第29回日本情報地質学会講演会 講演要旨集 005-006頁 2018年

三次元地質モデルを利用した地震動予測の一手法
中田 文雄 *

One approach of the seismic ground motion prediction
using a three-dimensional geological model
Fumio NAKADA**特定非営利活動法人地質情報整備活用機構 Geological Information Utilization and Promotion Initiative
URL: https://www.gupi.jp/ E-mail: nakadaf@gupi.jp

キーワード：三次元地質モデル，地盤定数，地震動予測，マイクロゾーニング
Key words ：Three-dimensional geological model, Constant of Ground,Prediction of Seismic Ground Motion, Micro-zoning

1.はじめにマイクロゾーニングを目的として，地震時の地表の揺れの大きさ(以下，地震動)などを予測する場合には，例えば 8分の 1 地域メッシュに区分した動的な地盤モデル(例：鉛直一次元柱状体モデル)を対象範囲の全てで推定する必要がある．通常，動的な地盤モデルは，ボーリング調査結果から誘導するが，全てのメッシュでボーリング調査が実施されていることはまずあり得ない．このため，隣接するメッシュで実施された単数～複数のボーリング調査結果を引用せざるを得ない．しかし，欠落のある全てのメッシュについて，隣接するメッシュの柱状図や土質試験結果を参照することになるため，極めて非効率な作業であると言える．
筆者は，三次元地質モデルから動的な地盤モデルを推定する方法を利用しているが，前述の方法より効率的であると考えるため，本文でその概要を紹介する．

③地層境界面モデル：いわゆる「サーフェスモデル」のことであるが，3D-CG 用語と混同することがあるので，本文では使用しなかった．
④パネルダイアグラム：地層境界面モデルから任意に切断された断面．通常はイメージモデルであるが，本文では「再利用可能なデータ」として扱った．
⑤メッシュ地層情報：④から等間隔に算出した各地層の上面標高または各地層の厚さ(第 2 図参照)．
⑥地盤定数(属性テーブル)：地層ごとにまとめた動的な土質定数であって，地層と共通のキーワードを持つ．

2.地震動予測手順と三次元地質モデル(1)地震動予測手順
第 1 図は，本文で紹介する地震動予測の手順であるが，紙面の都合上重要なポイントのみ記述したい．

第 2 図 メッシュ地層情報の推定(イメージ)(2)三次元地質モデルと使用したモデラー
三次元地質モデルは，「CIM に対応するための地盤情報共有基盤開発(全地連，2016)」で無償提供されている「サンプルデータその 2(TEST-6)」を使用した．以下にその諸元を略記する．
・サイズ：直交座標系の X 軸(南北)；120m，Y 軸(東西)；100m．メッシュ間隔；2m．区分数；61 × 51．
・地層数：5 層・モデラー：CIM に対応するための地盤情報共有基盤開発(全地連，2016)のウェブサイト

3.三次元地質モデルと地震動予測結果

第 1 図 地震動予測手順(イメージ)(1)三次元地質モデル
第 3 図(1)は，地層境界面モデルとパネルダイアグラムを重ねて表現したイメージである．各地層上面の形状を表すワイヤーフレームに，その地層を代表するカラーリングを施した．
第 3 図(2)は，パネルダイアグラムだけを表現したイメージである．地質断面図を見慣れた筆者にとって，地層境界面が重なり合って，階層の形状を見ることのできない地層境界面モデルよりも，こちらの方が良く理解しやすいよ6

第 1 表 地盤定数(属性テーブル)［架空値］
記号

年代

Vs(m/s)Vp(m/s)

減衰常数h

湿潤密度(Kg/cm3)

非線形
特 性

平均粒径D50(mm)

V1

沖積層

100

500

0.031.6

砂質土

0.35

V2

沖積層

150

750

0.031.7

砂質土0.35

10V3

沖積層

200

1,000

0.02

1.6

粘性土

0.03

70V4

更新統

350

1,6000.042.0

礫質土

2.000V5更新統

400

2,0000.042.1

礫質土2.00

0

細粒分
FC(%)
10(4)地震動予測結果
合計 143 点について「S 波の浅層地盤重複反射理論」に基づいて，地表面の卓越周波数を推定した．ただし，工学基盤面の模擬地震動を使用しない簡易版である．
結果を第 5 図に示す．卓越周波数の三次元形状は，第 3
図(1)に示す V4 層(工学基盤層)の三次元形状と，軟弱層を想定した V2 層の三次元形状と調和的であったと評価している．

坂本他(2012)を利用して 3D 可視化
第 5 図 地表面の卓越周波数(推定値)

第 3 図 三次元地質モデル(表示例)
うに感じている．MRI などによる人体の断層イメージに近いせいであろう．

4.おわりに地層境界面モデルとパネルダイアグラムの作成を除き，143 点メッシュ地層情報の算出・整理と卓越周波数の予測計算に掛かかった時間は，約半日間であった．
三次元地質モデル(地層境界面モデル)が構築された後の処理を担う「自動処理化ツール」は未開発であるが，その可能性は十分にある．自動処理化ツールを使用するならば，ボーリング調査の追加など新しい知見によって三次元地質モデルが改定される都度，地震動予測も迅速に実施できるようになるであろう(実際に行うかどうかは，予算面その他の条件が必要だろうが)．
なお，本文では紙面の都合上，三次元地質モデルの見せ方についての記述ができなかった．文献(中田，2018)を参照されたい．

(2)メッシュ地層情報
第 4 図に，Y 座標 62150m のパネルダイアグラムを例示した．専用ツールを開発して，第 4 図(1)の断面図に記入した等間隔の縦線位置における各地層の上面標高を求め，第 4 図(2)のテーブルデータを作成した．間隔は 10mの計 13 点である．パネルダイアグラムを全部で 11 面作成したので，合計 143 点のメッシュ地層情報が得られた．
(3)地盤定数(属性テーブル)
第 1 表は，本文のために作成した架空の地盤定数である．第 1 表に記載した「記号」と第 4 図に記載した「記号」は同じ地層を表している．従って，第 4 図の地層上面標高値と第 1 表の地盤定数を組み合わせると，地震動の予測計算が可能となる．
なお，V2 は軟弱層とし，V4 を工学基盤と仮定した．

水平距離

文

01020304050607080

90100110120

Y座標

62150

62150

62150

62150

62150

62150

62150

62150

62150

62150

62150

62150

62150

X座標

5310

5320

5330

5340

5350

5360

5370

5380

5390

5400

5410

5420

5430

V1-0.2

0.0

0.6

0.4

0.4

0.4

0.4

0.5

0.4

0.5

0.6

0.4

0.6

V2-8.0

-8.1

-8.3

-8.4

-7.5

-7.0-6.6-6.1

V3-13.9-13.6-13.6

V4-15.1-13.5-11.5-9.2-7.1-5.8-5.4-6.2-7.8-10.4-13.8-17.5-21.1

V5-30.8-30.7-30.6-30.6-30.5-30.4-30.4-30.5-30.5-30.5-30.5-30.5-30.5--------------

第 4 図 メッシュ地層情報例(各層の上面標高)

献

一般社団法人全国地質調査業協会連合会(2016)
CIM に対応するための地盤情報共有基盤開発，
https://geonews.zenchiren.or.jp/cim3d/Documents/Document.html
坂 本 正 徳 ・ 野 々 垣 進 ・ 升 本 眞 二 ( 2012)
Terramod-BS：BS-Horizon を組み込んだ地層
境界面推定・表示 Visual Basic プログラム，
http://www.jsgi.org/download.html
中田文雄(2018)三次元仮想空間映像による三次元地盤モデルの表現，地質と調査，2018 年第 1号，pp.53.-58. https://www.zenchiren.or.jp/
geocenter/geo-se/index.html