지구 내부 탐사 방법(지진파 분석)

P파는 압축파 또는 종파라고도 불린다. 이 파동은 매질의 입자가 파동의 진행 방향과 나란하게 진동한다. 고체, 액체, 기체를 모두 통과할 수 있으며, 지진파 중 가장 빠른 속도를 가진다. 일반적으로 지각 내에서 초당 약 6km의 속도로 전파된다. P파의 도달은 지진 발생을 가장 먼저 알리는 신호이며, 그 특성상 통과하는 매질의 압축률과 밀도에 의해 속도가 결정된다.

S파는 전단파 또는 횡파라고 불린다. 이 파동은 매질의 입자가 파동의 진행 방향에 수직으로 진동한다. 전단력을 전달해야 하므로, 형태를 유지하는 고체 상태의 매질에서만 전파될 수 있다. 액체나 기체 속에서는 소멸한다. P파보다 속도가 느려 일반적으로 지각 내에서 초당 약 3.5km의 속도로 전파된다. S파의 속도는 매질의 강성에 더 민감하게 반응한다.

두 파동의 근본적인 차이는 지구 내부 구조를 규명하는 데 결정적인 단서를 제공한다. 예를 들어, S파가 지구의 외핵 지역에서 관측되지 않는 현상은 외핵이 액체 상태임을 직접적으로 증명하는 증거가 된다[2]. 또한, P파와 S파의 도달 시간 차이를 이용하면 진원지까지의 거리를 계산할 수 있다.

지진파의 속도는 지구 내부를 구성하는 물질의 탄성 계수, 밀도, 상태 방정식 등 물리적 특성에 의해 결정된다. 일반적으로 P파 속도(Vp)와 S파 속도(Vs)는 매질의 강성에 비례하고 밀도에 반비례하는 경향을 보인다. 이 관계는 고체에서의 탄성파 전파 이론으로 설명할 수 있다.

매질의 상태 변화는 지진파 속도에 뚜렷한 영향을 미친다. 예를 들어, 암석이 용융되거나 부분 용융 상태가 되면 S파는 전파되지 못하며(Vs = 0), P파 속도도 급격히 감소한다. 이 원리는 지구 외핵이 액체 상태임을 규명하는 핵심 증거가 되었다. 또한, 광물의 상변태나 결정 구조의 변화는 속도-깊이 곡선상에서 불연속면으로 나타나, 전이대와 같은 지구 내부 주요 경계를 탐지하는 데 활용된다.

지진파 속도는 온도, 압력, 구성 물질의 조성에 따라 복합적으로 변화한다. 동일한 깊이에서도 지구 맨틀의 구성 물질이 다른 지역은 속도 차이를 보이는데, 이를 지진파 토모그래피 기법으로 분석하여 맨틀 내부의 대류 패턴이나 슬래브의 침강 등을 연구한다. 아래 표는 주요 지구 내부 영역에서의 평균적인 지진파 속도와 매질 상태를 요약한 것이다.

따라서, 관측된 지진파의 도달 시간과 경로를 분석하여 속도 구조를 역산하면, 직접 관찰이 불가능한 지구 깊은 곳의 물리적 상태와 조성에 대한 정보를 간접적으로 추론할 수 있다.

지진파 도달 시간 분석은 지진 발생 시각과 관측소에서의 도착 시각 차이를 측정하여 지구 내부 구조를 연구하는 기본적인 방법이다. 지진파가 지구 내부를 통과하는 데 걸리는 시간은 통과하는 매질의 탄성파 속도에 직접적으로 의존한다. 따라서 정확한 도달 시간 데이터를 수집하고 분석함으로써, 지진파가 통과한 경로 상의 물성 변화를 추론할 수 있다.

분석의 핵심은 P파와 S파의 도착 시간 차이를 이용하는 것이다. P파는 S파보다 빠르게 전파되므로, 한 관측소에서 두 파동의 도착 시간 차이(PS 시간차)를 측정하면 지진원까지의 대략적인 거리를 계산할 수 있다. 이를 통해 여러 관측소의 데이터를 종합하면 지진의 발생 위치(진원)를 정밀하게 결정할 수 있다. 진원 위치와 각 관측소까지의 정확한 거리가 확보되면, 예상 도달 시간과 실제 관측된 도달 시간을 비교할 수 있다.

예상 시간과 관측 시간 사이의 체계적인 차이는 지진파가 통과한 지구 내부에 예상과 다른 속도 구조가 존재함을 의미한다. 예를 들어, 예상보다 일찍 도달했다면 그 경로 상에 고속도 이상대가 존재할 가능성이 높다. 반대로 늦게 도달했다면 저속도 이상대를 통과했을 가능성이 있다. 이러한 시간차 데이터를 수천, 수만 건의 지진-관측소 쌍에 대해 축적하고 통계적으로 처리함으로써 지구 전체의 3차원 속도 구조 모델을 구축하는 기초 자료로 활용된다.

도달 시간 분석의 정확도는 지진 발생 시각과 관측소 시계의 동기화 정밀도, 진원 위치 결정의 정확도에 크게 좌우된다. 현대에는 GPS와 원자시계를 이용한 고정밀 시간 동기화와 강력한 컴퓨터 알고리즘을 통한 역산이 가능해져, 지구 맨틀 깊은 곳과 외핵 경계의 미세한 속도 변화까지 탐지할 수 있게 되었다.

지진파가 지구 내부를 통과할 때, 서로 다른 물리적 특성을 가진 층의 경계면에서 굴절과 반사 현상이 발생한다. 이 현상을 분석하면 지하 구조의 깊이와 형태, 매질의 속도 변화를 추정할 수 있다.

굴절 분석은 스넬의 법칙에 기반한다. 지진파가 속도가 다른 두 매질의 경계를 비스듬히 통과할 때 진행 경로가 꺾이는 현상을 이용한다. 특히, P파와 S파의 굴절 각도 차이는 매질의 탄성계수와 밀도를 반영한다. 심해 지진 관측에서 먼 거리에서 도달하는 P파는 상부 맨틀을 통해 굴절되어 전파되는데, 이를 통해 맨틀 상부의 속도 구조를 파악할 수 있다. 반사 분석은 경계면에서 지진파의 일부가 반사되어 돌아오는 신호를 연구한다. 예를 들어, 핵-맨틀 경계에서 강하게 반사되는 P파(PcP파)나 S파(ScS파)를 관측하여 해당 경계의 깊이와 반사율을 정밀하게 측정한다.

이러한 분석을 체계적으로 수행하기 위해 여러 가지 기법이 개발되었다. 주요 방법은 다음과 같다.

굴절 및 반사 분석은 지구 내부가 연속적이지 않고 뚜렷한 층상 구조를 이루고 있음을 입증하는 핵심 증거를 제공했다. 예를 들어, 외핵에서 S파가 전파되지 않는 현상은 외핵이 액체 상태임을 시사하는 강력한 증거가 되었다[4]. 또한, 반사 신호의 진폭과 위상 정보를 분석하면 경계면의 거칠기나 온도 구배와 같은 세부 물성에 대한 정보도 얻을 수 있다.

단층촬영법은 의학 분야의 컴퓨터 단층 촬영과 유사한 원리로, 지구 내부의 3차원 속도 구조를 이미지화하는 기법이다. 이 방법은 전 세계 여러 관측소에서 기록된 수많은 지진파의 도달 시간 차이를 활용한다. 지진파가 지구 내부를 통과할 때, 속도가 빠른 지역에서는 일찍, 느린 지역에서는 늦게 도달한다. 이러한 시간차 데이터를 수집하여 역으로 계산하면, 지구 내부 각 지점의 지진파 속도 이상을 도출할 수 있다.

기본적인 방법은 지구를 수많은 작은 블록(셀)으로 나누고, 각 블록의 지진파 속도를 미지수로 설정하는 것이다. 그 후, 실제 관측된 지진파 도달 시간과 계산된 예상 도달 시간의 차이(잔차)를 최소화하는 방향으로 각 블록의 속도 값을 반복적으로 조정한다. 이 과정을 통해 최종적으로 지구 내부의 속도 변동을 보여주는 단층 이미지를 얻는다.

단층촬영법은 크게 체적 단층촬영과 면적 단층촬영으로 구분된다. 체적 단층촬영은 지구 전체 또는 광범위한 깊이의 3차원 구조를 규명하는 데 사용된다. 반면, 면적 단층촬영은 특정 경계면, 예를 들어 핵-맨틀 경계나 모호로비치치 불연속면 근처의 얇은 층의 정밀한 구조를 조사하는 데 특화되어 있다.

이 기법의 주요 성과는 지구 내부의 정적 구조뿐만 아니라 동적인 과정도 밝혀내는 것이다. 예를 들어, 맨틀 깊은 곳의 맨틀 플룸이나 섭입대의 차가운 슬래브의 존재를 시각적으로 보여주며, 맨틀 대류와 판구조론을 지지하는 증거를 제공한다. 또한, 외핵과 내핵의 속도 구조를 상세히 파악하여 내부 핵의 이방성과 그 회전 가능성을 연구하는 데 결정적인 역할을 했다.

지진파 분석은 지구 내부의 주요 층상 경계를 규명하는 가장 핵심적인 방법이다. 지진 발생 시 발생한 P파와 S파가 지구 내부를 통과하면서 속도와 진행 경로가 변하는 것을 관측함으로써, 물리적 성질이 급격히 달라지는 경계면의 존재와 깊이를 추정할 수 있다.

가장 잘 알려진 경계는 지각과 맨틀 사이의 모호로비치치 불연속면(Moho면)이다. 이 경계에서는 지진파 속도가 갑자기 증가하는데, 이를 통해 대륙 지각의 평균 두께가 약 35km, 해양 지각은 약 5-10km임을 확인할 수 있었다. 약 2900km 깊이에서는 더욱 극적인 변화가 관측된다. S파가 이 깊이를 통과하지 못하는 반면, P파의 속도는 급격히 감소한다. 이 현상은 고체 상태의 맨틀과 액체 상태의 외핵 사이의 경계, 즉 구텐베르크 불연속면의 존재를 증명한다. S파가 액체를 전파하지 못하기 때문이다.

약 5100km 깊이에서는 다시 P파의 속도가 증가하고, P파가 이 영역을 통과할 때 특정 각도로 들어오는 파가 굴절되지 않고 직진하는 현상이 관측된다. 이는 액체 외핵 내부에 고체 상태의 내핵이 존재함을 의미하며, 이 경계를 레만 불연속면이라고 부른다. 또한, 맨틀 하부와 외핵 상부 사이에는 D" 층이라고 불리는 비균질 구간이 존재하는데, 이는 지진파 속도와 감쇠 패턴의 복잡한 변화를 통해 간접적으로 추정되었다.

지진파의 속도는 지구 내부를 통과하는 매질의 탄성 계수와 밀도에 의해 결정된다. 특히 P파 속도(Vp)와 S파 속도(Vs)는 매질의 체적 탄성률(K)과 강성률(μ), 밀도(ρ)와 다음과 같은 관계를 가진다.

이 공식들을 통해, 지진파 관측으로부터 추정된 Vp와 Vs 값을 역산하여 매질의 탄성적 성질(K, μ)을 구할 수 있다. 밀도(ρ)는 탄성파 속도만으로는 직접 구할 수 없으나, 실험실에서 측정된 암석의 탄성 특성과 밀도 사이의 경험적 관계[5]나 애덤스-윌리엄슨 방정식과 같은 이론적 접근을 결합하여 추정한다.

밀도 분포를 알면 중력 장의 분포를 계산하여 실제 관측된 중력 데이터와 비교 검증할 수 있다. 또한, 밀도와 지진파 속도는 온도와 압력, 물질 구성에 민감하게 반응한다. 일반적으로 온도가 상승하면 암석의 강성률이 감소하여 지진파 속도가 느려진다. 반면, 압력이 증가하면 속도는 빨라지는 경향을 보인다. 따라서 특정 깊이에서의 속도 이상(異常)은 온도 변화(예: 맨틀 플룸)나 물질 구성의 차이(예: 부분 용융 영역)를 반영한다.

최종적인 내부 온도 분포 추정은 실험실에서 고압·고온 조건 하에서 측정된 다양한 암석의 물성 데이터와, 지진파 관측으로부터 얻은 속도·밀도 모델을 종합적으로 해석하여 이루어진다. 예를 들어, 외핵과 내핵의 경계에서의 온도는 내핵 경계에서의 철 합금의 융점을 기준으로 추정된다. 이러한 접근법을 통해 지구 내부의 열적 구조와 대류 패턴을 이해하는 데 중요한 단서를 얻을 수 있다.

지진계는 지면의 미세한 움직임을 기록하는 장치이다. 기본 원리는 관성에 의해 움직임에 뒤처지는 질량(진자나 질량추)과 그 움직임을 상대적으로 측정하는 고정 프레임을 이용하는 것이다. 지면이 진동하면 프레임은 함께 움직이지만, 내부의 질량은 관성으로 인해 정지 상태를 유지하려 한다. 이 상대적 변위를 광학적, 전자기적 또는 전기적 방식으로 검출하여 전기 신호로 변환하고 기록한다.

지진계는 크게 속도계와 가속도계로 나눌 수 있다. 속도계는 지진파의 지면 운동 속도에 비례하는 신호를 출력하며, 특히 장주기 지진파 기록에 유리하다. 가속도계는 지면 운동 가속도에 비례하는 신호를 출력하며, 강진 시 발생하는 큰 가속도를 측정하는 데 필수적이다. 또한, 관측 환경에 따라 육상용 지진계와 해저 지진계(OBS)로 구분된다. 해저 지진계는 높은 수압과 부식에 견디도록 특수 설계된다.

현대의 광대역 지진계는 매우 넓은 주파수 대역(0.01Hz ~ 50Hz)의 지진파를 정밀하게 기록할 수 있다. 이는 단일 센서로 지역 지진부터 원거리 지진, 지구의 자유 진동까지 포괄적으로 관측할 수 있게 한다. 이러한 지진계의 핵심 구성 요소는 센서, 신호 증폭기, 아날로그-디지털 변환기(ADC), 그리고 시간 정보를 정확히 제공하는 GPS 수신기이다. 디지털 기록 방식의 발전으로 데이터의 정밀도, 저장 및 전송 효율이 크게 향상되었다.

육상 지진 관측망은 전 세계적으로 수백 개의 고정식 관측소로 구성된 네트워크이다. 대표적으로 IRIS(Incorporated Research Institutions for Seismology)가 운영하는 GSN(Global Seismographic Network)이 있으며, 이는 약 150개 이상의 현대식 관측소를 통해 실시간 데이터를 제공한다. 각 관측소에는 지반의 3차원 운동을 기록하는 광대역 지진계와 함께 정확한 시간 정보를 제공하는 GPS 수신기가 설치된다. 이러한 데이터는 지진의 정확한 위치를 파악하고, 지구 내부의 구조를 연구하는 데 핵심적인 역할을 한다.

해저 지진 관측망은 육상 관측이 어려운 광활한 해양 지역을 커버하기 위해 구축된다. 초기에는 해저 지진계를 일시적으로 설치하여 회수하는 방식이 주로 사용되었으나, 최근에는 OBS(Ocean Bottom Seismometer)를 활용한 장기 관측이 일반화되었다. 더 나아가, 해저 관측 케이블을 이용한 고정식 관측망이 개발되어 실시간 데이터 전송이 가능해졌다. 대표적인 프로젝트로는 일본의 DONET(Dense Oceanfloor Network system for Earthquakes and Tsunamis)과 캐나다의 NEPTUNE(North-East Pacific Time-Series Undersea Networked Experiments)이 있다.

육상과 해저 관측망의 통합은 지구 전체를 균일하게 커버하는 데 필수적이다. 특히 해양 지각과 해구, 해령 지역의 지진 활동 및 지구 내부 구조에 대한 정보는 해저 관측망 없이는 얻기 어렵다. 두 관측망의 데이터를 결합함으로써 지진파가 지구 전체를 통과하는 경로를 완전히 재구성할 수 있으며, 이는 지진파 토모그래피를 통한 지구 내부 3차원 구조 영상화의 정확도를 크게 향상시킨다.

핵-맨틀 경계(CMB)는 지구 내부에서 맨틀과 외핵이 만나는 약 2,900km 깊이의 경계면이다. 이 경계는 물리적 성질이 극명하게 달라, P파 속도와 S파 속도가 급격히 감소하는 지역으로 나타난다. 특히 S파는 외핵이 액체 상태이기 때문에 이 경계를 통과하지 못한다. 1914년 독일의 지진학자 베노 구텐베르크는 지진파의 그림자대 분석을 통해 이 경계의 깊이를 정확히 계산해냈으며, 그의 업적을 기려 이 경계는 때때로 구텐베르크 불연속면이라고도 불린다.

CMB 바로 위에는 복잡한 구조를 가진 D" 층(디더블프라임 층)이 존재한다. 이 층은 1950년대에 지진파 도달 시간의 미세한 이상과 CMB에서 반사되는 지진파의 복잡한 신호를 통해 그 존재가 추정되었다. D" 층은 수직 방향으로 약 200~300km 두께의 지역으로, 지진파 속도의 수평적, 수직적 변화가 매우 크고 불균질한 구조를 보인다. 이는 맨틀 최하부의 물질이 외핵과의 열적, 화학적 상호작용을 통해 강하게 교란받았기 때문으로 해석된다.

D" 층의 주요 특징은 다음과 같은 현상으로 관측된다.

이러한 발견들은 CMB가 단순한 경계면이 아니라, 맨틀 대류의 하한부이자 외핵의 열을 받는 활발한 역학적, 화학적 경계층임을 보여준다. D" 층의 연구는 맨틀 대류와 지구 자기장 생성에 관여하는 외핵의 열적 상태를 이해하는 데 핵심적인 단서를 제공한다.

지구의 내핵은 균질한 구체가 아니라 방향에 따라 물리적 특성이 달라지는 이방성을 보인다. 이방성은 주로 P파가 내핵을 통과할 때, 북남 방향(지축과 평행한 방향)이 동서 방향보다 약 3% 더 빠르게 진행하는 현상으로 확인된다. 이 차이는 내핵을 구성하는 철-니켈 합금의 결정 구조가 특정 방향으로 정렬되어 있기 때문으로 해석된다. 결정 정렬은 내핵의 응고 과정이나 그 이후의 변형 과정에서 발생한 것으로 추정된다.

내핵의 회전에 대한 증거는 시간이 지남에 따라 변화하는 지진파 데이터에서 발견된다. 특정 경로를 통과한 P파의 도달 시간이 수십 년에 걸쳐 체계적으로 변하는 것을 관측함으로써, 내핵이 외핵이나 맨틀에 비해 약간 더 빠르게 회전하고 있음(초과 회전)이 제안되었다. 초기 연구에서는 내핵이 1년에 약 1도 정도 더 빠르게 회전한다고 주장했으나, 최근 연구에서는 그 속도가 변동적이거나 훨씬 느릴 가능성도 제기된다.

내핵의 회전 속도와 패턴은 여전히 활발한 연구 주제이다. 일부 모델은 내핵이 맨틀과 거의 같은 속도로 회전하거나, 심지어 주기적으로 진동할 수 있다고 제안하기도 한다[9]. 이러한 회전 차이는 외핵의 대류에 의해 생성된 지구 자기장과 내핵 사이의 전자기적 결합, 그리고 맨틀과의 중력적 결합에 의해 영향을 받는 것으로 보인다.

지진파 분석은 석유 및 천연가스와 같은 지하 자원 탐사에 널리 활용되는 핵심 기술이다. 이 방법은 인공적으로 생성한 지진파를 이용하여 지하 구조를 이미지화하는 탄성파 탐사의 기초를 이룬다. 탐사 지역에서 폭발이나 진동기를 통해 생성된 지진파가 지하의 다양한 암석층 경계에서 반사되어 다시 지표로 돌아오는 시간과 파형을 정밀하게 기록한다. 이 데이터를 처리하고 해석함으로써 퇴적층의 깊이, 두께, 구조 및 암상에 대한 정보를 얻을 수 있다.

탐사 과정은 일반적으로 2차원 또는 3차원으로 수행된다. 2차원 탐사는 선형으로 배열된 지진계를 사용해 지하의 단면도를 얻는 반면, 3차원 탐사는 넓은 지역에 격자 형태로 관측점을 배치하여 지하의 입체적인 구조를 파악한다. 특히 4차원 또는 시계열 탄성파 탐사는 동일한 유전 지역에서 시간 간격을 두고 반복 측정하여 생산 과정에서 일어나는 유체의 이동을 추적하고, 회수율을 높이는 데 기여한다.

이 기술의 가장 중요한 응용은 부존층과 덮암을 식별하고, 지질 구조의 습곡이나 단층과 같은 구조 트랩의 위치를 정확히 파악하는 것이다. 석유나 가스가 모일 수 있는 지질 구조를 찾아내는 것이 탐사의 핵심 목표이기 때문이다. 또한, 얻어진 지진 속도 자료는 암석의 공극률과 포화 유체의 종류(물, 석유, 가스)를 간접적으로 추정하는 데도 사용될 수 있다.

이러한 지진파 분석 기술은 탐사 위험과 비용을 크게 줄여주었으며, 특히 해양 탐사에서는 선박을 이용해 공기총 등의 음원과 수중 청음기 배열을 끌면서 대규모 3차원 데이터를 효율적으로 취득할 수 있게 되었다.

지진파 분석은 해양 지각의 구조와 성질을 규명하고 판구조론을 뒷받침하는 핵심 증거를 제공하는 데 결정적인 역할을 한다. 육상과 달리 해양 지각은 대부분 해수면 아래에 존재하며, 두께가 얇고 해령에서 생성되어 해구에서 소멸되는 역동적인 과정을 거친다. 지진파를 이용한 연구는 이러한 해양판의 구조와 운동을 직접적으로 이미지화할 수 있는 거의 유일한 방법이다.

해양 지각 연구의 주요 대상은 해령과 해구이다. 해령에서는 맨틀 물질이 상승하여 새로운 해양 지각이 생성되는데, 지진파 속도 구조를 분석하면 상승하는 맨틀의 부분 용융 영역과 새로 형성되는 지각의 두께, 모호면의 깊이 변화 등을 추정할 수 있다. 반대로 해구에서는 해양판이 다른 판 아래로 섭입하는데, 지진파 분석을 통해 섭입하는 슬랩의 깊이, 각도, 내부 상태(예: 물의 존재 여부)를 파악한다. 특히, 섭입대에서 발생하는 깊은 지진의 진원 분포는 섭입 슬랩의 경계를 명확히 보여주며, 이는 판구조 운동의 직접적인 증거가 된다.

지진파 연구는 판구조론의 여러 가설을 검증했다. 예를 들어, 해양 지각의 나이가 많아질수록 두꺼워지고 지진파 속도가 증가한다는 관측 결과는 해양판이 생성된 후 시간이 지남에 따라 냉각되고 두꺼워진다는 이론과 일치한다. 또한, 중앙해령 아래의 맨틀이 예상보다 지진파 속도가 느린 저속도대임을 발견하여, 이 지역이 고온이고 부분적으로 용융되어 있음을 증명했다. 해양판 내부에서 관측되는 P파와 S파의 감쇠 특성은 판 내부의 온도와 유체 존재 여부에 대한 정보를 제공한다.

이러한 연구는 해저 확장설을 비롯한 판구조론의 기초를 확고히 했을 뿐만 아니라, 해양 자원 탐사와 지진 및 화산 재해 예측에 직접적으로 기여한다. 섭입대에서의 지진파 모니터링은 대규모 지진 발생 가능 지역을 규명하는 데 필수적이다.

지진파 분석을 통한 지구 내부 탐사는 관측소와 지진원의 분포 밀도에 의해 공간 해상도가 결정된다. 지진 관측망이 조밀한 지역에서는 수십 킬로미터 규모의 구조를 해석할 수 있지만, 관측소가 드문 지역이나 지진 활동이 적은 지역에서는 수백 킬로미터 규모의 평균적인 특성만을 추정할 수 있다. 특히 대양저나 극지방은 관측 인프라가 부족하여 해상도가 낮은 편이다.

해상도 한계는 탐사 깊이에 따라 증가한다. 지각과 상부 맨틀은 비교적 많은 지진파 자료를 확보할 수 있어 상대적으로 고해상도 모델을 구축할 수 있다. 그러나 하부 맨틀이나 외핵과 내핵으로 갈수록 통과하는 지진파 경로의 수가 제한되고, 신호가 약해지며, 다른 경계면에서의 복잡한 반사와 굴절 효과가 중첩되어 구조를 분리해 내는 데 어려움이 따른다.

분석 결과의 불확실성은 여러 요인에서 기인한다. 첫째, 지진 발생 위치(진원)와 시각의 정확도에 오차가 존재한다. 둘째, 지진파 속도는 암석의 온도, 압력, 조성, 부분 용융 상태 등에 따라 달라지는데, 이러한 물성과 속도 관계에 대한 이론적 모델 자체에 불확실성이 내포되어 있다. 셋째, 실제 지구 내부는 이질적이고 복잡한 구조를 가지지만, 해석 모델은 종종 연속적이고 평균화된 매질을 가정하여 단순화하기 때문에 근본적인 모델링 오차가 발생한다.

이러한 한계를 극복하기 위해 인공 지진을 이용한 활성 탐사, 위성 중력 관측 자료와의 결합, 고성능 컴퓨팅을 활용한 3차원 역모델링 기술 등이 발전하고 있다. 또한, 지진파 토모그래피 기법은 전 세계 지진 관측망 데이터를 통합하여 점차 정밀한 지구 내부 영상을 제공하고 있으나, 여전히 '해상도 부족 영역'의 존재와 모델의 비유일성 문제는 중요한 과제로 남아 있다.