震源モデルの定量化が被害地震動予測に及ぼす影響
長岡技術科学大学 木村 宥斗
池田 隆明
志賀 正崇

1. はじめに
我が国は地震多発地域であることから大地震時を想定した強震動予測は防災および減災，構造物等の耐震設計において非常に重要である．構造物の耐震設計や耐震検討を対象とした強震
動予測の場合には，地方自治体で行っているような被害想定とは異なり，適切な地震動を時刻歴
波形レベルでの評価が要求される．地震動は線形状態であると仮定した場合，地震を引き起こす断層の特性である「震源特性」，地震波が通過する経路の特性である「伝播経路特性」，地盤の特性を示す「サイト特性」を掛け合わせることで表現される．そのため，強震動予測ではこれらの特性について，適切に評価を行うことが必要である．
強震動予測に最も影響を及ぼす特性である震源特性は地震ごとに規模や種別といった固有の特徴を持つために設定が困難な特性である．しかし，1995 年の兵庫県南部地震を教訓とし，精力的に行われた地震動評価の研究成果に基づいた「震源断層を特定した地震の強震動予測手法（レシピ）」1)（以下，レシピ）が政府の地震調査推進委員会より構築され，震源断層の不均一性や複雑な破壊過程を含め，震源パラメータの定量化がはかられている．
震源特性には，震源断層全体の規模や形状である「巨視的震源特性」，震源断層の不均一性を示す「微視的震源特性」，破壊開始点や破壊形態を示す「その他の震源特性」が存在する．表 1に示すように微視的震源特性およびその他の震源特性は過去の地震動を統計的に処理し，定めたパラメータや確定することのできないパラメータを有する．これらのパラメータ設定は強震動評価者に設定がゆだねられており，強震動予測に幅が生まれている現状がある．
本研究では，強震動予測に最も影響を及ぼす特性である震源特性について着目し，レシピで示された震源の特性化手法が有するばらつきや不確定が強震動評価に及ぼす影響について調べることを目的とする．
表 1 微視的震源特性およびその他の震源特性における設定パラメータ
震源特性

ばらつきと不確定性を持つパラメータ
位置・個数
強震動生成域

微視的震源特性

SMGA(Strong Motion Generation Area)

面積
背景領域の平均すべり量
背景領域の実効応力

コーナー振動数 𝑓𝑚𝑎𝑥
平均破壊伝播速度 𝑉𝑟
その他の震源特性

すべり速度時間関数
すべり角

2. 検討方法
震源特性を決定する上で必要となる特性は，「１．はじめに」で述べたように地震モーメントや断層の幅や長さといった巨視的震源特性，断層の不均一性を示す微視的震源特性，破壊の過程を示すその他の震源特性である．本研究では，複数の地震規模を想定するためにモーメントマグ
ニチュード Mw を 7.0 および 7.5 と設定した．レシピによる地震モーメント M0 (Nm)および震源
断層面積 S (km2)の関係式を用いるために式(1)よりモーメントマグニチュードを地震モーメントに変換し，式（2）および（3）にて震源断層の面積を算出した．
𝑀0 = 10(1.5𝑀𝑤+9.1)(1)

𝑆 = 4.24 × 10−11 × (𝑀0 × 1017 )1⁄2

(2)

𝑆 = 1.0 × 10

−17

× 𝑀0

(3)

そして，断層全体が図 1 のように 2 つのセグメントに分割し，その幅と長さがおおよそ 1：2 となるように設定した．また，断層は常に左にセグメント 1 が配置されるものとする．さらに，断層の傾斜は 90 度と設定した．
震源の不均一性を示す微視的震源特性は断層に強震動生成域である SMGA を設置する．
SMGA の面積 Sa (km2)はレシピに従い，断層全体の面積の 22% (=0.22Sa)と設定した．SMGA の配置比率に関しては，レシピに従い，16:6 もしくは 2:1 と設定し，セグメント１には常に SMGAの面積が大きい SMGA１を配置することとする．
震源の破壊過程を示すその他の震源特性は，図 2 のように破壊開始点をそれぞれ SMGA1 お
よび SMGA2 の左下，中央，右下に配置した．

L/2 kmL/2 km

W km

セグメント1セグメント2

SMGA１

SMGA２

図 1 断層の概要図

L/2 kmL/2 km

W km

セグメント1セグメント2

SMGA１
LL

LM

SMGA２
LR

図2

SL

破壊開始点の設定

SMSR

3. 検討条件
本研究では，杉戸らによって提案された地震動予測プログラムである「工学的基盤における非定常強地震動の予測モデル EMPR-Ⅱ」2)を用いて，強震動評価を行う．この予測モデルは超大断層を小断層に分割し，断層の広がりを考慮することが可能である．さらに，震源の不均一性である SMGA の設定や不確定性パラメータである破壊開始点の設定をすることも可能である．
本研究では，MW7.0 の場合は断層を 1km 四方に分割する．また，MW7.5 の場合には 2km 四方に分割する．
地震動は観測される場所によって異なるものである．そのため，構造物に被害を及ぼしうる範囲に限定することで数値計算を行う．これらの範囲を決定するために住宅や構造物に被害が生じる地震動を「被害地震動」と定義した．内陸型地震などの震源が浅い場合には，震度 5 弱程度
で構造物に被害をもたらす可能性があるため，被害地震動時の最小加速度は震度 5 弱相当である 80 gal と設定した．この最小加速度を距離減衰式 3)に代入することで，断層最短距離を算出した．この距離を「被害地震動距離」と定義し，のように東西南北に拡張し，5km ごとに観測点を配置した．この範囲は「被害地震動範囲」と定義した．
本研究では，表 1 に示したレシピにおけるばらつきおよび不確定性パラメータに関して，
SMGA の設定位置および断層内の破壊が伝播する速度である平均破壊伝播速度 Vr (km/s)と S 波速度の比（Vr/Vs）を変更した．Vr/Vs 比の変更に関しては，Vs=3.5(km/s)と固定し，Vr の数値を変更した．表 2 に示すようなレシピによる SMGA の基本配置やパラメータを Case1 と設定し，配置や Vr/Vs 比を変化させることで，ばらつきおよび不確定性が強震動予測に与える影響を調べる．

北西
被害地震動距離
震源深さ D

破壊開始点

南

傾斜＝90度図 3 被害地震動距離と被害地震動範囲

東表 2 本研究で行ったばらつきおよび不確定性パラメータの変更
SMGA の位置

破壊開始点

Case
SMGA1

SMGA2

断層中央

断層中央

Case1
（レシピ基本
パラメータ）
Case2

断層右端

断層左端

Case3

断層右端

断層右端

Case4

断層左端

断層右端

破壊伝播速度と S 波速度比

(𝑉𝑟 ⁄𝑉𝑠 )SMGA1

左下・中央・右下SMGA2

左下・中央・右下

破壊開始点

Case1
（レシピ基本0.72

パラメータ）
Case2

0.50

Case3

0.60

Case4

0.80

Case5

0.90

SMGA1

中央

SMGA2

中央

4. SMGA の位置と破壊開始点の変更が強震動予測に与える影響
図 4 に Case1(Mw7.0)の破壊開始点を SMGA1 の中央に設定した場合の被害地震動範囲
における最大加速度のコンター分布について示す．グラフの原点は破壊開始点であり，縦軸および横軸は距離(km)である．また，南北方向に対しては対称である．同図より，破壊開始点を設置した SMGA1 を中心とした最大加速度が分布していることがわかる．
さらに SMGA2 の真上の観測点においても分布が見られ，二つの SMGA の真上の観測点を中心として，最大加速度が分布した．さらに，破壊開始点より破壊の進展方向へと最大加速度の分布が広がっていることがわかる．これは，波が向かってくる方向にある観測点に対して，波が合成することで通常よりも大振幅になる指向性効果が発現している
ことがわかる．
図 5 に Case1 の SMGA の配置を変更した Case2(Mw7.0)の最大加速度のコンター分布について示す．この結果においても破壊開始点は SMGA1 の中央と設定し，縦軸および横軸については図 4 と同様である．同図より，破壊開始点を中心とした最大加速度分布
ではなく，SMGA2 の中央上部で最大加速度が分布している．また，図 4 に比べ，指向性効果の影響は少ないと考えられる．

SMGA１

SMGA２

SMGA１

SMGA２

図 4 Mw7.0（Case1）における最大加速度分布（破壊開始点：SMGA1 下部中央）

SMGA１

SMGA２

SMGA１

SMGA２

図 5 Mw7.0（Case2）における最大加速度分布（破壊開始点：SMGA1 下部中央）

5. 破壊伝播速度の変更が強震動予測に与える影響
図 6 に Vr/Vs を 0.72 と設定し，Case1(Mw7.0)の破壊開始点を SMGA1 の中央に設定した場合の被害地震動範囲における最大加速度のコンター分布について示す．（図 4 の再掲）図の縦軸および横軸については，図 4 および図 5 と同様である．
図 7 に Vr/Vs を 0.50 と設定し，Case1(Mw7.0)の破壊開始点を SMGA1 の中央に設定した場合の被害地震動範囲における最大加速度のコンター分布について示す．同図の結果より，図 6 に比べて，最大加速度の数値および分布が異なる結果を示した．図 6 では，SMGA1 および SMGA2の真上の観測点を中心として，分布が確認できた．しかし，図 7 では主に断層全体の中央付近の観測点での最大加速度の分布が確認できる．さらに，Vr/Vs を小さくしたことで指向性効果
による振幅の合成回数が減ることによって，東方向への最大加速度の分布も小さくなっている
ことがわかる．
図 8 に Vr/Vs を 0.90 と設定し，Case1(Mw7.0)の破壊開始点を SMGA1 の中央に設定した場合の被害地震動範囲における最大加速度のコンター分布について示す．同図の結果より，SMGA2を中心として，最大加速度の分布が確認できる．Vr/Vs を大きくしたことで指向性効果の影響がより発現し，破壊の進展方向および北東方向への最大加速度の分布の進展が確認できる．破壊の進展方向ではない方向に対しては，Vr/Vs を 0.72 とほぼ同様であることがわかる．

SMGA１

SMGA２

SMGA１

図 6 Mw7.0-Case1 の Vr/Vs 比を 0.72 とした場合の最大加速度分布

SMGA２(破壊開始点：SMGA1-中央)

SMGA１

SMGA２

SMGA１

図 7 Mw7.0-Case1 の Vr/Vs 比を 0.50 とした場合の最大加速度分布

SMGA１

SMGA２

(破壊開始点：SMGA1-中央)

SMGA２

SMGA１

図 8 Mw7.0-Case1 の Vr/Vs 比を 0.90 とした場合の最大加速度分布

SMGA２(破壊開始点：SMGA1-中央)6. 結論(1) 断層内に配置をする強震動生成域である SMGA の設定位置を変更することで，最大加速度の分布の中心および形状が異なる結果を示した．
(2) レシピの基本設定パラメータである Vr/Vs=0.72 の比を小さくすることで，指向性効果が発現しにくくなる．さらに，最大加速度の数値も小さくなる．
(3) レシピの基本設定パラメータである Vr/Vs=0.72 の比を大きくすることで，指向性効果が発現しやすくなり，最大加速度の分布が破壊の進展方向に対して広がる．

参考文献
1)

地震調査研究推進本部地震調査委員会，震源断層を特定した地震の強震動予測手法（
「レシ

2)
3)

ピ」），令和 2 年（2020 年）3 月．
工学的基盤における非定常強震動の予測モデル EMPR，杉戸・能島研究室，2000.1.
司宏俊・翠川三郎(1999)：断層タイプ及び地盤条件を考慮した最大加速度・最大速度の距離
減衰式,日本建築学会構造系論文報告集,第 523 号, pp.63-70．