工学院大学建築系学科卒業論文梗概集
久田研究室 2011 年度

原子力発電所における基準地震動と 2011 年東北地方太平洋沖地震の地震動について
D1-08050 大野 覚司

1．はじめに2011 年 3 月 11 日の東北地方太平洋沖地震において、多てなので、その地点から地表までの地盤の立ち上げの処理を行う。

くの原子力発電所で被害が出ている。福島第一原子力発電

震源を特定せず策定する地震動の応答スペクトルは本研所における津波被害が注目され津波対策やアクシデントマ

究で主に取り扱う女川原子力発電所及び福島第一原子力発ネジメントが考えられているが、他の原子力発電所におけ電所では敷地ごとに震源を特定し策定する地震動の応答スる被害や地震動そのものによる影響も決して無視できないペクトルに包絡されるので、考えないものとする。

ものである。また日本地震工学会でも地震動の影響を重視し、福島第一、第二原子力発電所や女川原子力発電所などにおける強震動記録等を公開している。

また本研究では、耐専式による経験的手法からの応答スペクトルによる検討のみを行う。
耐専式から地震波形を作成する手順を示す。まず計算式
及びコントロールポイントからターゲットとなる加速度応

2．研究の流れ
原子力発電所の設計における指針において地震動は非常答スペクトルを算出する。次に位相角を乱数とした正弦波の重ね合わせをターゲットスペクトルにフィッティングさに重要視され、様々な手法において安全性の確認がされる。 せる。その波形を振幅包絡線により補正する。それぞれのしかしながら今回の東北地方太平洋沖地震のように、非常計算式及び係数等は以下に示す。
S(T) = 𝑆𝑏 (𝑇) × 𝛼(𝑇) ×× 𝛽(𝑇)に広域における複数の断層が同時に破壊される地震動が再現できていたかどうかは疑問である。

頭打ちによる問題などにより、適用できるかどうかさえ分

𝑉𝑠 −𝛿ℎ(𝑇))𝑉𝑠𝑏
𝛼ｈ (𝑇) =𝑉𝑠 −𝛿ℎ(𝑇𝑠𝑙 )
( )
{ 𝑉𝑠𝑏

からない。そのため、本研究では現在の基準地震動の妥当1性についての検討を行うこととする。福島第一原子力発電

𝑇 −𝑙𝑜𝑔𝛼ℎ(𝑇𝑠𝑙 )βℎ (𝑇) = ( )𝑇𝑠𝑙−𝑙𝑜𝑔𝛼ℎ (𝑇𝑠𝑙 )10{(

特にマグニチュードや等価震源距離から応答スペクトルを求める経験的手法においては、気象庁マグニチュードの所、女川原子力発電所に加え、kik-net 観測点においての検討も行う。

式1(𝑇 ≤ 𝑇𝑠𝑙 )(𝑇 > 𝑇𝑠𝑙 )(𝑇 ≤ 𝑇𝑠𝑙 )(10𝑇𝑠𝑙 > 𝑇 ≥ 𝑇𝑠𝑙 )(𝑇 ≥ 10𝑇𝑠𝑙 )耐専式及び補正項の計算式

3．基準地震動策定の流れ

Sb(t)：地震基盤における水平地震動の応答スペクトル

本研究で主に検討を行うものは、原子力発電所の設計用地

Vs：解放基盤の S 波速度(km/s)

震動である基準地震動である。基準地震動とは敷地周辺のVsb：地震基盤の S 波速度(km/s)

地質・地質構想並びに地震活動性等の地震学及び地震工学

Tsl：地盤の卓越周期的知見から施設の供用期間中に極めて稀に発生する可能性

δ(T)：コントロールポイントの補正係数があり、施設に大きな影響を与えるおそれがあるとされる地震動のことである。構造体や主要な設備などはこの地震動を基準として設計されている。また、この基準地震動は表層や構造物が無いものと想定し、Vs＝0.7km/s 以上の値を有する硬質地盤の解放基盤表面において設定される。 1)
基準地震動策定の流れとしては、まず、敷地ごとに震源を特定して策定する地震動として、過去の地震や活断層、プレート境界などの調査を行い、それを基に敷地に大きな影響を与えると予想される地震を検討用地震とする。その検討用地震から経験的手法から応答スペクトルを設定する方法と断層モデルを設定する方法、さらに震源を特定せず策定する地震動からの応答スペクトルを用い、地震波を作成する。その際、算出される波形は解放基盤相当面におい表1

地震基盤における水平地震動の応答スペクトル表2

コントロールポイントの補正係数

図4

M8 における振幅包絡線

図 1、図 2 の地震基盤の加速度応答スペクトルにおいて各マグニチュードにあまり差がないように見える。しかし、近距離や中距離等の定義される等価震源距離はマグニチュードが大きくなるほど長くなるため、結果的に、同距
図 1 地震基盤の加速度応答スペクトル

近距離離の比較においてマグニチュードが大きいほうが地震地盤の加速度応答スペクトルも大きくなる。

4．地震のパラメータ
今回の地震を検討用地震とし、耐専式の経験的手法から応答スペクトルを設定する。今回の地震は元々想定されていた複数の震源域が破壊されることで発生している。そのため、マグニチュード等のパラメータは、分割されたカスケードモデルと、一体であるとするスケーリングモデルの二通りで検討する。
カスケードモデルとは、断層面は一体ではなく分割され
図 2 地震基盤の加速度応答スペクトル
2

E(T)＝(T/𝑇𝑏 )E(T) = 1
𝑖𝑛(0.1)

E(T) = 𝑒 𝑇𝑑−𝑇𝑐

た断層の重ね合わせであるとするモデルである。今回の東(0 < T ≤ 𝑇𝑏 )北地方太平洋沖地震では Mｗ9.0 の巨大地震が起こったの(𝑇𝑏 < 𝑇 ≤ 𝑇𝑐 )ではなく、元来想定されていた宮城県沖や三陸沖单部海溝よりなどの断層において、Mj8.2～7.5 程度の地震が連続し(𝑇−𝑇𝑐)(𝑇𝑐 < 𝑇 ≤ 𝑇𝑑 )0.5𝑀−2.93𝑇𝑏 = 10,

0.3𝑀−1

𝑇𝑐 − 𝑇𝑏 = 10て起こったと考えるものである。
比較のための観測点は女川原子力発電所とし、スケーリ,0.17𝑀+0.54𝑙𝑜𝑔𝑋𝑒𝑞 −0.6

𝑇𝑑 − 𝑇𝑐 = 10式2中距離

振幅包絡線の計算式

図 3 中距離における振幅包絡線

ングモデル及びカスケードモデル各パラメータと女川原子力発電所までの等価震源距離は表 3 に示す。
表3

地震基盤における水平地震動の応答スペクトル比較結果を図 5、図 6 に示す。スケーリングモデル、カスケードモデルどちらも観測をうまく表現できていないことが分かる。スケーリングでは Mw9.0 を取り扱うことが出来ず Mj8.4 で計算したこと、カスケードモデルでは震源域の設定が上手くあっていなかったことが原因と考えられ5．比較・検討る。

ひたちなかに比べ高萩、女川において、観測記録と計算結果がよく一致している。また破壊伝播方向によりそれぞれのアスペリティによる波群がばらける女川で、加速度波形の形状が観測とカスケードにおいてよく一致していることが確認できる。

図 5. 女川原子力発電所加速度波形

図8

女川原子力発電所加速度波形

図 6. 女川原子力発電所加速度応答スペクトル
カスケードモデルにおいて、正確な震源域の設定のために断層面のアスペリティのみを考慮した 2011 年東北地方

図9

高萩加速度波形

太平地震（Mw9.0）の震源のモデル化（強震動生成域）（第1 報）の震源のモデル化を使用する。 2)それぞれのアスペリティにおけるパラメータと各観測点までの距離を表 4、図 7 にまとめる。また使用する観測点は特徴的であった女川原子力発電所、高萩、ひたちなかとする。 3)4)5)
表 4. 各アスペリティのパラメータ及び観測点までの距離

図 10

ひたちなか加速度波形①女川原子力発電所

図 11

女川原子力発電所加速度応答スペクトル②kik-net
高萩③kik-net
ひたちなか

図 12
図 7.東北地方太平洋沖地震のアスペリティ 2)

高萩加速度応答スペクトル図 13ひたちなか加速度応答スペクトル

図 18

ひたちなか加速度応答スペクトル

本来、高萩とひたちなかではアスペリティにより近い位こちらの余震による比較でも高萩ではよく一致し、ひた置にあるのは高萩である。そのため計算結果においては高ちなかではかなり過小評価になっている。この比較では断萩の方が大きくなる。しかし実際の観測結果ではひたちな層の分割などの影響はないため、ひたちなかのサイト特性かの方が大きくなっている。

によるものと考えられる。

そのため、耐専式に考慮されない地盤のサイト特性などの影響が含まれている可能性がある。

7．まとめと今後
今回、アスペリティのみを考慮したカスケードモデルの使用などにより、耐専式によるマグニチュード 9.0 の巨大6．余震との比較
ひたちなかにおける地盤のサイト特性について検討を余地震のある程度の再現性が確認できた。ただし、耐専式に震による比較により行う。耐専式の限界であるマグニチュはサイト特性に対する考慮がなく、今後の研究となる。

ード 8.5 より小さい余震による確認を行う。使う余震は表2 の通りである。
表5

参考文献

余震のパラメータと観測点までの距離

1)原子力規定委員会：原子力発電所耐震設計技術指針
JEAG4601-2008、pp.5-30,101-105、2008 年 12 月
2)釜江克宏、川辺秀憲：2011 年東北地方太平地震（Mw9.0）の震源のモデル化（強震動生成域）（第 1 報 2011 年 4 月26 日）
3)日本地震工学会：東北電力㈱女川原子力発電所における「平成 23 年（2011 年）東北地方太平洋沖地震」の加速度時刻歴波形データ、20011 年 7 月
4)日本地震工学会：平成 23 年 3 月 11 日に発生した東北地

図 14

高萩加速度波形

余震

方太平洋沖地震においての福島第一原子力発電所および福島第二原子力発電所で観測された強震観測記録等の強震データ記録、2011 年 6 月
5)防災科学技術研究所、基盤強震観測網ージ

図 16

図 17

ひたちなか加速度波形

高萩加速度応答スペクトル

余震

余震

kik-net ホームペ

http://www.kik.bosai.go.jp/kik/

謝辞
本 研 究を 行 う に あ たり 担 当 教 授 であ る 久 田 嘉 章 教授 を 始 め 、 久保 智 弘特 任 助 教 授、鱒 沢 曜 氏 には ご 指 導 や 資 料の 提 供 等 を し て いた だ きま し た 。
ま た、防 災 科学 研 究 所 強 震 ネッ ト ワ ー ク (K-Net)の 観 測記 録 並 びに 日 本地 震 工 学 会 様の 東 北 電 力 ㈱女 川 原 子 力 発 電所 に お け る「 平成 23 年 （ 2011 年 ） 東 北 地 方太 平 洋 沖 地 震」 の 加 速 度 時 刻歴 波
形 デ ータ 及 び 平成 23 年 3 月 11 日 に 発 生 し た 東北 地 方 太 平 洋 沖 地
震 に おい て の 福 島第 一 原 子 力 発電 所 お よ び 福 島第 二 原 子 力 発電 所 で観 測 さ れ た 強震 観 測 記 録 等の 強 震 デ ー タ 記録 を 利 用 さ せて い ただ き ま し た 。
最 後 にな り ま し た が久 田 研 究 室 の大 学 院 生 の 松 本俊 明 氏 、 新 田
龍 宏 氏及 び 久 田 研 究室 卒 論 生 の 方々 に も ご 協 力 をい た だ き ま した 。 皆様 方 に 感 謝 の意 を 表 さ せ てい た だ き ま す 。