「金井 清先生 追悼シンポジウム」−地震動研究の“これまでとこれから”−2009年4月21日 東京大学山上会館、東京

地震動予測研究の到達点と次世代型への脱皮
入倉孝次郎
愛知工業大学客員教授・京都大学名誉教授
PRESENT STAGE OF STRONG MOTION PREDICTION RESEARCH
AND ITS BREAKTHROUGH FOR NEXT DENERATION
Kojiro Irikura
Aichi Institute of Technology, Professor Emeritus of Kyoto University

今日の話
１．はじめに：金井 清先生に学ぶもの
２．強震動予測レシピの考え方。
３．特性化震源モデルの検証：
2007年中越沖地震の最適モデルと強震動のシミュレーション。
４．強震動予測レシピの問題点
５．今後の進むべき道金井 清 先生の学問的功績、工学のための地震学(Engineering Seismology)
弾性波動論• Sezawa波（分散性表面波）• 重複反射理論

強震動観測• 距離減衰式

常時微動• 地盤震動特性の評価• 地盤種別を考慮した耐震設計基準

建築基準法、土木構造物の耐震基準、原子力発電所の耐震設計審査指針などへの貢献

金井 清 先生に学ぶ我々の進むべき道
社会のための地震学(Seismology for Society)強震動予測研究
地震災害軽減研究
リスクとともに生きるための都市づくり研究

文化としての地震防災学

２．強震動予測レシピの考え方。
（１）強震動の性質：観測記録から学んだこと。
（２）断層破壊過程（３）強震動予測のためのスケーリング則（４）特性化震源モデルとシミュレーション

ω0（１）強震動の性質：観測記録からわかったこと。
震源スペクトル特性
変位震源スペクトルは、長周期（低周波数）域で平坦、すなわち、ω０
短周期（高周波数）域でωー２ に比例して減衰。
一方、
加速度震源スペクトルは、長周期域（低周波数）域でω２ に比例して増大。
短周期（高周波数）域で平坦、
すなわち ω０（高周波限界、fmaxまで）

１．震源スペクトル特性ーその１ー
巨大地震の変位スペクトル (Houston and Kanamori, 1986)

高周波数域でω-2で減衰

１．震源スペクトル特性ーその２ー
変位震源スペクトル

高周波数域でω-2で減衰加速度震源スペクトル高周波数域で平坦 ω0ω0（2） 断層破壊過程
ー強震動記録を用いた震源の波形インバージョンー
断層すべりは不均質→

応力降下量が不均質

断層すべりが大きい領域を一定基準で抽出、すなわち応力降下量が大きい領域を抽出 → アスペリティ
ここでのアスペリティの定義は応力降下量の大きい領域に対応。
地震前に固着しているところが地震時に応力降下が大きい、

すなわち、アスペリティは固着域、地震前にカップリングの強いところ

すべりの不均質と地震モーメントに関するスケーリング

ω0（３） 断層破壊の総面積およびアスペリティの総面積は地震モーメントに関して一定のスケーリング則で関係づけられる。
震源断層は断層パラメータに関する２つスケーリング則（１）巨視的断層パラメータに関するスケーリング則
震源の断層面積と地震モーメントの関係
結果として、平均すべり量、平均応力降下量が推定される。
（２）微視的断層パラメータに関するスケーリング則
アスペリティ総面積と地震モーメントの関係
結果として、アスペリティでの応力降下量、アスペリティでの平均すべり量が推定される。

Relation between
Rupture Area and M01000

Æ Outer Fault Parameters

100
Somervill et al. (1999)
Kagoshima(3/26)
Yamaguchi
Iwate (Miyakoshi et al., 2000)
Kobe (Sekiguchi et al, 2000)
Kocaeli (Sekiguchi and Iwata, 2000)
Chichi (Iwata and Sekiguchi, 2000)
Tottori (Sekiguchi and Iwata, 2000)

10

11.00E+24

1.00E+25

1.00E+26

1.00E+27

1.00E+28

Seismic Moment(dyne-cm)

10000

Relation between
Combined Area ofAsperities and M0

Combined Area ofAsperities (km^2)

Rupture Area (km^2)

10000

Æ Inner Fault Parameters

1000

Somervill et al. (1999)
Kagoshima(3/26)
Yamaguchi
Iwate (Miyakoshi et al., 2000)
Kobe (Sekiguchi et al, 2000)
Kocaeli (Sekiguchi and Iwata, 2000)
Chichi (Iwata and Sekiguchi, 2000)
Tottori (Sekiguchi and Iwata, 2000)

100

10

1
1.00E+24

1.00E+25

1.00E+26

1.00E+27

1.00E+28

Seimic Moment(dyne-cm)

Somerville et al. (1999) and Miyakoshi et al. (2001)ω0（4）特性化震源モデルと強震動のシミュレーション
震源断層面内のアスペリティから強い揺れ、強震動、が生成されている。
結果として、震源近傍域でアスペリティのサイズに対応するディレクティビティ・パルス（キラー・パルス）が生成される。
例．1995年兵庫県南部地震、2005年福岡県西方沖地震、2005年新潟県中越沖地震 など。

特性化震源モデルおよびそれに基づく強震動のシミュレーション(Kamae and Irikura, 1998; Kamae et al., 1998)

３つのアスペリティをもつ震源モデル

2007年新潟県中越沖地震を例として特性化震源モデルの検証：□ この地震を引き起こした断層はどこか？
□この地震の強震動は大きかったのか？
□スケーリング則とこの地震の断層パラメータの関係□この地震の強震動は数値的に再現可能か？

Model B
SE-dipping
Kashiwazaki-Kariwa

Attenuation Distance Relation of PGA and PGVof the 2007 Chuetsu‐oki EarthquakePGA

KKNPP(surface)

PGV

KKNPP(bedrock)

After Aoi et al. (2008) retouched中越沖地震のアスペリティ面積についてモデル
著者
震源(深さ)①引間・纐纈(2008)
10km②
Aoi et al.,(2008)
8km③（北東側）
堀川(2008)
8.6km③（南西側）④
宮腰・他(2008)
12km⑤
芝(2008)12km⑥
Nozu(2008)
12km

走向
38°
49°
40°
40°
30°
35°
40°

傾斜
34°
42°
55°
35°
40°
35°
36°

断層長さ
30km
30km
9km
17km
28km
29.4km
30km

断層幅
18km
24km
17km
17km
18km
16.8km
24km

観測点数
11地点
14地点
9地点
6地点
18地点
11地点

中越沖地震のアスペリティ面積
全破壊面積100000Irikura and Miyake (2001)

Rupture Area (km2)

10000
Aoi et al(2008)
芝(2008)1000

堀川・他(2008)
Nozu(2008)
Miyakoshi et al.(2008)
引間・纐纈(2008)

100
Somerville et al.(1999)

10
1
1.0E+24

1.0E+25

1.0E+26

Somerville et al. (1999)(Miyakoshi et al., 2000)
Kagoshima(3/26) (Miyakoshi et al., 2000)
Yamaguchi (Miyakoshi et al., 2000)
Iwate (Miyakoshi et al., 2000)
Kocaeli (Sekiguchi and Iwata, 2001)
Chichi (Iwata et al., 2000)
Kobe (Sekiguchi et al, 2000)
Tottori (Sekiguchi et al., 2001)

1.0E+27

1.0E+28

Seismic Moment(dyne-cm)

1.0E+29

中越沖地震の平均すべり量

Average Slip (cm)

10000

1000

Somerville et al. (1999)(Miyakoshi et al., 2000)
Kagoshima(3/26) (Miyakoshi et al., 2004)
Yamaguchi (Miyakoshi et al., 2004)
Iwate (Miyakoshi et al., 2000)
Kocaeli (Sekiguchi and Iwata, 2001)
Chichi (Iwata et al., 2000)
Kobe (Sekiguchi et al, 2000)
Tottori (Sekiguchi et al., 2001)
Nozu(2008)

Miyakoshi et al.(2008)100

芝(2008)

Aoi et al(2008)
堀川・他(2008)10

1
1.0E+24

引間・纐纈(2008)

Somerville et al.(1999)

1.0E+25

1.0E+26

1.0E+27

1.0E+28

Seismic Moment(dyne-cm)

1.0E+29

中越沖地震のアスペリティ面積
10000

Combined Area ofAsperities (km2)

Δσa

1000
1.5Δσa2.0Δσa引間・纐纈(2008)
Nozu(2008)

堀川・他(2008)

100

Miyakoshi et al.(2008)
Aoi et al(2008)

Somerville et al.(1999)Somerville et al. (1999)(Miyakoshi et al., 2000)
Kagoshima(3/26) (Miyakoshi et al., 2004)
Yamaguchi (Miyakoshi et al., 2004)
Iwate (Miyakoshi et al., 2000)
Kocaeli (Sekiguchi and Iwata, 2001)
Chichi (Iwata et al., 2000)
Kobe (Sekiguchi et al, 2000)
Tottori (Sekiguchi et al., 2001)

1.0E+25

1.0E+27

芝(2008)101
1.0E+24

1.0E+26

1.0E+28

Seismic Moment(dyne-cm)

1.0E+29

Characterized Source Modelfor Simulating Ground Motions
Model A

Model B

Asp1

Asp1

Asp2

Asp3

Rupture start from the center at Asp 3

EGF: AFT1(07/07/16 21:08)

Asp2

Asp3

Rupture start from the center ot Asp 3

EGF: AFT1(07/07/16 21:08)

EGF: AFT(07/08/04 00:16 )Model Aは倉橋・入倉(2008)、Model Bは釜江・川辺(2008)に基づいて作成した。

Comparison of Observed Records with Simulated Motions
Model A: Kurahashi
and Irikura (2008)

EGF for ASP1 and Asp
2

EGF for Asp 3

Basemat at Unit 1
Observed
EGF: AFT1+AFT2
EGF: AFT1

EGF
Method倉橋モデル 半経験的手法

HybridMethod (DW+EGF)
倉橋モデル ハイブリッド手法
100

KK1 NS50Vel. (cm/s)

Vel. (cm/s)

1000-500510152025

Vel. (cm/s)

10035-50510152025303540

KK1 UD

200-20-4005101520Time (sec)253035510152025303540101520253035404010152025303540

KK1 EW

500-50-100040

Vel. (cm/s)

Vel. (cm/s)

040

01000-100-10040

観測
ASP3の余震（南）ASP3の余震（北）KK1 EW

50300-50

Vel. (cm/s)-100観測ASP3の余震（南）ASP3の余震（北）KK1 NS505

KK1 UD

200-20-4005Time (sec)Comparison between observed records and simulated
motions using hybrid method (DWM＋EGF)
Basemat at Unit 1
倉橋モデル Velocity

倉橋モデル Displacement

1000-500
51015KK1 NS

500-50-1002050Dis. (cm)Vel. (cm/s)

KK1 NS

500

0051015Vel. (cm/s)

-500
0400

510152000-200-400050-50-10004020

KK1 UD

5010Time (sec)15Dis. (cm)01015KK1 UD

0-2005-250510152010152010Time (sec)15101520

KK1 EW

250-25-502020-40205050

KK1 EW020Dis. (cm)KK1 EW500

KK1 NS

25-5020100Vel. (cm/s)

Acc.. (cm/s/s)

Kurahashi andIrikura (2008)

Acc.. (cm/s/s)

Model A:

Acc.. (cm/s/s)

倉橋モデル Accerelation

KK1 UD

100-10-2020

505Time (sec)Basemat at Unit 5100

KK5 NS

500-50KK5 NS

250-25-500
1520

KK5 EW

5000-500
0400

5101520KK5 UD

2000-200-400

0510Time (sec)

15200

51015-50

20

100
500-50-100

040

51015

5101520KK5 UD

1015200-200510Time (sec)1520101520

KK5 EW

250-25-502020-40050

KK5 EW

Dis. (cm)

10020Dis. (cm)5-100

Vel. (cm/s)

Acc.. (cm/s/s)
Acc.. (cm/s/s)

50Dis. (cm)00

Asp3Vel. (cm/s)

KK5 NS

500Vel. (cm/s)

Asp2

Acc.. (cm/s/s)

Asp1

倉橋モデル Displacement

倉橋モデル Velocity

倉橋モデル Accerelation

5KK5 UD

100-10-2005Time (sec)Underground Structure from Source to Kashiwazaki-Kariwa Site
KK1 KK2 KK3KK5 KK6 KK7

KK4
埋戻土

新期砂層

安田層
西山層 1

震源及び周辺の平面図
ASP1

透視図の視点

138.
60 E
敷地の地質断面

ASP2

敷地から震源の南北断面37.4
2 N

ASP30138.9 E

震源域-5000-10000

37.3

37.5

37.6

柏崎刈羽発電所

敷地から震源の東西断面
037.437.42 N

-5000-10000

138.4

138.5

138.6

138.7

ASP1
ASP2
震源域

25海域(西側)からの透視図
ASP3

KK1
EW
Maximum
Velocity

KK1
Cross Section ofUnderground
Structure

Kamae and Kawabe(2008)

３次元地盤構造モデルを用いたray tracingによるS波走時(Petukhin et al., 2009)
3次元地盤構造モデル

均質モデル
1号機

破壊開始点

Model B

Shadow zone

破壊開始点

Asp3
各点震源からのS波走時
Case 1：均質モデル

Case 2：3次元地盤構造モデル

Case 3：3次元地盤構造モデル+geo-metrical spreading

Model B
Asp3

Comparison between observed records and simulated motions
using revised empirical Green’s function method
Travel times and geo-metrical spreading factors from source
to site for 3-D structure model are taken into account

Model B
KK1R2 NS

400
200400Obsl
CalAcc20000-200-200

-400
30
100
50

405060Vel

500-50-50

Amp.

15405060Dis150-15-154050Time(sec)

60-30
30

40

50

60

40

50

60

40

5060

Vel

-100
30
300-3030

Acc

-400
30
1000-1003030

KK1R2 EWDis４．強震動予測レシピの問題点


海溝型巨大地震を支配するスケーリング則
長周期地震動予測内陸の長大断層のスケーリング則

解決への手掛かり

海溝型アスペリティモデルのマルチスケール不均質化
動力学震源断層モデルの挿入

想定東海地震に対する長周期地震動予測
擬似応答スペクトル（固有周期 7秒、減衰常数5%）

Koketsu (2008)

1944年東南海地震による長周期地震動の再現
横浜、観測波形と合成波形の比較（左：時刻歴、右：5%速度応答スペクトル）

Miyake et al. (2008)

海溝型アスペリティモデルの問題点（関口・他, 2006）
海溝型地震のアスペリティサイズは巨大（一辺数十km〜百km）

100km

アスペリティ内が均質だと・・・

アスペリティ内が不均質だと

中央防災会議(2003)想定南海地震震源モデル

アスペリティサイズで規定される周期よりも短周期の波も出すように震源モデルを改良する必要がある→ マルチスケール不均質化

不均質化による震源時間関数の変化
初期モデルすべり量分布

破壊時刻分布

震源時間関数の変位スペクトル
マルチスケール
不均質モデルω-2
初期モデル

マルチスケールの不均質を追加関口・他 (2006)５．次世代型強震動予測
“The ShakeOut Earthquake Scenario-A StoryTHATSouthern Californians Are Writing”に学ぶ
 動力学震源断層モデルの導入
複数の断層セグメントの連動
スーパーシェア破壊伝播
ディレクティビティ効果
 確率論とシナリオ型を融合したハザード評価
 リアルタイム地震動予測システム
 強震動予測からリスク評価までの統合システムの構築

The ShakeOut Earthquake Scenario
USGS Open File Report 2008-1150
マグニチュード7.8の地震が南部サンアンドレアス断層沿いに2008年11月13日の朝10時に起こったときの地震動生成およびそれによる災害発生のシナリオ。

• USGSのLucy Jones博士をリーダーとして、300人以上の科学者、技術者、および関連する専門家が参加して、シナリオを作成した。
• この地震は死者1800以上、負傷者50000人以上、被害および経済損出200
billon US dollars (20兆円）を引き起こす。

シェークアウト地震シナリオ
想定した震源断層 Mw 7.8

USGS (2009)

USGS (2009)シェークアウト シナリオ地震の地震動の伝播模様

Computer-generated snapshots of ground motions for the ShakeOut Scenario
earthquake.
USGS (2009)

Directivity pulses of sub-shear rupture

Peak Ground Velocity in Los Angeles Basin
Kinematic

Dynamic(Olsen et al, 2008)

Dailguer et al.(2009)

Pulses of super-shear rupture
Velocity pulses due to super-shear rupture transmit large
amplitude motion. Because Shear Mach waves are
emanated from the rupture front-Planar wavefronts emanatefrom the leading and trailingedges of the slip zone.
- The shear field carries anexact history of the slip
velocity that appears in both
the FP and FN velocity
components(Dunham and Archuleta (2005)

想定南海トラフ地震（東海・東南海・南海地震）による被害の予測

ご静聴ありがとうございました

中央防災会議（2003）より