験震時報（2017）
短報（LETTER）

第 8 1 巻 ： 1

爆発または衝突により発生する地震の規模について
The Scales of Earthquakes by Explosions or Collisions

武藤大介 1
Daisuke MUTO1(Received December 5, 2016: Accepted March 13, 2017)

1

はじめに地震波から計算される「マグニチュード」とは区別

地震計で観測される震動は，自然地震によるものする．

のみならず，人工的な爆発及び衝突（以下，爆発等気象庁では，爆発等の規模及びマグニチュードをという）によるものも含まれる．人工的な爆発地震カタログ等で整理しているわけではないので，基本の中でも，核実験によるものは，米ソ冷戦時代に盛的に文献からの引用に依ることとした．また，一部んに研究されており，例えば，ボルト（1986）に詳の事例については，筆者が試算した．引用資料，筆しい．一方，核実験よりも小規模な爆発等による地者の試算とも，十分な精度のないものが多数含まれ震については，理学的な研究対象になりにくく，社る．また，マグニチュード種別は，本論中で一貫し会的な要請もあまり無いと考えられる．そのため，たものとはしていない（ただし，文献上その種類が地震観測を行う上で頻繁に記録される発破を除き，明記されているものについては本論でも付記する）．

これまで十分な整理がなされていない．

したがって，本論で示す数字は，厳密な議論に耐えしかしながら，気象庁業務に即して述べると，核るものでないことをあらかじめお断りしておく．

実験に比べて相対的に規模の小さな爆発等であってなお，様々な種類の文献を引用する都合上，SI 単も，近傍の観測点で検知され，誤って緊急地震速報

位系以外の単位を使う場合があるので，念のためこや震度速報が発表される危険について，しばしば考こに換算式を掲げる．
（エネルギーを TNT 爆薬換算する場合）

慮の対象となる．そこで，これら規模の小さな爆発等によって引き起こされた地震の規模について，過トン＝ 4.184×10 9 J去の事例を整理することにした．ここでは，過去のキロトン＝ 4.184×10 12 J事例を網羅的に収集することはしないが，様々なタメガトン＝ 4.184×10 15 Jイプの事例を収集することに留意した．これにより，（地震計記録の振幅に言及する場合）
ミクロン

自然地震以外の要因で発生する震動源の規模（エネμ＝ 10 -6 mルギー）と，それを地震波の振幅等から計算されるマグニチュードに換算した場合の大まかな対応関係3を示し，今後の業務の参考とすることとした．

3.1

各事例
核実験

核実験については，包括的核実験禁止条約機構
2

調査方法（CTBTO）等において多くの事例が詳細に解析され爆発等そのものの規模と，地震波の振幅等から計整理されているが，詳細には立ち入らない．ここで算されるマグニチュードの関係を調査した．ここでは，実験に用いた核爆弾の TNT 当量が明らかにされ「規模」とは，例えば爆薬量から計算される爆発エている米国の実験を 2 例のみ挙げる．
1962 年に米国ネバダ州で行われた地下核実験（セネルギーや，衝突物体の運動エネルギー等を指し，
1

地震火山部管理課，Administration Division, Seismology and Volcanology Department- 1 -験震時報第 81 巻ダン実験）は，米国で最も大きな人工クレーターをの爆発では，2 回の爆発が発生した．報道によれば作った核実験である（CTBTO）．この実験の核出力

爆発の規模は TNT 火薬換算で 3 トンと 21 トンに相は 104 キロトン，マグニチュードは 4.75 であった

当し，中国地震台によればマグニチュード 2.3 と 2.9（National Nuclear Security Administration，2015）．の地震を観測した（鈴木，2015）．

1971 年 に米 国 ア ラス カ 州 ア ム チト カ 島 で 行われた地下核実験（グロメット作戦カニキン実験）は，3.3

これまで米国内で行われた最大規模の地下核実験で

3.3.1

航空機の墜落・衝突
日本航空ジャンボ機墜落事故（1985 年）

ある．実験には 5 メガトン近い核弾頭が使用された

1985 年に群馬県に日本航空のジャンボ機が墜落（U.S. Congress, Office of Technology Assessment，1989）．

する事故が発生した．この事故により，東京大学地

この実験で生じた地震の実体波マグニチュードは震研究所の川上観測点で震動を記録した．

6.9 とされている（USGS）．

運輸省航空事故調査委員会（1987）によれば，同観測点で 8 月 12 日 18 時 56 分 32.7 秒頃に記録され3.2た波を，「 事故機が地面に激突したときのものとみら大規模爆発事故等1949 年にドイツの Heligoland 島において，イギリれ」るとしている．この時刻以降，震動は約 20 秒継ス海軍によって 6,700 トンの爆発が行われた（Spiegel

続している．そこで，これを震動継続時間（F-P 時

Online，2007）．この爆発による震動が，約 330km 離間）と見なす．津村（1967）が求めた F-P 時間 (F-P)

れたドイツの Göttingen 観測点のウィーヘルト地震とマグニチュード M との関係式計で記録されている（Reich et al.，1951）．この記録

M  2.36  2.85 logF  P の P 波上下動の最大振幅は約 0.22μ（周期約 2.5 秒）(1)と 読 み 取 る こ と が で き る ． こ こ か ら ， Gutenberg（1945）による実体波マグニチュードを計算すると，を用いると，マグニチュードは 1.3 と求められる．

4.6 となる．

なお，F-P 時間は地震計の特性に大きく左右される

1959 年に神奈川県横浜市の第二京浜国道で，TNTため，こうしたマグニチュードの計算には地震計を火薬 4×10 3（kg）を搭載したトラックが別のトラッ指定しなければ意味がないとの指摘もある（宇津，クと衝突し，大規模な爆発を起こした（衆議院，1959）．

1999）．しかし，本事故と同じ時期（1985～1986 年）

この時の震動が，現場から約 5km 離れた横浜地方気に，川上観測点と同じく東京大学地震研究所が所有象台のウィーヘルト地震計で捉えられており，最大する長野県の丸子町御岳堂臨時観測点や，伊豆半島振幅は，当時の検測者の読み取りによれば，南北成の 箒 山 観測点（すなわち，地震計特性が似通ってい分 14μ，東西成分 5μであった．この記録から坪井る可能性が高い）のデータに対して，それぞれ佃・（1954）のマグニチュードを計算する．例えば勝間他（1988）及び吉田・他（1988）は，津村（1967）

田（2004）で示唆されている通り，坪井（1954）は，と同じ式を用いていることから，本論での試算にお震央距離数 10km より近距離での適用はふさわしくいても，津村（1967）を用いることは妥当であるとないが，この事例について試みにマグニチュードを考えた．また，試みに，神奈川県温泉地学研究所の計算すると 1.6 となる．

各観測点に関する同様の関係式（棚田・田中，1999）

ほうきやま1988 年に米国ネバダ州の The Pacific Engineeringに適用してマグニチュードを求めても，多くの場合Production Company of Nevada の工場で火災が発生

は，マグニチュードは 1.2-1.8 の間に求められることし，その後 2 回の大規模な爆発に至った．この爆発から，少なくともマグニチュード 1 台である可能性

で，マグニチュード 3.0 と 3.5 の地震が観測されたは高いであろう．ちなみに，運輸省航空事故調査委（Routley，1988）．一連の火災と爆発で 4×10 6（kg）

員会（1987）では「その後の震動波は事故機の激突の過塩素酸アンモニウムが失われた．最大の爆発で時に派生した衝撃の反射及び散乱波と推定」しておは，空中爆発の TNT に換算し 1 キロトン相当のエネり，激突の衝撃自体が数秒以上にわたったとはしてルギーが放出されたと推定されている（Reed，1988）．

いないため，F-P 時間は，激突自体の継続時間の影

2015 年 に 中国 天 津市 で 発生 し た化 学 薬品 保 管庫

響は受けていないと考えられる．

- 2 -爆発または衝突により発生する地震の規模について

3.5

運輸省航空事故調査委員会（1987）では，機体重大砲射撃量 2.39×10 5（kg），衝突速度 136m/s としており，こ山内（1970）は，樽前山に設置された 62E 型電磁こから計算される衝突時の運動エネルギーは 2.2×地震計で，陸上自衛隊が演習として行った大砲射撃910 （J）と見積もられる．

が捉えられたと報告している．同報告によれば，りゅう弾砲及びカノン砲の衝突エネルギーはそれぞれ，ニューヨーク航空機突入テロ事件（2001 年）

4.5×10 6（J）及び 2.2×10 6（J）である．また，りゅ2001 年 に米 国 ニ ュー ヨ ー ク 州 で発 生 し た 世界貿

う弾砲及びカノン砲内の火薬量は，それぞれ

易センタービルで発生したテロ事件では，2 度にわ16.670kg 及び 9.233kg とされているので，火薬 1g 当

た り 航 空 機 が ビ ル へ 衝 突 し た ． こ の 際 ， Lamontたりのエネルギー4.2×10 3 （J）を乗じると，その爆Doherty 観測所で地震動が記録されており，菊地・発エネルギーは，それぞれ 7.0×10 7 （J）及び 3.9×

山中（2001）は，神林・市川（1977）により，マグ10 7 （J）である．ゆえに，着弾（衝突）と火薬の爆ニチュードをそれぞれ 1.0 及び 0.9 と求めている．

発によるエネルギーの和は，りゅう弾砲及びカノン

衝突した 2 機はいずれもボーイング 767-200ER 型砲について，それぞれ，7.5×10 7 （J）及び 4.1×10 73.3.2機であり，その重量（最大離陸重量）は，おおよそ（J）と求められる．

51.8×10 （ kg） 程 度 で あ る （ National Transportation

一方，山内（1970）では，マグニチュードを計算

Safety Board）．また航空機は，それぞれ 208m/s 及びするための振幅を，りゅう弾砲及びカノン砲で，そ264m/s で衝突したと報告されている（Gann et al.，

れぞれ 1.3μ及び 1.2μとしているが，その根拠が明2005）．これらの値から，衝突時の運動エネルギーは，らかでない．そこで同論に示されている「最大振幅99

それぞれ 3.9×10 （J）及び 6.3×10 （J）と見積もらの度数分布」をもとに，それぞれ 0.58μ及び 0.48μ

れる．に修正したい．これをもとに坪井（1954）のマグニチュードを再計算すると，それぞれ 1.2 及び 1.1 と3.3.3なる．

航空大学校帯広分校の航空機事故（2011 年）

2011 年 に 航 空 大 学 校 帯 広 分 校 所 属 の 小 型 機が北海道河西郡芽室町の山腹に衝突する事故が発生した．

3.6

運輸安全委員会（2013）によれば，機体重量約 1.6
3×10 （kg），衝突速度は約 50m/s であった．衝突時人力により引き起こされた極微小地震

筆者は学生時代に，以下の実験を行ったため，その結果を援用することとしたい．

6の運動エネルギーは約 2×10 （J）と見積もられる．

筆者ら 8 人（全員 20 代の男性）は，大学の実習の衝突地点から約 5km 北西に，防災科学技術研究所一環として，2007 年に，防災科学技術研究所の Hi-netの高感度地震計（Hi-net）清水観測点が存在する．

豊橋北観測点（地表から地震計までの距離は約しかし，衝突時刻の前後で航空機の衝突によるもの200m）の直上で一斉に跳躍したところ，同観測点にと思われる震動は観測されていなかった．当時の清おいて，2.0×10 -6 （m/s）程度の震動が記録されてい水観測点のノイズレベルのおよそ 3 倍以上の振幅がることが判明した．震源距離約 200m の場合に渡辺あれば検知可能と考えると，衝突によりマグニチュ（1971）を適用することが妥当かどうかは別途検証

ード-1.2 以上の地震が発生したとは考えづらい．の必要があるが，試みにマグニチュードを求めたところ，-2.8 であった．なお，跳躍した 8 人の平均体3.4

制御人工地震（発破）

垣見・他（1977）は，構造探査の際に発生させる人工地震の爆破地震動について解説している．この重を 65kg，跳躍した高さを 30cm と仮定すると，地表への衝突時の運動エネルギーは約 1.5×10 3 （J）と見積もられる．

中で，「500kg のダイナマイトの爆発による振動エネルギーは M2 よりやや小さい程度である」と解説し4ている．ここではごく大雑把に，TNT0.5 トンの爆薬4.1により，マグニチュード 2 の地震が起きると考える

ドの関係

結果と考察
爆発または衝突のエネルギーとマグニチュー

3 で示した各事例を図 1 にまとめた．爆発等のエこととする．

- 3 -験震時報第 81 巻

図1

爆発または衝突のエネルギーと地震波の振幅等から計算される地震としてのマグニチュードの関係
爆発事例を●で，衝突事例を▲で，両方の要素を含む大砲射撃を×で表示．エネルギーまたはマグニチュードの推定精度に問題があると思われる場合は白抜きとした．地下爆発は●の色で，地表または地上の構造物
等で の 爆発 は ●の 色 で示した．破線は爆発または衝突のエネルギーが100%，10%，1%，0.1%の効率で地震波に変換されたと仮定した場合の関係式である．

4.2

ネルギーとマグニチュードの間には，一見して相関核実験等の知見との関係があることが分かる．図中に，爆発等のエネルギー前述のボルト（1986）は，地下核爆発の放射化学が 100%，10%，1%，0.1%の効率で地震動に変換さ的規模（換算薬量）と地震学的規模とを換算する係れた場合に期待されるマグニチュードを破線で示し数，すなわち効率を示している．これによれば，地た．

下核実験の場合，花崗岩中で 1%，岩塩中で 0.8%，2001 年の米国での航空機突入事件は，変換効率が凝灰岩中で 0.3%，沖積層中で 0.2%とされている．

小さい．これは，航空機が高層ビルの高層階に衝突

また，通常爆薬による砕石爆破については，概ねし，そのエネルギーが高層ビルの振動や破壊に消費0.1%としている．一方，山内（1970）も，「一般に，されたためと考えられる．同様に，1959 年のトラッ

火薬を爆発させたとき地震波の energy になるのはクの爆発事故も，爆薬（トラックの荷台）が地表に1/100 以下といわれている」と指摘している．

接していない状態で爆発したと考えられることから，

菊地（2003）は，遠地実体波を用いたモーメント地震波への変換効率が小さくなった可能性が考えら

テンソル解析の観点から，核実験の TNT 火薬相当量れる．2011 年の航空大学校帯広分校の航空機事故も，W（キロトン）とモーメントテンソルの等方成分 I

現場は雑木林であり，衝突エネルギーの多くが立木（10 15 Nm）について，に吸収された可能性が考えられる．

W  4I

これら，変換効率が小さいことについて定性的な(2)

説明ができるものを除けば，本論で取り上げた事例については，爆発等の規模によらず，変換効率はの関係式を示している．この関係式は，爆発エネル0.1%～10%の範囲に入る．

ギーの地震波への変換効率が約 0.3%であることを示している．

- 4 -爆発または衝突により発生する地震の規模について本論で示した事例の変換効率は，オーダーとして，謝辞
日本航空ジャンボ機墜落事故時の川上観測点の波過去の核実験等の知見から得られた変換効率と整合している．

形は，東京大学地震研究所の酒井慎一教授に提供いただいた．一部の事例のマグニチュードの計算には，4.3

気象庁業務への応用の可能性と限界

本論での整理について，気象庁業務への応用の可能性を検討する．

国立研究開発法人防災科学技術研究所の高感度地震観測網（Hi-net）のデータを使用した．筆者の学生時代の実験は，当時の教員の丁寧なご指導のもとに例えば，不発弾処理（爆破処理）により発生する行なわれた．また，匿名の査読者には，有益なご指地震により，周辺の震度計で震度を観測することが摘，助言を多数いただいた．記して感謝の意を表す懸念される．そこで，不発弾の爆発により発生するる．

地震のマグニチュードを概算してみる．第二次世界大戦で我が国に投下された爆弾は，その規模もまち

文献

まちであるが，比較的大型のもので 900kg 程度（い宇津徳治 (1999): 地震活動総説，東京大学出版会，876pp．

わゆる 1 トン爆弾）となる．通常，爆薬は爆弾の総運輸安全委員会 (2013): 航空事故調査報告書―独立重量の半分弱であるから 400kg とし，爆薬の性能を行政法人航空大学校帯広分校所属ビーチクラフト

TNT と同程度と仮定すると，変換効率 0.1%の場合と式 A36 型 JA4215 山腹への衝突．

10%の場合で，それぞれ発生する地震のマグニチュ

運輸省航空事故調査委員会 (1987): 航空事故調査報告

ードは 1.0 または 2.3 と求められる．したがって，

書―日本航空株式会社所属ボーイング式 747SR-100

マグニチュードは 1.0-2.3 程度になると予想できる．

型 JA8119 群馬県多野郡上野村山中 昭和 60 年 8 月 12

なお，本論では水中の事例を取り上げていない．
ボルト（1986）によれば，核実験の場合，同じ爆発日．
垣見俊弘・市川金徳・正井義郎 (1977): 爆破地震動，地規模でも水中の場合は陸上に比べてマグニチュードが大きくなる．そのため，本論の結果を海水に対す質ニュース，272，1-8．
勝間田明男 (2004): 気象庁変位マグニチュードの改訂，る爆発等（エアガン等）にそのまま適用することは適切でないと考えられる．

験震時報，67，1-10．
神林幸夫・市川政治 (1977): 気象庁 67 型地震計記録による近地浅発地震の規模決定について，験震時報，41，4.4

57-61．

今後に向けて本論では，様々なタイプの事例を収集することに菊地正幸・山中佳子 (2001): 2001 年 9 月 11 日世界貿易主眼を置いたため，既に多くの事例が報告されていセンターの衝撃，EIC 地震学ノート．

る核実験と発破については深く立ち入っていない．

http://wwweic.eri.u-tokyo.ac.jp/sanchu/Seismo_Note/EIC_News/010911.html，（参照 2016-09-27）．

例えば，我が国では鉱業や土木事業等のため，日常的に発破が行われ，その震動が気象庁等の地震計

菊地正幸 (2003): リアルタイム地震学，東京大学出版会，
133-135．

で多数記録されている（例えば，西脇・他（1988），小林（1996），福田・他（2007））．また，やや古い記

小林昭夫 (1996): 松代群列地震観測システムで観測さ録ではあるが，米国内では毎年万単位の発破が行われた発破について，気象庁精密地震観測室技術報告，れ ， 使 用 さ れ る 爆 薬 の 総 量 は 2.2 メ ガ ト ン に な る

13，47-52．

（Richards et al., 1992）．さらに，地震波を用いた構衆議院 (1959): 第 33 回国会地方行政委員会第 10 号議事

造探査においても，爆薬量を含む震源の情報と震動記録のデータセットが多数生産されている（例えば，録．
鈴木拓人 (2015): 天津爆発事故の状況，損保ジャパ

吉井，1994）．こうした発破について調査を進めれば，少なくとも爆発地震について，より精度の高い議論

ン日本興亜 RM レポート，137，11pp．
棚田俊収・田中丈博 (1999): 温泉地学研究所の地震観測ができるであろう．

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- 5 -験震時報第 81 巻px,（参照 2017-01-26）．

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