広域地震動評価のための地盤情報
Sub-Surface Soil Information
for Estimating Strong Ground Motion in Wide Area
久田嘉章（工学院大学建築学科）

１．はじめに台地、扇状地、自然堤防、砂州、谷底平野、三角州、1995 年兵庫県南部地震を契機に、国や自治体で旧河道、埋立地などに分類される。一般に公開されて様々な広域な地震動評価が行われた。例えば、都道府

いる地形分類図として｢土地分類図｣と｢土地条件図｣県では活断層を想定した地震被害想定の見直しが行がある。

1）

われ 、また国では地震調査研究推進本部（文部科学2）｢土地分類図｣は、土地分類基本調査により作成され、や、中央土地の自然条件や利用現況に関する調査が行われる

防災会議による想定東海地震や東南海・南海地震など

11）。地形分類図のほか、表層地質図、土壌図、土地利の地震被害想定 3) が行われている。一方、兵庫県南用現況図などが作成され、国では 20 万分の１（また部地震で問題となった地震の直後の初動体制を速やは 10 万分の１）、都道府県では５万分の１のスケー

かに確立するために、国や自治体で数多くの早期地震ルで地図と説明書にまとめられる。20 万分の１地形

被害推定システムが起動しており、その中で広域地震分類図は全国で整備されており、日本地図センターで動のリアルタイムな評価が行われている（例えば文献地図として販売されているほか、画像データ 12）や国4,5））。

土数値情報として 1 km メッシュの数値データが国土省）による地震動予測地図プロジェクト

1995 年兵庫県南部地震ははじめ、過去の多くの地交通省よりダウンロードできる 13）。また 0.5 km メッ

震災害にみられたように、表層地盤の地震動特性が地シュで数値化されたデータも公開されている 14）。図

震被害に大きく影響することは良く知られている（例

１にデジタル化された 20 万分の１地形分類図の一例）。従って精度の高い広域地震動評価を行を示す 15）。一方、都道府県による５万分の１地形分

うには、各地域での表層地盤の地震動特性を適切にモ類図の整備状況は図２のとおりである 16）。５万分のデル化する必要がある。本報告では、国や自治体によ１地形分類図のデジタル化はあまり進んでいないが、って広域強震動評価を行う際に用いられている地盤

スキャンされた地図は web で公開されている 11）。ま

情報や強震動の評価法に関して概説し、強震動予測のた自治体によっては、土地分類細部調査として 1 万高精度化に向けた今後の課題なども述べたい。

分の１などの細密な土地分類図も整備している。

えば文献

6）

一方、｢土地条件図｣は、1959 年伊勢湾台風による２．全国を対象とした地盤情報と広域地震動評価被害体験から生まれたものであり、全国の主要な平野全国を対象とした表層地盤データ（ボーリング柱状とその周辺について、洪水などの履歴を反映する地形図、PS 検層データなど）は、残念ながらあまり整備分類や標高データなどハザードマップ作成に必要なされていないのが現状である。従って全国レベルでの地理情報を示した 2 万 5 千分 1 の地図である 17）。例

広域な地域を対象とした表層地盤による地震動の増として、関東平野近辺における土地条件図の整備状況

幅特性の評価法は、通常、地形分類図や標高データをを図３に示す。現在、スキャンされた地図は web でもとにした経験式が用いられている（例えば

2,3,7））。

公開されており、一方、国土地理院地理調査部社会地

ここでは、現在使用可能な地形分類図データと、それ理課によってデジタル化の作業が進められている（図を用いた表層地盤の増幅率評価の代表的な手法（松４に一例を示す）。

岡・翠川の方法8-10））を簡単に説明し、最後にそれら一方、標高データとして代表的な数値データに、２を用いた広域地震動評価の例を紹介する。

万５千分１地形図からデジタル化された 50 m メッシa) 地形分類図と標高データ

ュ及び 250 m メッシュデータ（全国で整備）、航空レ

地形分類図は、高度、傾斜や谷密度等の地形に加え、ーザースキャナ測量により計測した 5 m メッシュデその形成過程を考慮して分類した地図で、一般に山地、ータ（主要都市圏のみ整備）などがある。これらのデ(社)物理探査学会 地震防災シンポジウム 地震防災と地盤―強震動予測のための地盤探査の現状と課題, 2004

(a) 地形分類図（国土数値情報 13）：1 km メッシュ） (b) 地形分類図（久保他 13）：0.5 km メッシュ）(c) 地盤増幅率（国土数値情報 13）：1 km メッシュ） (d) 地盤地形分類図（久保他 13）：0.5 km メッシュ）
図 1 10 万分の１土地分類図・地形分類図と松岡・翠川法(1994)による地盤増幅率の例（東京都）

図２

５万分の１土地分類図の整備範囲 11）

図３

2 万 5 干分の 1 土地条件図の地形分類（関東地区の整備状況 17））

(社)物理探査学会 地震防災シンポジウム 地震防災と地盤―強震動予測のための地盤探査の現状と課題, 2004

図４

2 万 5 千分 1 土地条件図・地形分類図の例（国土地理院地理調査部社会地理課より借用）

Close up map of the Kanto and Tokai area.

Okinawa Islands図５

松岡・翠川法(1994)による地盤増幅率の例 13）（500m メッシュ）(社)物理探査学会 地震防災シンポジウム 地震防災と地盤―強震動予測のための地盤探査の現状と課題, 2004

ータは国土地理院で刊行され、日本地図センターより販売されている

18）。

c) 地震動評価の例（早期地震動評価：ROSE）
地震の直後には、限られた情報の中で速やかに初動体制を確立する必要がある。兵庫県南部地震を教訓にb) 松岡・翠川法(1994)による地盤増幅率の評価
松岡・翠川の方法

8-10）

して、国や自治体で数多くの早期地震動・地震被害推は地形分類図と標高データ定システムが起動している。ここではその一例として、を用いた地盤増幅率の経験的な推定法であり、全国を防災科学技術研究所による面的なリアルタイム広域対象とした地震動評価法として多用されている（地震地震動予測システムである ROSE（地震情報伝達シ2）

調査研究推進本部による地震動予測地図の簡略法ステム）を紹介したい 19,20）。

や、内閣府の被害想定マニュアル 7）など）。この方法

防災科学技術研究所では高感度地震観測網

では、過去の地震被害が地震動の最大速度値と相関が（Hi-net）や広帯域地震観測網（F-net）による常時良いことから、最大速度に関する地盤の増幅率を評価観測を行っている。このため地震の発生後、速やかにする。最大速度は、地表から 30ｍ程度の表層地盤で震源位置やマグニチュードなどの評価が可能である

増幅されるとし、その増幅率に次式を用いる。

（約１分後を目標）。さらにその後、震源メカニズム

log ARV = 1.83 − 0.66 log AVS30 ± 0.16

解と余震分布を用いて断層面の推定も可能となる（約(100 < AVS < 1500)(1)

ここで、ARV は最大速度の表層地盤による増幅率、30 分程度を目標）。従って既存の距離減衰式（司・翠川式や安中式など）を用いて工学的基盤における速度値を推定し、さらに(1)式による表層地盤の増幅率を

AVS30 は地表から深さ 30m までの平均 S 波速度（m/s）、 乗じれば地表での最大速度値が推定できる。さらに最0.16 は標準偏差である。さらに AVS30 は地形分類と大速度値から経験式による震度も推定できる。震度の標高より次の経験式で評価する。

log AVS 30 = a + b log H + c log D ± σ

経験式として、被害想定マニュアル 7）では(2)

ここで H は標高（m）、a、b、c は地形分類により決まる係数、σは標準偏差である。また D は主要河川からの距離（km）で、三角州・後背湿地の場合にのみ用I = 2.02 ∗ log Vmax + 2.4が、一方、翠川他(3a)21）では次式で与えられている。

I = 1.72 ∗ log Vmax + 2.68(3b)いられる。ちなみに内閣府のマニュアル 7）では D の

防災科学技術研究所では、さらにイベントトリガー平均距離として 2 km を用いており、Table.1 にこのによる強震観測網（K-net、Kik-net）を持っている。

場合の係数 a、b の値を示す。一例として地形分類デ

従って地震発生後に強震記録が得られ次第、距離減衰ータに 0.5 km メッシュデータを用いて、松岡・翠川式による推定結果は、強震記録による推定結果に置きの方法で評価した全国の増幅率分布を図５に示す。

換えられる（地震発生から数時間後を目標）。

表１

松岡・翠川（1994）による地形分類と(2)式の係数の関係（係数 c、D に関しては被害想定マニュアルに習い、D=2、C=0.25 で計算している）

classificationsclassificationcode

Mountain
Plateau
Alluvial fan
Natural levee
Sand bar
Valley plain
Delta
Reclaimed landRiver,others

123456780

coefficientab2.64020.28
1.83
0.36
1.94
0.32
2.29
02.07
0.15
2.34
02.230-the extent of hightlowerupper
10m
400m
15m
200m
5m
30m
10m
500m
-(社)物理探査学会 地震防災シンポジウム 地震防災と地盤―強震動予測のための地盤探査の現状と課題, 2004

ROSE による最大速度の鳥取県西部地震の速度推定値 20）（上：距離減衰式、下：強震観測値から補間）

図６

Observed seismic intensity

5Method A
Method B
Method A
Method B4321

相関係数：A=0.772
B=0.850001234

5

Estimated seismic intensity

1997 年東京湾地震（M5.4）と K-net 観測点（左）、及び、地盤増幅率の評価に地形分類と標高データ

図７を用いた場合（Method A）と PS 検層データを用いた場合（Method B）の推定値と観測値の比較（右）13）(社)物理探査学会 地震防災シンポジウム 地震防災と地盤―強震動予測のための地盤探査の現状と課題, 2004

観測記録の地震動を面的に補間する方法は、まず記地震を想定した地震被害想定が殆どの都道府県で行録の最大速度を増幅率で除して工学的基盤上に戻し、われた 1）。各自治体による地震動推定法は、経験式に基盤上にて 0.5 km メッシュ点での補間値を求める。

よる簡略法から、強震動シミュレーションによる詳細さらに各メッシュ点の地盤増幅率を乗じて地表での法に至るまで千差万別である。地盤データに関しては、地震動を推定する。図６には一例として 2000 年鳥取

建築確認申請などによる多くのボーリング調査資料

県西部地震を対象に、距離減衰式を用いた場合と、強（柱状図など）を所有しておるため、多くの自治体で震記録を用いた場合との、面的な最大速度の推定値分はこれらのデータを活用した表層地盤の増幅特性の布を示す

20）。図に見られるように比較的単純な形状をした距離減衰式による最大値の分布は、観測記録で評価を行っている。一例として、長野県の地震対策基礎調査の紹介する。
長野県では兵庫県南部地震の震災を教訓に県内のは複雑に変化している。
距離減衰式では増幅率を一度用いるだけであるが、活断層（糸魚川-静岡構造線、信濃川断層帯、伊那谷観測値の補間法では、一度工学基盤に観測値を戻し、断層帯、阿寺断層系など）を想定した地震被害想定を補間後に地表に戻すため、増幅率を２度用いることに行った 23）。強震動評価は、各想定地震に対して統計なる。従って、推定値の精度は地盤増幅率の精度に大的グリーン関数法を用いて工学的基盤における地震きく依存することは言うまでもない

動波形を 500 m メッシュで計算した。次に表層地盤15）。の非線形の増幅率を評価するため、県内約 3000 本のd) 強震動評価例（全国を概観した地震動予測地図）

ボーリング柱状図をもとに主要平野部を中心に地盤

文部科学省の地震調査研究推進本部は、全国を概観断面図を作成し、全メッシュを 442 の地盤モデルにした地震動予測地図の作成を当面推進すべき主要な分類した。そして全メッシュに対して、各震源モデル課題とし、その成果として｢確率的地震動予測地図｣から 10 波波形を計算し、その平均的な地震動特性をと｢シナリオ地震による強震動予測地図｣とを平成 16持つ１波を選定し、Shake による等価線形解析を行

2）

年度末に完成を目して作業を行っている 。

い、地表での波形を計算した。この方法では、ボーリ｢確率的地震動予測地図｣では、全国の主要な活断層ングデータに基づいてモデル化した地盤の非線形なや海溝型の巨大地震、震源を予め特定しにくい地震な増幅率を評価しており、地表での波形も得られる。従どを考慮し、地震動強さ・期間・確率に関する地震ハって計測震度も定義どおりに計算されている。

ザードマップの公表を予定している。地震動の想定手法は、工学的基盤での地震動は距離減衰式（最大速度４．おわりに値）を用い、表層地盤の増幅率には国土数値情報によ現在利用可能な全国でデジタル化された表層地盤

る 1 km メッシュの地形分類データをもとにした経験のデータベースは標高と地形分類図（1 km メッシュ、）を用いている。現時または 0.5 km メッシュ）のみであり、従って全国を点（2003 年末）では山梨県と北日本を対象とした試対象とした広域地震動評価では経験的手法（松岡・翠作版が Web により公開されている川法）が用いざるを得ないのが現状である。地形分類式（簡略法、松岡・翠川法

8-10）

22）

。

｢シナリオ地震による強震動予測地図｣では、危険度図は、都道府県により定義や分類法が異なるなどの問が高いと考えられる特定の地震に対して物理的な震題点も指摘されており、最近ではこれを統一的にモデ源モデルを想定し、地域の地盤構造（工学的基盤以深）ル化する試みも行われている 24）。一方、松岡・翠川をモデル化して強震動シミュレーションを行う（詳細法はもともと関東平野を対象とした経験式であるた法）。出力結果としては、工学的基盤面上では 1 km

め、これを各地域で修正する試みも行われている 25）。

メッシュの詳細な時刻歴波形を求めるが、地表面上でしかしながら最大速度値を対象とし、かつ地形分類やは簡略法による地盤増幅率を乗じた最大速度値や、標高のみから表層地盤の増幅率を推定することには、(3)式による単純な推定震度のみになる予定である。

地震被害評価などを行う上で精度に限界があること

現時点では糸魚川－静岡構造線断層帯、宮城県沖地震、は否めない。参考に図７に、地形分類図による増幅率

布田川・日奈久断層帯、三浦半島断層群などの地震を（(2)式）と、PS 検層データによる平均 Vs を用いた想定した強震動評価が公表されている

2,22）

。

増幅率とを使用し、関東平野の K-Net データを用いた計測震度の推定値と観測値の比較を示す 13）。比較

３．自治体による広域地震動評価例（長野県の場合）対象の K-Net 観測点であり、対象の観測点を除いた

1995 年兵庫県南部地震の後、活断層などの直下型周辺の K-Net データを用いて面的補間を行って推定(社)物理探査学会 地震防災シンポジウム 地震防災と地盤―強震動予測のための地盤探査の現状と課題, 2004

値を求めている。図７に見られるように、やはり PS検層を用いた増幅率の方が、地形分類による増幅率より観測値とより良い一致を示している。
今後は自治体などで行われているように全国レベルでボーリング調査資料を収集整理し、これらをもとにした地盤増幅のデータベースとしてまとめられることが望まれる。さらに実際の観測記録や歴史地震の被害分布などと比較し、精度をチェックする必要がある。一例として図８は、東京都土木技術研究所によってボーリングデータをもとに作成した詳細な地形分類図である 26）。図９には武村 27）による 1923 関東地震の推定震度分布も示しているが、図から震度７や6+の地域は低地や河谷底などの軟弱地盤と良く対応しているおり、精度の高さが伺える。一部の自治体では画像データながら、ボーリングデータを Web にて公開を始めていることを付記する（例えば千葉県 27））。
一方、精度の高い強震動予測を行うためには、地盤の増幅率は最大速度だけでなく、周波数別に与えられることが望ましい。特に最近の地震では、建物の構造被害だけでなく、機能維持に必要な設備など内部施設の重要性が高まっており、この場合、加速度などの高振動数の評価も重要である。一方、2000 年建築基準法の改正で、限界耐力設計法が導入され、表層地盤の非線形増幅特性を考慮した入力時震動の評価が必要とされている。これに関連し、米国の FEMA の地震被害想定手法である Hazus では、表層 30ｍの平均 S波速度から地盤の種別化を行い、入力加速度レベルによる地盤非線形を考慮した周期別の応答スペクトルに関する地盤増幅率を提案している。わが国では地形分類のデータ化が進んでいるため、ボーリングデータと共にこれらを活用し、入力レベル・地盤種別かつ周期別の地盤増幅率の経験式を求め、データベース化されることが望まれる。
謝辞
本報告に関して、文部科学省による「大都市大震災軽減化特別プロジェクト」、科学技術振興事業団･計算科学技術活用型特定研究開発推進事業による「地震災害予測のための大都市圏強震動シミュレータの開発」、及び、学術フロンティア事業である｢工学院大学 地震防災・環境研究センター｣による研究助成を頂いています。また 2 万 5 千分 1 土地条件図の数値データは国土地理院地理調査部社会地理課より借用させて頂きました。
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27) 武村雅之、1923 年関東地震による東京都中心部（旧 15区内）の詳細震度分布と表層地盤構造、日本地震学会論文集
http://journal.jaee.gr.jp/users/submit-j/v03n01/030101_Paper.pdf
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http://wwwp.pref.chiba.jp/pbgeogis/servlet/infobank.index
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http://www.fema.gov/hazus/dl_sr2.shtm(社)物理探査学会 地震防災シンポジウム 地震防災と地盤―強震動予測のための地盤探査の現状と課題, 2004

図８

東京土木技術研究所によるボーリングデータを用いた地形分類図 26）

図９

武村らにより推定された 1923 年関東地震の震度分布 27）(社)物理探査学会 地震防災シンポジウム 地震防災と地盤―強震動予測のための地盤探査の現状と課題, 2004