岩盤観測点に対する地震動のスペクトル比による筑紫平野の地盤増幅特性の検討
松原

1. はじめに涼真ことができる。

筑紫平野は有明海に面する段丘面・沖積低地・干拓

幾何減衰を補正した同一の地震の近接する岩盤観測地からなる九州最大の沖積平野であり、牛津川、筑後点0に対する地盤観測点𝑗のスペクトル比𝑂𝑗 (𝑓)/𝑂0 (𝑓)

川を境として、西から白石地域（以後、白石平野）、佐は、それぞれの観測点に対する幾何減衰以外 である

賀地域（以後ｍ佐賀平野）、筑後地域（以後、筑後平野）に区分される。多くは軟弱な河川・海岸堆積層に覆わ

𝑄𝑠 (𝑓)による伝播経路特性が同等であるとすれば、れ、クリーク網が発達していることもあり、2005 年 3となる。ここで、岩盤観測点の地盤増幅特性を 1 と考

月 20 日の福岡県西方沖地震（Mj 7.0）や 2016 年 4 月

えれば、(2)

𝑂𝑗 (𝑓)/𝑂0 (𝑓) = {𝐺𝑗 (𝑓)/𝐺0 (𝑓)} ・{𝑅0/𝑅𝑗 }16 日の熊本地震（Mj 7.3）において、震度 5 程度の大(3)𝐺𝑗 (𝑓) = {𝑂𝑗 (𝑓)/𝑂0 (𝑓)}・{𝑅𝑗 /𝑅0}

きな揺れが観測された。また、平野の北部には、佐賀平となり、地盤観測点の地盤増幅特性を評価できる。

野北縁断層帯や水縄断層帯などもあることから、適切本研究におけるフーリエスペクトルは、Transverseな地震防災対策が必要であり、そのためにも筑紫平野

成分 S 波初動到達後 20.48 秒間から算出し、平滑化にの地盤増幅特性の把握は重要であると考えられる。

は 0.2 Hz の Parzen window を用いた。サンプリング周波数は 100 Hz である。

これまでの筑紫平野の地盤震動特性についての検討として、田中（2019）1)は 2005 年福岡県西方沖の地震

3. 解析データの最大余震（Mj 5.5）を対象とした強震動シミュレーシ

3.1 観測点の概要
本研究で対象とした地震観測点を表 1、その分布を図ョンを行った。野間・他（2019）2)は筑後平野において実施した微動アレイ観測から周期 4 秒以上と長周期帯1 に示す。

域の地震動が大きく増幅される地下構造を推定し、さらに野間（2021）3)では、筑紫平野全域における既存の筑後川地下構造モデルと野間・他（2019）の地下構造モデル、牛津川新たに微動アレイ観測から推定した地下構造モデルを佐賀統合し、強震動シミュレーションを用いて当該平野の白石地盤増幅特性について検討した。

筑後

本研究では平野内の地震観測点で観測された地震記録と平野周辺の岩盤観測点とのスペクトル比から、筑紫平野の地盤観測点の地盤増幅特性について評価する。
2. 解析手法

図 1 対象観測点の分布（背景は地理院地図 5)）

本研究では、地盤上に位置する地震観測点の地盤増基準点となる岩盤観測点は、地震データ数が多い防幅特性を把握するために、岩盤点とのスペクトル比 4)

災科学技術研究所の K-NET と KiK-net 観測点 6)を対象を用いる。一般に、地震動の S 波フーリエ振幅スペクとした、シームレス地質図 7)による各観測点の表層地

トル𝑂(𝑓)は震源特性𝑆(𝑓)、伝播経路特性𝑃(𝑓)、地盤増質や PS 検層結果 6)から岩盤に近く、石作（2021）8)に幅特性𝐺(𝑓)を用いて、よるスペクトルインバージョンの結果から、低周波側

𝑂 (𝑓) = 𝑆 (𝑓)・𝑃 (𝑓 )・𝐺 (𝑓)で増幅率が 1 に近いものを選定した。その結果 FKO016、(1)と表される。伝播経路特性𝑃(𝑓)は、震源距離𝑅による幾KMMH01、KMMH17、SAG003、SAG005、SAGH04 の何減衰と伝播媒質の減衰の大きさを表す𝑄𝑠 (𝑓)で示す6 観測点を基準点とした。なお、スペクトルインバージ
16-1

ョンの結果から、FKO016 は 0.1～0.3 Hz においてわず白石平野に位置する SFT は 1.2 Hz で明確なピークをかな増幅、KMMH17、SAG003、SAG005、SAGH04 は持ち、増幅率 20 倍となる。同じ平野部で SFT の西側に0.3～1 Hz において増幅率がやや下回るが、SAG003 は位置する SAA、SFD は同程度の大きな増幅を示すが、2 Hz、KMMH01 は 3 Hz、それ以外は 5 Hz まで、増幅ピークが 0.7～0.8 Hz とやや長周期側になる。SAG007

率は 1 付近で平坦であるとみなすことができる。表 1は佐賀平野中心部の観測点であるが、0.6～3.0 Hz 付近に岩盤観測点と対応する地盤観測点の組み合わせを併に増幅率 7～10 倍程度の盛り上がりが見られる。同じせて示す。ただし、岩盤観測点の違いについてはノイ

佐賀平野でも北東部の MKS と KBS では 1.2 Hz と 1.4ズを考慮したうえで平均をとった。

Hz に 20 倍もの顕著なピークを持つ。FKO015 は筑後平

表 1 岩盤観測点と地盤観測点の組み合わせ

福岡県

佐賀県

FKO011

八女

FKO013○○柳川

FKO015大牟田

FKO016富士SAG003

厳木

SAG005

佐賀SAG007

東脊振

SAGH04

白石

SAGH05

鹿北KMMH01

玉名

KMMH17

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

久留米市津福本町

5E1○

佐賀市駅前中央

EE5

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

5E2

○

KJS

○

久留米市城南町

KJN

久留米市三潴町

KMD

久留米市北野町

KKN

広川町新代

HSD

○

○

○

○

八女市本町

YMM

○

○

○

○

八女市立花

YMT

○

○

○

○

○

○

100

100

1010○
○

○

○

○

○

○

筑後市山ノ井

TYI

○

○

○

○

柳川市本町

YNH

○○

○

○

柳川市大和町

YNY

○

○

○

○

柳川市三橋町

YNM

○○

○

○

大木町八町牟田OHM○○○

みやま市瀬高町

MSD

○

○

○

○

みやま市山川町

MYK

○

○

○

○

みやま市高田町

MTD

○

○

大川市酒見

OSM

○

大牟田市有明町

OAA

○

佐賀市川副

SKZ

○

小城市三日月
神埼市神埼

○

11SFT
0.10.1○○○○

期側に見られ、その大きさは小さい。

○○○

り 2.2 Hz で 6 倍程度の顕著なピークを持つ。他の段丘堆積物上の観測点も同様にピークは平野上よりも短周

大牟田市笹林○付近の観測点も同じような傾向を示し、長周期帯でも大きな増幅を持つ。MYK は段丘堆積物上の観測点であ

久留米市城島町○

2.0 Hz で 10 倍以上の増幅を持つ。周辺観測点や筑後川

Spectral ratio

気象庁

久留米野南部にあり、0.3 Hz で 7 倍、0.6 Hz で 10 倍、1.2～

FKO016 KMMH01 KMMH17 SAG003 SAG005 SAGH04

SAG007
1Frequency (Hz)

0.1
0.1

10Ave
S.D.

110AveS.D.

Frequency (Hz)

○
○

○

○
○

○

OMD

○

○

KKZ

○

○

吉野ヶ里町三田川

YMG

○

○

白石町福田

SFD

○

○

白石町福富

SFT

○

○

白石町有明

SAA

○

○

大町町大町

OOM

○

○

○

○

上峰町坊所

KBS

○

○

みやき町北茂安

MKS○○

多久市北多久町

TKT

○

鳥栖市宿町

TYD

○

江北町山口

EYG

○

100

100

1010

○

Spectral ratio

KiK-netコード

Spectral ratio

K-NET

観測点

Spectral ratio

観測器

11

FKO0150.1
0.1○

1Frequency (Hz)

○
○

MYK
0.10.1

10Ave
S.D.

1Frequency (Hz)

10Ave
S.D.

図 2 岩盤観測点に対する地盤観測点のスペクトル比3.2 観測記録
本研究では、九州地方周辺を震源とする Mj3.1～7.3、本研究による結果の妥当性を確認するため、K-NET

震源深さ 5～167 km の 360 地震を使用した。K-NET とと KiK-net の観測点については岩盤観測点に対するス

KiK-net の観測点については 1996 年 10 月から 2021 年

ペクトル比と石作（2021）によるスペクトルインバー

10 月の 360 地震、気象庁 9)の観測点は 2004 年から 2018

ジョンの結果の比較を行った（図 2）。なお、本研究で年の 253 地震、福岡県震度計は 2011 年から 2021 年 7

使用した地震はほとんど火山フロントの背弧側に震源

月の 247 地震、佐賀県震度計は 2016 年 4 月 14 日からが位置するため石作（2021）の結果の内、背弧側震源の20 日の 125 地震を使用した。

結果を比較の対象とした(図 3)。
ノイズや基準点の特性

4. 解析結果

による多少の差はあるが、スペクトル比とスペクトル

図 2 に SFT、SAG007、FKO015、MYK における解析インバージョンの結果は概ね一致し、本研究の結果は結果を一例として示す。

妥当であるとした。
16-2

100100

FKO015100SAG007

100

FKO015/KMMH01

11
石作（２０２１）
本研究

石作（２０２１）
本研究

0.10.11Frequency[Hz]Amplification

10
Amplification

Amplification

10100.1
0.1

1Frequency[Hz]Amplification

FKO015/SAGH04
101101
本研究
理論増幅率

本研究
理論増幅率0.10.110

図 3 スペクトルインバージョン結果との比較

1100.10.1

Frequency (Hz)5. 考察

図45.1 理論 1 次元地盤増幅率比との比較

増幅率比の比較

110Frequency (Hz)

岩盤観測点に対するスペクトル比と 1 次元地盤5.2 速度応答スペクトル分布との比較

既存地下構造モデルから求められる岩盤観測点および地盤観測点の理論 1 次元地盤増幅率を計算し、その2016 年 4 月 16 日の熊本地震（Mj 7.3）の速度応答ス比と本研究によるスペクトル比との比較を行った。地

ペクトル分布図 1)と比較を行った。速度応答値は、観測盤観測点の地下構造モデルは野間・他（2019）と野間記録の水平 2 成分の全区間から計算した各周期の速度（2021）の結果を用いた。岩盤観測点の地下構造モデ応答時刻歴をベクトル合成して得られる最大値とし、ルは、各観測点の PS 検層結果 6)と J-SHIS V3.210)の地下減衰定数は 5%である。多くの地盤観測点で最大増幅率構造モデルを統合することによって作成した。モデルを示した周期 1 秒おいて、佐賀平野北東部、筑後川周の最下層は,野間・他（2019）と野間（2021）と条件を辺で増幅が大きくなる点は一致する。スペクトル比にあわせ、地震基盤（𝑉𝑠 = 3.1 km/s）とした。各層の密度おける増幅と速度応答スペクトルについて白石平野で𝜌（g/cm³）は、以下の𝑉𝑠（km/s）との関係式 11)を用いた。

は違いが見られる。周期 3 秒の長周期側については、

図 4 に結果の一例を示す。SFT の 1 次元地盤増幅率で大きな応答が見られた。スペクトル比における増幅は第一ピークの 0.3 Hz より高周波側で、増幅率に差が率と応答スペクトルは概ね対応している。佐賀平野南見られる。SAG007 と FKO015 の理論 1 次元地盤増幅

西部は周期 1 秒で大きな応答が見られる特徴があるが、率比は本研究による岩盤観測点に対するスペクトル比本研究では佐賀平野南西部の観測点での検討が行われと概ね一致する。全体的な特徴としては、卓越周波数ていないので今後の課題となる。

(4)

𝜌 = 1.4 + 0.67√𝑉𝑠

白石平野、佐賀平野中心部、筑後平野南部、筑後川周辺のずれは少なく、低周波数側での増幅値は概ね一致す
るが、SFT を含む白石平野や筑後川周辺の観測点において、特に 0.8～2.0 Hz の周波数帯域で本研究の岩盤観測点に対するスペクトル比の増幅率が大きくなり、今後地下構造モデルの再検討が必要であるといえる。
100

100

SAG007/SAGH04

10Amplification

Amplification

SFT/SAGH04

1101

本研究
理論増幅率

0.10.1

1

本研究
理論増幅率

10

Frequency (Hz)0.10.1110Frequency (Hz)図 5短周期側と長周期側の増幅率分布（背景は地理院地図 5)）と速度応答スペクトル分布 1)の比較

16-3

5.3 表層地質図との比較
表層地質図なる。最も長周期側の卓越周期については 2.5 秒以上7)と最大増幅率と卓越周波数について比になり、筑後川河口や筑後平野南部が最も大きい。

較した（図 6、図 7）。河川・海岸堆積層上では、最大増

佐賀平野は、白石平野と筑後平野と比べると増幅が幅率は 10 倍以上になる。白石平野の SAA と SFT、佐小さいが、例外として北東部の KBS と MKS ではそ

賀平野北東部の MKS と KBS、筑後川周辺の SKZ とれぞれ 1.2 Hz と 1.4 Hz で 25 倍の大きな増幅を示す。

OSM、筑後平野南部の YNM では 20～30 倍もの大きな



久留米市周辺などの段丘堆積物上については、卓越増幅を示した。最も長周期側の卓越周波数については、周期は１秒以下となり、最大増幅率は 5～10 倍にな

白石平野では 0.7～1.2 Hz、佐賀平野では 0.3～0.6 Hz、る。河川・海岸堆積層上と比べると卓越周期と増幅値

筑後川周辺では 0.2～0.5Hz、筑後平野南部では 0.25～に大きな差が見られる。

0.5 Hz となる。段丘堆積物上では、最大増幅率は 5～10



岩盤観測点に対する地震動のスペクトル比は、実際倍になる。卓越周波数については、1 Hz 以上に一つのの地震の速度応答スペクトルや既往の研究のスペクピークを持つ観測点が多いが、FKO011、TKT、YMG にトルインバージョン、理論 1 次元地盤増幅率の結果ついては広い周波数帯域でピークを示す。と概ね一致した。しかし、平野部の 0.8～2 Hz の帯域での増幅値が地下構造モデルから算出した 1 次元地盤増幅率よりも大きくなる点、また周期 1 秒でのスKBS MKS

ペクトル比における増幅と速度応答スペクトルに白SKZ

石平野で違いが見られる点は、具体的な増幅値につOSM
YNMいて踏まえて今後改めて検討する必要がある。

SFT
SAA

謝辞
本研究では、K-NET、KiK-net、気象庁、佐賀県震度計、福岡県震度計、J-SHIS V3.2 のデータ、図の一部には地理院地図 5) を使用した。記して、感謝の意を表する。
図 6 表層地質図と地盤増幅率の最大値の分布

参考文献
1) 田中斐佳：観測された強震記録と強震動シミュレーションに基づく筑紫平野の地盤増幅特性に関する研究、九州大学修士論文、
pp. 24-31, 20192) 野間亮佑・他：微動アレイ観測による筑後平野の S 波速度構

YMG

TKT造の推定、日本建築学会学術講演論文集、 pp. 49-54, 20193) 野間亮佑：筑紫平野における強震動シミュレーションのための微動アレイ観測に基づく３次元地下構造モデルの構築、九州大学修士論文、pp. 61-76, 2021
4) Borcherdt :Effects of local geology on ground notion near San
Francisco Bay, Bull. Seism. Soc. Am., 60, pp. 29-81, 1970
5) 国土地理院:地理院地図、https://maps.gsi.go.jp/（参照 2022 年 1月 30 日)
6) 防 災 科 学 技 術 研 究 所 :

図 7 表層地質図と最も長周期側の卓越周波数の分布7) 地質調査総合センター：20 万分の 1 日本シームレス地質図、

6. まとめhttps://gbank.gsj.jp/seamless/seamless2015/2d （参照 2022 年 1 月 30

本研究では筑紫平野の地盤観測点の地盤増幅特性を、周辺岩盤観測点とのスペクトル比として算出し、理論日)
8) 石作桃子：スペクトルインバージョンに基づく九州地方の地盤増幅特性の推定に関する研究、九州大学卒業論文、pp. 33-56,
20219) 気象庁、http://www.jma.go.jp/jma/index.html（参照 2022 年 1 月30 日）

1 次元地盤増幅率比、速度応答スペクトル分布、表層地質図との比較し、筑紫平野における地盤増幅特性につ10) 防災科学技術研究所：J-SHIS 地震ハザードステーション、いて検討した。得られた知見を以下に示す。
NEID(K-NET,KiK-net) 、

https://doi.org/10.17598/NIED.0004、2019（参照 2022 年 1 月 30 日)

https://www.j-shis.bosai.go.jp/map/（参照 2022 年 1 月 30 日）
11) 太田外氣晴・他：耐震・振動・制御、共立出版、339 p.、2001

河川・海岸堆積層上では、最大増幅率は 10 倍以上に16-4