（様式 20）成果報告書

TSUBAME 共同利用 平成 29 年度 学術利用 成果報告書

利用課題名 GPGPU による長周期地震動シミュレーション
英文：Long-period ground motion simulation using GPGPU藤原広行
Hiroyuki Fujiwara
国立研究開発法人 防災科学技術研究所
National Research Institute for Earth Science and Disaster Resilience
URL: http://www.bosai.go.jp/
本課題では、南海トラフで発生する海溝型巨大地震を対象として、3 次元差分法を用いた大規模地震波伝播シミュレーションにより長周期地震動の検討を行った。具体的には、震源パラメータの不確実性や破壊不均質性を考慮して 112 ケースの震源モデルを設定し、関東から九州までを計算対象領域とし、申請者らが TSUBAME のGPU 環境に対応させた地震動シミュレータ GMS による地震波伝播シミュレーションを実施し、それらの結果をもとに震源モデルの不確実性や不均質性を考慮した長周期地震動評価を行った。
We simulated long-period ground motion of Nankai-Trough megathrust earthquakes by the 3-D
FDM of the Ground Motion Simulator (GMS) adapted to GPU on TSUBAME. We used 112 cases ofseismic source model which have different source parameters such like hypocenter and asperity andsimulated long-period ground motion for vast area from Kanto to Kyushu. These simulation results
enable us to estimate long-period ground motions by considering uncertainties of source model onlong period ground motions.

Keywords: 長周期地震動、3 次元差分法、GMS、南海トラフ地震

背景と目的
大地震の際に超高層ビルや石油タンクなどの長大構造物が長周期地震動による被害を受けることが知的に評価することが重要となる。そのためには計算コストの高い大規模シミュレーションを多数行う必要がある。

られている。２０１１年東北地方太平洋沖地震の際

そこで、本課題では、TSUBAME の GPU 環境を利用に、大阪平野内の超高層ビルが長周期地震動によるして、多数回の大規模地震波伝播シミュレーション被害を受けた事例は、震源から遠く離れた平野や盆にもとづいた長周期地震動のハザード評価を行う。

地においても、複雑な地下構造の影響によって増幅概要された長周期地震動が、構造物に被害を及ぼし得る南海トラフで発生する海溝型巨大地震を対象としことを示している。３次元差分法などの数値シミュて、震源パラメータの不確実性や破壊不均質性を考

レーションにより複雑な地下構造が長周期地震動に慮して 112 ケースの震源モデルを設定し、関東から及ぼす影響を評価することが可能だが、長周期地震九州までを計算対象領域とし、3 次元差分法を用い動の予測のためには、地下構造の情報に加え、震源た大規模地震波伝播シミュレーションにより長周期からの地震波の励起特性（震源モデル）に関する情地震動の検討を行った。シミュレーションには申請報も必要となる。

者らが TSUBAME の GPU 環境に対応させた地震動シミ巨大地震の震源モデルを事前に予測することが極ュレータ GMS を使用した。

めて困難なことは、2011 年東北地方太平洋沖地震や本検討で対象とした震源モデルは、地震調査研究2016 年熊本地震からも明らかであり、長周期地震動

推の予測では、さまざまな可能性を考慮して多数の震（https://www.jishin.go.jp/main/chousa/kaikou_源モデルを設定し、各震源モデルに対する予測に加pdf/nankai_2.pdf）で例示された 15 の震源域のうち、え、予測結果がどの程度のばらつきを持つかを定量

マグニチュード８程度に相当する 5 つの震源域（図進

本部の長期評価（様式 20）成果報告書1）に対応するもので、それぞれ破壊開始点やアスペ離れた大阪平野や濃尾平野でも局所的に揺れが大きリティの配置を変えた計 112 モデルを設定した。

い。震源域が主として東側に位置する SF010、SO010

地下構造モデルは防災科学技術研究所で作成してでは震源域に近い御前崎周辺での揺れが大きくなっいる全国の 3 次元地下構造モデルにプレート構造をているとともに、震源域から離れた地域としては、付与したものを用いた。南北 660km、東西 950km、深大阪平野、濃尾平野に加え関東平野でも揺れが大き

さ 100km までの領域を水平方向 140m、深さ報告 100m

く、特に震源域が駿河湾まで拡がる SF010 では（深さ 8km 以深ではその 3 倍の大きさ）の格子でモ100cm/s を超える領域も現れている。震源域が浅いデル化した。格子数は約 36.8 億である。

AO100 では SF010 に近い分布を示しており、更に日地震波伝播シミュレーションでは、地下構造モデ本海側でも揺れの大きな地域が見られ、震源が浅いルを水平方向に 6×8 に分割し、それぞれの部分領域ために長周期地震動に寄与する表面波が効果的に励に１つの GPU を割り付けて計算処理を行っている。

起されたためと考えられる。震源モデルの不確実さ

計算結果は、GMS の 1D Dump 機能を利用し、地動速を考慮した計算結果から、長周期地震動が大きい領度の 1 成分を 1 ファイルとして東西、南北、上下の域が関東平野などの平野・盆地部に概ね限定されて3 成分について出力している。1 ファイルには、陸域おり、長周期地震動評価において地下構造の影響をに約 2km 間隔で設定した約 5 万観測点の毎タイムス適切に評価することの重要性を示している。

テップ（全部で 103200 ステップ=430 秒）の地動速度値が記録されており、1 ファイルで約 90GB である。

まとめ、今後の課題

震 源モデ ルの大き さにもよ るが、 TSUBAME3.0 のTSUBAME の GPU 環境を用いて、南海トラフの海溝48GPU（12 ノード）を使用した実行時間は、2.1～2.5型巨大地震を対象とした 112 ケースの震源モデルに時間であり、90％以上は 2.2 時間以下であった。

対する長周期地震動シミュレーションを行い、震源モデルの違いによるばらつきを含んだ長周期地震動結果および考察評価を行った。

出力された 1D Dump ファイルに対して、フィルタ、今後は、本研究で行った検討を他の地域で想定さダウンサンプリングのポスト処理を行い、各ケースれている巨大地震に対して適用していくと同時に、について速度応答スペクトルの空間分布を求め、さ本課題で設定した多数の震源モデルが長周期地震動らに、結果を統計処理し、5 つの震源域に対する平のばらつきを評価する上で十分な母集団となってい均の速度応答スペクトル（周期 3 秒、7 秒）の空間るかについて検討することが重要な課題である。ま

分布を求めた（図 1）。

た、シミュレーションによって得られる膨大な計算

震源域が主として西側に位置している AS010、結果から、防災、減災に有用な情報を抽出し、効果

TS010 では、震源域に近い太平洋側の紀伊半島南部的に可視化する手法を開発することも今後の重要なや四国南部で揺れが大きくなるとともに、震源から課題である。

（様式 20）成果報告書
破壊開始時間（s）

震源域

震源モデル

相対速度応答（cm/s）

周期 3 秒

周期 7 秒

AO100

AS010

SF010

SO010TS010

図１ ５つの震源域の断層面（左列）と、速度応答値（減衰 5％）の平均値空間分布（中列：周期 3 秒、右列：周期 7 秒）
。