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1 防 災 科 研 における 地 震 動 予 測 地 図 作 成 プロジェクトについて 独 立 行 政 法 人 防 災 科 学 技 術 研 究 所 藤 原 広 行 1. はじめに 全 国 を 概 観 する 地 震 動 予 測 地 図 の 作 成 が 平 成 16 年 度 末 の 完 成 を 目 指 して 地 震 調 査 研 究 推 進 本 部 地 震 調 査 委 員 会 において 進 められている 全 国 を 概 観 する 地 震 動 予 測 地 図 は 地 震 発 生 の 長 期 的 な 確 率 評 価 と 地 震 が 発 生 した 時 に 生 じる 強 震 動 の 評 価 を 組 み 合 わせた 確 率 論 的 地 震 動 予 測 地 図 と 特 定 の 地 震 に 対 して ある 想 定 されたシナリオ に 対 する 詳 細 な 強 震 動 評 価 に 基 づく 震 源 断 層 を 特 定 した 地 震 動 予 測 地 図 の2 種 類 の 性 質 の 異 なる 地 図 を 組 み 合 わせた 形 で 公 表 される 予 定 とされている 防 災 科 学 技 術 研 究 所 で は 平 成 13 年 4 月 より 特 定 プロジェクト 地 震 動 予 測 地 図 作 成 手 法 の 研 究 を 開 始 し 地 震 動 予 測 地 図 の 作 成 に 必 要 な 技 術 的 な 検 討 及 び 地 図 の 作 成 作 業 を 行 ってきた 以 下 では 2 種 類 の 予 測 地 図 作 成 に 関 して 行 ってきた 検 討 内 容 の 一 部 について 紹 介 する 2. 確 率 論 的 地 震 動 予 測 地 図 作 成 に 関 する 検 討 2.1 地 震 発 生 確 率 の 数 値 の 扱 いについて 活 断 層 で 発 生 する 地 震 の 長 期 評 価 では 平 均 活 動 間 隔 と 最 新 活 動 時 期 が 幅 を 持 って 評 価 され 結 果 として 地 震 発 生 確 率 が 幅 をもって 示 されているものが 多 数 あり 確 率 論 的 地 震 動 予 測 地 図 の 作 成 に 当 たっては 幅 をもって 示 された 地 震 発 生 確 率 の 数 値 の 扱 いが 問 題 と なる 地 震 調 査 研 究 推 進 本 部 事 務 局 の 調 査 によれば 最 近 の 約 200 年 間 では 98 活 断 層 帯 に 関 連 する 被 害 地 震 は 11 あり 約 20 年 (18.4 年 )に 一 度 の 間 隔 で 発 生 していると 試 算 してい る こうした 過 去 の 地 震 活 動 と 比 較 した 場 合 予 測 地 図 作 成 に 用 いる 確 率 の 数 値 が 日 本 全 体 としてみたときに 妥 当 なものとなっているかどうかについての 検 討 を 行 った 検 討 内 容 と 条 件 主 要 98 活 断 層 帯 における 地 震 発 生 確 率 の 値 に 基 づき 今 後 30 年 間 および 200 年 間 に 発 生 する 地 震 数 ごとの 確 率 を 評 価 する この 際 平 均 活 動 間 隔 と 最 新 活 動 時 期 に 幅 があるも のについては (1) 最 大 値 を 採 用 する 場 合 ( 以 下 最 大 ケース) (2) 中 央 値 の 組 み 合 わせを 採 用 する 場 合 ( 以 下 平 均 ケース) (3) 平 均 活 動 間 隔 と 最 新 活 動 時 期 の 幅 を 平 均 化 する 場 合 ( 以 下 積 分 平 均 ケース) (4) 確 率 の 最 大 値 と 最 小 値 の 算 術 平 均 値 を 採 用 する 場 合 ( 以 下 確 率 平 均 ケース) の4ケースを 検 討 する なお 時 間 軸 の 原 点 は 2004 年 1 月 とする 293

2 本 検 討 に 使 用 するデータは 以 下 の 通 りである 長 期 評 価 が 公 表 済 みで 地 震 発 生 確 率 が 記 載 されている 34 活 断 層 帯 (45 活 断 層 9 月 10 日 公 表 の 菊 川 断 層 帯 長 尾 断 層 帯 まで 反 映 )については 公 表 された 数 値 に 基 づい て 時 間 軸 原 点 を 2004 年 1 月 とした 確 率 を 評 価 する 長 期 評 価 が 未 評 価 の 活 断 層 帯 のうち 平 成 13 年 3 月 時 点 で 作 成 された 文 部 科 学 省 事 務 局 資 料 ( 参 考 資 料 )に 試 算 値 として 確 率 が 記 載 されている 31 活 断 層 は その 根 拠 とな る 平 均 活 動 間 隔 と 最 新 活 動 時 期 に 基 づいて 2004 年 1 月 を 時 間 軸 原 点 とする 確 率 を 評 価 する 上 記 のいずれにも 該 当 しない 28 活 断 層 は 暫 定 値 として 損 害 保 険 料 率 算 定 会 (2000)で 用 いられている 数 値 に 基 づき 確 率 を 評 価 する 結 果 1) 今 後 30 年 間 の 地 震 発 生 確 率 および 地 震 数 に 関 する 結 果 配 下 の 通 りである 104 の 活 断 層 のうち 30 年 間 の 地 震 発 生 確 率 が 3% 以 上 0.1-3% 0.1% 未 満 となる 活 断 層 の 数 は それぞれ 表 1 のようになる また 今 後 30 年 間 に 発 生 する 地 震 数 ごとの 確 率 は 表 2 となる 表 1 今 後 30 年 間 の 地 震 発 生 確 率 の 範 囲 ごとの 活 断 層 数 ( 全 体 =104) 条 件 3% 以 上 0.1-3% 0.1% 未 満 最 大 ケース 平 均 ケース 積 分 平 均 ケース 確 率 平 均 ケース 全 体 20(19%) 50(48%) 34(33%) うち 長 期 評 価 に 基 づくもの 全 体 9(9%) 47(45%) 48(46%) うち 長 期 評 価 に 基 づくもの 全 体 7(7%) 56(54%) 41(39%) うち 長 期 評 価 に 基 づくもの 全 体 13(13%) 56(54%) 35(34%) うち 長 期 評 価 に 基 づくもの 損 害 保 険 料 率 算 定 会 では 平 均 活 動 間 隔 に 幅 が 生 じる 場 合 には 活 動 間 隔 が 最 も 短 くなるように パラメータが 選 定 されており 最 新 活 動 時 期 の 幅 は 平 均 化 した 上 で 確 率 が 評 価 されている 294

3 回 数 ケース 表 2 30 年 間 に 発 生 する 地 震 数 とその 確 率 0 回 1 回 2 回 3 回 4 回 5 回 6 回 7 回 以 上 最 大 % 19.1% % % 平 均 34.9% 38.0% 19.3% 6.2% 1.4% 0.2% 0.03% 0% 積 分 平 均 38.3% 37.9% % % 0.02% 0% 確 率 平 均 % % 3.2% 0.8% 0.1% 0.03% また 30 年 間 に 発 生 する 地 震 数 の 期 待 値 は (1) 最 大 ケース: 2.03 (2) 平 均 ケース: 1.02 (3) 積 分 平 均 ケース: 0.93 (4) 確 率 平 均 ケース: 1.32 となる 平 均 的 に 18.4 年 に 1 回 であれば 30 年 間 には 1.63 回 となり 最 大 ケースと 確 率 平 均 ケースの 間 となる また 積 分 平 均 ケース は 平 均 ケース よりもやや 小 さい 結 果 となった 2) 今 後 200 年 間 の 地 震 発 生 数 に 関 する 検 討 は 以 下 の 通 りである 今 後 200 年 間 の 地 震 発 生 数 の 確 率 分 布 を 10 万 回 のシミュレーションにより 推 定 した 結 果 は 図 1 となる また 200 年 間 に 発 生 する 地 震 数 の 期 待 値 は (1) 最 大 ケース: 11.6 (2) 平 均 ケース: 6.1 (3) 積 分 平 均 ケース: 5.7 (4) 確 率 平 均 ケース: 7.7 となる なお 地 震 発 生 確 率 が 小 さい 場 合 今 後 30 年 間 の 確 率 と 200 年 間 の 確 率 の 間 には 概 ね 期 間 の 長 さに 比 例 した 関 係 が 成 立 するが 確 率 が 大 きい 場 合 にはその 関 係 が 成 立 しない 例 えば 糸 魚 川 - 静 岡 構 造 線 断 層 帯 P30=14%, P200=67% 富 士 川 河 口 断 層 帯 P30=11%, P200=56% などは 期 間 が 6.7 倍 になっても 確 率 は 5 倍 程 度 にしかなっていない 最 大 ケースが 今 後 30 年 では 過 去 の 平 均 より 大 きく 今 後 200 年 では 過 去 の 平 均 と 整 合 するのは このためと 推 測 される 295

4 0.15 期 待 値 =11.6 最 大 ケース 確 率 年 から200 年 間 の 地 震 発 生 数 確 率 期 待 値 =6.1 平 均 ケース 年 から200 年 間 の 地 震 発 生 数 確 率 期 待 値 =5.7 積 分 平 均 ケース 年 から200 年 間 の 地 震 発 生 数 確 率 期 待 値 =7.7 確 率 平 均 ケース 年 から200 年 間 の 地 震 発 生 数 図 年 間 の 地 震 発 生 数 の 確 率 分 布 296

5 3) 考 察 上 記 のように 暫 定 評 価 の 数 値 を 多 く 含 む 検 討 結 果 ではあるが 過 去 200 年 間 に 発 生 した 被 害 地 震 数 との 比 較 から 確 率 論 的 地 震 動 予 測 地 図 の 作 成 で 用 いてきた 平 均 ケ ース では 98 断 層 帯 全 体 としては 確 率 が 小 さめの 評 価 となる 積 分 平 均 ケース は 平 均 ケース よりもさらに 若 干 小 さめの 評 価 となる 確 率 平 均 ケース は 平 均 ケース よりも 大 きめの 結 果 となるが 過 去 年 間 の 地 震 活 動 よりは 小 さ 目 の 評 価 となる 一 方 最 大 ケース とした 場 合 には 今 後 30 年 間 で 見 ると 過 去 200 年 間 の 地 震 活 動 よりは 大 き 目 今 後 200 年 間 ではほぼ 同 等 の 結 果 を 与 える 地 震 発 生 数 の 期 待 値 は 主 として 地 震 発 生 確 率 の 絶 対 値 が 大 きい 活 断 層 で 決 まるこ とから ケースによる 地 震 発 生 数 の 期 待 値 の 変 化 は 最 大 ケースと 平 均 ケースで 確 率 の 値 に 大 きな 違 いのある 比 較 的 少 数 の 活 断 層 によりもたらされていると 考 えら れる ここで 用 いた 過 去 の 地 震 活 動 の 評 価 は 暫 定 的 なものであり さらなる 検 討 が 必 要 で ある 図 2に(a) 平 均 ケース 及 び(b) 最 大 ケースの 確 率 を 用 いて 作 成 した30 年 超 過 確 率 3%の98 活 断 層 帯 の 固 有 地 震 に 対 する 確 率 論 的 地 震 動 予 測 地 図 を 示 す ケース 名 最 大 ケース 平 均 ケース 積 分 平 均 ケース 確 率 平 均 ケース 表 3 各 ケースの 比 較 特 徴 長 期 評 価 における 発 生 確 率 のランク 分 け 等 で 用 いている 数 値 と 整 合 する 過 去 200 年 間 の 地 震 数 と 最 も 整 合 確 率 論 的 地 図 では Most Probable でモデル 化 することが 基 本 となっている Most Probable の 考 えには 合 致 これまでの 試 作 版 で 使 用 過 去 200 年 間 の 地 震 数 よりは 明 らかに 小 さい Most Probable の 考 えに 合 致 最 新 活 動 時 期 に 大 きな 幅 がある 場 合 に 確 率 の 値 がポアソン 過 程 と 整 合 するなど 平 均 ケースでの 疑 問 点 にはある 程 度 答 えら れる 過 去 200 年 間 の 地 震 数 よりは 明 らかに 小 さい 確 立 の 計 算 手 法 とデータの 取 り 扱 いとがアンバランス( 活 動 間 隔 や 最 新 活 動 時 期 の 幅 の 分 布 形 状 相 関 性 等 も 考 慮 するべき( 現 状 では 困 難 )) Most Probable の 考 えに 合 致 将 来 30 年 間 の 地 震 発 生 確 率 は 過 去 200 年 間 の 結 果 にやや 近 い 算 出 された 確 率 の 値 を 活 動 間 隔 と 最 新 活 動 時 期 とに 立 ち 戻 っ て 見 ることができない 297

6 (a) (b) 図 2 (a) 平 均 ケース 及 び(b) 最 大 ケースの 確 率 を 用 いて 作 成 した30 年 超 過 確 率 3%の 98 活 断 層 帯 の 固 有 地 震 に 対 する 確 率 論 的 地 震 動 予 測 地 図 2.2 低 確 率 の 強 震 動 評 価 について 現 在 用 いられている 確 率 論 的 地 震 ハザード 解 析 手 法 においては 発 生 確 率 の 高 い 地 震 に 対 して 超 過 確 率 が 低 確 率 となる 地 震 動 の 強 さは 解 析 に 用 いる 地 震 動 指 標 の 経 験 的 な 距 離 減 衰 式 のばらつきの 程 度 に 支 配 されることがある 距 離 減 衰 式 のばらつきは 対 数 正 規 分 布 で 評 価 されており 超 過 確 率 が 小 さい 場 合 には 分 布 の 裾 部 分 に 当 たる 地 震 動 が 評 価 されるため 距 離 減 衰 式 のばらつきの 程 度 が 予 測 結 果 に 大 きく 影 響 することになる 本 来 確 率 論 的 地 震 ハザード 評 価 においては 対 象 地 点 において 震 源 断 層 が 特 定 され た1つの 地 震 に 対 するハザードを 評 価 する 場 合 震 源 に 関 わる 不 確 定 性 と 伝 播 経 路 及 びサ イト 特 性 の 不 確 定 性 は 分 離 して 評 価 すべきものである しかしながら 現 状 では 各 地 震 ごとに 各 観 測 点 において 震 源 特 性 と 伝 播 経 路 サイト 特 性 を 分 離 して 評 価 するためのデ ータは 得 られていない このため 現 在 用 いている 距 離 減 衰 式 は 様 々な 地 震 と 観 測 点 を 区 別 せずまとめたデータセットを 用 いて 回 帰 されているため そのばらつきには 震 源 特 性 伝 播 経 路 特 性 及 び 各 観 測 点 のサイト 特 性 のばらつきが 含 まれている このため 超 過 確 率 の 計 算 に 用 いる 地 震 動 のばらつきの 程 度 を 大 きめに 評 価 している 可 能 性 がある ば らつきの 大 きなモデルで 計 算 された 低 確 率 の 地 震 動 レベルは 過 大 評 価 される 可 能 性 があ ることに 注 意 が 必 要 である 確 率 論 的 地 震 動 予 測 地 図 の 試 作 版 では 最 大 速 度 の 距 離 減 衰 式 のばらつきは 司 翠 川 (1999)に 従 って 対 数 標 準 偏 差 0.53( 常 用 対 数 で 0.23)を 用 い ている 発 生 確 率 の 高 い 地 震 に 対 して 距 離 減 衰 式 のばらつきがどの 程 度 の 影 響 を 及 ぼす 298

7 か 試 算 するため 東 南 海 南 海 地 震 想 定 東 海 地 震 に 対 して 翠 川 大 竹 (2003)で 示 され た 値 ( 対 数 標 準 偏 差 0.35 常 用 対 数 で 0.15)を 用 いた 場 合 の 計 算 を 合 わせて 行 い 両 者 を 比 較 した( 図 3) 震 源 モデルを 仮 定 し 地 震 動 を 物 理 的 なモデルに 基 づいて 評 価 する 詳 細 法 ( 例 えば ハ イブリッド 法 )による 地 震 動 評 価 は 現 状 では 想 定 するモデルが 限 定 されたシナリオ 地 震 地 図 作 成 にのみ 用 いられており 計 算 作 業 量 及 び 計 算 に 必 要 な 情 報 量 の 不 足 のために 地 震 動 予 測 地 図 作 成 のための 確 率 論 的 地 震 ハザード 評 価 においては 用 いられていない しか し よりきめ 細 かな 強 震 動 評 価 を 行 うためには 将 来 的 には 詳 細 法 による 地 震 ハザード 評 価 を 確 率 論 的 地 震 ハザード 評 価 に 取 り 込 むことが 必 要 と 考 えられる これが 可 能 になれ ば 理 論 的 には 震 源 特 性 に 対 する 不 確 定 性 と 伝 播 経 路 特 性 及 びサイト 特 性 に 関 する 不 確 定 性 を 完 全 に 分 離 して 扱 うことが 可 能 となり より 物 理 的 解 釈 の 明 確 な 地 震 ハザード 評 価 が 可 能 となると 期 待 される なお 詳 細 法 を 用 い 震 源 特 性 による 不 確 定 性 の 要 因 のみを 分 離 した 各 地 点 ごとの 地 震 動 のばらつき 評 価 についての 検 討 は 現 在 実 施 中 である また 距 離 減 衰 式 のばらつきの 裾 野 で 評 価 される 低 確 率 の 地 震 動 強 度 については その 値 の 信 頼 性 について 疑 問 視 される 場 合 があり 強 震 動 指 標 の 上 限 値 の 導 入 や 表 現 方 法 につ いて 検 討 がなされており その 取 り 扱 いは 今 後 の 課 題 となっている なお 本 年 度 作 成 さ れた 試 作 版 においては 上 限 値 は 設 定 されていない (a) (b) 図 3 南 海 東 南 海 想 定 東 海 地 震 に 対 する 30 年 超 過 確 率 3%の 地 震 動 レベル (a)ば らつきを 対 数 標 準 偏 差 0.53 とした 場 合 (b)ばらつきを 対 数 標 準 偏 差 0.35 とした 場 合 299

8 3. 強 震 動 評 価 手 法 に 関 する 検 討 3.1 強 震 動 評 価 手 法 の 検 証 2003 年 十 勝 沖 地 震 シナリオ 地 震 に 対 する 詳 細 な 強 震 動 評 価 手 法 として 内 陸 の 活 断 層 で 発 生 する 地 震 につ いては ハイブリッド 法 と 呼 ばれる 計 算 手 法 が 採 用 されている ハイブリッド 法 では 決 定 論 的 な 取 り 扱 いが 有 効 な 低 周 波 数 帯 域 に 対 しては 有 限 差 分 法 や 有 限 要 素 法 により 弾 性 波 動 論 に 基 づいた 理 論 的 なモデルに 対 して 波 形 計 算 を 行 い 統 計 的 な 取 り 扱 いが 必 要 な 高 周 波 数 帯 域 に 対 しては 統 計 的 グリーン 関 数 法 と 呼 ばれる 半 経 験 的 な 手 法 を 用 いて 波 形 合 成 を 行 う 最 後 に 遷 移 周 波 数 領 域 においてそれぞれに 対 してマッチングフィルター 処 理 を 施 して 重 ね 合 わせることにより 全 周 波 数 帯 域 での 計 算 を 行 う ハイブリッド 法 は 複 数 の 要 素 技 術 の 組 み 合 わせからなる 複 雑 な 波 形 合 成 法 であるが この 手 法 をできるだけ 標 準 化 し 誰 が 計 算 を 実 施 しても 同 じ 結 果 が 得 られることを 目 標 とした 手 法 の 検 討 が 行 われて いる しかし 宮 城 県 沖 地 震 等 の 海 溝 型 の 地 震 に 対 しては ハイブリッド 法 による 強 震 動 評 価 が 十 分 に 成 功 していない このため 大 量 の 強 震 動 の 記 録 が 使 用 可 能 な2003 年 十 勝 沖 地 震 に 対 して 強 震 動 評 価 手 法 の 検 証 を 行 い 手 法 の 改 良 を 目 指 している 年 十 勝 沖 地 震 の 震 源 過 程 解 析 K-NET および KiK-net の 観 測 点 15 点 の 強 震 動 記 録 を 用 いた 逆 解 析 を 行 い(Honda 他 2004) 断 層 面 上 での 滑 り 分 布 と 破 壊 の 伝 播 の 様 子 を 再 現 した( 図 4 印 は 震 央 は 観 測 点 ) 震 源 はJMAの 一 元 化 震 源 で 得 られた 震 央 と 沈 み 込 むプレートの 深 さを 基 に(41.779N E 29km)とした 断 層 は 140kmx160km 走 行 246 傾 斜 18 と 仮 定 した 得 ら れたモーメントは 2.9x10 21 Nm (Mw8.2)で もっとも 大 きなアスペリティは 十 勝 平 野 の 東 方 沖 にあり 最 大 滑 り 量 は 5.9m 震 央 付 近 にもやや 大 きな 滑 りがある 北 東 部 のアスペリテ ィはややぼやけているが 道 東 の 主 要 動 の 走 時 振 幅 を 説 明 するために 必 要 である 図 4 インバージョンによって 得 られた 断 層 面 上 での 滑 り 分 布 300

9 図５ 破壊伝播のスナップショット 図６ 観測波形(黒)と理論波形(赤)の比較 図５に 2.5 秒毎のスナップショットを示す 大きな破壊は震源から北西に向かって伝播し ているように見える 図４の最大アスペリティの深い部分で 1m/s 近い大きな滑り速度が見 積もられている 図６に観測波形と理論波形の比較を示す 観測された加速度波形を積分 した速度波形に 5 秒から 50 秒のフィルターをかけ Ｓ波の到着時刻の 5 秒前から 80 秒後 までを切り出しデータとした ほとんどの観測点で波形の最大振幅をとる波は最大アスペ リティからくるものであるが 道東の HKD076 と HKD077 の記録では それより 10 秒ほど遅 れてくる断層面北東部のアスペリティからの波がもっとも大きい 特性化震源モデルによる強震動評価 暫定版 2003 年十勝沖地震は K-NET KiK-net 等の全国的な強震観測網が整備されて以降始め て発生したＭ８クラスの海溝型地震である これらの観測網で得られた貴重な強震記録を 用いて 経験的グリーン関数法による観測波形の再現 及び震源インバージョンの結果を 参考にして 海溝型地震に対する震源モデル作成のレシピに従って特性化震源モデルを設 定し 観測記録との比較により 現在採用している強震動予測手法の検証を実施中である 301

10 検 証 の 第 一 段 階 として 行 った 簡 便 法 及 び 統 計 的 グリーン 関 数 法 による 強 震 動 評 価 特 に 面 的 な 最 大 速 度 分 布 及 び 計 測 震 度 分 布 について 検 討 状 況 を 報 告 する なお 今 回 の 報 告 は 最 終 的 なものではなく 低 周 波 帯 域 に 対 する 理 論 的 計 算 は 現 時 点 での 検 討 には 含 まれて いない 今 後 差 分 法 による 理 論 計 算 を 実 施 し 最 終 的 にはハイブリッド 法 での 波 形 合 成 結 果 について 検 討 する 予 定 である 本 検 証 に 用 いた 観 測 記 録 は 気 象 庁 防 災 科 学 技 術 研 究 所 (K-NET KiK-net) 北 海 道 開 発 土 木 研 究 所 (WISE)によるものである 検 討 結 果 1) 最 大 速 度 簡 便 法 ( 司 翠 川 1999 森 川 他 2003)による 評 価 結 果 と 観 測 記 録 との 比 較 を 図 7 に 詳 細 法 ( 統 計 的 グリーン 関 数 法 )による 評 価 結 果 と 観 測 記 録 との 比 較 を 図 8 に 示 す 2) 計 測 震 度 簡 便 法 による 評 価 結 果 と 観 測 記 録 との 比 較 を 図 9 に 詳 細 法 ( 統 計 的 グリーン 関 数 法 ) による 評 価 結 果 と 観 測 記 録 との 比 較 を 図 10 に 示 す 簡 便 法 による 結 果 では 震 度 6 弱 が 最 大 であるが 詳 細 法 による 結 果 では 震 度 6 強 となる 地 域 が 現 れている 3) 波 形 詳 細 法 工 学 的 基 盤 (Vs=700m/s)までのボーリングデータが 存 在 する K-NET KiK-net 観 測 点 に 関 して 一 次 元 重 複 反 射 理 論 による 計 算 を 行 って 詳 細 法 による 地 表 の 波 形 を 求 め 2003 年 十 勝 沖 地 震 の 観 測 記 録 との 比 較 を 行 った その 結 果 を 図 11 に 示 す 4) 遠 方 の 観 測 点 における 計 測 震 度 の 過 大 評 価 について 遠 方 の 観 測 点 における 計 測 震 度 値 が 過 大 評 価 となっている 原 因 としては 最 大 速 度 にお いて 特 に 過 大 評 価 が 顕 著 には 見 られないことから( 図 7, 8) 計 測 震 度 の 評 価 に 用 いてい る 翠 川 他 (1999)による 計 測 震 度 と 最 大 速 度 の 関 係 式 I = log PGV±0.21 (I = 4~7) I: 計 測 震 度 PGV: 地 表 最 大 速 度 (cm/s) の 観 測 記 録 からのかい 離 が 主 要 因 であると 考 えられる( 図 12) そこで より 詳 細 な 検 討 を 行 うため 詳 細 法 評 価 結 果 に 基 づいた 合 成 波 形 と 観 測 記 録 の 比 較 及 び 最 大 速 度 及 び 計 測 震 度 について 波 形 記 録 より 求 めた 値 と 増 幅 率 を 用 いた 値 を 計 算 し 観 測 記 録 との 比 較 を 行 った( 表 4 図 13 14) 計 測 震 度 が 過 大 評 価 となっている 観 測 点 (SRCH05 HKD033) の 観 測 記 録 は 周 期 2 秒 程 度 よりも 短 い 成 分 が 著 しく 欠 如 しており その 結 果 として 計 測 震 度 が 最 大 速 度 と 比 べて 小 さくなっている 一 方 詳 細 法 による 評 価 結 果 では 観 測 記 録 よ りも 短 周 期 成 分 が 過 大 評 価 となっている この 要 因 として 評 価 に 用 いている Q 値 (100 f 1.0 )がこれら 遠 方 の 地 域 に 対 しては 過 大 評 価 となっており 高 周 波 成 分 の 減 衰 が 十 分 考 慮 されていないことが 考 えられる 302

11 図 7 簡 便 法 による 評 価 結 果 と 2003 年 十 勝 沖 地 震 における 観 測 記 録 との 比 較 ( 最 大 速 度 ) 303

12 図 8 詳 細 法 による 評 価 結 果 と 2003 年 十 勝 沖 地 震 における 観 測 記 録 との 比 較 ( 最 大 速 度 ) 304

13 図 9 簡 便 法 による 評 価 結 果 と 2003 年 十 勝 沖 地 震 における 観 測 記 録 との 比 較 ( 計 測 震 度 ) 305

14 図 10 詳 細 法 による 評 価 結 果 と 2003 年 十 勝 沖 地 震 における 観 測 記 録 との 比 較 ( 計 測 震 度 ) 306

15 図 年 十 勝 沖 地 震 における 観 測 記 録 と 詳 細 法 による 評 価 結 果 の 波 形 比 較 の 例 307

16 図 年 十 勝 沖 地 震 における 計 測 震 度 と 最 大 速 度 の 関 係 および 翠 川 他 (1999)によ る 経 験 式 との 比 較 図 13 図 14 に 波 形 例 を 示 す 観 測 点 位 置 表 4 最 大 速 度 および 計 測 震 度 の 一 覧 最 大 速 度 (cm/s; 二 成 分 合 成 ) 計 測 震 度 観 測 詳 細 法 * 詳 細 法 観 測 * 波 形 増 幅 率 波 形 増 幅 率 KKWH (4.6) 5.0(4.5) 4.6 KKWH (4.2) 4.0(4.1) 4.2 SRCH (3.3) 3.1(3.7) 3.8 HKD (3.6) 3.2(3.7) 4.3 * カッコ 内 は 翠 川 他 (1999)による 関 係 式 より 求 められる 計 測 震 度 308

17 図 年 十 勝 沖 地 震 の 観 測 記 録 と 詳 細 法 による 評 価 結 果 の 例 309

18 3.2 強震動シミュレーションツールの開発 詳細法による強震動評価においては 与えられた地下構造モデルと震源モデルに対して ３次元弾性波動方程式を解いて地震動を理論的に計算するための作業量が膨大なものとな る 計算機の性能が向上し 大規模な計算が可能になりつつあるとは言え 計算の効率化 は より進んだ強震動評価手法を検討するための重要なポイントとなっている このため 理論的な手法による地震動シミュレーション手法の高度化が不可欠となっており 各種の 計算手法の開発 Aoi and Fujiwara 1999 藤原 藤枝 2002 及び計算補助ツールの開発を 実施している ３次元波動伝播シミュレーションを行うためには 地下構造モデルや震源モデルなど煩 雑なパラメータ設定が必要となり また計算結果の出力も膨大なものとなる このため 従来の手作り的なプログラムでは 手法やプログラムの詳細を知らないと実用的な計算を 行うことは困難である これらの不便を解消するため 操作性の高い GUI(Graphical User Interface)を採用し 直感的に作業の出来る ３次元差分法による地震動計算ツール GMS(Ground Motion Simulator)の開発 改良を行った また 本システムは PC やワーク ステーション等の安価で汎用的なプラットフォーム上で使用できるため 容易に３次元有 限差分法による地震波伝播のシミュレーションを行うことが出来るように設計されている GMS は 実際の予測地図作成作業にも使用されている 図 15 なお この地震動計算ツール GMS は 地震動予測地図プロジェクトのホームページ ( インターネットを介して 誰でも 利用可能となっている 38秒後 72秒後 106秒後 140秒後 図 15 有限差分法により計算された地震波伝播のようす 勇払平野では 厚い堆積層の影 響により長時間揺れが続いている 310

19 4. 統 合 化 地 下 構 造 データベースの 構 築 に 向 けて 強 震 動 評 価 の 精 度 向 上 のためには より 正 確 な 地 下 構 造 のモデル 化 が 不 可 欠 である 地 震 動 予 測 地 図 のうち 震 源 断 層 を 特 定 した 地 震 動 予 測 地 図 の 作 成 のために 用 いられている 詳 細 な 強 震 動 評 価 では ハイブリッド 法 と 呼 ばれる 手 法 が 採 用 されている ハイブリッド 法 のための 地 下 構 造 のモデル 化 では 上 部 マントルから 地 震 基 盤 (S 波 速 度 3km/s 相 当 層 ) までの 地 殻 構 造 地 震 基 盤 から 工 学 的 基 盤 (S 波 速 度 400m/s~700m/s 相 当 層 )までの 深 部 地 盤 構 造 工 学 的 基 盤 から 地 表 までの 浅 部 地 盤 構 造 に 分 けてモデル 化 を 行 う 必 要 がある( 図 16) しかし 現 状 では 精 度 の 高 い 強 震 動 評 価 に 必 要 な 地 下 構 造 のモデル 化 が 実 施 できな い 場 合 がある この 原 因 は モデリング 手 法 そのものの 限 界 ではなく モデル 化 に 必 要 と される 地 下 構 造 に 関 する 情 報 の 不 足 による 場 合 が 圧 倒 的 に 多 い こうした 問 題 の 解 決 のた めには 新 たな 地 下 構 造 調 査 の 推 進 は 言 うまでもないが 今 後 の 調 査 により 得 られるデー タだけでなく 既 に 取 得 されているデータについても データの 散 逸 を 防 ぎ 将 来 的 には データの 共 有 化 を 視 野 に 入 れたデータベース 化 が 不 可 欠 と 考 えられる 防 災 科 研 では 地 震 防 災 特 に 強 震 動 評 価 を 軸 として 地 震 動 予 測 地 図 の 作 成 をはじめ として 地 震 工 学 地 震 学 地 球 科 学 等 の 研 究 に 活 用 できる 様 々な 地 下 構 造 に 関 するデ ータを 整 理 した 統 合 化 地 下 構 造 データベース 作 成 に 向 けての 取 り 組 みを 平 成 15 年 度 より 開 始 している 関 連 するプロジェクトの 連 携 を 図 り 地 震 動 予 測 地 図 作 成 のために 収 集 し た 地 下 構 造 に 関 する 各 種 データ 防 災 科 研 がこれまでに 実 施 した 研 究 により 収 集 されてい る 深 層 ボーリングや 反 射 法 等 による 地 下 構 造 データ Hi-net F-net K-NET KiK-net 等 の 地 震 観 測 網 により 得 られたデータの 解 析 により 求 められた 地 下 構 造 に 関 するデータに 加 え 文 部 科 学 省 の 地 震 関 係 基 礎 調 査 交 付 金 によりこれまでに 実 施 されてきた 活 断 層 調 査 及 び 地 下 構 造 調 査 で 得 られた 地 下 構 造 に 関 するデータ 等 を 統 合 し 表 層 地 盤 から 深 部 地 盤 地 殻 プレート 構 造 に 及 ぶ 広 範 囲 の 地 下 構 造 に 関 するデータを 網 羅 したデータベースの 作 成 に 着 手 している さらに 地 下 構 造 データベース 検 討 ワーキンググループ( 座 長 : 翠 川 三 郎 ) を 設 置 し 将 来 のデータベースのあり 方 等 についても 議 論 を 開 始 すると 同 時 に 協 力 が 得 られる 関 係 機 関 との 連 携 を 図 り データベース 構 築 に 関 する 具 体 的 な 問 題 点 を 抽 出 検 討 を 実 施 している さらに データベースの 利 用 について 検 討 するために 関 東 地 域 を 対 象 としたデータ 収 集 データベース 化 を 行 っている 震 源 工 学 的 基 盤 (S 波 速 度 0.4~0.7km/s 程 度 ) 浅 部 地 盤 深 部 地 盤 図 16 地 震 基 盤 (S 波 速 度 3km/s 程 度 ) 地 下 構 造 のモデル 化 のイメージ 図 地 殻 311

20 他 所 管 データベース 公 開 データベース 関 係 省 庁 自 治 体 研 究 機 関 文 部 科 学 省 地 震 関 係 基 礎 調 査 交 付 金 によるデータ ケーススタディ ( 地 下 構 造 データベース 検 討 WG) 統 合 化 地 下 構 造 データベース ( 防 災 科 研 ) 将 来 の 相 互 利 用 統 合 公 化 開 構 想 データベース 公 開 データベース 浅 部 地 盤 増 幅 率 モデル 三 次 元 地 盤 構 造 モデル 地 震 波 速 度 構 造 Q 構 造 モデル 等 関 東 地 区 データベース 内 部 データベース 地 下 構 造 調 査 原 データ 各 種 原 データ 作 業 用 データ 等 関 東 地 区 データ 収 集 データ 防 災 科 研 データ 自 治 体 調 査 データ データの 利 用 と 生 成 プロセスの 繰 り 返 し 地 震 動 予 測 地 図 作 成 作 業 図 17 防 災 科 学 技 術 研 究 所 の 地 下 構 造 データベース 公 開 データ ベース 利 用 データ 利 用 者 312

21 図 18 地 震 動 予 測 地 図 公 開 システムのイメージ 図 5. 地 震 動 予 測 地 図 公 開 システムに 関 する 検 討 地 震 動 予 測 地 図 は 単 に 地 表 での 震 度 値 のみを 公 表 するだけでなく 確 率 論 的 地 震 動 予 測 地 図 においては 様 々な 形 態 で 表 現 された 地 図 や ハザード 曲 線 のデータ 計 算 に 用 い た 震 源 に 関 するデータ 等 また シナリオ 地 震 地 図 においては 工 学 的 基 盤 における 最 大 速 度 さらには 時 刻 歴 波 形 のデータ 等 についてもWEBや CD-ROM 等 を 用 いた 公 開 手 法 の 技 術 的 な 検 討 を 実 施 している 謝 辞 本 研 究 は 地 震 調 査 研 究 推 進 本 部 地 震 調 査 委 員 会 長 期 評 価 部 会 強 震 動 評 価 部 会 及 び 関 連 する 分 科 会 の 指 導 の 下 に 実 施 されました 防 災 科 学 技 術 研 究 所 に 設 置 された 確 率 論 的 予 測 地 図 作 成 手 法 検 討 委 員 会 ( 翠 川 三 郎 委 員 長 ) 及 び 地 震 動 予 測 地 図 工 学 利 用 検 討 委 員 会 ( 亀 田 弘 行 委 員 長 )からは 貴 重 なご 意 見 を 頂 きました また 検 討 作 業 を 担 当 いただいているプロジェクト 関 係 者 の 皆 様 に 感 謝 申 し 上 げます 参 考 文 献 損 害 保 険 料 率 算 定 会 (2000) 活 断 層 と 歴 史 地 震 とを 考 慮 した 地 震 危 険 度 評 価 の 研 究 地 震 ハザードマップの 提 案 地 震 保 険 調 査 研 究 47. 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 翠 川 三 郎 大 竹 雄 (2003) 地 震 動 強 さの 距 離 減 衰 式 に 見 られるバラツキに 関 する 基 礎 的 分 析 日 本 地 震 工 学 会 論 文 集 第 3 巻 第 1 号 Honda, R., S. Aoi, N. Morikawa, H. Sekiguchi, T. Kunugi and H. Fujiwara. (2004) Ground Motion and Rupture Process of the 2003 Tokachi-oki Earthquake Obtained from Strong Motion Data of K-NET and KiK-net. EPS (submitted) 313

22 森 川 信 之 神 野 達 夫 成 田 章 藤 原 広 行 福 島 美 光 (2003) 東 北 日 本 の 異 常 震 域 に 対 応 す るための 距 離 減 衰 式 の 補 正 係 数 日 本 地 震 工 学 会 論 文 集 第 3 巻 第 4 号 翠 川 三 郎 藤 本 一 雄 村 松 郁 栄 (1999) 計 測 震 度 と 旧 気 象 庁 震 度 および 地 震 動 強 さの 指 標 との 関 係 地 域 安 全 学 会 論 文 集 Vol 松 岡 昌 志 翠 川 三 郎 (1994) 国 土 数 値 情 報 とサイスミックマイクロゾーニング 第 22 回 地 盤 震 動 シンポジウム 論 文 集 藤 本 一 雄 翠 川 三 郎 (2003) 日 本 全 国 を 対 象 とした 国 土 数 値 情 報 に 基 づく 地 盤 の 平 均 S 波 速 度 分 布 の 推 定 日 本 地 震 工 学 会 論 文 集 第 3 巻 第 3 号 藤 原 広 行 藤 枝 忠 臣 (2002) 3 次 元 動 弾 性 解 析 のためのボクセル 有 限 要 素 法 第 11 回 日 本 地 震 工 学 シンポジウム 論 文 集. Aoi, S. and H. Fujiwara (1999). 3D Finite-Difference Method using discontinuous grids, Bull. Seism. Soc. Am. 89, 付 録 平 成 15 年 度 地 震 動 予 測 地 図 作 成 プロジェクトスタッフ 藤 原 広 行 (プロジェクトディレクター) 河 合 伸 一 (サブディレクター) 青 井 真 ( 主 任 研 究 員 ) 功 刀 卓 ( 研 究 員 ) 石 井 透 ( 客 員 研 究 員 ) 早 川 讓 ( 客 員 研 究 員 ) 奥 村 俊 彦 ( 客 員 研 究 員 ) 渡 辺 基 史 ( 客 員 研 究 員 ) 福 島 美 光 ( 客 員 研 究 員 ) 神 野 達 夫 ( 客 員 研 究 員 ) 森 川 信 之 ( 特 別 研 究 員 ) 本 多 亮 ( 特 別 研 究 員 ) 大 井 昌 弘 ( 特 別 技 術 員 ) 小 澤 京 子 ( 特 別 技 術 員 ) 先 名 重 樹 ( 特 別 技 術 員 ) 八 十 島 裕 ( 特 別 技 術 員 ) 奥 村 直 子 ( 技 術 補 助 員 ) 314