ホーム   強震動予測の最先端/壇 一男   3. 熊本地震などによる地震本部の「レシピ」の検証
  • 1. 強震動予測に用いられる震源モデル
  • 2. 地震本部の強震動予測のための「レシピ」とその課題
  • 3. 熊本地震などによる地震本部の「レシピ」の検証
  • 4. 内陸地震による強震動と永久変位の予測のための断層モデル設定法
  • 5. 海溝付近の巨大地震による強震動と津波の予測のための断層モデル設定法
  • 6. 南海トラフと相模トラフの巨大地震による予測地震動
壇 一男

(だん かずお
/ Kazuo Dan)
熊本大学 教授

1960年
福岡県山門郡瀬高町(現在、福岡県みやま市瀬高町)にて出生
1982年
東京大学 工学部 建築学科 卒業
1984年
東京大学 大学院 工学系研究科 建築学専攻 修士課程 終了
1984年
清水建設 株式会社 入社
1989年
中国国家地震局工程力学研究所にて共同研究 (3月~7月)
1991年
東京大学より学位授与
2020年
清水建設 株式会社 定年退職
2020年
熊本大学赴任 現在に至る

■所属学協会

日本建築学会

日本地震工学会


■受賞歴

2000年
日本建築学会 奨励賞
2007年
日本建築学会 学会賞(論文)

熊本大学建築構造・防災研究室

http://hagane.arch.kumamoto-u.ac.jp/#3

3. 熊本地震などによる地震本部の「レシピ」の検証

前回、地震調査研究推進本部(2017)1)がとりまとめた強震動予測のための「レシピ」は、①特性化震源モデル(アスペリティモデル)の設定、②地下構造モデルの作成、③強震動計算、④予測結果の検証の4つで構成されているとの説明をしました。また、このうち、忘れがちなのが、最後の「予測結果の検証」ということも指摘しました。今回は、この検証に関して、「レシピ」の成立過程における検証と2016年熊本地震による検証について説明します。

3.1「レシピ」の成立過程における手法の検証

地震本部の「レシピ」が公表されるにあたり、手法の検証が、糸魚川 - 静岡構造線断層帯(北部、中部)による地震($\small M_W 7.4$程度)と1978年宮城県沖地震($\small M_W 7.6$)で行われました。そこで、ここでは、これら2つの地震による強震動の計算結果が、どのように検証されたかを紹介します。

(1)糸魚川 - 静岡構造線断層帯(北部、中部)による地震

【図1】の左図は、糸魚川 - 静岡構造線断層帯(北部、中部)による地震の断層モデルと強震動の計算結果から算定した計測震度です(地震調査研究推進本部, 2002)2)。図では見えにくいのですが、灰色の四角で示されたアスペリティが北部と中部の断層面に2個ずつあります。

【図1】糸魚川 - 静岡構造線断層帯(北部、中部)による地震の断層モデル(ケース1)と強震動の計算結果から算定した計測震度および結果の検証(地震調査研究推進本部, 2002)2)

【図1】の右図は、左図の断層モデルを用いて計算された予測強震動の最大速度です。横軸は断層最短距離ですが、断層の上端が深さ4kmに設定され、それよりも浅い部分はモデル化されていないため、断層最短距離は4km以上となっています。手法の検証として、この計算結果は、既往の地震記録から求められている距離減衰式(最近では、地震動予測式:Ground Motion Prediction Equationとよばれています)と比較されています。図に示されているのは、司・翠川(1999)3)による距離減衰式の中央値と±標準偏差で、計算値は、これらの値と非常によく対応しています。

なお、【図1】は、北側の2個のアスペリティの位置を変えた3つのケースのうち、ケース1についてのものです。「レシピ」では、「震源断層モデルのアスペリティの位置は、活断層調査から得られた1回の地震イベントによる変位量分布、もしくは平均変位速度(平均的なずれの速度)の分布より設定する」とあります。これに従って、南側の2個のアスペリティの位置は決めることができましたが、北側の2個のアスペリティの位置は決めることができませんでした。そこで、ケース1として南端付近で断層上端に接するケースを、ケース2として北端付近で断層上端に接するケースを、ケース3として南端付近で断層下端に接するケースを想定しています。

(2)1978年宮城県沖地震

宮城県沖では、おおよそ40年に1回の割合で、マグニチュード7.5程度の地震が繰り返し起こっていることから(地震調査研究推進本部, 2000)4)、同様の地震が起こった場合の強震動の予測が行われました(地震調査研究推進本部, 2005)5)

【図2】の上図は、1978年宮城県沖地震のデータをもとに想定された断層モデル(ケースA1:$\small M_W 7.6$)です。1978年宮城県沖地震では、強震波形が記録されており、手法の検証のために、開北橋、東北大学、および樽水ダムでの強震記録の再現が行われました。

【図2】1978年宮城県沖地震のデータをもとに想定された断層モデル(ケースA1)および開北橋における強震動の計算結果と観測記録との比較(地震調査研究推進本部, 2005)5)

【図2】の下図は、上図の断層モデルを用いて計算された開北橋における速度波形と観測波形の比較です。観測波形はほぼ再現されており、手法の妥当性が示されています。

なお、宮城県沖地震の強震動予測としては、1936年宮城県沖地震のデータをもとに想定した断層モデル(ケースA2:$\small M_W 7.4$)およびケースA1とケースA2の連動のモデル($\small M_W 8.0$)も用いられていますが、強震記録がないため、手法の検証は行われていません。

3.2 熊本地震による「レシピ」の検証

2016年に起こった熊本地震では、明瞭な地震断層が地表に現れました。産業技術総合研究所(2011)6)の現地調査によると、地表地震断層の長さは、布田川ふたがわ断層帯で約28km、日奈久ひなぐ断層帯で約6kmでした。また、強震記録も多く得られており、これをもとにした震源断層の推定も複数の研究チームによって行われています。このうち、Irikura et al.(2017)7)は、断層長さが44km、幅が18kmの断層モデルで強震記録の再現を行っています。この断層モデルは、産業技術総合研究所(2011)6)による現地調査結果と整合させつつ、地震断層が地表に現れていない部分にも地中の震源断層が広がるモデルとなっています。

地震本部の「レシピ」では、断層の長さと幅の事前情報から、地中の震源断層を設定することになっていますので、手法の検証のための断層長さの設定には、地表地震断層の長さ34kmを採用する場合と、震源断層長さ44kmを採用する場合が考えられます(ただし、震源断層の長さは研究チームによって少しずつ異なっています)。また、断層幅の設定は、断層の傾斜と微小地震分布などから推定される地震発生層の厚さをもとに設定されますが、こちらも、どのようなデータを用いるかによって、変動します。

このような状況のなか、田中・他(2018)8)は、地震本部の「レシピ」を熊本地震に適用するために、引間(2016)9)の熊本地震に関する解析結果にもとづき、布田川断層帯のほうの震源断層長さを32km、傾斜角を75度とし、日奈久断層帯のほうの震源断層長さを12km、傾斜角を78度としました。また、地震発生層の上端深さは、余震分布にもとづき3kmとし、下端深さは、引間(2016)9)の解析結果にもとづき19kmとしました。さらに、地震本部の「レシピ」は、地震発生層における震源断層のモデルの設定方法を示したものであるため、田中・他(2018)8)は、それよりも浅い断層(浅部断層)のモデル化の方法も、国内外の過去の内陸地震のデータを統計処理して提示しました。そうして、この方法を用いて、地震本部の「レシピ」で設定した震源断層に浅部断層を付加しました。【図3】の上図に作成された断層モデルを示します。

【図3】2016年熊本地震のデータをもとに設定された断層モデル(Model-01)およびKiK-net益城と西原村における強震動の計算結果と観測記録との比較(田中・他, 2018)8)

【図3】の上図に示したアスペリティの位置は、引間(2016)9)の解析結果にもとづいています。また、破壊が始まる点として、熊本地震の震源位置(Rup A)に加えて、布田川断層帯の下部の2か所(Rup BとRup C)の合計3つのケースが想定されています。

【図3】の下図は、KiK-net益城と西原村における強震動の計算結果と観測記録との比較です。KiK-net益城は、地表地震断層から約2kmの地点の観測点、西原村は、地表地震断層から約700mの地点の観測点で、図に示した波形は断層平行成分です。また、対象とした地震波形の周期は1秒以上で、図に示した計算結果は、破壊が始まる点を熊本地震の震源位置(Rup A)とした場合の波形です。

地震本部の「レシピ」の検証という意味では、観測記録(OBS)と震源断層による計算結果(SYN(deep))を比較すればいいのですが、KiK-net益城と西原村とも、速度波形も変位波形も過小評価となっています。特に、観測された変位波形に見られる永久変位(フリングステップ:fling stepとよばれています)の再現性が低いことがわかります。これに対して、浅部断層を付加したモデルによる計算結果(SYN)は、観測波形の再現性は向上しています。しかしながら、西原村における速度波形の最大値は、観測値が228cm/sであるのに対して、計算値は57cm/sで、この相違は、耐震工学的には非常に重要な違いです。

このような地表地震断層にきわめて近い場所での永久変位を含む強震動をどのように予測すべきかについては、田中・他(2018)8)をはじめ、いくつかの研究チームで改善案が提案されていますので、次回、説明したいと思います。

謝辞:【図3】は、参考文献 8)からの引用です。図の使用許可をいただきました東電設計の田中信也博士・ほか3名の著者に、記してお礼を申し上げます。

参考文献

1)
地震調査研究推進本部(2017):震源断層を特定した地震の強震動予測手法(「レシピ」), https://www.jishin.go.jp/main/chousa/20_yosokuchizu/recipe.pdf(2021年9月29日参照)
2)
地震調査研究推進本部(2002):糸魚川 - 静岡構造線断層帯(北部、中部)の地震を想定した強震動評価について, 平成14年10月31日, https://www.jishin.go.jp/main/kyoshindo/pdf/ 20021031itoshizu.pdf(2021年9月29日参照)
3)
司宏俊・翠川三郎(1999):断層タイプ及び地盤条件を考慮した最大加速度・最大速度の距離減衰式, 日本建築学会構造系論文集, 第523号, pp.63-70.
4)
地震調査研究推進本部(2000):宮城県沖地震の長期評価, 平成12年11月27日, https:// www.jishin.go.jp/main/chousa/00nov4/miyagi.htm(2021年9月29日参照)
5)
地震調査研究推進本部(2005):宮城県沖地震を想定した強震動評価(一部修正版)について, 平成17年12月14日, https://www.jishin.go.jp/main/kyoshindo/pdf/20051214miyagi.pdf(2021年9月29日参照)
6)
産業技術総合研究所(2016):「第四報」緊急現地調査報告[2016年5月13日]2016年熊本地震に伴って出現した地表地震断層, https://www.gsj.jp/hazards/earthquake/kumamoto2016/kumamoto20160513-1.html(2021年9月29日参照)
7)
Irikura et al.(2017):Applicability of source scaling relations for crustal earthquakes to estimation of the ground motions of the 2016 Kumamoto earthquakes, Earth, Planets and Space, Vol.69, https://doi.org/10.1186/s40623-016-0586-y(2021年9月29日参照)
8)
田中・他(2018):地表地震断層近傍における永久変位を含む長周期成分の地震動評価のための震源モデルの設定方法, 日本建築学会構造系論文集, 第83巻, 第752号, pp.1525-1535.
9)
引間(2016):強震波形を用いた2016年熊本地震の本震・前震の震源過程解析, 日本地震工学会・大会2016, P4-11.