特集東北地方太平洋沖地震の科学

東北地方太平洋沖地震の揺れの成長と強震モニタ
青井 真・中村洋光・
あおい しん

なかむら ひろみつ

刀 卓・鈴木 亘

くぬぎ たかしすずき わたる（独）
防災科学技術研究所 地震・火山観測データセンター

離 170 km）の場合，人がかすかに感じることの東北地方太平洋沖地震の揺れの特徴

できる震度 1 に達したのは 14:46:50 で，その後約 10 秒かけてはっきりと地震であることを感2011 年 3 月 11 日の東北地方太平洋沖地震（東日じる震度 3 の揺れになった。さらに，震度 5 弱本大震災）は，マグニチュード（M）9.0 という，日本に達するまでに 14 秒，および 6 強に達するまで周辺で発生した地震としては最大の地震であり，に 23 秒の時間があった。仙台より震源から離れ東北から関東にかけての広い地域で強い揺れに見た茨城県日立市（震央距離約 260 km）では，震度 3 の舞われ，推定で 3000 万人以上が震度 5 弱以上の揺れ（14:47:21）に見舞われてから震度 5 弱に達する揺れに暴露したため，その強い揺れを経験した人までに 58 秒，および 6 強に達するまでに 79 秒も多いことと思う。地震時の心得には，俗に「1と非常に長い時間がかかっている。

分過ぎたらまず安心」などと書かれている が，1

今回の地震は 1 分以上にわたり揺れがどんどん揺れの成長と長い継続時間大きくなり，2〜3 分以上も揺れが続いたため，揺れが長時間継続したのは，すべり破壊の生じどこまで揺れが大きくなり，継続するのか恐怖をた断層面が巨大だったことが主な理由である。こ感じたのではないだろうか。本稿では，通常の地の地震の断層は長さ約 500 km，幅は約 200 km

震とは随分と様相の異なる今回の地震の揺れにつと非常に大きく（図 2），1995 年兵庫県南部地震のいて考察する。

断層と比べると長さ，幅ともに約 10 倍，面積に皆さんがテレビなどで目にする震度は，震度計すると約 100 倍もの大きさである。地震時に断の中にある加速度センサが計測した 1 分間の波層面上を破壊が進展する速度は，S 波の伝播速度

形データを決められた手順 により処理することの 0.8 倍程度と，断層の規模にあまり依存しないで求められるため，一つの地震に対して地点ごとことが知られている。したがって，断層が大きくに一つの震度値しか与えられない。ここでは，震なると，ほぼ比例して断層破壊の継続時間が長く度が時間と共に成長していく様子を見るために筆なる。今回の地震では実に 100 秒以上もの時間

者らが開発した，逐次的に震度を求める近似アルにわたって断層破壊が継続したことがわかっておゴ リ ズ ム で あ る「リ ア ル タ イ ム 震 度」に よ りり4，地震波が地中を伝播する際に地震波の継続

231/100 秒ごとに計算した震度の時間発展を図 1 に時間が長くなる効果（表面波が発生したり，地下の不均質示す。震源に比較的近かった宮城県仙台市（震央距構造に地震波がトラップされるなど）と相まって，数分間という非常に長い時間揺れ続けた。
Growth of ground motion during the 2011 off the Pacific coastof Tohoku earthquake and the ʻKyoshin monitorʼ

Shin AOI, Hiromitsu NAKAMURA, Takashi KUNUGI andWataru SUZUKI

では，なぜこのように長い時間をかけて震度が成長したのだろうか。地震波を放射する強さは断層面上で一様ではない（図 2）。地震が発生（14:46:18）
東北地方太平洋沖地震の揺れの成長と強震モニタ

科学1065

リアルタイム震度
加速度（m/s/s）

7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
−1.0
−2.0

14:46:18（地震発生時刻）
14:47:23

仙台

14:47:14

日立

14:47:00

震度７
震度６強
震度６弱
震度５強
震度５弱
震度４

14:48:40
14:48:19

震度３

14:47:21

震度２震度１

14:46:50

14:47:07

14:47

14:48

14:49

14:50

14:51

14:52

14:48:00

14:49:00

14:50:00

14:51:00

14:52:00

16P

S

0
仙台

加速度（m/s/s）−1616PS

0
日立−1614:47:00

図 1―（上）仙台および日立における震度の時間発展
防災科研が設置した強震観測網 K-NET により観測された地震波形を用いてリアルタイム震度を計算した。両地点において震度 1，3，5 弱，6 強に達した時刻を示した。
（下）
仙台および日立において観測された加速度波形の南北成分してから，比較的大きな破壊が起こるまでに 20時的に報知を行うサービスが緊急地震速報である。

秒以上あり，最大のすべりは地震発生後 1 分程

緊急地震速報は，震源に近い観測点の P 波（縦波）度経ってから生じた。また，より日立に近い断層の地震波形データを用いてマグニチュードと震源面南部の破壊は，さらに遅れて地震発生後約 100位置をいち早く推定し，被害を及ぼす主要動（S秒以降に生じた。一般に，断層上で大きくすべり，波：横波）到来前に警報を発することができるとい地震波を強く放出する場所は破壊開始点（震源）とう意味で画期的な技術である。一方で，基本的に一致するわけではなく，またタイミング的にもずは，震源情報に立ち戻る手法であるために，巨大れているが，M 7 クラスの地震であれば断層破壊

地震時やほぼ同時に複数の地震が発生する場合な時間は 10 秒程度であり，地震動の成長をはっきどに推定震度に大きな誤差が生じたり，震源近傍りと体感することはまれである。今回の地震の場域において警報が主要動到着に間に合わないなど

合は断層サイズが巨大で破壊継続時間も長かったの問題もある。

ために，時空間的な断層破壊の不均質の影響が震

東北地方太平洋沖地震の際に，震度 4 を超え度の成長過程に顕著に現れ，S 波が到達して震度ると推定され，一般向けの緊急地震速報（警報）と3 を計測してから震度 6 強に達するまでに，仙台して発報された地域（図 2 にグレーで表示）は，実際にで約 20 秒，日立で約 70 秒と長い時間を要した

震度 4 を超えた地域（斜線で表示）に比べ，かなり狭と考えられる。

いが，これは主にマグニチュードの過小評価が原

緊急地震速報とリアルタイム震度地震が発生し大きな震度が予想される場合に即1066

KAGAKU

Oct. 2011 Vol.81 No.10

因である。緊急地震速報の発報のタイミングは陸地に主要動が到達するより早く，警報の対象となった地域に関しては比較的長い猶予時間があり避44˚

緊急地震速報警報区域
リアルタイム震度＞442˚

75

40˚

45

60

30

仙台60

日立

120

150

38˚

36˚
100 km

136˚

138˚

140˚

142˚

144˚

図 2―緊急地震速報が出された警報区域（グレーで表示）とリア
ルタイム震度が 4 を超える地点が 2 点以上ある区域（斜線で表示）等値線は，緊急地震速報警報が出されてからリアルタイム震度（秒）を示す。また，長方形およが 4 に達するまでの猶予時間
びその中の等値線はそれぞれ、おおよその震源域と断層のすべり量4を，星は震源を表す。

難行動などに有効に活かすことが可能であった。
一方，震度 4 以上と推定されなかった地域に関しては，結果として一般向けの緊急地震速報（警報）が発報されていないが，このような地域では，震度 3 以上になってから震度 5 弱になるまで数十秒以上の猶予時間があり，実測された地震動をリアルタイムで防災情報とすることができれば，減災につながると考えられる。実際，現状でも全国約 700 観測点程度で観測されているリアルタ

図 3―強震モニタによる東北地方太平洋沖地震における地面の揺れ（2011 年 3 月 11 日 14 時 48 分 30 秒）の表示例
http://www.kyoshin.bosai.go.jp/kyoshin/ からアクセス可能。

文献
1―たとえば，今村明恒: 星と雲・火山と地震 , 日本兒童文庫 ,アルス（1930）
2― 気 象 庁: 計 測 震 度 の 算 出 方 法，http://www.seisvol.kishou.
go.jp/eq/kyoshin/kaisetsu/calc_sindo.htm

3―㓛刀卓・他: 地震 2, 60, 243（2008）
4―鈴木亘・他: 近地強震記録を用いた 2011 年 03 月 11 日東北地方太平洋沖地震の震源インバージョン解析，（2011）http://www . kyoshin . bosai . go . jp/kyoshin/topics/TohokuTaiheiyo_20110311/inversion/
5―S. Aoi et al.: Earthquake Data in Engineering Seismology,Springer(2011)pp. 167〜186

6― 防 災 科 学 技 術 研 究 所: 強 震 モ ニ タ，http://realtime-earth
quake-monitor.appspot.com/

5, 6
イム震度は，「強震モニタ」として防災科研よりインターネットを通じて常時公開されている（図3）。リアルタイム強震動の情報は，緊急地震速報のように主要動到着前に入手可能なものではないが，推定値ではなく確定値であるため誤差要因が少なく，これら二つの技術は将来的には相補う形で実用化されていくことで，減災につながる重要な情報を発信できると考えられる。

東北地方太平洋沖地震の揺れの成長と強震モニタ

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