(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過去の地震の記録に基づき、地震の発生源である震源断層から対象地点までの距離と地震の規模を表すマグニチュードとから前記対象地点での地震動を表す加速度応答スペクトルを推定計算する加速度応答スペクトル推定式を求めておき、この加速度応答スペクトル推定式に所望の震源断層及びマグニチュードを与えることにより、対象地点の加速度応答スペクトルを推定し、この加速度応答スペクトルから前記対象地点の地震動の強さを表す各種のパラメータを算出する地震動の強さ推定方法において、
地震の伝搬経路を深層に位置する工学的基盤とその工学的基盤上に位置する表層地盤とに区分し、前記加速度応答スペクトル推定式により前記工学的基盤上の対象地点の加速度応答スペクトルを推定し、この加速度応答スペクトルに前記表層地盤の増幅特性を掛け合わせることにより、前記工学的基盤上の対象地点の真上に位置する表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルを推定することを特徴とする地震動の強さ推定方法。
【請求項２】
前記震源断層を地盤中に想定した矩形面で表すことを特徴とする請求項１記載の地震動の強さ推定方法。
【請求項３】
前記表層地盤の増幅特性は、過去の地震について求めた前記工学的基盤上の加速度応答スペクトルに適合する地震動を入力したとき、その地震における地表の地震動の加速度応答スペクトルと整合するように予め設定したものであり、マグニチュードと入力される地震動の強さの最大値との関数であることを特徴とする請求項１又は２記載の地震動の強さ推定方法。
【請求項４】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルから計測震度を求め、この計測震度を被害推定の指標とすることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の地震動の強さ推定方法。
【請求項５】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルから最大速度を求め、この最大速度を被害推定の指標とすることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の地震動の強さ推定方法。
【請求項６】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルの所定のスペクトル範囲内の平均値からスペクトル強度を求め、このスペクトル強度を被害推定の指標とすることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の地震動の強さ推定方法。
【請求項７】
過去の地震の記録に基づいて求められた推定式に地震の発生源である震源断層から対象地点までの距離と地震の規模を表すマグニチュードとを代入して前記対象地点での地震動を表す加速度応答スペクトルを推定計算する地震動推定手段と、上記推定式に代入する所望の震源断層面及びマグニチュードを設定する地震設定手段と、上記地震動推定手段により推定された対象地点の加速度応答スペクトルから前記対象地点の地震動の強さを表す各種のパラメータを算出するパラメータ算出手段とを設けた地震動の強さ推定装置において、
地震の伝搬経路を深層に位置する工学的基盤とその工学的基盤上に位置する表層地盤とに区分し、前記加速度応答スペクトル推定式により前記工学的基盤上の対象地点の加速度応答スペクトルを推定する工学的基盤加速度応答スペクトル推定手段と、この加速度応答スペクトルに前記表層地盤の増幅特性を掛け合わせることにより、前記工学的基盤上の対象地点の真上に位置する表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルを推定する表層地盤加速度応答スペクトル推定手段とを設けたことを特徴とする地震動の強さ推定装置。
【請求項８】
前記震源断層を地盤中に想定した矩形面で表し、その矩形面を定義する震源断層パラメータとして、一つの頂点の水平位置及び深さ位置からなる断層基準点と、一つの辺の長さである断層長さと、もう一つの辺の長さである断層幅と、一つの辺の方位角である走向とを設けたことを特徴とする請求項７記載の地震動の強さ推定装置。
【請求項９】
前記表層地盤の増幅特性は、過去の地震について求めた前記工学的基盤上の加速度応答スペクトルに適合する地震動を入力したとき、その地震における地表の地震動の加速度応答スペクトルと整合するように予め設定したものであり、マグニチュードと入力される地震動の強さの最大値との関数であることを特徴とする請求項７又は８記載の地震動の強さ推定装置。
【請求項１０】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルから計測震度を求める計測震度推定手段と、この計測震度を被害推定の指標として表示する表示手段とを設けたことを特徴とする請求項７〜９いずれか記載の地震動の強さ推定装置。
【請求項１１】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルから最大速度を求める最大速度推定手段と、この最大速度を被害推定の指標として表示する表示手段とを設けたことを特徴とする請求項７〜１０いずれか記載の地震動の強さ推定装置。
【請求項１２】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルの所定のスペクトル範囲内の平均値からスペクトル強度を求めるスペクトル強度算出手段と、このスペクトル強度を被害推定の指標として表示する表示手段とを設けたことを特徴とする請求項７〜１１いずれか記載の地震動の強さ推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震が発生したときにどの地域でどのような被害が生じるか推定する被害推定システムに係り、特に、地震動の強さを矛盾なくかつ精度よく推定できる地震動の強さ推定方法、及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、地震の被害推定の分野では、地震動の強さは、震度、最大加速度、最大速度などで表現される。これらは、いずれも地震動の強さを表すパラメータである。
【０００３】
地震が発生したときに、どの場所でどのような被害が発生するかを予見しておくために、地図上に、例えば、メッシュ状に座標を割り当てておき、この座標で表される対象地点について地震動の強さを推定することが行われる。上記各種のパラメータは、地震の発生源である震源から対象地点までの距離や地震の規模を表すマグニチュードなどの関数と考えられる。そこで、過去の地震に関するマグニチュードや各所で観測された地震動の強さなどの記録に整合するような関数を求めることが行われている。このような関数を、以下では地震動強さ推定式と呼ぶ。一般的には、震源から遠くなるほど地震動の強さが弱くなるという知見にあてはまるよう関数が構成されるので、距離減衰式とも呼ばれている。
【０００４】
この地震動強さ推定式に所望の震源位置及びマグニチュードを与えることにより、対象地点の地震動の強さを推定することができる。従って、ある場所を震源とし、あるマグニチュードの地震が発生したときの地震動の強さの分布を地図上に描くことが可能になる。また、地震動の強さと被害の程度との関係を予め明らかにしておけば、被害推定の分布も同時に得られることになる。
【０００５】
ところで、地震動の強さを表すパラメータが上記のように種々採用されているのは、それぞれのパラメータに異なる特徴（利点・欠点）があるからである。推定式は、パラメータの種類によってそれぞれ異なる。一種類のパラメータでは被害推定が現実に合致しないような場合もあるので、複数のパラメータを併用することも多く行われている。しかし、パラメータの種類によって推定式が異なるので、与える震源位置やマグニチュードが同じであっても、それぞれの推定式を演算しなければならず、演算処理が複雑になる。また、パラメータの種類によって被害推定の結果が大きく矛盾する場合があり、どの推定結果を採用するか困ることになる。
【０００６】
また、地震動の地表への伝搬の仕方は、地盤の性状に左右されることが分かっている。地盤の性状によっては、震源から遠いにもかかわらず地震動の強さが強くなるという現象も起きる。そこで、地盤の上下方向の顕著な性状の違いに基づき、地盤を深層に位置する堅い岩盤とその上を覆う比較的柔らかい地盤とに区分することが行われる。地震を工学的に取り扱う分野では、深層の堅い岩盤を工学的基盤と呼び、その上の地盤を表層地盤と呼ぶ。工学的基盤の性状は水平方向の場所によらず概ね均一とみなし、表層地盤の性状は水平方向の場所によって異なると考えられる。このように地震の伝搬経路を工学的基盤と表層地盤とに区分した場合、上記の推定式にも工夫が必要である。
【０００７】
従来、地盤を区分して行う推定方法では、上記の推定式により工学的基盤上の対象地点の地震動の強さを推定し、その地点から表層地盤上の対象地点までは表層地盤の性状を鑑み、工学的基盤上の地震動の強さにその場所の表層地盤特有の係数を掛けることで表層地盤上の対象地点の地震動の強さを得ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の問題点は、既に触れたように、地震動の強さを表す各種のパラメータがあって、それぞれ推定式が異なるので演算処理が複雑になること、同じ震源の条件に対してまちまちの被害推定結果が出てしまうことなどである。地盤を区分する方法では、さらに演算処理が複雑になると共にパラメータ種類による被害推定結果の差異が顕著になる。また、表層地盤には場所ごとに特有の増幅特性があり、増幅特性は振動の周期（又は振動数）にも関係しているにもかかわらず、従来技術では地震動の強さに係数を掛けるだけの演算で対処しており、これでは周期が考慮されないので、十分な振動解析が行われない。
【０００９】
本出願の発明者の何人かは、地震動を表す変量として応答スペクトルを採用すると被害推定に有効なパラメータ算出ができるという研究成果を得た（「応答スペクトルを用いた計測震度推定と震源断層推定への応用」栗田、高橋、嶋田、安中、土木学会応用力学論文集Ｖｏｌ．３、２０００年８月２８日発行、土木学会；本出願の新規性の喪失の例外に係る物件１）。応答スペクトルは、周期に応じた応答の大きさを示したものである。例えば、周期が順次異なる倒立振り子を地表観測点に設置し、各振り子の応答最大振幅を取り出すことで、離散的な応答スペクトルを計測することができる。勿論、適宜な手法により連続的な応答スペクトルも扱うことができる。振幅を速度とすれば速度応答スペクトル、振幅を加速度とすれば加速度応答スペクトルが得られる。応答スペクトルは、上記各種のパラメータのように地震動の強さだけを表すのではなく、周期（又は振動数；以下では周期とのみ記載）の情報を包含しており、地震動の性質を十分に表しているといえる。応答スペクトルを介して表層地盤による増幅作用を演算する方法であれば、演算の途中で周期情報が失われることがないので、十分な振動解析を行うことができる。
【００１０】
また、上記研究では、地震の発生源として点の震源ではなく、広がりのある面（震源断層と呼ぶ）を想定した。これにより、数十ｋｍの長さにわたる断層が震源である場合や対象地点が震源に相対的に近いために震源の広がりが無視できない場合にも正確な応答スペクトルを求めることができる。
【００１１】
また、応答スペクトルが地震動をよく表すことは従来より知られてはいたが、任意に設定した地震から任意の場所の加速度応答スペクトルを推定計算する適当な方法がないため、地震被害の推定などに有効に利用されていなかった。そこで、上記研究では、応答スペクトルの求め方として、安中式を利用した手法を提案した。安中式は、所望の震源断層及びマグニチュードから対象地点の加速度応答スペクトルを推定計算する推定式である。安中式は、距離減衰式の一種であるが、点の震源ではなく震源断層を扱うように構成したところが従来と大きく異なる。
【００１２】
さらに、本出願の発明者の何人かは、地上構造物の被害推定に有効なスペクトル強度（スペクトルインテンシティ；以下、ＳＩ値と呼ぶ）を加速度応答スペクトルから簡便に推定する方法を提案している（「加速度応答スペクトルに基づくＳＩ値の推定と地盤のせん断応力推定への応用」栗田、高橋、志村、嶋田、第３５回地盤工学研究発表会平成１２年度発表講演集、平成１２年５月３１日発行、地盤工学会；本出願の新規性の喪失の例外に係る物件２）。ＳＩ値は、速度応答スペクトルの振幅をあるスペクトル範囲内で積分したもので、地震動の強さを表すパラメータの一種である。地上や地中には固有周期などの振動特性が異なる多様な構造物が存在し、例えば、顕著に長い橋梁などは非常に長周期の固有周期を有し、極度に堅牢に固められた原子力発電所などは非常に短周期の固有周期を有するが、一般的には中間的な長さの固有周期を有する構造物が多くを占めている。適宜なスペクトル範囲で求めたＳＩ値は、これら多様な構造物における平均的な被害を推定するのに好適な指標となる。
【００１３】
本発明の狙いは、これらの研究成果を基礎にして実用的な地震被害推定システムを構築しようというものである。
【００１４】
即ち、本発明の目的は、上記課題を解決し、地震動の強さを矛盾なくかつ精度よく推定できる地震動の強さ推定方法及びその装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の方法は、過去の地震の記録に基づき、地震の発生源である震源断層から対象地点までの距離と地震の規模を表すマグニチュードとから前記対象地点での地震動を表す加速度応答スペクトルを推定計算する加速度応答スペクトル推定式を求めておき、この加速度応答スペクトル推定式に所望の震源断層及びマグニチュードを与えることにより、対象地点の加速度応答スペクトルを推定し、この加速度応答スペクトルから前記対象地点の地震動の強さを表す各種のパラメータを算出する地震動の強さ推定方法において、地震の伝搬経路を深層に位置する工学的基盤とその工学的基盤上に位置する表層地盤とに区分し、前記加速度応答スペクトル推定式により前記工学的基盤上の対象地点の加速度応答スペクトルを推定し、この加速度応答スペクトルに前記表層地盤の増幅特性を掛け合わせることにより、前記工学的基盤上の対象地点の真上に位置する表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルを推定するものである。
【００１６】
前記震源断層を地盤中に想定した矩形面で表してもよい。
【００１８】
前記表層地盤の増幅特性は、過去の地震について求めた前記工学的基盤上の加速度応答スペクトルに適合する地震動を入力したとき、その地震における地表の地震動の加速度応答スペクトルと整合するように予め設定したものであり、マグニチュードと入力される地震動の強さの最大値との関数であってもよい。
【００１９】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルから計測震度を求め、この計測震度を被害推定の指標としてもよい。
【００２０】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルから最大速度を求め、この最大速度を被害推定の指標としてもよい。
【００２１】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルの所定のスペクトル範囲内の平均値からスペクトル強度を求め、このスペクトル強度を被害推定の指標としてもよい。
【００２２】
また、本発明の装置は、過去の地震の記録に基づいて求められた推定式に地震の発生源である震源断層から対象地点までの距離と地震の規模を表すマグニチュードとを代入して前記対象地点での地震動を表す加速度応答スペクトルを推定計算する地震動推定手段と、上記推定式に代入する所望の震源断層面及びマグニチュードを設定する地震設定手段と、上記地震動推定手段により推定された対象地点の加速度応答スペクトルから前記対象地点の地震動の強さを表す各種のパラメータを算出するパラメータ算出手段とを設けた地震動の強さ推定装置において、地震の伝搬経路を深層に位置する工学的基盤とその工学的基盤上に位置する表層地盤とに区分し、前記加速度応答スペクトル推定式により前記工学的基盤上の対象地点の加速度応答スペクトルを推定する工学的基盤加速度応答スペクトル推定手段と、この加速度応答スペクトルに前記表層地盤の増幅特性を掛け合わせることにより、前記工学的基盤上の対象地点の真上に位置する表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルを推定する表層地盤加速度応答スペクトル推定手段とを設けたものである。
【００２３】
前記震源断層を地盤中に想定した矩形面で表し、その矩形面を定義する震源断層パラメータとして、一つの頂点の水平位置及び深さ位置からなる断層基準点と、一つの辺の長さである断層長さと、もう一つの辺の長さである断層幅と、一つの辺の方位角である走向とを設けてもよい。
【００２５】
前記表層地盤の増幅特性は、過去の地震について求めた前記工学的基盤上の加速度応答スペクトルに適合する地震動を入力したとき、その地震における地表の地震動の加速度応答スペクトルと整合するように予め設定したものであり、マグニチュードと入力される地震動の強さの最大値との関数であってもよい。
【００２６】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルから計測震度を求める計測震度推定手段と、この計測震度を被害推定の指標として表示する表示手段とを設けてもよい。
【００２７】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルから最大速度を求める最大速度推定手段と、この最大速度を被害推定の指標として表示する表示手段とを設けてもよい。
【００２８】
前記表層地盤上の対象地点の加速度応答スペクトルの所定のスペクトル範囲内の平均値からスペクトル強度を求めるスペクトル強度算出手段と、このスペクトル強度を被害推定の指標として表示する表示手段とを設けてもよい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３１】
図１に、本発明による地震動の強さを表すパラメータの算出手順を示す。また、図２に、本発明を利用した地震被害推定システムを示す。図３には、地震被害推定システムのソフトウェアを実行するコンピュータを示す。
【００３２】
まず、図２の地震被害推定システムを動作流れ順に説明すると、地震設定手段２１は、震源データベース２２に記録されている過去の地震のデータを取り出すか、或いはオペレータがデータ入力部３１（図３参照）から入力したデータにより、所望の震源断層及びマグニチュードを設定する。
【００３３】
次いで、地震動推定手段２３は、加速度応答スペクトル推定式に震源断層から対象地点までの距離とマグニチュードとを代入して対象地点での地震動を表す加速度応答スペクトルを推定計算する。その際、いったん工学的基盤上の加速度応答スペクトルを推定してから、後述する地盤モデルに基づく表層地盤の増幅特性を用いて地表の加速度応答スペクトルを推定するために、地盤増幅率データベース２４により対象地点における増幅特性を参照する。
【００３４】
パラメータ算出手段（図示せず）は、対象地点の加速度応答スペクトルから震度、最大加速度、最大速度、スペクトル強度（ＳＩ値）などの地震動強さのパラメータを算出し、被害推定内容に応じた適切な地震動強さのパラメータ又は応答スペクトルを各被害推定手段２５ａ、２５ｂ、２５ｃに提供する。
【００３５】
地盤被害推定手段２５ａは、地盤情報データベース２６ａにより対象地点の表層地盤の性状（土質、厚さ、軟弱さなど）を参照し、地震動強さのパラメータ又は応答スペクトルに応じた液状化、斜面崩壊などの地盤被害を推定する。
【００３６】
構造物被害推定手段２５ｂは、構造物情報データベース２６ｂにより対象地点にある地上又は地中構造物の振動特性（高さ、長さ、堅牢さ、固有周期など）を参照し、地震動強さのパラメータ又は応答スペクトルに応じた構造物被害を推定する。
【００３７】
人的被害推定手段２５ｃは、人的情報データベース２６ｃにより対象地点の人的情報（人口、人口密度など）を参照し、地震動強さのパラメータ又は応答スペクトルに応じた人的被害を推定する。
【００３８】
図示しないが延焼被害推定手段を設け、火災の延焼に関するデータベースを参照して地震動強さのパラメータ又は応答スペクトルに応じた延焼被害を推定することもできる。
【００３９】
表示手段２７は、推定された各被害や各パラメータ、応答スペクトルを地図上の分布表示、グラフ表示、一覧表表示などの表示形態でする。
【００４０】
図３のコンピュータは、一般に使用されているもので、データ入力部３１はキーボードやマウス、データ記憶部３２はハードディスク、演算部３３はＣＰＵ及び主メモリ、推定結果表示部（表示手段）３４は液晶パネル等の画面表示装置、推定結果印刷部３５はカラープリンタで構成することができる。また、本発明の地震設定処理プログラム、地震動推定処理プログラム、パラメータ算出処理プログラム、被害推定処理プログラム、表示画面編集プログラム、データベース検索プログラムなどのプログラムは、ＦＤ、ＣＤ、サーバ等の記録媒体３６に記録しておくことができる。プログラムは、コンピュータで記録媒体３６から随時読み出して実行してもよいし、ハードディスク中にインストールしてもよい。また、プログラムは、インターネット等の通信媒体を介して遠隔の記録媒体３６より図３のコンピュータに取り込むこともできる。
【００４１】
図４に、本発明に用いる地盤モデルを示した。地盤モデルの概要は既に従来の技術の欄で説明したとおりである。本発明では、図示したように、地震の伝搬経路は、工学的基盤Ｂ内では震源断層から工学的基盤上の対象地点までの最短距離（断層最短距離）を表す直線と考え、表層地盤Ｓ内では、工学的基盤Ｂ上の対象地点から地表まで鉛直に立ち上げた直線と考える。表層地盤Ｓ上の対象地点を評価地点と呼ぶ。
【００４２】
表層地盤には、場所ごとにその性状に応じた特有の増幅特性があり、その増幅特性は勿論、周期の関数である。例えば、東京の湾岸地域では、軟弱な表層地盤を有するため、長い周期の波が増幅されやすい。従って、この地域には長周期の増幅率が卓越した増幅特性を設定するのが望ましい。これに対して山の手では比較的堅い表層地盤を有するため、短い周期の波が増幅されやすい。従って、この地域には短周期の増幅率が卓越した増幅特性を設定するのが望ましい。
【００４３】
増幅特性は、工学的基盤における地震動の最大振幅やマグニチュードの関数でもある。最大振幅は、加速度、速度、変位などの時間波形の中でピークを示す振幅をいう（加速度であれば最大加速度）。増幅特性を地震動の最大振幅やマグニチュードの関数としたのは、入力振幅が極端に大きくなると応答振幅が入力振幅に比例しないことがある（非線形性がある）現象を考慮するためである。
【００４４】
表層地盤の増幅特性をＡＭＰ（Ｔ，Ｍ，Ａｍａｘ）（Ｔは周期、Ｍはマグニチュード、Ａｍａｘは最大振幅）とすると、地表の地震動（加速度応答スペクトル）ＳaS（Ｔ）は、
ＳaS（Ｔ）＝ＡＭＰ（Ｔ，Ｍ，Ａｍａｘ）×ＳaB（Ｔ）
で求められる。なお、ＳaB（Ｔ）は、工学的基盤の地震動である。
【００４５】
増幅特性ＡＭＰは、過去の地震記録にある地震動の時間波形を工学的基盤上の応答スペクトルに変換し、その一方で、理論計算により地表の地震動の時間波形を求め、さらに、この時間波形を応答スペクトルに変換し、各周期について上記理論計算に基づく地表の応答スペクトルの振幅と工学的基盤上の応答スペクトルの振幅との比を求め、その比を過去の多数の地震について平均したものである。つまり、工学的基盤上の応答スペクトルに増幅特性を掛け合わせて推定する地表の応答スペクトルが多くの実際の地表の応答スペクトルに平均的に合致するように増幅特性を定めている。地図上にメッシュ状の座標で表される各対象地点についてこの増幅特性を定め、地盤増幅率データベース２４に格納しておく。
【００４６】
図５に、本発明に用いる震源断層モデルを示した。図示のように、本発明では、地震の発生源を断層Δとし、その震源断層Δを上辺が水平な矩形面で表している。この矩形の震源断層を幾何数学的に扱うために、南北方向の座標Ｎ、東西方向の座標Ｅ、深さ方向の座標ｄで地盤空間を表し、一つの頂点の水平位置及び深さ位置からなる断層基準点（Ｎ0 ，Ｅ0 ，ｄ0 ）と、上辺の長さである断層長さＬと、側辺の長さである断層幅Ｗと、上辺の方位角である走向θと、水平面に対してなす角度である傾斜角φとを震源断層パラメータとする。
【００４７】
なお、図５には、従来使用されている点震源（星印）を付記した。従来、この震源の真上の地表面の点を震央（ＥＰN ，ＥＰE ）と呼び、震央から震源までの距離を震源の深さと呼んでいる。同じ地震について、地震の発生源として点震源と震源断層とを想定したとき、点震源は震源断層中にあるとは限らない。点震源のパラメータと震源断層パラメータとには全く共通項がないことが、この図から分かる。点震源は地震動の強さと距離との関係を分かりやすくするが、実際には、地震が点で発生することはなく、必ず断層面で発生する。従って、本発明のように地震の発生源を震源断層とすることで、正確に地震動を把握することができ、特に、数十ｋｍの長さにわたる断層が震源である場合や対象地点が震源に相対的に近いために震源の広がりが無視できない場合には、大きな効果を発揮する。
【００４８】
図６、図７には、２種類の震源断層設定形態を示した。このような震源断層の設定形態の違いは、地震の分類に対応するものである。地震を発生原因・場所の特徴から分類すると、プレートの潜り込みによる応力が解放されて生じるプレート境界地震と活断層の滑りが原因となる内陸地震とに分類される。プレート境界地震では、プレート境界が連続して長く伸びており、その境界面が地表（水平）に対して傾斜しているため、震源断層は傾斜した一連続の面である。従って、図６に示されるように、前述の震源断層モデルの傾斜角φが任意の矩形面を一枚だけ使用して震源断層Δを表現することができる。一方、内陸地震は、活断層がプレートよりも上部の地層に形成されており、一般的に鉛直面ではあるが、上から見ると不連続であったり、複雑な曲がりを有する。そこで、適宜な大きさの鉛直矩形面を一枚乃至複数枚連ねて震源断層を表現することにした。即ち、図７（ａ）に上面視、図７（ｂ）に側面視で示した震源断層Δは、一枚の鉛直矩形面である。図７（ｃ）に上面視、図７（ｄ）に側面視で示した震源断層Δは、二枚の鉛直矩形面を繋いだものである。図７（ｅ）に上面視で示した震源断層Δは、三枚の鉛直矩形面を繋いだものである。このように、上から見ると不連続であったり、複雑な曲がりを有する実際の活断層に対し、本発明では、震源断層Δを隣同士が一辺で繋がった複数の面で表すことで近似している。複数枚の面からなる震源断層Δであっても、それぞれの面の震源断層パラメータを設定することで、一意に定義することができる。
【００４９】
図５〜図７のモデルで示した震源断層Δは、幾何数学的な震源断層パラメータで一意に定義されるので、図４に示した断層最短距離Ｒは幾何数学計算で簡単に求めることができる。
【００５０】
次に、加速度応答スペクトル推定式について説明する。加速度応答スペクトル推定式は、断層最短距離ＲとマグニチュードＭとから対象地点での地震動を表す加速度応答スペクトルＳa （Ｔ）（Ｔは周期）を推定計算するものであり、一般的には、
Ｓa （Ｔ）＝Ｆ（Ｍ，Ｈ，Ｒ）
で表される。なお、Ｈは、震源断層Δの中央（矩形面の対角線の交点）の深さであり、震源断層Δを設定すれば自ずと決まるものである。
【００５１】
加速度応答スペクトル推定式の具体例として、下記の安中式を説明する。
【００５２】
0004253435.tif 000002
ここで、Ｃｍ（Ｔ）、Ｃｈ（Ｔ）、Ｃｄ（Ｔ）、Ｃｏ（Ｔ）は、推定結果が過去の多数の地震記録に整合するように回帰分析を行った結果得られた回帰係数である。
【００５３】
以上の地震被害推定システムにおける地震動強さパラメータの算出及び被害推定の様子を図１に示した手順及び図８以下の表示内容を用いて説明する。
【００５４】
まず、震源断層の設定のステップＳ１では、震源断層Δ及びマグニチュードＭを設定する。このとき、表示手段３４である液晶パネルには、図８に示した画面が表示される。この画面は、震源データベース２２に登録されている過去の地震の震源断層Δ及びマグニチュードＭを呼び出して設定する画面である。地震選択ウインドウ８１に提示された地震名の中から、オペレータが所望の地震名を選択することができる。地震名が選択されると、当該震源断層Δの震源断層パラメータに基づき地図上に震源断層Δが配置される。
【００５５】
地震がプレート境界地震であれば、図９に示した画面が表示される。地図上に示された震源断層Δは、傾斜した一枚の矩形面を上面視したものである。傾斜の向きが分かるように震源断層Δの上辺が実線で、他の辺が破線で示されている。また、震源断層Δがずれた方向が矢印で示されている。
【００５６】
選択した地震が内陸地震であれば、図１０に示した画面が表示される。地図上に示された震源断層Δは、鉛直で二枚の矩形面を上面視したものである。
【００５７】
オペレータは、震源データベース２２から呼び出した震源断層Δ及びマグニチュードＭをそのまま被害推定対象の地震に設定することもできるし、震源断層パラメータの一部やマグニチュードＭを変更することもできる。
【００５８】
次に、工学的基盤上の応答スペクトルの計算のステップＳ２では、加速度応答スペクトル推定式ＳaB（Ｔ）＝Ｆ（Ｍ，Ｈ，Ｒ）に、マグニチュードＭ及び震源断層パラメータから求めたＨ、Ｒを代入し、加速度応答スペクトルＳaBを計算する。これにより、地図上の全ての対象地点について、震源断層ΔでマグニチュードＭの地震が発生したときの工学的基盤上の加速度応答スペクトルＳaBが求まることになる。
【００５９】
次に、地表の応答スペクトルの計算のステップＳ３では、各々の対象地点について、加速度応答スペクトルＳaBに表層地盤の増幅特性ＡＭＰ（Ｔ，Ｍ，Ａｍａｘ）を掛け合わせて、地表の加速度応答スペクトルＳaS（Ｔ）を計算する。
【００６０】
その後、加速度応答スペクトルＳaS（Ｔ）を各種の地震動強さのパラメータに変換することになる。ＳＩ値の推定のステップＳ４では、ＳＩ＝ｆ1 （ＳaS）によりＳＩ値が計算される。計測震度の推定のステップＳ５では、ＩJMA ＝ｆ2 （ＳaS）により計測震度が計算される。最大速度の推定のステップＳ６では、ＰＧＶ＝ｆ3 （ＳaS）により最大速度が計算される。このほかに、ＰＧＡ（最大加速度）を計算してもよい。
【００６１】
ステップＳ４で使用するＳＩ値の推定式は、
【００６２】
【数１】
0004253435.tif 000003
【００６３】
ステップＳ５で使用する計測震度の推定式は、
0004253435.tif 000004
ａ0 ，ａ1 ，…，ａn は、回帰係数
Ｔ1 ，Ｔ2 ，…，Ｔn は、各周期
である。このように、本発明では、加速度応答スペクトルＳaS（Ｔ）の各周期成分から計測震度ＩJMA を求める。
【００６４】
ステップＳ６で使用する最大速度の推定式は、
0004253435.tif 000005
ｂ0 ，ｂ1 ，…，ｂn は、回帰係数
Ｔ1 ，Ｔ2 ，…，Ｔn は、各周期
である。このように、本発明では、加速度応答スペクトルＳaS（Ｔ）の各周期成分から最大速度ＰＧＶを求める。
【００６５】
ＳＩ値の推定のステップＳ４で計算するＳＩ値は、速度応答スペクトルの所望のスペクトル範囲を積分したものとして定義される。スペクトル範囲を周期で考えると、ある周期から他の周期までの範囲で速度応答スペクトルを積分した面積がＳＩ値となる。地上の大多数の構造物の固有周期が含まれる周期範囲でＳＩ値を求めるようにすれば、そのＳＩ値から構造物被害を容易に推定することができる。本発明では、ＳＩ値を、あるスペクトル範囲内での加速度応答スペクトルの平均値から推定する。本発明のＳＩ値の推定式は、多数の過去の地震記録について、加速度応答スペクトルを計算し、その加速度応答スペクトルの平均値と地震記録の速度応答スペクトルから計算したＳＩ値との関係を回帰分析することにより得られる。
【００６６】
本発明の計測震度の推定のステップＳ５で使用する式は、多数の過去の地震記録について、地震記録にある地表の地震動の時間波形を地表の加速度応答スペクトルに変換して説明変量とし、地震記録にある計測震度を目的変量として、重回帰分析を行って求めたものである。
【００６７】
最大速度の推定のステップＳ６で使用する式は、多数の過去の地震記録について、上記地震記録にある地表の地震動の時間波形を地表の加速度応答スペクトルに変換して説明変量とし、上記地震記録にある最大速度を目的変量として、重回帰分析を行って求めたものである。
【００６８】
推定結果の表示のステップＳ７では、表示手段３４に上記各種の地震動強さのパラメータの分布が地図上に示される。ここでは、図１１に最大加速度の分布を例示し、図１２に震度階で表した計測震度の分布を例示する。図１１の最大加速度分布画面では、最大加速度の所定値毎に色を割当て、対象地点のメッシュを該当する色で塗りつぶしたモザイク状の分布マップが表示されている。図１２の計測震度分布画面では、震度階毎に色を割当て、対象地点のメッシュを該当する色で塗りつぶしたモザイク状の分布マップが表示されている。
【００６９】
本発明では、工学的基盤上の対象地点の加速度応答スペクトルＳaBを求めているので、その対象地点の表層地盤が受ける地震動を周期情報を失うことなく把握することができる。従って、表層地盤に起きる液状化も容易に解析することができる。図２で説明したように、地盤情報データベース２６ａから読み出される情報と地震動強さの適宜なパラメータとから、各対象地点の表層地盤に液状化が発生する危険度を算出し、この液状化危険度を図１３に示されるように、段階毎に色分けしてマップ表示する。
【００７０】
推定結果の表示のステップＳ７では、地震動の強さのパラメータだけでなく、加速度応答スペクトルを表示してもよい。加速度応答スペクトルは周期毎にそれぞれ振幅を有するので、一つのメッシュ内に表示しきれない。そこで、図１４に示されるように、加速度応答スペクトルの卓越周期を表示する。卓越周期とは加速度応答スペクトルの中で振幅が最も大きい周期のことである。この卓越周期を周期の所定値毎に色分けしてマップ表示する。この表示により、どの地点では、どの周期の揺れが顕著であるかが把握できることになる。図２で説明した構造物情報データベース２６ｂには各地点の構造物の固有周期が登録されているので、この固有周期が加速度応答スペクトル卓越周期に合致するような場合、構造物被害発生の可能性が高いと考えられる。
【００７１】
さらに、図１５の画面では、加速度応答スペクトル卓越周期分布の画面中の所望位置にウインドウ１５１を開設し、オペレータが指定した地点の加速度応答スペクトルをグラフ表示する。図１４の画面では、各地点の加速度応答スペクトルの最大振幅やプロファイルを見ることができないが、グラフのウインドウ１５１を展開することで指定した地点の加速度応答スペクトルの最大振幅やプロファイルを随時見ることができる。構造物の固有周期が加速度応答スペクトル卓越周期に合致し、かつその最大振幅が大きい場合には、構造物被害発生の可能性がさらに高いと考えられる。
【００７２】
本発明の地震被害推定システムにあっては、地図上の全域について各種パラメータや加速度応答スペクトルをマップ表示するだけでなく、地図上に分散している特定の対象地点についての被害推定を表示することもできる。例えば、構造物被害推定手段２５ｂにおいて、予め指定されている地点について、予め指定されている構造物の被害推定を行い、その結果を表示する。図１６に示した施設被害の表示画面では、各事業所における施設被害の推定結果が危険度という指標で表示されている。これにより、どの場所の震源断層Δでどの程度の規模の地震が起きたときに、どの事業所が危険であるかを調べることができる。
【００７３】
図３に示した推定結果印刷部３５により、図８〜図１６に示した画面やグラフとほぼ同等の画像を印刷して書類を作成することができる。図１７は、図１５の画面中のグラフのウインドウ１５１に表示したのと同じ加速度応答スペクトルのプロファイルを印刷したものである。
【００７４】
従来技術では、地震動の強さを表す種々のパラメータをそれぞれ独自の推定式に震源位置やマグニチュードの情報を代入して求めていた。このため、各パラメータ間に相関性（統一性）がなく、互いに矛盾する結果も生じた。また、いったん工学的基盤上の地震動について推定してから地表の地震動の強さを導く方法においても、工学的基盤上の地震動の強さのパラメータを求め、そのパラメータに表層地盤の増幅係数を掛けることで地表の地震動の強さを得ていたため、増幅係数として震度には震度の増幅率、速度には速度の増幅率、加速度には加速度の増幅率が必要で、計算が繁雑であった。また、推定式が地震の発生源を点と考えた推定式であったため、長い断層が震源である場合や対象地点が近い場合に現実と合わない推定結果が出る可能性があった。
【００７５】
本発明では、地震の発生源を震源断層面と考え、推定式は震源断層パラメータから定義できる断層最短距離の関数とし、推定式の諸係数は過去の地震記録に整合するよう回帰計算で求めたので、震源断層の長さや対象地点の場所に左右されずに現実に合った推定結果を出すことができる。また、周期（又は振動数）の情報を含んでいる加速度応答スペクトルを推定し、その加速度応答スペクトルから各パラメータを求めるようにしたので、各パラメータ間の相関性（統一性）が確保される。さらに、本発明では、いったん工学的基盤上の地震動について推定してから地表の地震動の強さを導く方法においても、工学的基盤上の加速度応答スペクトルを推定し、その加速度応答スペクトルから地表の加速度応答スペクトルを計算するので、周期情報を失うことなく地表の地震動を把握することができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００７７】
（１）地表の加速度応答スペクトルを得ているので、周期特性が重要となる対象物の被害推定が容易となる。
【００７８】
（２）地表の加速度応答スペクトルから地震動の強さを表す各種のパラメータを算出するので、各パラメータ間の関係に統一性が得られ、矛盾のある推定結果に悩まされることがない。
【００７９】
（３）地震の発生源を断層面としているので、実際の地震によく近似したシミュレーションが提供できる。
【００８０】
（４）震源断層を矩形面で表すので、一点の座標、各辺の長さ、走向、傾斜角といった簡単なパラメータで一意的に定義することができると共に、断層最短距離が容易に計算できる。
【００８１】
（５）震源断層を一枚の傾斜面で表すことにより、プレート境界地震によく近似したシミュレーションが提供できる。
【００８２】
（６）震源断層を複数の鉛直面で表すことにより、内陸地震によく近似したシミュレーションが提供できる。
【００８３】
（７）工学的基盤上の加速度応答スペクトルに表層地盤の増幅特性を掛け合わせて地表の加速度応答スペクトルを推定するので、周期情報が失われない。
【００８４】
（８）加速度応答スペクトルの平均値からスペクトル強度を求めるので、別途に速度応答スペクトルを求めて積分する必要がない。
【００８５】
（９）加速度応答スペクトルの各スペクトル成分から計測震度を求めるので、別途に計測震度を推定する必要がない。
【００８６】
（１０）加速度応答スペクトルの各スペクトル成分から最大速度を求めるので、別途に最大速度を推定する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による地震動の強さを表すパラメータの算出手順を示す図である。
【図２】本発明の地震被害推定システムのソフトウェア構成及び流れを示す図である。
【図３】本発明の地震被害推定システムのソフトウェアを実行するコンピュータの構成図である。
【図４】本発明に用いる地盤モデルの図である。
【図５】本発明に用いる震源断層モデルの図である。
【図６】本発明によるプレート境界地震に対する震源断層設定形態を示す図である。
【図７】本発明による内陸地震に対する震源断層設定形態を示す図である。
【図８】本発明の表示手段に表示される画面の図である。
【図９】本発明の表示手段に表示される画面の図である。
【図１０】本発明の表示手段に表示される画面の図である。
【図１１】本発明の表示手段に表示される画面の図である。
【図１２】本発明の表示手段に表示される画面の図である。
【図１３】本発明の表示手段に表示される画面の図である。
【図１４】本発明の表示手段に表示される画面の図である。
【図１５】本発明の表示手段に表示される画面の図である。
【図１６】本発明の表示手段に表示される画面の図である。
【図１７】本発明の推定結果印刷部で印刷される画像の図である。
【符号の説明】
２１  地震設定手段
２２  震源データベース
２３  地震動推定手段
２４  地盤増幅率データベース
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ  被害推定手段
３１  データ入力部
３２  データ記憶部
３３  演算部
３４  推定結果表示部（表示手段）
３６  記録媒体
【図１】
0004253435.tif 000006
【図２】
0004253435.tif 000007
【図３】
0004253435.tif 000008
【図４】
0004253435.tif 000009
【図５】
0004253435.tif 000010
【図６】
0004253435.tif 000011
【図７】
0004253435.tif 000012
【図８】
0004253435.tif 000013
【図９】
0004253435.tif 000014
【図１０】
0004253435.tif 000015
【図１１】
0004253435.tif 000016
【図１２】
0004253435.tif 000017
【図１３】
0004253435.tif 000018
【図１４】
0004253435.tif 000019
【図１５】
0004253435.tif 000020
【図１６】
0004253435.tif 000021
【図１７】
0004253435.tif 000022