2007年新潟県中越沖地震の強震動と震源断層モデル
2007年9月10日地震調査委員会提出資料
入倉孝次郎（愛知工業大学地域防災センター）
協力：
宮腰 研（地域 地盤 環境研究所）
倉橋 奨（愛知工業大学）

１．2007年中越沖地震の強震動の距離減衰
２．強震動記録からみた震源モデル
３．柏崎刈羽原子力発電所を襲った
ディレクティビティ・パルス
４．まとめ

１．2007年中越沖地震の強震動の距離減衰ー震源で生成された強震動はこれまでの同規模地震(M 6.8気象庁）に比べて大きかったのか？
• 地表で観測された地震動の最大加速度（観測点の地盤分類なし）は経験的距離減衰式（司・翠川, 1999）に ほぼ従っている。しかし、震源域近くの柏崎刈羽原発での地表の最大加速度は経験式 に比べてやや大。
• 岩盤上で観測された地震動の最大加速度の経験的距離減衰式(Fukushima and Tanaka,1990)と比べると、柏崎刈羽原発の岩盤地中で得られた最大加速度は極めて大きい。
• 岩盤での経験的関係式と観測データを適切に比較するには、岩盤地中記録から岩盤地表地震動の推定（いわゆる「はぎとり」解析）が必要。「はぎとり」解析による柏崎刈羽原発での岩盤の表面での地震動は観測値よりも大きくなる。
・ 上記の解析結果から、この地震の強震動は全般的には従来の経験的距離減衰式とほぼ同レベルとなるが、柏崎刈羽原発の岩盤での観測記録は岩盤データの経験的距離減衰式に比べて顕著に大きい、ことがわかる。
• このことから、柏崎刈羽原発が破壊的な強震動を受けたことは震源断層の破壊メカニズムに強く影響していることが示唆される。

2007年中越沖地震による震度分布(気象庁, 2007)

最大加速度の距離減衰式を作成するために用いた震源断層モデル

国土地理院により地殻変動データから推定された震源断層モデル（北西傾斜）
北東側セグメント 走向 223°, 傾斜角 44°, すべり角 84°, すべり量 1.47m
南西側セグメント 走向 218°, 傾斜角 42°, すべり角 110°, すべり量 1.39m

地表観測に対する最大加速度の距離減衰式との比較
北西傾斜 ① (STR,DIP,RAKE)=(223,44,84)② (STR,DIP,RAKE)=(218,42,110)

司・翠川(1999)の最大加速度（地表）の距離減衰式と比較するために、観測値はNSとEW成分の大きい方の値をプロット。

Acc. Amp (cm/s/s)

103
102

1号機地震小屋地表

101

5号機地震小屋地表 1223gal

100
10-1890gal

K-NET
司・翠川

1

10

100

Distance (km)1000

岩盤地表上の観測に対する距離減衰式との比較
北西傾斜 ① (STR,DIP,RAKE)=(223,44,84)② (STR,DIP,RAKE)=(218,42,110)

Acc. Amp (cm/s/s)

103

青実線は岩盤（地表）観測の経験式、緑実線は中及び硬質地盤（地表）観測の経験式(Fukushima and Tanaka, 1989)

102
○101

、 は柏崎刈羽原発の岩盤地中(500 m/s )記録

100
10-1はK-NETの地表観測点（地盤分類なし）の記録

K-NET
福島・田中(ROCK)
福島・田中(HARD-MEDIUM)

1

10100

Distance (km)1000

1号機基礎版上
2号機基礎版上

680gal606gal２．強震動記録から推定される断層破壊過程• 経験的グリーン関数法を用いて、フォーワード・モデリングによる震源断層モデルを検討する。
・ 震源断層は南東傾斜か北西傾斜かの決着はついていないが、予備的解析の結果刈羽村から柏崎市にかけた沿岸地域の大きな強震動および強震動記録に顕著に見られるパルス波形を説明するためには、北西傾斜の震源断層の可能性が示唆された。
• しかしながら、佐渡側の強震動観測点における強震動記録を説明するためには、南東傾斜の分岐断層の存在の可能性も否定できない。
• ここでは、北西傾斜の震源断層を仮定して震源のモデル化を行った。
その結果、３つのアスペリティをもつ特性化震源モデルを用いて、西山町、刈羽村、柏崎市な ど震源近傍域のみならず広域の強震動記録を再現できることがわかった。
しかしながら、佐渡側の観測点の強震動は過小評価となる。
• 柏崎刈羽原発において顕著に大きい地震動が記録されたのは、柏崎沖約 7 km、深さ約 7 kmにあるアスペリティが海側から陸側に向かって破壊したため、柏崎刈羽原発の方向にディレクティビティ・パルスが生じたことによる、考えられる。

2007年中越沖地震の震源メカニズムと震度分布
震源メカニズムと震源近傍の強震動観測点（防災科研）

震度分布（気象庁発表）

遠地波形記録を用いた波形インバージョンによる断層破壊過程

走向、傾斜、すべり角 (218,63,85)
地震モーメント 7.3 x10**18 Nm
Mw 6.5
破壊継続時間 30 s
深さ 12 km
最大すべり量 0.9m

山中(2007)による

経験的グリーン関数を用いた波形インバージョンによる断層破壊過程
最終すべり量分布。
★は破壊開始点。
updip (km)

断層面と観測点の位置。
黒丸は経験的グリーン関数として用いた余震の震源位置。

野津(2007)による。

震源域近傍の観測点（柏崎刈羽原発）における本震の 加速度記録
KKZ1G1：1号機地震小屋（地表）KKZ1R2：1号機基礎マット上（地中）5号機

KKZ5G1：5号機地震小屋（地表）1号機

KKZ5R2：5号機基礎マット上（地中）

1000

1000

KKZ1G1 NS

00-1000
10800

203040KKZ1R2 NS-1000
10800

203040304030403040

KKZ1R2 EW00-800
101300203040KKZ5G1 NS-800
10130020

KKZ5G1 EW

00-1300
10500

Acc (cm/s/s)

KKZ1G1 EW

203040 -130010
500

KKZ5R2 EWKKZ5R2 NS

0-500
1020020Time(sec)3040-500
1020Time(sec)アスペリティの数とそれらの位置の推定• 近地地震記録や強震動記録の波形インバージョン結果などから、この地震の震源断層は２つないし３つのアスペリティをもつと推定される。
• 震源域に近い柏崎刈羽原発では、岩盤地中の水平アレイ（南北に近い）観測がなされており、そこでの本震及び余震の波形記録からアスペリティの位置が推定される。
本震の波形記録：
岩盤地中の記録に、３つのパルス波がみられ、とくに第1パルスと第3パルスが顕著。
第1パルス波が震源近傍に位置するAsp１から（北西方向）の波と考えると、第3パルス波は逆方向（南西方向）からの波となっている。
第1パルス波の振幅はどの観測点でもほぼ同じであるが、第3パルス波は南側の観測点で顕著に大きく、北側に行くほど減衰している。
余震の波形記録：
本震の震源近くで生じた余震の波形は一般に北側の観測点で振幅がやや大きい傾向があるが、柏崎刈羽よりも南側に生じた余震の波形は南側の観測点で北側よりも顕著に大きく、本震の第3パルスとよく似た性質を示す。
これらの解析結果から、第1パルス波を出したAsp1が本震の震源近くにあったとすると、第3パルス波を出したAsp3は柏崎刈羽よりも南側で極めて近いところにあったと推定される。

磁北

θ1 真北
θ2プラントの南北軸

θ 1 = 7°10′
θ 2 =18°54′51″：既設地震計：新設地震計：既設地震計＋新設地震計0500

図１ 柏崎刈羽原子力発電所における地震観測点の配置

1000m

磁北

θ1 真北
θ2プラントの南北軸

θ 1 = 7°10′
θ 2 =18°54′51″

No.1

１号機方向

Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

100500-50-100Vel.(cm/s)

510Vel.(cm/s)

0KKZ6R2080
40 KKZ7R20-40-80080
40 KKZ4R20-40-80080
40 KKZ3R20-40-80080
40 KKZ2R20-40-8008040 KKZ1R20-40-80051015510155101551015510151015KKZ5R2051015510155101551015510151015KKZ6R2010050 KKZ7R20-50-100010050 KKZ4R20-50-100010050 KKZ3R20-50-100010050 KKZ2R20-50-100010050 KKZ1R20-50-1000Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

地震波の到来方向

15KKZ5R2Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

5号機方向

80
400-40-80EWNSVel.(cm/s)

1000m

100500-50-100速度波形

Vel.(cm/s)

500

図１ 柏崎刈羽原子力発電所における地震観測点の配置

本震

5Time(sec)Vel.(cm/s)

0NS

Vel.(cm/s)：既設地震計：新設地震計：既設地震計＋新設地震計

80
400-40-80

07/07/16 10:135Time(sec)磁北θ1 真北θ2プラントの南北軸

Vel.(cm/s)
Vel.(cm/s)

10KKZ4R2100-10100-105510 KKZ2R20-10051010KKZ1R2100-1005Time(sec)1051051010 KKZ7R20-10051010 KKZ4R20-10051010 KKZ3R20-10051010 KKZ2R20-100510510KKZ6R2100-10010KKZ3R20Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

50Vel.(cm/s)

10KKZ7R2

100-100Vel.(cm/s)

50

１号機方向

10KKZ6R2

100-100Vel.(cm/s)

地震波の到来方向

5Vel.(cm/s)

5号機方向Vel.(cm/s)

0

速度波形

EW
KKZ5R2100-10Vel.(cm/s)

100-10Vel.(cm/s)

1000m

図１ 柏崎刈羽原子力発電所における地震観測点の配置

最大余震

Vel.(cm/s)

500

07/07/16 15:37

NS
KKZ5R2Vel.(cm/s)：既設地震計：新設地震計：既設地震計＋新設地震計
0No.3

Vel.(cm/s)

θ 1 = 7°10′
θ 2 =18°54′51″

10 KKZ1R20-100Time(sec)

磁北

θ1 真北
θ2プラントの南北軸

No.52345KKZ6R200112345KKZ7R20-10112345KKZ4R20-10112345KKZ3R20-10112345KKZ2R20-10112345KKZ1R20-10

1.5

123Time(sec)

45EW
KKZ5R20-1.5012345123451234512345123451234512345KKZ6R20-1.5Vel.(cm/s)-1Vel.(cm/s)

1101.5KKZ7R20-1.5Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)
Vel.(cm/s)

１号機方向Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

地震波の到来方向

0Vel.(cm/s)-1

図１ 柏崎刈羽原子力発電所における地震観測点の配置

5号機方向

KKZ5R201.50

1.5

KKZ4R20-1.5

Vel.(cm/s)

1000m

NS

11.5

Vel.(cm/s)

500

07/07/16 21：08 速度波形

1.50
KKZ3R20-1.50
KKZ2R20-1.5

Vel.(cm/s)：既設地震計：新設地震計：既設地震計＋新設地震計
0Vel.(cm/s)

θ 1 = 7°10′
θ 2 =18°54′51″

01.5

KKZ1R20-1.50Time(sec)磁北θ1 真北θ2プラントの南北軸

θ 1 = 7°10′
θ 2 =18°54′51″

No.407/07/16 17：42 速度波形

Vel.(cm/s)

１号機方向Vel.(cm/s)

地震波の到来方向

Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

011Vel.(cm/s)

234KKZ6R20-101234-1012340123451 KKZ3R20-1011 KKZ2R20-101234234551 KKZ1R20-10

123Time(sec)42345123451 KKZ7R20-10123451 KKZ4R20-10123451 KKZ3R20-10123451 KKZ2R20-10123451 KKZ1R20-1015234510-1

1KKZ6R2051 KKZ4R20-1051 KKZ7R20EW
KKZ5R210-1

5Vel.(cm/s)-1Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

5号機方向Vel.(cm/s)

図１ 柏崎刈羽原子力発電所における地震観測点の配置

0Vel.(cm/s)

1000m

Vel.(cm/s)

500

Vel.(cm/s)

0

KKZ5R2Vel.(cm/s)：既設地震計：新設地震計：既設地震計＋新設地震計

Vel.(cm/s)

NS

1Time(sec)

磁北

θ1 真北
θ2

プラントの南北軸

No.7

θ 1 = 7°10′
θ 2 =18°54′51″

123KKZ6R21231231231231231Time(sec) 23KKZ5R2012312312312312312323

KKZ6R200.40.2 KKZ7R20-0.2-0.4
00.4
0.2 KKZ4R20-0.2-0.4
00.4
0.2 KKZ3R20-0.2-0.4
00.4
0.2 KKZ2R20-0.2
-0.4
00.4
0.2 KKZ1R20-0.2-0.4
0Vel.(cm/s)
Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)

Vel.(cm/s)
Vel.(cm/s)

１号機方向EWVel.(cm/s)

00.4
0.2 KKZ7R20-0.2-0.4
00.4
0.2 KKZ4R20-0.2-0.4
00.4
0.2 KKZ3R20-0.2-0.4
00.4
0.2 KKZ2R20-0.2-0.4
00.4
0.2 KKZ1R20-0.2
-0.4
00.4
0.2
0-0.2
-0.4

Vel.(cm/s)

00.4
0.2
0-0.2
-0.4

Vel.(cm/s)

KKZ5R2

Vel.(cm/s)

地震波の到来方向

0.4
0.2
0-0.2
-0.4

00:16 速度波形

Vel.(cm/s)

5号機方向Vel.(cm/s)

1000m

図１ 柏崎刈羽原子力発電所における地震観測点の配置

Vel.(cm/s)

500

NSVel.(cm/s)：既設地震計：新設地震計：既設地震計＋新設地震計
00.4
0.2
0-0.2
-0.4

07/08/04

1Time(sec)

本震
発生日時

07/07/16

余震

10：13

07/07/1621:08

震源(気象庁)

37.557，138.609

37.509，138.630

震源深さ12km（震研）

20.4km（気象庁）

Mw

6.6

4.4

Mo（F-net）

8.37E+18Nm

5.21E+15Nm（str,dip,rake）（F-net）

25/223

51/42

72/111

187/3954/41 70/115

第２パルス

第１パルス

本震

速度波形

150

第３パルス

KKZ1G1 EW

0-150
10150

20304020304020304030403040

NIG018 EW

0-1501050

NIG019 EW

0-501020

NIG021 EW

本震の観測波形には，3つ程度のパルスが確認できる.
→アスペリティも3つ程度あると考えられる

Vel(cm/s)

0-20103020

第1、第2、第3パルスが同時到着

NIG025 EW

0-301020Time(sec)アスペリティの位置（破壊開始点）の推定
1. 破壊断面を仮定
2. 第1パルスと第2パルスおよび第3パルスの時間差を読み取りプロット
3. いくつかの地点で2.の操作を行い，重なったところが破壊開始点と考えられる
Ｓ波速度：3.4km/s，破壊速度いくつかを仮定
アスペリティ2

破壊速度2.8km/sが妥当と判断
アスペリティ3

経験的グリーン関数法を用いて推定された震源断層モデル

Kashiwazaki-Kariha
Nuclear Power Plant

破壊速度 2.8km/s
小断層 1.3×1.3Km

Mo(Nm)

L(km)×W(km)

破壊開始点

深度

Asp1

（2, 4 ）

12.0kmAsp2（1, 3 ）13.4kmAsp3（3, 5 ）

9.2km

走向218

⊿σ(MPa) risetime

傾斜角

45

Asp1 8.7×1017

5.2×5.2（N：4×4）

15.1

0.5

すべり角

90

Asp2 9.0×1017

5.2×5.2（N：4×4）15.60.6

基準点緯度37.5045

Asp3 1.5×1018

6.5×6.5（N：5×5）

13.3

0.6

経度

138.7301

深度0km

K-NET NIG019（小千谷 ）K-NET NIG021（十日町 ）K-NET NIG018（柏崎）柏崎刈羽原子力発電所1号機地下5階（基礎版上）

柏崎刈羽原子力発電所5号機地下4階（基礎版上）震源モデル

佐渡島が過小評価

佐渡島方向を評価するためには南～北方向への破壊の進行が必要で，かつ，南東傾斜の方が整合的である

柏崎方向を評価するためには北東～南西方向への破壊の進行が必要で，かつ，北西傾斜の方が整合的である

以上の考察から，佐渡島方向と柏崎方向の両方ともに整合的な合成波形を評価するためには，の北西傾斜，南東傾斜にかかわらず，1枚の断層面のみでは難しい．
したがって，これまでのAsp1（北西傾斜）に加えて，分岐断層（南東傾斜）を考慮した震源モデルを構築した．

破壊速度 2.8km/s 小断層 1.3×1.3Km
破壊開始点

深度

Asp1 （2, 4）

12km

Asp2 （1，3）

13.4kmAsp3 （3, 5）9.2km

基準点から深さ方向への破壊開始点の距離

Asp1 16.97km
Asp2 18.95km
Asp3 13.01km

走向218

傾斜角

45⊿σ(MPa)

risetime（N：3×4）

15.1

0.5

すべり角

90

5.2×5.2（N：4×4）15.60.6

基準点緯度37.5045

1.5×1018

6.5×6.5（N：5×5）13.30.6

経度

5.2×5.2（N：4×4）138.7301

9.0×1017

15.60.5

深度0kmMo(Nm)

L(km)×W(km)Asp1

6.5×1017

3.9×5.2

Asp2

9.0×1017

Asp3
Asp1’

分岐断層モデル

Asp3つのモデル

３．柏崎刈羽で観測されたディレクティビティー・パルス• 経験的グリーン関数法を用いたフォーワード・モデリングにより、柏崎刈羽原発における強震動記録に顕著に見られる3つのパルス波は北西傾斜の震源断層上の３つのアスペリティによることが明らかになった。
• 強いパルス波は、各アスペリティでのすべり角と破壊進行方向に依存して決まる指向性効果により生成される。
• アスペリティからの地震動の生成に関して離散化波数法を用いた理論的波形シミュレーションにより検証を行う。

修正モデル(Model 2)
Model 2 (Revised)(Vr=2.7km/s)

8.7x1017Nm
9.0x1017Nm
9.6x1017Nm
Tr=0.6s

Tr=0.6s
Tr=0.6s

Model 2 (Revised): 理論的グリーン関数を用いて検証された改良モデル

修正モデルによる理論地震動
柏崎刈羽1号機

柏崎刈羽5号機

NIG018（柏崎）NS成分における1号機と2号機の振幅の違いについて
S-wave velocity[m/s]

柏崎刈羽1号機(K1モデル）

01000

2000

3000

4000

01000

Depth[m]2000

大K5モデル
K1モデル

3000
4000
5000
6000

柏崎刈羽5号機(K5モデル）

釜江・川辺(2007)による地盤構造モデル

柏崎刈羽5号機(K1モデル）

小小K1モデルに変更

柏崎刈羽1号機(Unit1)へのディレクティビティ・パルス
asp1
asp2

asp1
asp2
asp3

(1)マルチ・ハイポ
センター破壊 NIG016

asp3

(1)

(1)

(2)

(2)

(2)同心円状破壊NIG016

asp1

asp1

asp2

asp3

asp2

PW5asp3

PW5

PW1

PW1

NIG018NIG018Vr=2.7km/s

Vr=2.7km/s

Asp1
Asp2[cm/s]

柏崎刈羽1号機(Unit1)におけるディレクティビティ効果
150
100
500-50-100-150

1R-2Obs.
0

Asp3[cm/s]

PW1

150
100
500-50-100-150

EW

51015

1R-2202530

51015202530time[s]

Asp2

Asp1

破壊開始点

破壊伝播方向40EW

Syn.
0N218°E
45°

35time[s]Asp33540

理論的グリーン関数を用いた柏崎刈羽の強震動の検証結果
・震源域に近い柏崎刈羽で地震動が顕著に大きくなったのは、柏崎刈羽に近い震源断層面内にアスペリティの破壊が海側から陸側に向かって進行し、柏崎刈羽が強い指向性パルスに直撃されたため、と考えられる。
• rake angleは、1R2（１号機の基礎マット）では90°, 5R2(１号機の基礎マット）では70°が最適となる。ここでは80°を採用する。
• アスペリティ３からのディレクティビティ・パルスが1号機側で大きく5号機側で小さくなるのは、地盤構造の違いよりもアスペリティ３からの放射特性の影響の方が大きい。
• 断層面での破壊パターンは、破壊開始点から同心円状に広がるモデルよりも、各アスペリティごとに破壊開始点をもつ多重震源モデルの方が波形をよりよく説明できる。

2007年新潟県中越沖地震（Mj6.8）の震源のモデル化（第3報）

京都大学原子炉実験所
釜江克宏・川辺秀憲

３つのアスペリティからなる震源モデル

★

震源パラメータ

観測波形と合成波形の比較 （5）観測波形と合成波形の比較 （3）観測波形と合成波形の比較 （2）観測波形と合成波形の比較 （10）1号機ベースマット上

観測波形と合成波形の比較 （12）3号機ベースマット上

観測波形と合成波形の比較 （14）5号機ベースマット上全アスペリティの大きさと地震規模との関係

Combined Area ofAsperities (km^2)

10000

1000

Somerville et al. (1999)
Kagoshima(3/26) (Miyakoshi et al., 2000)
Yamaguchi (Miyakoshi et al., 2000)
Iwate (Miyakoshi et al., 2000)
Kocaeli (Sekiguchi and Iwata, 2001)
Chichi (Iwata et al., 2000)
Kobe (Sekiguchi et al, 2000)
Tottori (Sekiguchi et al., 2001)
Geiyo (Sekiguchi and Iwata, 2001)

100

Kagoshima(3/26)

Chichi
Kocaeli
Kobe

Tottori
Northridge

Iwate

10

1
1.0E+24

Yamaguchi

1.0E+25

1.0E+26

1.0E+27

Moment(dyne-cm)

1.0E+28

震源モデルを用いた本震記録の理論的シミュレーション・1号機、5号機のベースマット位置
・F-net（柏崎）観測点

JNES(2005)

F-net柏崎（KZK)

KK発電所1号機

KK発電所５号機

JNES及び東京電力株式会社

KK発電所及びF-net柏崎(KZK)における波数積分法による理論的シミュレーション結果と観測記録の比較

釜江・川辺(2007）による研究のまとめ
今回の地震の断層面としてはKK発電所での観測記録などから西落ちが有力であるとの判断の下、また震源南西方向に位置するF-net柏崎（KZK）も含めた経験的グリーン関数法を用いた震源のフォワードモデリングを行った。さらに、KK原子力発電所における本震データや地盤情報の公開を受け、理論的シミュレーションを行った。結果として、西落ちの断層面上に3つのアスペリティを有する震源モデルを提案した。ただし、3つのアスペリティの震源パラメータ（応力降下量や地震モーメント）については、これまでの内陸地殻内地震の結果とほぼ整合する結果を得た。今後よりKK発電所の余震の公開を待って、震源モデルの有効性を検証する必要がある。

京都大学原子炉実験所釜江研究室ホームページ参照

謝辞
ここでは（独）防災科学技術研究所によるK-NETの観測記録を使用させていただきました。また，東京電力株式会社による柏崎・刈羽原子力発電所の観測記録を使用させていただきました。ここに記して感謝いたします。