구자가 시기별로 어떤 연구 주제에 관심을 보였는지를 파악할 수 있다.

지진연구센터의 원시자료는 지진 발생 기작과 관련 있는 지진의 성질에 관한 연구뿐만 아니라, 토모그래피와 수신함수 등의 방법을 이용한 지구 내부 구조 영상화 연구에도 활용되어 왔다. 1998-2025년 동안 발생한 다양한 사건은 지진파형 원시자료를 활용하는 방식과 관련이 있는지 살펴보고자 하였다. 북한이 2006년, 2009년, 2013년, 2016년, 2017년에 수행한 여섯 차례의 핵실험에서 발생한 지진동과 대기진동은 지진계와 공중음파 관측장비에 기록되어 핵실험 위치와 크기, 자연지진과의 구분 등 진동원의 특성을 규명하는 연구에 활용되었다. 2016년 9월 12일에 발생한 경주지진과 2017년 11월 15일 포항지진은 1978년 대한민국에서 현대적인 지진 기록을 시작한 이래 가장 큰 규모의 두 지진이었다.

본 연구에서는 한국지질자원연구원 지진연구센터에서 생산·배포한 지진파형 원시자료를 실제로 활용한 학술 논문을 수집하고, 이를 기반으로 연구 주제의 시간적 변화를 분석하고자 한다. 본문과 사사 및 데이터 출처를 확인하는 수동 검토를 통해 실제로 원시자료 사용이 확인된 논문을 최종 분석 대상으로 선정하였다. 이후 69개의 단어를 정의하여 제목과 초록에 나타나는 연도별 등장 빈도를 집계함으로써 연구 주제의 변화 양상을 정량적으로 분석하였다. 위와 같은 간접적 방식에 대비되는 방식은, 논문 목록 중에서 특정 논문을 선정하여 연구 결과의 예시를 서술하는 방식일 것이다. 특정한 논문을 선정하는 데에는 주관적인 선택이 개입될 수밖에 없다. 직접적인 논문 선택을 회피하고, 그 대신 69개의 단어를 선택하는 단계를 두어 대상이 되는 논문을 균등하게 다루고자 하였다. 장기간 운영된 지진관측망이 학술 연구에서 어떤 방식으로 활용되어 왔는지, 그리고 연구 주제의 확장 양상과 특정 사건 사이에 어떠한 시간적 상관성이 존재하는지를 시각화하고자 한다.

2. 방 법

2.2. 특정 단어가 나타나는 연도별 추이

연구 주제의 변화를 다양한 관점에서 파악하기 위해 69개의 단어를 정의하고 제목과 초록에 해당 단어가 포함된 논문의 연도별 수를 집계하였다. 단어는 다양한 연구 주제를 반영하도록 설정하였으며, 하나의 논문이 여러 단어에 동시에 포함되는 중복을 허용하였다. 모든 논문이 적어도 하나의 단어를 포함할 때까지 단어의 수를 늘려갔으며, 논문의 주요 결과나 방법론을 포함하도록 선정하였다. 단어 검색의 일관성을 확보하기 위하여 제목과 초록에 포함된 영문 단어는 대소문자, 단수·복수, 하이픈 사용 등에 따라 일치 여부가 달라지지 않도록 전처리 과정을 거쳐 통일하였다. 또한 동의어 또는 유사한 개념을 하나의 단어로 집계하기 위하여 대체어를 설정하였다(표 1의 괄호). 예를 들어 “volcano”의 대체어로 “eruption”을 포함하여 두 표현이 동일한 개념으로 집계되도록 하였다. 정의된 단어는 표 1에 알파벳 순으로 제시하였다.

Table 1.

List of words and groups. The words in parentheses indicate substitute terms defined to aggregate synonyms or semantically similar concepts under a single term.

다음은 69개 단어를 선정한 의도이다. 본 연구에서 사용한 단어는 연구 주제의 성격에 따라 몇 가지 범주로 구분할 수 있다. 먼저 지진원 특성에 관한 연구를 나타내는 단어로는 source parameter, stress, stress drop, focal mechanism이 포함되며, 이는 지진 발생 과정과 단층 파열 특성을 해석하는 연구를 반영한다. 지구 내부 구조를 다루는 연구는 crust, mantle, mantle transition zone (MTZ)와 같은 단어로 나타나며, 지진파 자료를 이용한 지구 내부 속도 구조와 불연속면 연구를 포함한다. 분석 방법과 관련된 단어로는 tomography, inversion, receiver functions, ambient noise가 있으며, 이는 토모그래피, 역산 기법, 수신함수 분석, 상시 잡음 기반 구조 영상화와 같은 대표적인 지진학적 분석 방법을 반영한다. 또한 특정 사건을 중심으로 한 연구는 Gyeongju, Pohang, nuclear와 같은 단어로 나타나며 각각 2016년 경주지진, 2017년 포항지진, 그리고 북한 핵실험과 관련된 연구를 포함한다. 마지막으로 연구 대상 지역을 나타내는 단어로 Japan, China, East Asia, Gangwon이 있으며, 이는 한반도뿐 아니라 동아시아 지역 규모에서 수행된 지진학 연구의 공간적 범위를 반영한다. 그 외, 표 1의 모든 단어의 의미와 도입한 의도는 부록 A를 참고할 수 있다. 선정된 단어는 본 연구의 목적에 따라 대표적인 지진학적 주제와 방법을 포괄하도록 구성되었으며, 동일 기준을 적용할 경우 재현 가능한 방식으로 정의되었다.

3. 결과

3.1. 축적된 발표 논문 수

1998년부터 2025년까지 한국지질자원연구원의 원시자료를 사용하고 있음을 밝힌 논문은 총 227편으로 집계하였다(그림 2). 해당 논문의 목록은 지오빅데이터 오픈플랫폼(https://doi.org/10.22747/paper_data.20260330.47) 그리고 제노도(Zenodo)에 업로드 하였다(https://doi.org/10.5281/zenodo.20060982). 연간 평균 논문 수는 8.0편이다. 한 편의 논문이 표 1의 단어와 평균 6.4개 연결된다. 2006년 이후 연간 발간 논문 수가 증가하는 경향을 보인다(그림 2). 2016년 이후에도 연간 발간 논문 수가 소폭 증가 추세를 나타낸다.

Fig. 2.

Number of papers using the seismic data of the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM). (a) The number of papers by year. (b) Cumulative numbers of papers in (a). (c) Simplified chart representing the numbers of the papers using the KIGAM data only (reddish trace), the other networks located in South Korea (grey trace), and both networks. The KG stands for the KIGAM. (d) The number of papers which does not use the seismic data of KIGAM. (e) Cumulative numbers of papers in (d).

한국지질자원연구원 외, 대한민국에 소재하는 지진 관측소에서 생산된 데이터를 활용한 논문 수를 함께 집계하였다(그림 2c). 대상 관측소는 기상청, 국제지진관측망(Global Seismic Network)의 인천(INCN) 관측소(기상청 인천기상대), 한국수력원자력, 경주 고밀도 광대역 지진관측망(The Gyeongju Hi-density Broadband Seismic Network; Lim et al., 2021; Heo et al., 2024) 등의 자료이다. 조사기간 동안 한국지질자원연구원의 자료만을 활용한 논문 수는 77편이다. 한국지질자원연구원의 데이터를 사용하면서 동시에 그 외 데이터를 함께 사용하는 논문 수는 150편이다. 그 외 데이터를 사용하지만 한국지질자원연구원의 데이터를 사용하지 않는 논문 수는 98편이다.

3.2. 단어 분류 그룹별 양상

1998년 이후 발표된 논문에서 지진연구 관심분야와 시간에 따른 변화를 알아보기 위하여 단어를 그룹화하고 간단한 통계 분석을 하였다. 조사에 사용한 전체 단어는 69개이고 이를 지진연구 방법(Methods & Approaches; MA), 관측·기기·데이터(Observation, Instrumentation & Data; OID), 지진 현상·지진원(Seismic phenomena & Source processes; SS), 파동 전파 및 지구 내부 구조(Wave propagation & Earth structure; WE) 그리고 지역·구조환경(Region & Tectonic setting; RT), 5개 그룹으로 분류하였다(표 1; 그림 3).

Fig. 3.

Annual trend of word group. (a) The word group “Seismic phenomena & Source processes (SS)”. (b) “Wave propagation & Earth structure (WE)”. (c) “Methods & Approaches (MA)”. (d) “Region & Tectonic setting (RT)”. (e) “Observation, Instrumentation & Data (OID)”. The NK stands for North Korea. Two earthquakes indicate the 2016 Mw 5.5 Gyeongju earthquake and the 2017 Mw 5.5 Pohang earthquake.

다섯 분류 모두 1998년 이후 연도별 집계·누적이 지속적으로 증가하는 패턴을 보이며, 증가 속도와 규모는 분류마다 비슷한 양상을 띤다(그림 3). 지진 현상·지진원(SS)과 지역·구조 환경(RT)은 전 기간에 걸쳐 누적이 가장 크게 늘어 각각 2020년에 39회, 2017년에 36회로 정점을 이룬다. 다만, 다섯 분류 간 비교는 각 그룹이 포함하는 단어의 수가 다르기 때문에 제한적인 의미를 지닌다. 진원 정밀 위치 결정 및 진원 메커니즘 해석과 같은 지진원 분석 관련 연구와 광역 또는 특정지역을 대상으로 지진활동을 지구조 특성과 연계하여 해석하는 지역지진활동 분야가 관측망 자료의 주된 연구 활용 분야로 판단할 수 있다.

파동 전파·지구 내부 구조(WE) 역시 완만한 상승 곡선을 그리며, 2016년과 2021년에 27회로 정점을 이룬다(그림 3). 지진연구 방법(MA)은 2024년에 17회로 정점을 이룬다. 관측·기기·데이터(OID)는 모든 분류 가운데 연간 건수와 누적 규모가 일관되게 가장 적으나, 포함하는 단어의 수가 적은 것을 동시에 고려하여야 한다. 2018년에 6회로 정점을 이룬다.

3.3. 단어 별 양상

제목과 초록에 나타나는 단어의 연도별 분포를 살펴보면 연구 주제의 등장 시기와 변화 양상을 확인할 수 있다(그림 4, 5). “Nuclear” 단어의 등장은 외부 사건과 시간적 상관성을 보이는 사례이다. 북한이 2006년에 시작하여 간헐적으로 수행한 6차례의 핵실험은 그에 관한 다양한 연구와 관련 있다(그림 5). “Early warning”은 2013년에 처음 등장하며, 조기 경보 시스템에 관한 연구가 최소 그 이전에 시작하였음을 시사한다(그림 4). “Gyeongju” 단어는 “경주지진”을 가리키는 용례로 사용되고 있으며, 시기마다 그것이 지칭하는 지진이 달라진다(그림 4). Chang and Baag (2006)은 1999년 6월 2일에 발생한 ML 3.4 경주지진을 가리키고 있다. Choi and Shim (2009)은 1999년 4월 24일(규모 3.3), 1999년 6월 2일(규모 4.0), 1999년 9월 12일(규모 3.2)의 지진을 가리키고 있다. 그 이후의 논문은 대부분 2016년 9월 12일 모멘트 규모(Mw) 5.5의 중규모 지진에 관한 연구가 주를 이룬다. 이와 비슷한 맥락에서, “Yangsan fault”는 수집기간 초부터 등장하며, 이후 2016년 경주지진과 관련된 연구에서 다시 나타난다(그림 5). 2016년 또는 2017년을 기점으로 처음 등장하는 단어는 “Coulomb”과 “Intraplate”를 포함하는데, 이는 지진의 발생 조건이나 환경에 관한 의미를 내포하는 단어들이다(그림 4). “Attenuation”은 2000년 초부터 계속 등장하고, 2010년부터는 그 수가 점차 줄어들면서, 동시에 “GMPE (GMM과 동의어)”는 2010년 중반부터 나타나기 시작한다(그림 4). 이는 같은 개념을 지칭하는 용어가 attenuation model, ground motion prediction equation (GMPE), ground motion model (GMM) 등으로 변천하는 과정과 관련이 있다.

Fig. 4.

Annual trends of the words from “3D” to “Mantle”. Histogram indicates the absolute number of the papers in a range of 0 15. The red solid line indicates its ratio to the annual total number of papers (Figure 2a) in a range of 0 1. The ‘+’ beside the word indicates that alternative words are included. Time range is 1998 2025. –

Fig. 5.

Annual trends of the words from “Megathrust” to “Yangsan fault”. Histogram indicates the absolute number of the papers in a range of 0–15. The red solid line indicates its ratio to the annual total number of papers (Figure 2a) in a range of 0–1. The ‘+’ beside the word indicates that alternative words are included. Time range is 1998–2025. SHA: Seismic Hazard Assessment. ES: Earthquake sequence.

3.4. 공출현 기반 연구 관계 해석

단어 세트의 공출현 관계를 분석한 결과, 전체 문헌에서 가장 뚜렷한 중심축은 한반도(Korean Peninsula), 지진(Earthquake), 속도(Velocity)와 관련된 단어군으로 나타났다(그림 6). 다만, 이 단어는 절대적인 출현 횟수가 높기 때문에(그림 4, 5), 다른 단어와의 사이에서도 높은 관련도를 보인다. 그림 6에 나타나는 또 다른 뚜렷한 단어군은 핵실험(Nuclear), 폭발(Explosion), 인프라사운드(Infrasound), Lg, KSRS (원주배열관측소)로 구성되며, 이는 한반도 및 주변 지역에서 핵실험 또는 인공지진원 탐지와 관련된 연구 흐름을 반영한다. 이와 별도로 경주(Gyeongju), 포항(Pohang), 유발(Induced), 응력(Stress), 응력강하(Stress drop), 진원 메커니즘(Focal mechanism), 지진원 특성(Source parameter) 등이 서로 가까이 배치되어, 주요 지진 사례와 지진원 분석 과정이 하나의 연관된 단어 군을 형성하고 있다.

Fig. 6.

Clustered heatmap of word-set co-occurrence. Cell colors indicate the number of papers in which the corresponding two words appear together in the title or abstract. The words are reordered using hierarchical clustering, so that closely related topics are placed near each other.

4. 토 의

5. 결 론

본 연구는 한국지질자원연구원 지진연구센터에서 생산·배포한 지진파형 원시자료를 이용한 학술논문을 1998년부터 2025년까지 체계적으로 수집하고, 그 서지 정보를 기반으로 연구 주제의 시간적 진화를 분석하였다. OpenAlex와 Semantic Scholar API를 이용한 다단계 검색과 수동 검토를 통해 3,886편의 후보 논문을 확보하였으며, 본문·사사·데이터 출처를 수동으로 확인하여 실제로 원시자료를 사용한 논문 227편을 선정하였다. 이 논문들의 제목과 초록을 기반으로 연구 경향을 분석하고, 69개의 단어와 5개 분류의 연도별 등장 빈도를 집계하여 연구 주제의 변화 양상을 파악하였다. 일체의 분석과정을 바탕으로, 많은 연구에서 한국지질자원연구원 지진 관측소의 원시자료가 단독 또는 타기관 자료와 공동으로 사용되었음을 확인하였다.

한국지질자원연구원 지진연구센터의 원시자료를 이용한 연구는 초기에는 지진·폭발 구분, 지진원 파라미터 추정, 감쇠 구조 및 기본적인 속도 구조 규명의 연구에 활용되었다. 또한, 상시잡음 기반 구조 영상화, 부지효과와 지진재해 평가, 핵실험 감시, 화산 및 해역 구조 연구 등으로 점차 확대되었다. 특히 북한 핵실험(2006–2017), 2016년 경주 지진, 2017년 포항지진과 같은 지구물리적 사건은 일부 선정한 단어와 시간적 상관성을 보이기도 한다. 최근에는 딥러닝 기반 자동 분석, 3차원 속도 구조 모델, VS30 및 지진 위험도 평가 등 자동화와 응용 지향 연구가 증가 추세를 보인다. 자료는 지진 발생 기작, 지구 내부 구조, 화산 활동, 핵실험 탐지와 같은 서로 다른 연구 분야에서 활용되고 있음을 보여준다. 또한 시간의 경과에 따라 연구 주제의 범위는 출판 논문의 절대적인 수와 함께 점차 확대되었다.

본 연구는 특정 지진관측망에서 생산된 원시자료를 실제로 사용한 논문을 체계적으로 정리하였다. 이러한 접근은 관측망과 같은 과학 기반 시설의 학술적 기여도를 평가하는 하나의 방법을 제공하며, 향후 지진관측망의 유지·확장과 관련된 정책적 판단에 참고가 될 수 있다.

Acknowledgments

사려 깊은 의견을 주신 편집위원과 익명의 두 심사위원에게 감사드린다. 한국지질자원연구원 지진연구센터의 관측망 운영에 공헌하신 모든 분들에게 감사드린다. 이 연구는 한국지질자원연구원 기본사업인 “한반도 지진활동 진단과 지진재해 예측 요소 기술 개발”의 지원을 받아 수행되었다.

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