特別寄稿

地盤速度構造同定と設計用サイト波（一財）日本建築総合試験所

試験研究センター長

1．はじめに

川瀬博

問題点があり、最新の強震動予測手法としてはお勧めし超高層・免震／制振建築物の構造性能評価における耐難い。これらの点に関しては、1995 年以降の被害地震

震性能の評価においては設計用入力地震動とそれに対応の震源インバージョン結果をもとに、震源断層のサイズした設計クライテリアが必要となる。前号の機関誌 GBRC

や平均滑り量といった巨視的なスケーリング則とその中のテーマ解説 にその現状の設計用入力地震動の概要にの滑り量の大きな領域（アスペリティまたは SMGA）やついて解説しているが、そこに記載されている告示波・

その中の平均滑り量といった不均質性を表す微視的なス

標準波・基整促波およびサイト波の 4 種類の設計用入力

ケーリング則を確立し 7）、それを用いて強震動予測を行

地震動のうち、標準波には地域係数による振幅調整以外

う方法を取りまとめた「強震動予測レシピ」が政府の地には自由度が全くなく、基整促波についても対象区域が震本部における地震動予測地図のシナリオ型地震動予測

隣接する場合以外には自由度はなく、告示波では工学的に標準的に用いられており 8）、日本建築学会においても基盤から上の表層増幅の評価にしか自由度はない。しかそれを規範にした設計用入力地震動の策定方針が地盤震しサイト波においては「建設地周辺における活断層分布、動小委員会からガイドラインとして提案されている 9）。

断層破壊モデル、過去の地震活動、地盤構造等に基づいこうした断層破壊プロセスの定量的モデル化による強て、建設地における模擬地震動波形を作成している場合

震動の評価手法を「物理モデルによる予測手法」と呼ぶは、前項の告示波に替えて極めて稀に発生する地震動にが、先の経験的な地震動予測式による予測と異なり、ど2）相当する設計用入力地震動として用いることができる」のような地震のどの地点における予測も一律に可能といとされており、これらの要項を満足していればその設定うわけではなく、地震の複雑なプロセスと対象サイトを条件や計算方法は自由に選択できる。

特定した予測（震源特定・サイト特定の予測）を行うと

1）

設計用模擬地震動の作成においては観測強震波形がほという点に特徴がある。従って予測に先立って対象サイト

んどなかった 1960 年代後半からすでに作成手法の提案がの地盤速度構造またはサイト増幅特性を求めておく必要

試みられており、初期の原子力発電所の耐震設計に幅広くがある。ただ、地震本部では面的予測を目的としている

用いられてきた通称「大崎スペクトル」 もその一つである。

ので、工学的基盤（S 波速度 350 m/s の層）以深の深部

しかし兵庫県南部地震以降多くの強震記録が観測されるよ地盤構造については、J-SHIS あるいは JIVSM と呼ばうになって以来、多数の地震の統計的性質を利用した経験れる全国をカバーした三次元速度構造モデル（公開済み）

的距離減衰特性（ 海外 で は Empirical Ground Motionを用いて、長周期側は三次元波動伝播解析で、短周期側

Prediction Equation, 経験的地震動予測式と呼ばれる）がは一次元波動伝播解析でサイト増幅特性を評価している。

提案されているまた浅部地盤構造については 30 m までの平均 S 波速度3）。基整促波もその一つである。

例えば 4 ~6）

しかしこのような古典的な回帰分析によって直接本震

Vs30 を土地利用 GIS 情報から推定し、それから得られ自体のスペクトル特性をモデル化する方法は、断層破壊

る経験的増幅倍率を上記の工学的基盤上の推定値に掛け伝播の効果を反映できないこと、断層面の破壊の不均質て地表面での最大速度を推定する簡便法を使っている。

性を反映できないこと、断層近傍には適用できないこと、

ここでは今回大阪・関西万博会場における仮設建物専

サイト個別の増幅特性を反映できないことなど、多くの用に用意した設計用サイト波の策定に際して実施した当18

GBRC Vol.48 No.2 2023.4

該サイトにおける浅層地盤の速度構造探査の概要を報告⑥ S アレイの計測開始（所要時間：30 分）するとともに、最新のスペクトル解析で求めた統計的グ⑦ S アレイの計測終了、L アレイの場所決め・盛替

リーン関数を用いて策定したサイト波の概要を紹介する。

⑧ L アレイの計測開始・継続（所要時間：16 時間）⑨翌日、L アレイの観測機器の回収・LL アレイの場所決め

2．地盤の速度構造探査
2．1 アレイ微動探査の意義と概要
設計用入力地震動の策定のための地盤速度構造探査に⑩本計測のみ翌日夕方、LL アレイの敷設・計測開始・継続（所要時間：16 時間）⑪翌々日、LL アレイの観測機器の回収

おいては地震動に特に大きな影響を与える S 波速度分布を知る必要がある。通常のボーリング調査（P-S 検層）
では、孔を掘ってその孔内での局所的な速度構造情報を得ているが、地震動評価の観点からは地盤の S 波速度をより広域にわたって知る必要がある。
今回用いた方法は微動アレイ探査という方法で、地表面の常時微動（地表面上に常時生じている微小な振動）
を一定の範囲に分布させた 4～10 点のセンサーで同時に観測し、それを解析して S 波速度を推定する方法である。その結果、広い範囲の平均的な速度構造を比較的安価にかつ非破壊的に知ることができる。

2．2 計測作業手順の概要
今回は計測許可の関係で再計測が難しい状況だったということと現場の振動環境が事前に把握できなかったの

図-1

最大半径 r の 3 重アレイ配置（番号は観測点の順番）

で、敷地北部での予備計測と敷地中心での本計測の 2 回の計測を実施した。いずれも三重同心円上に正三角形状に配置した同時アレイ観測を行った。1 アレイの配置例
を図-1 に示す。最大半径を r とすると、中間円の半径はr/2 に、最小円では r/4 になる。なお中心地点にも 1 点配置する。探査深度はアレイ半径に比例するので、今回は最大半径を変えて予備計測では 3 回、本計測では 4 回の計測を実施した。アレイ半径としては最大半径で 8 m,

図-2

McSeis-ATOM1 と ATOM3 の設置状況例

32 m, 128 m（それぞれ SS、S、L アレイと命名）の 3 アレイに加え、本計測では最大半径 400 m の LL アレイも展開した（L アレイの 4 倍の 512 m では敷地内に収まらなかったため）。50 m 以下の S・SS アレイでは昼間計測とし、L・LL アレイでは静穏な時間帯の計測が必要なので、夕方に機器を配置し計測状態のまま次の日の朝に回収することとした。この観測には応用地質（株）社製の上下動
成分用 ATOM1 を 6 台と 3 成分計測用 ATOM3 を 4 台用
いた。図-2 にはそれら微動観測装置の設置状況例を示す。
今回の計測は以下のような手順で実施した。
①観測地点の中心を 1 点決定②観測地点の SS アレイおよび S アレイの位置決め

図-3

予備観測 L アレイ（白）と本観測 LL アレイ（赤）の配置③ SS アレイの観測機器の配置④ SS アレイの計測開始（所要時間：30 分）⑤ SS アレイの計測終了、S アレイに盛替

2．3 計測アレイの地図上配置
計測アレイの中心地点およびその最大半径の配置は現
19

GBRC Vol.48 No.2 2023.4

地の微動環境や地表面の状況、振動環境を確認し現場にることによって位相速度を同定する。こうして得られたて決定した。今回の計画で計測した予備計測の L アレイ

位相速度を図-5 に示す。横軸が振動数（Hz）で 0 Hz かと本計測の LL アレイの最大半径の位置を図-3 に示す。

ら 10 Hz を表しており、縦軸が Rayleigh 波の位相速度

なおこの LL アレイの三角形の底辺から頂点までの高さ（m/s）で 0 m/s から 1000 m/s までを表している。結果とは 600 m、一辺の長さは約 692 m である。

して SS アレイの場合 1.4 Hz から 9.6 Hz の範囲で有効と思われる位相速度が得られている。ここで、2.5 Hz

3．計測微動データと解析結果
3．1 予備計測
はじめに予備計測の SS アレイの観測データを図-4 に以上において振動数が高くなるほど位相速度が漸増する
逆分散現象が観測されている。これは表層ほど速度が増大する傾向にあることを示唆している。

示す。これはアレイ解析に用いた上下動を 10 地点分まS アレイ・L アレイの観測データも同様に解析して位とめて示したものである。順序は全て図-1 に示したよ

相速度を得た。それらを繋いで 3 アレイの解析によって

うに、右下の外周部から中心に向かって時計回りに付け得た位相速度曲線を図-6 に示す。最後にこれを説明する

た順序となっている。すなわち波形の最上段が外周部のS 波速度構造を逆算した。図-7 には逆算した S 波速度構1-1 で、最下段が中心の 3-4 である。この観測波形の順造を示す。この図に示されている赤丸は図-6 の位相速度番は以下の全てのデータで共通である。サンプリング周を 1 /3 波長則で深さに変換したもので、近似的にその深波数は 250 Hz（時間軸上では 0.004 秒刻み）であり、トさの S 波速度が得られるとされている。同定された S 波

レンド除去と高振動数ノイズ除去のため 0.05 Hz から

速度構造と概ね対応していることがわかる。なお一連の50 Hz のバンドパスフィルターを使用している。

解析には応用地質（株）社製 SeisImager を用いた。

全地点でよく似た波形が得られており、振幅の大きな
パルス状の波群はほとんどアレイの外部から到来していることがわかる。これはアレイ微動による位相速度解析
では重要な点である。

図-4

予備計測 SS アレイで観測した上下動の微動波形

図-6 予備計測の各アレイの有効周波数範囲のデータを平均して得た Rayleigh 波の位相速度（m/s）と周波数の関係

図-5 予備計測 SS アレイの SPAC 係数から求めた周波数（横軸Hz）毎の Rayleigh 波の位相速度（縦軸 m/s）

この波形に対して SPAC 法によるアレイ解析を施した。

SPAC 法では同じ距離にある二点間のコヒーレンスの低下度合いを周波数の関数として求め、それに対して位相速度（見かけの伝播速度）を仮定して理論解を当てはめ
20

図-7 Rayeligh 波の位相速度の分散性から求めた予備計測地点
直下の S 波速度構造（赤丸は 1 /3 波長則で図-6 の位相速度から近似的に推定した S 波速度）

GBRC Vol.48 No.2 2023.4

図-7 から、表層 20 m ほどは速度がその下の層よりもの分散特性を求め、それを説明するような S 波速度構造

早く、逆転層となっていることがわかる。20 m からを求めた。図-10 には速度構造同定に用いた平均操作を40 m まで一旦速度が 200 m/s 程度まで低下したあと、施したターゲットの位相速度分布を示す。なお SS アレ

約 50 m で 270 m/s まで増大している。ここかあるいはイの解析結果は 2 Hz 以上の有効周波数範囲では S アレ

その下の 60 m がいわゆる洪積層の始まりの面だと考えイのそれとほぼ同じだったので、平均操作には含めていられる。その後深度が深くなるに従って S 波速度は漸増ない。図-11 にはこの位相速度をターゲットに同定したする特性を示し、深さ 190 m で 400 m/s に達する。

S 波速度構造を示す。図-11 に示されている赤丸は、予

3．2 本計測

備解析と同様に位相速度を 1 /3 波長則で深さに変換した

本計測についても予備計測の場合と同じ手順で解析した。

ものである。この構造を予備計測の構造と比較すると、

SS アレイの観測データを図-8 に示す。解析対象時間区間

浅部で逆転層があるという点では似ているが、予備計測

は 2100 秒弱である。全地点でよく似た波形が得られてお地点の表層の S 波速度の方が万博予定サイトの本計測地

り、予備計測時と同様に、振幅の大きなパルス状の波群

点のそれよりも大きいこと、その下の軟弱層の S 波速度はほとんどアレイの外部から到来していることがわかる。

も予備計測地点の方が万博予定サイトの本計測地点のそ

この波形に対して予備計測の場合と同様に、SPAC 法

れよりも大きいことがわかる。このことから埋立工事がによるアレイ解析を施した。図-9 には得られた SPAC

より最近であった万博予定サイト中心部の S 波速度はそ係数に理論を当てはめて求めた Rayleigh 波の位相速度の北側地点のそれよりも低いと考えられる。

を示す。横軸が振動数（Hz、0 Hz~9 Hz）、縦軸が位相速度（m/s、0 m/s~1000 m/s）で 1.1 Hz から 7 Hz の範囲で有効と思われる 200 m/s 前後の位相速度が得られている。3 Hz 以上で予備計測と同様の逆分散傾向が見える。

図-8

図-10

本計測の各アレイの有効周波数範囲のデータを平均して得た Rayleigh 波の位相速度（m/s）と周波数の関係

図-11

Rayleigh 波の位相速度の分散性から求めた本計測地点
直下の S 波速度構造（赤丸は 1 /3 波長則で図-10 の位相速度から近似的に推定した S 波速度）

本計測 SS アレイで観測した上下動の微動波形

図-9 本計測 SS アレイの SPAC 係数から求めた周波数（横軸 Hz）
毎の Rayleigh 波の位相速度（縦軸 m/s）

以下、S アレイ・L アレイ・LL アレイの観測データも同様に解析して位相速度を得た。そして各アレイの有効周波数範囲のデータを平均し、得られた広周波数帯域21

GBRC Vol.48 No.2 2023.4

しかし、それ以深の構造に着目すると、40 ~50 m で250 m/s レ ベ ル の 層 に 遭遇 し、 漸次速度 が 増大 し て
200 m 前後で 400 m/s に達するという点でほぼ同じ構造となっていることがわかる。距離の近さを考えれば深い構造が良く似ているのは当然期待される通りであり、速度構造同定が適切に実行できていることを示唆している。
表-1 には予備計測地点での、表-2 には本計測地点での同定した S 波速度構造を示す。

表-1

微動観測で得られた予備計測地点の S 波速度構造

図-12

予備計測サイトと本計測サイトで得られた S 波速度構造の比較

図-12 では予備計測サイトと本計測サイトで得られた

S 波速度構造を比較した。なお予備計測サイトの最大同定深度は 200 m 程度なので（これは最小振動数の位相速度が 400 m/s であり S 波速度 440 m/s 以下の層までしか同定できないため）それ以深の構造は拘束されておらず
点線を引いている。

3．3 同定速度構造の検証
本計測について得られた速度構造を既往の調査結果と比較する。ここでは少し離れているが敷地に隣接する別表-2

微動観測で得られた本計測地点の S 波速度構造の埋め立て地に位置する咲洲庁舎地点でのボーリングによる PS 検層結果と、夢洲内の近隣敷地のボーリング調
査で得て公開されている標準貫入試験の N 値から土質と拘束圧（上載圧）を考慮した経験的 S 波速度推定式を用いて S 波速度に換算した S 波の深さ方向分布を 2 地点に対して比較した。PS 検層結果との比較を図-13 に、N 値換算速度との比較を図-14 に示す。
これらの比較で PS 検層による S 波速度では、表層20 m は逆転層になっていること、その後は深さ 50 m まで沖積層が堆積しており、その後洪積粘土層が出現する
がその層の S 波速度は 210 m/s～250 m/s で今回の調査結果より大きめであること、工学的基盤層といえる洪積
砂礫層が出現するのは 70～75 m 以深で今回の調査結果
より深めであることがわかる。それ以降 300 m/s を超える層が出現するが深度 90 m まで行って漸く 400 m/s に達している。各層の速度コントラストが明瞭に生じているがある区間距離で平均的な速度を取れば今回の調査結果とよく対応していると言える。なお PS 検層結果では
22

GBRC Vol.48 No.2 2023.4

図-13 咲洲庁舎でのボーリング検層による S 波速度分布と今回の調査で得た予備計測サイトおよび本計測サイトでの S 波速度分布の比較

図-14

最表層逆転層の S 波速度が 310 m/s となっており、我々

動予測レシピ 7）~9）に従って、震源・伝播経路・サイト特の同定結果の 200～215 m/s とは隔たりがあるが、地盤性の各特性をできるだけ高精度にモデル化する必要があ

改良の程度によるものと考えられ、浅部逆転層の存在自る。その際に考慮すべきポイントは、最新の地盤震動研

体は疑いようのないものと考えられる。

究を活かした強震波形の作成法 9）の使い方を解説してい一方、N 値換算による S 波速度は沖積層では、最表層

夢洲内のボーリング調査の N 値から経験式で S 波速度に換算した S 波速度分布と今回の調査で得た予備計測
サイトおよび本計測サイトでの S 波速度分布の比較

る第 36 回地盤震動シンポジウムの論文 10）にまとめられの逆転層が無く 150 m/s 程度の軟弱な S 波速度となってているように、以下の三原則である。

いる点を除き、ボーリングの速度分布とよく似た速度分

1. 震源特定・サイト特定の予測を行うこと（特定性原則）

布を呈している。ただし 50 m 以深・75 m 以深・95 m

2. 客観的事実に則して情報を収集し、収集した情報に以深 で 出現 す る 砂礫層 の 換算 S 波速度 は い ず れ も

450 m/s 以上と推定されており、大きな違いを見せている。これらの層ではいずれも N 値 50 以上の換算 N 値（50

忠実に地震動を予測すること（現実性原則）

3. 得られた予測に対して設計者の判断として設計クライテリアを設定すること（分離性原則）

回までに 30 cm まで貫入できなかったので 30÷貫入でここで特定性原則は地震動が地震固有の震源特性とサイきた量で 50 回から換算したもの）となっており、礫にト固有のサイト増幅特性の大きな影響を受けるものであ当たって大きな N 値となっていた可能性が推察できる。

ることを考えると当然の要請である。現実性原則は地震

よって N 値が 100 以上となっている洪積砂礫層を除け動を予測する際に事実に基づかない評価式や入力データ、

ば全体的な値やその分布は今回の同定値とよく対応して検証していない係数等を使うと得られる結果の妥当性がいると言える。

保証できないのでそれらを担保する必要があるからであ以上のことから、今回の同定値の基本的特徴である、る。分離性原則は、予測地震動の発生確率は地震動予測

表層に逆転層が存在すること、50 m～60 m で洪積層が者がセットで提示すべきであり、その発生確率に見合う出現すること、200 m 以浅では S 波速度は 400 m/s 以下

建物個別の設計クライテリアは設計者が設定するのが性に過ぎないことなどは総合的に見て妥当な値であるもの

能設計の考え方だからである。

と考えられる。

今回のサイト波で言えば、震源については一般的には
大阪湾岸地域においては、内陸地殻内地震なら上町断層

4．設計用サイト波の策定方針

地震が、海溝型地震なら南海トラフ地震が第一義的に考以上の準備のもとでまず GBRC における設計用サイ

慮すべき起震断層として挙げられるであろう。ただし想ト波の策定方針を決定する。
「1．はじめに」に記したよ

定耐用年数が最大でも 2 年間以下しかない大阪・関西万

うに、定量的なサイト波の評価においては、最新の強震

博用に建設される構造物に対するサイト波としては、発23

GBRC Vol.48 No.2 2023.4

生頻度が海溝型地震の 1 /10～1 /100 である内陸地殻内
地震は想定する必要はない。
基本方針を上記のように設定しても、それだけでは実

詳細は文献 11）を参照していただきたいが、以下にはそのポイントを少しだけ紹介しておく。
先ず GIT 手法によるスペクトル分離であるが、これ際のサイト波計算はできない。それらを守った複数の計12）については仲野・他（2015）に詳しく記述されている。

算方法が存在するからである。ここでは以下の点に考慮

原理式は式（1）のフーリエ振幅の震源・伝播・サイトのして計算方法が満たすべき条件を策定した。

各三成分の積への分離であり、そのうちの伝播特性につA. 震源特性としては滑り量が大きく短周期生成能の大いては地域依存と地震タイプ依存を仮定し、それを対数

きなアスペリティあるいは SMGA をスケーリング則

空間で式（2）および式（3）のようにモデル化する。

に従って配置することができる手法とする。

……………………………（1）B. 震源特性・伝播経路特性は観測事実の平均値に即して設定し、観測値の再現ができることを確認した手…………（2）法とする。

C. 0.2 Hz~20 Hz の広周波数範囲に適用可能な方法とする。

………………………………………（3）D. サイト特性は地震基盤から上の増幅特性が観測事実をもとに把握されている経験的方法を用いる。

ここでは i 番目の地震の震源特性、 は j 地点のサイ

これらをすべて満足している方法の一つが仲野・川瀬

ト特性である。n は幾何減衰の係数を表しており、理論（2021） の統計的グリーン関数法である。

的には実体波で 1.0、表面波では 0.5 となる。彼らはそ11）

仲野・川瀬（2021） の大きな特徴は、一般化スペクト

れを固定せず、震源距離 100 km 未満では n を 1 と仮定

ル・ イン バ ー ジ ョン（Generalized spectral Inversion

し、100 km 以上では 20 km 毎にグループ分けした上でTechnique, GIT）手法に立脚していることで、予め多数

n をそれぞれ評価している。b は内部減衰および散乱減の観測記録を収集し、そのフーリエ・スペクトルの振幅衰に関する係数であるが、彼らは地域性を考慮し第四紀と位相に対して、震源項・伝播経路項（距離減衰項）・の火山の分布や糸魚川－静岡構造線等で六つの地域に分

サイト項（地盤増幅項）の 3 重要成分に分解し、その平割した。地震タイプについては Type B（プレート境界均的特性を再合成した小地震の波形を要素地震波として地震）、Type I（プレート内地震）、Type C（地殻内地震）

統計的グリーン関数法を適用している点である。これにl i）は i 番目の地震のいずれかの三つに分けた。式（2）で（よって震源特性の地域性やサイト固有の増幅特性を正確のタイプを表す。

に予測波形に反映できる（よって特定性原則・現実性原を通るみかけの距離である。

11）は震源距離，

はそのうち領域則の条件を満足する）。もう一つの大きな特徴は、最初

すでに説明したように、彼らは継続時間の長い、大きに S 波部分（S 波部 と 呼 ぶ ）だ け を 切 り 出 し、 そ れ にな堆積盆地で常に観測される長周期域に特徴的な全波サ

GIT 手法を適用して S 波部の震源特性・伝播経路特性・

イト特性の表現には次式を用いている。

サイト特性を抽出し、その後で全継続時間の波形（全波と呼ぶ）のスペクトルから全波サイト特性を抽出し、そ………………（4）

れをターゲットに予測を行っていることである。これによって S 波部のサイト特性は物理的にサイト直下の一次

ここでは i 番目の地震による地点 j における観元速度構造からの S 波の増幅特性で説明できる一方で、測波形全体のフーリエ・スペクトル、 と直接サイトに S 波として到来してくる S 波以外の様々なの震源特性と伝播経路特性で、S 波部の地震基盤スペク

種類の波動、特に低振動数（長周期）域における堆積盆

トルに相当する。

は式（2）

地端部で生成された盆地生成表面波の寄与を経験的に評

11）
仲野・川瀬（2021）
では気象庁の JMA95 型 13）および価することができる。この際に GIT 手法では必ず 1 地

防災科学技術研究所の K-NET・KiK-net14）を収集した仲点は必要となる基準サイトとして、YMGH01 という観野・他 12）のデータセットに JMA87 型 15）・CEORKA16）

測点の観測記録から表層風化岩層の増幅をはぎ取って地の強震記録を追加し、1988 年 8 月から 2019 年 6 月まで

震基盤相当にしたスペクトルを用いているので、震源スのデータセットを構築している。なお当該期間・機関のペクトル * 伝播経路特性はそのまま各サイトでの地震基記録に対して気象庁マグニチュード

盤波となる。

さ≦ 60 km、震源距離≦ 200 km、0.2 cm/s2 ≦最大加速24≧ 4.5、震源深

GBRC Vol.48 No.2 2023.4

度≦ 200 cm/s2、同一地震トリガー地点数≧ 3 の条件を最後に計算に際して必要な今回のサイト波用の震源の満足するデータを選定している。彼らは S 波部抽出に際モデル化の考え方とその仮定した諸元について解説する。

しては、S 波初動以降をマグニチュードに応じた S 波主想定断層の考え方としては、2024 年から 2026 年にか

要動継続時間区間（7≤< 7 で 10 s，

けて大阪・関西万博会場サイトにとって最も発生確率ので 15 s）に加え前後に 2 秒のコサインテーパを高い南海トラフ沿いの海溝型地震を想定するというもの≤ 6 で 5 s，6 ≤である。具体的に言えば 1946 年南海地震相当の M8 クラ

つけて切り出している。
図-15 には GIT 解析の結果の一例として 1995 年兵庫スの地震断層となる。これは今回のサイトにおいて設計

県南部地震の震源スペクトルと Tgr（各周波数毎のピーする構造物の供用年数を考慮した設定条件であって、通クアウト時刻に相当） を示す。震源スペクトルにおけ常の恒久的構造物用の想定地震とは同一に論じることはる実線は震源スペクトルの普遍的性状である

スペク

できないことに注意していただきたい。ただし、将来をトルでフィッティングを図ったもので、観測値である点考えても、現在想定されている M8.7 や M9 クラスの最大線をよく説明できていることがわかる。得られた震源ス

規模の地震が今後南海トラフ沿いに起こりうる巨大海溝

ペクトルから求めたこの地震の応力降下量（高振動数域型地震の想定シナリオのすべてではなく、それよりも一のスペクトル強度を表す指標）は地殻内地震の平均的値

回りも二回りも小さい M8 クラスの地震が相次いで発生であった。また図-16 には今回の解析で用いる KiK-net

する確率も同程度に存在していることから、今回のサイの観測点 OSKH02（舞洲）における全波サイト特性・全ト波が現実味のない想定であることを意味しているわけ

波群遅延時間 Tgrを示す。この図から、このサイトでではない。例えば事業継続性計画（BCP）などの検討用とは大阪盆地の深くて柔らかい構造を反映して 2 Hz 以下

しては十分に意味のある想定シナリオ地震であると言える。

の低振動数域で大きな増幅があること、それによって

図-17 には今回想定した 1946 年南海地震（昭和南海

ピークアウト時刻も高振動数域の 10 秒前後から 50 秒前

地震）相当の断層モデルを示す。また、その設定パラメ

11）

-2

11）

後まで増大していることがわかる。これは、この観測事

ターを表-3 に示す。この想定した地震のモーメント・

実を反映できない強震動予測手法では高精度な予測は望17）
マグニチュード Mw は 8.04 であり、これは宇津（1982）

めないことを意味している。

の 1946 年南海地震の推定値 8.0 に一致している。またこのモーメント・マグニチュード Mw8.04 に対応する地震
18）
モーメント想定値 1.45×10 21 N・m は Kanamori（1972）の 推定値 1.5×10 21 N・m とほぼ 一致している。但し、今回の想定断層面積は既往推定値より大きめで、L= 約

270 km、W=80 km、S=20,000 km2 と 設定 し て い る。
これはその後の研究で断層面はより西側に広がっていたとする報告を反映したものである。断層面の位置や走向・
滑 り 角等、 巨視的断層 パ ラ メタ ー に つ い て は 内閣府
19）（2015）
で公開されている宝永型の南海トラフ地震の断図-15

兵庫県南部地震の震源スペクトルと群遅延時間 Tgr 11）

層モデルを参照して設定した。
地盤震動小委員会の作成法 9）に則り、断層面積と平均滑り量、断層面積とアスペリティ（強震動生成領域 , SMGA）
面積、およびアスペリティ（SMGA）内の滑り量の関係をスケーリング則に基づいて決定した。なお応力降下量については、既往シナリオ想定値を参考に、断層面全体の平均応力降下量を 3 MPa、アスペリティ（SMGA）の
それを 15 MPa と設定した。これは内閣府（2015）19）の
資 料 に あ る 既 往 研 究 の SMGA 推 定 応 力 降 下 量 範 囲（15 MPa～30 MPa）の下限値に相当する。

図-16 OSKH02 地点での S 波サイト特性（黒）および全波サイト
11）
特性（赤）
と群遅延時間 Tgr のサイト特性（点線は変動幅）

11）以上のような想定断層モデルにより仲野・川瀬（2021）の方法で昭和南海地震相当の地震動を計算した。その際、
25

GBRC Vol.48 No.2 2023.4

図-16 に示した OSKH02 地点で観測された中小地震記録

5．得られたサイト波から求めた地震基盤から上の線形サイト増幅特性を利用

以上の統計的グリーン関数法と想定シナリオ諸元によして最初に地表面上での線形仮定時の加速度波形を計算り求めた地表面サイト波（加速度波形と積分して求めたした。なおこの OSKH02 地点は大阪・関西万博会場サ

速度波形の NS・EW 両成分）を図-18 に示す。地表面でイトから北北東に約 1.7 km 離れている。

の最大加速度は NS 方向で 66 cm/s2 で震度 5 弱レベルである。最大速度も同じく NS 方向で 20 cm/s である。加速度の割に速度の大きい波形となっているが、それは図-19 の 5 % 減衰の速度応答スペクトルが示しているように、このサイトでは 1.5 秒～2.5 秒が卓越する増幅特性を有しており、それが影響しているものと推察される。

NS 方向の方が EW 方向よりも大きくなっているが、これは震源からの放射された地震動の性質（波動が震源の破壊メカニズムによって特定の方向に多く地震動を放射する放射特性と破壊伝播の影響でそれがさらに強調される破壊指向性）を反映したものと考えられる。

図-17想定した 1946 年南海地震相当の断層モデル

表-3

1946 年南海地震相当サイト波の計算条件

図-18

地表面上のサイト波（上：加速度、下：速度）

図-19 地表面上の線形サイト波の速度応答スペクトル

次に、工学的地盤から上の地盤の非線形増幅効果を考慮するために、まず工学的基盤波を求める。そのために線形仮定の浅部構造の理論 S 波増幅特性を計算し、それ26

GBRC Vol.48 No.2 2023.4

をはぎ取る。図-20 にはその結果得られた工学的基盤面

表-4 等価線形解析に用いた地盤の諸元での加速度波形とそれを積分して得た速度波形を示す。
工学的基盤面での最大加速度は NS 方向で 55 cm/s2 で、地表面最大加速度の 84 % となっている。最大速度も同
じく NS 方向で 16 cm/s であり、上述の地表面最大速度の 79 % となっている。ここには示していないが理論増
幅率が 1 Hz で最大 1.4 倍になっているのでこの程度の最大値の減少率は妥当と考えられる。図-21 にはその速度応答スペクトルを示す。基本的な形状は地表面波のそれと大きくは変化していない。

を参照して定めた。地盤の非線形特性は咲洲庁舎の室内試験結果を参照して双曲線モデルにフィッティングして作成した。
図-22 には表層地盤の等価線形解析の結果得られた地表面での加速度波形とそれを積分して得た速度波形を示す。工学的基盤面での最大加速度は NS 方向で 69 cm/s2
で、線形時のそれとほぼ同じとなっている。最大速度も同じく NS 方向で 23.7 cm/s であり、上述の地表面最大速度の 117 % となっている。図-23 には地表面上の線形と非線形の加速度応答スペクトルを比較して示す。等価
線形解析で得られた最大のせん断歪はサイト波（NS）の場合で 0.1 % となっており、等価線形解析の適用範囲内

図-20

工学的基盤面で計算されたサイト波（上：加速度、下：速度）

図-21 工学的基盤面で計算されたサイト波の速度応答スペクトルである。またこの程度のせん断歪で液状化に至る可能性は低いと考えられる。

図-22 等価線形解析で計算された地表面サイト波（上：加速度、下：速度）以上の準備のもとで、得られた工学的基盤波に対して、最後に上下動成分のサイト波について触れる。通常上

我々が独自に実施したアレイ微動から求めた大阪・関西

下動の入力地震動については、振幅は水平動の 50 % と万博会場サイトでの地盤構造（2・3 章）を用いて一次元すればよいとされているが、物理的モデルを用いたサイの非線形地盤応答解析（等価線形解析）を行った。表ト波のシミュレーションでは三成分同時に予測すること-4 に設定した万博会場サイトにおける地盤の諸元を示す。

が可能である。仲野・川瀬（2021）11）の方法では上下動S 波速度は微動のアレイ観測結果から同定した結果をその増幅特性もサイト項を上下動のものに変えるだけで全のまま用い、単位体積重量は近傍のボーリング調査結果

く同様に求めることができる。ただし地震基盤での上下

20）

27

GBRC Vol.48 No.2 2023.4

水平比を考慮する必要がある。計算した上下動加速度波

6．おわりに形を図-24 に、その速度応答スペクトルを図-25 に示し

以上のように、今回 GBRC では大阪・関西万博会場た。ピーク値は NS 成分の半分以下であることがわかる。

サイトにおける設計用入力地震動として、現地でのアレイ微動観測から得た地盤構造と最新の知見に基づいて設定した震源像をもとに、多数の観測地震動から求められた統計的グリーン関数法を用いた強震波形予測手法により、その短い供用期間に対応した構造物設計用サイト波を作成した。このサイト波は今回の検討専用に、コストを度外視して最大限に定量的な手法の組み合わせで作成したものであるが、その考え方や調査手法・作成手法は普遍的なものであり、より簡便な方法に差し替えられる部分もあるので、GBRC としては同様なニーズがあれ
ば今後とも積極的に対応していきたいと考えている。

図-23 線形改定解析および等価線形解析で計算された地表面
サイト波の速度応答スペクトル【謝辞】
今回の現地微動調査に際しては公益社団法人 2025 年
日本国際博覧会協会の高田英明氏、京都大学防災研究所の長嶋史明准教授・伊藤恵理特定助教・孫ジカイ特任助教・王ジケン特定研究員、および GBRC の試験研究センター関係者のご協力を頂きました。またサイト波の検討に当たっては、安藤・ハザマ技研の仲野健一博士の全面的なご支援と GBRC の中野富夫氏のご協力を頂きました。記して感謝の意を表します。
【参考文献】

1）中野富夫：［テーマ解説］設計用入力地震動の現状と課題，
GBRC, Vol. 48, No. 1, pp. 53-60, 2023, https://www.
gbrc.or.jp/assets/documents/gbrc/GBRC191 _10.pdf.

図-24

地表面で計算された上下動サイト波（上：加速度、下：速度）2）日本建築総合試験所：時刻歴応答解析建築物構造安全性能評価業務方法書，2021, https://www.gbrc.or.jp/assets/
documents/center/8 K-103.pdf.
3）大崎順彦：スペクトル解析入門，鹿島出版会，1985（旧版 ;1994 年発行の改訂版あり）．
4）N. Morikawa and H. Fujiwara: A new ground motion
prediction equation for Japan applicable up to M 9mega-earthquake, J. Disaster Res., Vol. 8, No. 5, pp.
878-888, 2013.
5）Zhao, J. X., X. Liang, F. Jiang, H. Xing, Y. Zhang, C.
Zhao, X. Lan, D. A.Rhoades, P. G. Somerville, K.
Irikura, et al.（ 2016 ）. Ground-motion prediction
equations for subduction interface earthquakes inJapan using site class and simple geometricattenuation functions, Bull. Seismol. Soc. Am.
Vol.106, no. 4, doi: 10.1785 /0120150034.Zh

図-25
28

地表面（線形）サイト波の上下動の速度応答スペクトル

6）Zhao, J. X., S. Zhou, J. Zhou, C. Zhao, H. Zhang, Y.
Zhang, P. Gao, X. Lan, D. Rhoades, Y. Fukushima, etal.: 2016, Ground-motion prediction equations forshallow crustal and upper-mantle earthquakes inJapan using site class and simple geometricGBRC Vol.48 No.2 2023.4

attenuation functions, Bull. Seismol. Soc. Am.
Vol.106, no. 4, doi: 10.1785 /0120150063.

7）入倉孝次郎・三宅弘恵・岩田知孝・釜江克宏・川辺秀憲・
Luis Angel Dalguer，将来の大地震による強震動を予測するためのレシピ，京都大学防災研究所年報，46 B, 105120, 2003.
8）地震本部：強震動予測手法，地震調査研究推進本部，https://www.jishin.go.jp/main/chousa/20 _yosokuchizu/recipe.pdf（参照 2023-02-19）．
9）地盤震動小委員会，最新の地盤震動研究を活かした強震波形の作成法，日本建築学会，2009.3.9.
10）川瀬博，地盤震動研究を活かした設計用入力地震動作成法，第 36 回地盤震動シンポジウム，地盤震動小委員会，2008.12.
11）仲野健一・川瀬博，経験的に得られたフーリエ振幅･経時特性モデルに基づく統計的グリーン関数を用いた強震動予測手法の提案と適用性の検証，日本地震工学会論文集，第 21 巻，
第 2 号，130-153, 2021.5, doi:10.5610 /jaee.21.2 _130.

12）仲野健一，川瀬博，松島信一：スペクトルインバージョン
手法に基づく強震動特性の統計的性質に関する研究 その 2分離した特性に対する詳細分析，日本地震工学会論文集，

Vol.15, No.1, pp.38-59, 2015, doi:10.5610 /jaee.15.1 _38.

13）気象庁：震度を知る 基礎知識とその応用（気象庁 ･ 監修），
ぎょうせい，238 p, 1996.
14）National Research Institute for Earth Science andDisaster Resilience: NIED K-NET, KiK-net, National
Research Institute for Earth Science and Disaster
Resilience, 2019, doi:10.17598 /NIED.0004.
15）若山晶彦，藤沢格，遠山忠明，神定健二 : 気象庁における電磁式強震計観測の現状，地震学会講演予稿集，1, 115,
1989.
16）関西地震観測研究協議会（CEORKA）：http://www.ceorka.
org/（参照 2021-03-09）．
17）宇津徳治：日本付近の M6.0 以上の地震および被害地震の表，1885 年～1980 年 東京大学地震研究所彙報 第 57 冊
第 3 号，401-463, 1982.
18）Kanamori, H.: Tectonic implications of the 1944
Tonanki and the 1946 Nankaido earthquakes, Phys.
Earth Planet. Interiors 5, 129-139, 1972.
19）内閣府：「南海トラフ沿いの巨大地震による長周期地震動に関す る 報 告 」に つ い て，https://www.bousai.go.jp/jishin/nankai/nankaitrough_report.html，https://www.bousai.
go.jp/jishin/nankai/pdf/jishinnankai20151217 _04.pdf,
2015（参照 2023-02-19）．
20）Schnabel, P.B., Lysmer, J. and Seed, H.B.： SHAKE A computer program for earthquake analysis ofhorizontally layered sites, Earthquake Engineering
Research Center, University of California, Berkeley,
Report No. EERC 72-12, 1972.

29