20161206 SDRyn
2016 年 11 月 13 日に発生したニュージーランド・Kaikoura 地震 M7.8 について
中村 豊（SDR）

Site Code1.はじめに-40

2016 年 11 月 13 日に発生した Kaikoura(カイクラ)地震 M7.8
は、陸地で発生した地震でありながら 1m の津波を誘発した、-40.5

珍しい地震である。強烈な地震動による被害のほか、液状化

MOTS

-41

被害をはじめ多くの地盤被害をもたらしている。ニュージー

HAVS QCCS

KARS

BWRS

-41.5

THZ
INGS-42

ランドの GeoNet は様々な観測データをいち早く公開してい

MGCS
SEDS
WDFSる。SDR では、このうち強震データを用いて変位を算定し、GPS による地殻変動状況などと比較した図面を 2016 年 10

MOLS
-42.5

GLWS-43LTZ
WAKC

月 18 日に公開した。

HSES
WTMC
CECS

ここでは、公開データを中心に分析結果を述べる。GeoNetの公開データの内、図 1 にピンク色で表示した 11 地点を選び、GVZ強震記録を分析した。周波数分析結果などについては、-43.5

GeoNet のホームページに公開されているので興味がある方はそちらを参照されたい。ここでは、強震記録を 2 回積分し-44て永久変位を含む変位を算定した結果や、単位質量あたりに-44.5作用する地震動のパワーを基に算定したリアルタイム震度 *ならびに顕著な位相に対応する震源推定等、について述べる

-45
169

170

171

172

173

174175

図 1 GeoNet 強震観測点（一部）と震央★印176こととする。

*)SDR 特許技術：弊社による定義の後になって別定義で同一呼称を用いている機関があるので注意されたい。

2.強震記録の積分選定した 11 地点の強震記録を 2 回積分して得られた変位波形を図 2 に示す。地点毎に 3 成分の変位波形を色分けして示している。青は EW成分、緑は NS 成分でオレンジは UD 成分である。横軸は、2016 年 11 月 13 日 11 時 02 分 00 秒（UT）からの経過時間（秒）である。縦軸の単位は cm で、プラスの方向はそれぞれの方向成分に対して、東方、北方、上方である。地点はコード名で表している。その位置関係は、
図 1 などに示されている。
破壊開始点を取り囲むように 7 つの強震観測点（CECS、GLWS、GVZ、HSES、LTZ、WAKC および WTMC）が存在している。そして北東端には 3 つの強震観測点（MGCS、SEDS および WDFS）が、これらの中間には MOLS という強震観測点がある。通常の変位波形は WDFSに見られるように比較的シンプルな形をしているが、今回の地震では特に破壊開始点を取り囲む地点で複雑な変位波形を示している。複雑な断層運動を反映しているものと推測される。少なくとも二つの大きい断層運動があるように見える。特に後半部分の断層運動は大きく、積分結果でも WDFS では 5m 近くの永久変位量に達している。11 観測点の変位波形を各方向成分ごとに、単純に重ね書きしたものが図 3 であり、各観測点の緯度に対応させてプロットしたものが図 4 である。各地点の変位のゼロ線が当該緯度に対応するように配置した。縦線の単位は
cm である。これによると、概ね WTMC より北側は東に、南側は西に変位しているように見える。また、MOLS を境に北側は北へ、南側は南へ変位しているようにみえる。上下方向については各所で隆起と沈降が入り混じっているようである。これらの変位状況を軌跡として表現したものが図 5 である。これには GPS による永久変位の算定結果も 4 地点ほど参考に示している。これを見ると、永久変位は GPS の結果と概ね整合しており、積分による変位の妥当性を示している。また、これによると、永久変位の大きさと軌跡の大きさの関係が場所により異なり、表層地盤による地震応答特性の違いなどが反映されているものと思われる。今回の地震では、数ｍ以上の大きな永久変位が強震記録の積分によって得られているが、大きな変位は GPS や干渉法による地殻変位とも概ね整合しており、妥当な結果だと思われる。
今回の地震では、南島の北東側の海岸部分で最大 10ｍとかなり大きく隆起したと考えられており、接続する海底でもかなりの隆起があって津波が発生したものであろう。
なお、強震記録を積分すると発散することがある。これにはノイズや分解能の影響もあるが、ここでは、地震動によって地震計が剛体的に回転したりパルス的な力を受けたりした結果として補正している。すなわち、地震計は地震前にも地震終了後にも停止しているとして、まず地震前の加速度ゼロ線を算定し、次に収束時間帯を指定して地震発生後の適当な時点にシフト加速度を加え、さらに必要に応じてパルス加速度を作用させている。これらは概ね自動的に行われるが、永久変位が小さい場合、不自然な結果にならないように収束時間帯や作用時間などを変化させる場合がある。この場合、恣意的な結果にならないように注意している。これまでの経験では、状況にもよるが 10cm 程度の永久変位であればほぼ正確に算定できると推測される。
3.リアルタイム震度と警報シミュレーション選定した 11 観測点のリアルタイム震度の変化を重ね書きしたものが図 6 である。縦軸がリアルタイム震度、横軸は、2016 年 11 月 13 日 11時 02 分 00 秒（UT）からの経過時間（秒）である。日本では被害が出始める震度は概ね 5 程度と考えられる。ここではこれよりもやや低い
震度 4.0 の線を示し、被害が起きている可能性が高い震度 6.0 のラインを示した。多くの人が感知する震度 1.5 の線も示している。これらのうち WTMC 地点が最初に地震を検知している。
リアルタイム震度の変化を詳しく見るために、50 秒から 100 秒までを拡大して図 7 に示す。この図に示すように、FREQL 警報のシミュレーションによれば、11 時 2 分 59.4 秒（UT）に地震動を検知した後、3 分 00 秒に警報を発することになる。この警報から WTMC 地点で震度 4 に達するまでに 2 秒、最大震度に達するまでに 6.5 秒の時間しかない。自動的に防災対応をとることができる機器であれば対応行動を開始することが可能であろうが、人間の場合には、特に訓練されていない限り、こうした短い時間を有効活用するのは難しいかもしれない。なかなか難しいことであるが、事前に起こり得る災害を的確にイメージして、対応策を考え、十分な訓練を積んでおくことが重要になると思われる。
今回の地震では、さまざまな断層が動いたようで、多くのイベントが次々に発生する状況であったと思われる。リアルタイム震度の成長状況をみると、各観測点では少なくとも二つの大きなイベントがあり、その間も階段状にリアルタイム震度が大きくなっている。WTMC 地点の他では、震度の成長は比較的緩やかで、最大動に達するまで長い時間を要している。そして 1 分経度経過した後、一段と大きなイベントが発生して、11 時 4 分になって、最初の震央から遠く離れた WTMC 地点や SEDS 地点で震度 6 程度に達している。もっとも西側の地点 LTZ を除いて、震度 4 を超すような地震動が 2 分程度継続している。LTZ 地点にしても、震度 3 程度と震度レベルは若干小さいが、2 分以上大きな震動が継続するという異常事態である。日本でいえば、東北地方太平洋沖地震の際に数分に亘って揺すられた事例が記憶に新しい。

リアルタイム震度の消長を見ると、地震動の始まりは急激であって、震央域では比較的大きな震度まで一気に成長するが、震源から離れた地域では小さな震度に留まることがわかる。震源から離れると地震動の立上りの急峻さが鈍るのは当たり前であるが、震央距離が変わっても急峻さには大きな相違がなく、むしろどこまで一気に大きくなるかに関して、イベントの規模とともに震央距離が関係しているように見える。
図 7 を見ると、MOLS 地点（黄緑）と LTZ 地点（赤）には波動がほぼ同時に届いており、波動到達後概ね 10 秒間は両地点の変化状況は類似しているが、それ以後は大きく異なっていることがわかる。LTZ には 80 秒付近でリアルタイム震度が大きくなる相が認められるが、MOLSには無い。この相は CECS を除く震央周辺の観測点で認められるが、MOLS 地点にはなく、最初の破壊が WTMC 付近から西方に向かったことを示唆している。
各観測点のリアルタイム震度の変化を各観測点の緯度や経度に対応させて描画したものが図 8 である。縦軸はリアルタイム震度であるが、その最大値の位置が当該観測点の緯度や経度に対応するように描かれており、縦軸の 1 目盛が震度 1 の大きさに対応する。
横軸は 11 時 2 分（UT）からの経過時間である。これをみると、いくつかの伝搬するように見えるピークが認められ、特に最初の 60 秒～70 秒のピークと 150 秒付近のピークが顕著である。次節では、これらの発現時刻を使ってこれらの震動の源について考える。
4.震源の検討
地震波形の初動時刻から算定される震源は、いわゆる破壊開始点である。M6 程度であれば大きな地震動エネルギーを放出する源と破壊開始点の相違はそれほど大きくはないが、M7 程度になるとその相違は無視できなくなる。地震防災の見地からは、被害発生地域を的確に特定するためにも、被害をもたらす大きな地震動の発生源を特定する必要がある。イタリア中部の地震や鳥取地震の場合でみたように、M6 程度の地震であれば、震央を取り囲む 5 地点のリアルタイム震度の立上り時間からその震源を、迅速かつ正確に推定することができた。NZ 地震でも迅速な震源推定が可能かどうかを、まず確認する。
表 1 は初動時刻やピーク時刻などを各観測点の座標やリアルタイム震度や 5HzPGA の計測値とこれから地点毎に推定した地震規模を表示したもので、表 2 は推定震源や震源時などを表示したものである。図 9 は選定した観測点の位置と、NZ 機関による震央位置、USGS による震央位置などを示したものである。ここに最初の 5 地点の P 波検知時刻から推定した震央を示しているが、その位置は NZ 震央のおよそ 10km北西、USGS 震央のおよそ 20km 北西であり、概ね妥当な結果を示している。最初の地震検知から 5.8 秒後にはこの震源計算結果が得られることになる。

次に、70 秒前後のピークと 150 秒前後のピークの放出源を推定した結果を図 9 に○印で示している。前者を peak1、後者を peak3 としている。peak1 の推定震源は破壊開始点の西方に位置しており、peak3 の推定震源は MOLS 地点の東方約 40km に位置している。図 10 は、JAXAによる ALOS-2 を用いた地殻変動解析図であるが、これに peak3 の推定震源を×印で示したものである。また、SEDS と WDFS の位置も示した。これによると、peak3 は最大 10m の隆起をした地域から 15km 程度離れた位置であり、おそらく peak3 の震源はこの最大 10m の隆起をした辺りではないかと想像される。
図 11 は、すべての強震観測点の各方向成分の最大加速度の距離減衰の状況を、破壊開始点に対応する震央からの距離に対して示したものと、同じく距離減衰状況を、peak3 に対応する震央からの距離に対して示したもの、である。これらを見ると破壊開始点からの距離に対する減衰は、いくつかのイベントの影響で単純な距離減衰曲線になっていないことがわかる。これに対して、peak3 に対応する震央からの距離に対する減衰は、概ね単一のイベントに対する減衰のようにみえる。peak3 の相が主体的なエネルギー放出源に関係するものであることを示唆している。選定した 11 観測点のリアルタイム震度の最大値 RImax を破壊開始点に対応する震央距離に対して○または●で示したものが図 12 であるが、MOLS 地点から東の測点については、peak3 に対応する震央からの距離に対しても●で示した。
この図によると、MOLS 地点の RImax
震度は peak3 に対応すると考えられるが、破壊開始点からのリアルタイム震度の減衰状況と比較して概ね大差はない。しかし、東方 3 点のRImax 震度は明らかに大きいことがわかる。これは、peak3 に対応する断層破壊は、基本的に MOLS などから遠ざかるように東方 3 地点に向かって進んでいることを示唆している。
5.おわりに顕著に大きなリアルタイム震度の相に対応するピークに対応する推定震源が、合成開口レーダーによる地殻変動の中心的な場所と概ね一致したことは、被害が甚大な地域を強震記録に基づいて迅速に特定できる可能性に繋がり、非常に興味深い。うまくシステムを構築すれば、地震検知から数分で、被害甚大地区の特定や、地殻変動量を的確に把握することが可能になるのではなかろうか。強震記録の 2 回積分による地殻変動量の推定が概ね妥当であることも津波推定への関連においても興味深いものがある。海底においては GPS などによる地殻変動の把握が困難であると考えられるが、海底地震計を用いて的確な地殻変動量がほぼリアルタイムで把握できれば津波発生の的確な予測にも繋がるものと期待される。
謝辞：ニュージーランドの GeoNet の強震記録や GPS 解析結果および JAXA 解析結果を利用しています。記して謝意を表します。（以上）50

CECS Dew
CECS Dns
CECS Dud403025LTZ Dew
LTZ Dns
LTZ Dud

2015

1020

51000-5-10-10-20-15-30-20-40-25
5015100150

200

100150200

15020010WAKC Dew
WAKC Dns
WAKC Dud1050

505-50-10-5-15-10-20-15

GVZ Dew
GVZ Dns
GVZ Dud-25-20-30-25-3550

100

15020050100

図 2 強震記録を二回積分して得られた各地の変位波形（その 1）

40602040Dew
Dns
WTMC Dud200
GLWS Dew
GLWS Dns
GLWS Dud-20-400-20-40-60-60-80-80
50100

150

50200

120250100200MOLS Dns

150

MOLS Dud100

150200100150200

MOLS Dew

8060

HSES Dew

40

HSES Dns

20

HSES Dud0100
500-20-50-40-100-60
50100

15020050

図 2 強震記録を二回積分して得られた各地の変位波形（その 2）500160

WDFS Dew
400

WDFS Dns

MGCS Dns

120

WDFS Dud300

MGCS Dew

140

MGCS Dud

100802006040100

2000-20-100-4050100150200

10015020050100300
SEDS Dew
250

SEDS Dns

200

SEDS Dud150
100500-5050

図 2 強震記録を二回積分して得られた各地の変位波形（その 3）150200350500

MOLS Dew
WDFS Dew
SEDS Dew
MGCS Dew
HSES Dew
CECS Dew
GLWS Dew
WTMC Dew

300
250200150

MOLS Dns
WDFS Dns
SEDS Dns
MGCS Dns
HSES Dns
CECS Dns
GLWS Dns
WTMC Dns

400

300
2001001005000-50-10050250

100150200

250

150200250

50100150200

MOLS Dud
WDFS Dud
SEDS Dud
MGCS Dud
HSES Dud
CECS Dud
GLWS Dud
WTMC Dud200150100500-5050100

図 3 強震記録を二回積分して得られた各地の変位波形＿各方向成分ごとに 11 地点を重ね描き250

-10100

MGCS Dew
WAKC Dew
WTMC Dew

HSES Dew
GLWS Dew
WDFS Dew

CECS Dew
LTZ Dew
SEDS DewGVZ Dew
MOLS Dew-10200-10300-10400-10500-10600

図 4. 強震記録を二回積分して得られた-10700

各地の変位波形＿11 測点をそれぞれの緯度に対応させて重ね描きしたもの（その 1 東西方向）-1080050100

150200250

-9900MGCS Dns
WAKC Dns
WTMC Dns

HSES Dns
GLWS Dns
WDFS Dns

CECS DnsLTZ Dns
SEDS Dns

GVZ Dns
MOLS Dns-10000-10100-10200-10300-10400-10500-10600

図 4. 強震記録を二回積分して得られた-10700

各地の変位波形＿11 測点をそれぞれの緯度に対応させて重ね描きしたもの（その 2 南北方向）-1080050100150200250

-10100

MGCS Dud
WAKC Dud
WTMC Dud

HSES Dud
GLWS Dud
WDFS Dud

CECS DudLTZ Dud
SEDS DudGVZ Dud
MOLS Dud-10200-10300-10400-10500-10600

図 4. 強震記録を二回積分して得られた-10700

各地の変位波形＿11 測点をそれぞれの緯度に対応させて重ね描きしたもの（その 3 上下方向）-1080050100150200250

-39.75

Displacement caused by the 2016 Kaikoura earthquake (M7.8, depth: 15.1km)
derived from twice integration of accelerogram data and GPS from GeoNet-40.25site code are vertical displacement, and numbers near the head of the arrows are horizontal displacementnote) numbers after

図 5.

2016 年カイクラ地震 M7.8 による積分変位と GPS による地殻変位（GeoNet）の比較

451cm-40.75

254cm
166cm
86cm

-41.2568cm
MGCS, -2cm
WITH, 5cm
SEDS, 40cm
CMBL, 76cm

-41.75

WDFS, 153cm
MOLS, -29cm

158cm-42.25

KAIK, 73cm

85cm
100cm

HSES, -8cm
WTMC, 47cm
HANM, -6cm
GLWS, 14cm
80cm
69cm
6cm
26cm
-42.7548cm
LTZ, 19cm 55cm
CECS, -2cm
WAKC, -8cm
GVZ, -0cm
3cm
33cm

Horizontal Displacement●●Epicenter
Strong motion site
GPS site-43.25
172

172.5

173

173.5

174

174.5

175

175.5

176

7peak3peak1

地震検知

65432
1
MGCS
SEDS
WDFS
MOLS
LTZ
GLWS
WAKC
GVZ
CECS
HSES
WTMC

0-1-2-3-4-550

図 6.

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

11 地点のリアルタイム震度の変動：縦軸リアルタイム震度、横軸 2016 年 11 月 13 日 11 時 02 分 00 秒（UT）からの経過秒数

54（シミュレーション）

地震検知

6FREQL 警報

7peak1

321MGCS
SEDS
WDFS
MOLS
LTZ
GLWS
WAKC
GVZ
CECS
HSES
WTMC

0-1-2-3-4-550

図 7.

55

60

65

70

75

80

85

11 地点のリアルタイム震度の変動、地震波動到来時刻付近を拡大表示：縦軸リアルタイム震度、横軸 2016 年 11 月 13 日 11 時 02 分 00 秒（UT）からの経過秒数

90

95

100

-1720

-1725

430

-1730

425-1735

420

-1740

415-1745

410

5.4 MGCS RI
5.4 CECS RI
4.9 WAKC RI
3.9 LTZ RI
6.4 WTMC RI
5.9 SEDS RI

5.4 HSES RI
4.6 GVZ RI
5.1 GLWS RI
4.8 MOLS RI
6.1 WDFS RI

-1750

405
50

100

150

200

250300

5.4 MGCS RI
5.4 CECS RI
4.9 WAKC RI
3.9 LTZ RI
4.8 MOLS RI
5.9 SEDS RI

350

5.4 HSES RI
4.6 GVZ RI
5.1 GLWS RI
6.4 WTMC RI
6.1 WDFS RI

-1755
50100

150200250300

図 8 11 地点のリアルタイム震度の変動を観測点の緯度や経度に対応させて表示：縦軸リアルタイム震度の最大値が当該地点の緯度または経度に対応するように描いている。横軸は 2016 年 11 月 13 日 11 時 02 分 00 秒（UT）からの経過秒数である。

350

表1. 各観測点の位置ならびに初動やピークの読み取り時刻、リアルタイム震度RIと5HzPGA（Gal）とこれらから推定される地震規模Me
site code
WTMC
HSES
CECS
GLWS
GVZ
WAKC
LTZ
MOLS
WDFSSEDSMGCSN-42.6195 -42.5232 -42.8135 -42.5942 -42.9674 -42.9631 -42.7817 -42.088 -41.8274 -41.6723 -41.5077
E173.0536 172.8305 173.2749 172.511 173.0348 172.7052 172.271 173.2574 174.1384 174.0765 173.9444
H(m)
0
377
69
445
400.5
219
648
888
34
90
0
p-detect
1
2
3
45
6
78
9
10
11
p-detect
59.41
60.46
63.45
63.98
64.6
65.21
67.64
67.69
79.28
80.85
81.8
peak1
1
2
7
3
5
4
6
8
11
910
peak1
66.5
69.2
90.3
75.3
79.7
77.3
80
100
120
116
119
peak3
965
7810111234peak3
162
152
151
160
161
167
168
133
137
138
141
RI
6.4
5.4
5.4
5.1
4.6
4.9
3.9
4.8
6.1
5.9
5.4
5HzPGA(Gal）
850
250
264
155
134
145
79
214
948
600
242
Me
8.1
7.7
7.5
7.6
6.8
7.2
6.2
6.6
7.2
7.5
7.6
peak2 として検討した位相については、震源が異常に深く推定されたので、ここでは削除している。

表2. 推定震源ほか
NZ震源
USGS震源 SDR震源p SDR震源a peak1震源 peak3震源
N-42.6925 -42.757 -42.602 -42.602 -42.666 -42.008
E173.0219 173.077 172.972 172.967 172.777 173.665
h(km)
15.1
158.78.91
9.8
震源時
5656
57.6
57.5
59.1
121.1
仮定速度6km/s
6km/s
1.8km/s 3km/s
使用地点
first 5sites 11 sites 11 sites first 8sites
最初の検知から確定までの時間 5.8秒
22.4秒
40秒程度 2分程度

-41.25

MGCS
SEDS

SEDS
-41.75

WDFS
peak3

MOLS
WDFS

リアルタイム震度RIのピーク源-42.25HSES
SDR WTMC
NZ
USGS
peak1
CECS

GLWS
LTZ

-42.75

WAKC

SDR
-42

GVZ

-43.25
172

172.5

173

173.5

174

174.5

図 9 観測点配置と推定震央位置8.0

距離減衰(RImax）

7.0
6.0
5.0
4.0
3.0

-42.5
173.4

2.0

173.5

173.6

173.7

173.8

173.9

174174.1

1.0020406080100

図 12 リアルタイム震度の距離減衰

120140160

図 10 JAXA による地殻変動量の推定結果と推定震央位置の比較

100000

破壊開始点からの距離に対する減衰（水平）（水平加速度mm/s2）

100000

破壊開始点からの距離に対する減衰（上下）（上下加速度mm/s2）

10000

10000

1000
1000
100
100
101010100000

50100

150200250300350400

RImax震央からの距離に対する減衰（水平）Peak3（水平加速度mm/s2）

050

100000100

150200250300350400

RImax震央からの距離に対する減衰（上下）（上下加速度mm/s2）

Peak3
10000

10000

1000
1000
10010010101050100

150200250300

350

400

050

図 11 最大加速度（mm/s2）の距離減衰100150200250300350400