地震動 H/V スペクトル比に基づく福岡平野の地盤震動特性
土屋 郁武
本研究における H/V スペクトル比は地震動の NS 成

1. はじめに福岡平野は博多湾に面しており、福岡市を中心に西分、EW 成分、UD 成分の S 波部分のフーリエスペクは糸島平野、東は宗像平野まで広がり、その大部分はトル𝐹𝑆𝑁𝑆 、𝐹𝑆𝐸𝑊 、𝐹𝑆𝑈𝐷 を用いて、以下の式で算出した。

河川などの堆積作用によって形成された沖積平野であ

𝐻/𝑉 = √𝐹𝑆𝑁𝑆 2 ＋𝐹𝑆𝐸𝑊 2⁄𝐹𝑆𝑈𝐷る。平野直下には警固断層帯が存在し、その北西部で(1)

は 2005 年 3 月 20 日午前 10 時 53 分に、気象庁マグニ

フーリエスペクトルの算出は目視で確認した S 波開始

チュード（Mj）7.0、最大震度 6 弱の福岡県西方沖の地時刻から 20.48 秒間を用い、平滑化にはバンド幅 0.4 Hz震が発生した。震源に近い玄海島だけではなく震源かの Parzen window を用いた。複数の観測記録から算出ら離れた平野部においても強い揺れや被害が生じた 1)。

された H/V スペクトル比の対数平均を、それぞれの観

これは福岡平野を伝わる地震動が地盤の影響で増幅さ測点における H/V スペクトル比とした。

れたことが原因の一つとして考えられる。また、警固

2.2 対象観測点

断層帯南東部については、今後 30 年以内に 0.3～6%の本研究における対象観測点は、防災科学技術研究所

確率で大地震が発生するとされており、最も逼迫性のの K-NET ならびに KiK-net 観測点 5)の 4 観測点に加え高い S ランクに分類されている 2)。て、気象庁の 6 観測点、福岡県震度計の 21 観測点、計

そこで本研究では、福岡平野の地震観測点を対象に、31 観測点とした。図 1 に対象観測点の配置と福岡平野地震動の S 波の水平動と上下動のスペクトル比（以降、の地質図 4)を示す。K-NET 福岡観測点（FKO006）や県H/V スペクトル比）3)に基づいて各観測点の地盤震動特震度計福岡市早良区観測点（FUKU0014）は地震による性を分析する。

被害が懸念される埋立地上に位置する。気象庁手光観

2. 地震観測記録による地盤震動特性

測点（9C7）は花崗岩上にあり、同志摩初観測点（9C9）2.1 解析方法

や県震度計宇美町観測点（FUKU0071）、同志免町観測

本研究で用いる H/V スペクトル比は単点での地盤震点（FUKU0073）は海岸平野堆積物上に位置する。また、動特性の評価が可能であり、地盤の卓越周期の推定に

KiK-net 宇美観測点（FKOH03）や県震度計須恵町観測もよく用いられる。また、近年では拡散波動場理論に点（FUKU0074）では段丘堆積物上などの標高が高くなよって、その物理的な意味についても明確にされておっている場所に立地し、岩盤観測点となっている。

3)

り、地下構造モデルと直接関連付けられている 。

2.3 解析に用いた地震観測記録解析に用いた地震観測記録は、以下の条件に基づいて抽出した。
1996 年 10 月 1 日から 2018 年 12 月 1 日に発生した地震

2005/4/20 06:11:21 震源
博多湾 FUKU0008
FUKU0073

震央距離が 300 km 以内の記録



Mj が 4.0 以上



最大加速度 100 cm/s2 以下（2005 年福岡県西方沖の地震の最大余震の記録のみ 100 cm/s2 を超える）

FUKU0010以上の条件によって、抽出された地震数は 207 地震で海岸・砂丘砂岩・泥岩埋立地・干拓地
段丘堆積物
河川・海岸平野堆積物
花崗岩
花崗閃緑岩あり、その中から K-NET、KiK-net の対象観測点では、対象とした 4 観測点で共通に記録された 10 地震、気象庁の観測網では対象 6 観測点に共通の 17 地震、県震度計の観測網では対象の 21 の観測点に共通の 17 地震を解析対象とした。

図 1 対象観測点（丸印）の分布と平野の地質

4)

19-1

2.4 解析結果と考察
各地震平均理論
福岡西方沖最大余震

図 2 に、解析対象とした 31 観測点において地震記録から算出された H/V スペクトル比とその平均値を示す。観測記録の S/N 比を考慮して、対象周波数帯域は0.3～10 Hz とした。
平野の西端、北東端に位置している 9C7 や 9C9 の低

図 2 地震動の H/V スペクトル比

周波側でのピーク周波数は 3.2 Hz、3.8 Hz と 3.0 Hz 以
0.1 123458Hz上であるのに対して、平野の中心部に位置し、警固断層の北東側に位置する FKO006 では 1.6 Hz と低い値を示す。また、岩盤サイトである FKOH03 では 7.9 Hz と比較的高周波成分が卓越する。これらを 1 次ピーク周波数として、図 2 には赤三角印で示し、図 3 には平野内のすべての対象観測点の H/V スペクトル比の平均値から読み取った 1 次ピーク周波数の空間分布を示す。
平野全体の傾向として警固断層を境にして北東側と 南 西側 でピ ーク 周波 数 に差 があ る。 南西部 で は
FKO007 の 2.4 Hz、県震度計糸島市観測点（FUKU0050）

図 3 一次ピーク周波数の空間分布と標高図

6)の 4.1 Hz、同糸島志摩観測点（FUKU0052）の 2.7 Hz な
ど 2～5 Hz にピークを持つ観測点が多い。臨海部に位置する県震度計福岡市西区観測点（FUKU0012）の 1.6
19-2

Hz が最も低く、他に 2 Hz を下回る 1 次ピーク周波数

観測点では S 波伝播速度 600m/s 以上の地下構造のみを持つ観測点は見られなかった。また、地質条件が同を使用している。この理論 H/V スペクトル比は拡散波じ観測点であっても警固断層の南西側の FUKU0014 は動場理論 3)に基づいて式（2）によって算出した。

2.8 Hz と北東側の FKO006 と比べてピーク周波数はや

2𝛼 |𝑇𝐹₁(𝜔)|𝐻(𝜔)⁄𝑉(𝜔) = √ 𝛽 𝐻 |𝑇𝐹₃(𝜔)|や高かった。

𝐻(2)北東側の臨海部に位置する観測点は 2 Hz 以下に 1

ここで𝛼𝐻 は基盤の P 波速度、𝛽𝐻 は基盤の S 波速度、次ピーク周波数を持つ観測点が多い傾向にあり、先述

𝑇𝐹₁(𝜔)は S 波の伝達関数、𝑇𝐹₃(𝜔)は P 波の伝達関数をの FKO006 の他に、県震度計福岡中央区舞鶴観測点表す。また、各層の密度𝜌（g/cm3）は以下に示す𝑉（km/s）
𝑆（FUKU0008）、同福岡市東区観測点（FUKU0009）、同との関係式 9)から求めた。

新宮町観測点（FUKU0075）で 1.8 Hz、1.2 Hz、1.4 Hz

𝜌 = 1.4 + 1.67√𝑉𝑆となり、警固断層の付近では FUKU0008 で最も低い。
7)(3)FKOH03 の理論 H/V スペクトル比の 1 次ピーク周波

幸佐・他（2005） は、警固断層を境に基盤が大きく変数は 7.2 Hz であり、観測値の 8.0 Hz との差は 1 Hz 未化しており、西側に比べ東側は堆積層が厚く、それが満と比較的良く対応する。また、FKO006 も観測 H/V

この地域の地震動の増幅に差を生じさせている可能性

スペクトル比の一次ピーク周波数の 1.6 Hz に対して理を指摘している。本研究における地盤の 1 次ピーク周

論 H/V スペクトル比では 1.8 Hz と対応が良く、高周波波数が警固断層の東西で異なる傾向を示したのも、同数帯のスペクトル比の形状もよく対応している。しか様の要因であると考えられる。

し、平野の端に位置している 9C7 と 9C9 における観測北 東 側 で は 内 陸 部 に も 関 わ ら ず FUKU0071 やH/V スペクトル比のピーク周波数はそれぞれ 3.2 Hz、FUKU0073、県震度計久山町観測点（FUKU0076）のよ3.8 Hz であるが、理論 H/V スペクトル比では 6.2 Hz、うにピーク周波数が 0.97 Hz、0.88 Hz、0.53 Hz と 1 Hz

6.3 Hz と 2～3 Hz 程度の差が確認され、この他にもを下回る値を取る観測点がある。防災科学技術研究所

9C8、FUKU0012、FUKU0013、FUKU0044、FUKU0045、の地震ハザードステーション J-SHIS の深部地盤構造

FUKU0052、FUKU0070、FUKU0075 のように理論 H/Vモデル 8)によると、これらの観測点付近の地震基盤上スペクトル比と観測 H/V スペクトル比に差が見られた

面深さは 500～700 m とその周辺に比べて深くなって観測点が散見された。この差異は、理論計算で用いたおり、厚い堆積層の影響が反映されていると考えられ地下構造モデルには工学的基盤以浅の地下構造は含まる。一方、比較的標高が高い FUKU0074 や FKOH03 はれていないことによると考えられる。より詳細な検討

4.6 Hz、7.6 Hz と高周波数帯で卓越する。

を行うためには、浅部の地盤構造を含む地下構造の調また、北東側は南西側よりも比較的低い 1 次ピーク査が必要である。

周波数を示すが、大局的には、1 Hz 未満の低周波数帯

3.2 3 次元地下構造モデルを用いた強震動シミュレーが卓越する地域はあまり見られない。内陸部では県震ション

度計春日市観測点（FUKU0044）で 2.1 Hz、同筑紫野観本研究では、J-SHIS の深部地盤構造モデルに基づい測点（FUKU0043）で 3.5 Hz、気象庁筑前町高場観測点て、防災科学技術研究所により提供されている 3 次元（9C8）で 2.1Hz と 2～4 Hz が卓越する。4.0 Hz 以上の差分法プログラム GMS10)を用いて強震動シミュレー

高周波数帯域でピーク周波数を取る観測点は警固断層ションを行った。対象とした地震は、2005 年 4 月 20

南西側の内陸部の観測点や段丘堆積物や背振山地上や日 6 時 11 分に発生した Mj 5.8 の福岡県西方沖の最大三郡山地周辺に多く位置していた。

余震である。震源は点震源を仮定しており、震源パラ

3. 理論計算による考察

メータは気象庁が公開しているメカニズム、九州大学

3.1 1 次元地下構造モデルを用いた理論 H/V スペクト11)

ル比との比較

F-net12)の地震モーメント M0 を用いた。解析領域は福

図 2 に、防災科学技術研究所の地震ハザードステーによって定められた震源位置、防災科学技術研究所

岡平野を含む約 81 km×81 km（図 1 の黒枠）、深さ 208)

ション J-SHIS の深部地盤構造モデル から得た観測点

km であり、有効周波数帯域は 0.1～1 Hz、格子間隔は直下の一次元速度構造に基づく理論 H/V スペクトル比

地表付近は 100 m、深さ 3.0 km 以深で 300 m に設定し、を併せて示す。また、K-NET、KiK-net の対象観測点で0.008 秒刻みで 120 秒間（計算ステップ数：15000）のは PS 検層結果の浅部構造も用いているが、その他の地震動の計算を行った。
19-3

では南西側に比べ 2 Hz 以下の低周波数帯が卓越す

3.3 シミュレーション結果と観測記録の比較
図 5 上段に、1 次元地下構造から算出した理論 H/Vる観測点が多い。
スペクトル比の形状が観測記録の平均 H/V スペクトル

平野全体で 1 次ピーク周波数が 1 Hz 未満を下回る比と類似していた FKO006 と、理論 H/V スペクトル比

場所は少ないが、平野内陸部の三郡山地付近のが観測記録の平均 H/V スペクトル比とは異なり平坦な

FUKU0071 や FUKU0073 のように、堆積層が厚い形状になった 9C7 の H/V スペクトル比を示す。本研究地域で 1 Hz を下回る観測点が散見された。
のシミュレーションの対象周波数は 0.1～1 Hz のため観測と理論 H/V スペクトル比の 1 次ピーク周波数

1 Hz より高周波数側にはハッチをかけてある。観測記が一致しない観測点がいくつかみられた。これは録の平均 H/V スペクトル比や福岡県西方沖の最大余震解析に使用した地下構造モデルにおいて浅部地盤の H/V スペクトル比を比較したところ、FKO006 と 9C7構造を考慮されていないことが一つの要因であるにおいて 3 次元シミュレーションの結果は観測と比較と考えられる。より精度の高い計算には、浅部地盤的良い対応が得られた。

構造を含む詳細な地盤の調査が必要である。

また、観測 H/V スペクトル比の 1 次ピーク周波数が謝辞

1 Hz 未満の観測点の FUKU0073、FUKU0076 における本研究では防災科学技術研究所 K-NET、KiK-net、気比較を図 5 下段に示す。観測 H/V スペクトル比の 1 次象庁、福岡県震度計の強震記録を使用した。記して感ピーク周波数の値が FUKU0073 で 0.88 Hz、FUKU0076

謝の意を表する。

で 0.53 Hz であるのに対して、3 次元シミュレーション

参考文献
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9) 太田外氣晴, 江守勝彦, 河西良幸 : 耐震・振動・制御,共立出版. pp.339, 2001
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12) 防 災 科 学 技 術 研 究 所 ： 防 災 科 研 F-NET, 2019,https://doi.org/10.17598/NIED.0005

による結果は 0.85 Hz、0.73Hz と観測同様、1 Hz 以下の低周波数成分が卓越する結果となった。

各地震平均
福岡西方沖最大余震
GMS

図 5 H/V スペクトル比の比較
4. まとめ本研究では福岡平野の観測点で得られた強震記録から H/V スペクトル比を算出し、地盤震動特性を把握した。さらに J-SHIS の深部地盤構造モデルを用いて、拡散波動場理論に基づく 1 次元での理論 H/V スペクトル比、3 次元強震動シミュレーションによる H/V スペクトル比を算出し、観測 H/V スペクトル比と比較した。
得られた知見を以下に示す。


警固断層の東西で 1 次ピーク周波数が変化し、平野の南西側にでは 2～5 Hz が卓越しやすく、北東側
19-4