シリーズ「新・強震動地震学基礎講座」（第 23 回）強震動予測レシピ
強震動委員会

松島信一（京都大学防災研究所）・三宅弘恵（東京大学）

1．はじめにら得られる短周期レベル（壇・他，2001）に基づいてアス

前号の日本地震学会ニュースレター「新・強震動地震学ペリティの応力降下量が決められる．不均質すべりモデル

基礎講座」第 22 回（第 71 巻第 NL4 号 15～18 ページ）でが周期 1 秒以上の強震記録を用いて得られているため，アは，地震動予測地図が解説されている．ここでは，地震動スペリティはその周期帯の波形説明能力があるが，震源断予測地図における震源断層を特定した地震動予測地図（シ層を特定した地震動予測地図で取り扱う M7 クラス以下のナリオ地震動予測地図）の計算・検証手法である強震動予

活断層で発生する地震については，短周期地震動の説明能測レシピを紹介する．各種パラメータが平均的かつ再現性力も有することが知られている（例えば Miyake et al.

を持った値となり，得られる強震動も平均的なものとなる（2003）や岩田（2009）など）．

ように設定される強震動予測レシピの概念や留意事項は，強震動予測レシピにおける特性化震源モデルの設定で「新・強震動地震学基礎講座」第 8 回（第 70 巻第 NL3 号

は，断層全体の形状や規模を示す巨視的震源特性，主とし25～27 ページ）の強震動予測手法の概要において説明さて震源断層の不均質性を示す微視的震源特性，破壊過程をれているので，そちらも参照されたい．

示すその他の震源特性を考慮して震源特性パラメータを設定する．これらのパラメータは，活断層で発生する地震と2．地震調査研究推進本部の強震動予測レシピ

海溝型地震（プレート間地震（プレート境界地震）および強震動予測レシピとは，入倉・三宅（2001）等の震源にスラブ内地震））ごとに設定される．

重点を置いた文献に端を発し，その後，地震調査研究推進

活断層で発生する地震の特性化震源モデルの巨視的震源

本部の全国地震動予測地図において，震源断層を特定した特性では，（ア）過去の地震記録や調査結果などの諸知見

地震の強震動予測手法（「レシピ」）として，強震動予測手を吟味・判断して震源断層を設定する場合と，（イ）長期法の構成要素となる震源特性，地下構造モデル，強震動計評価された地表の活断層長さ等から地震規模を設定し震源算，予測結果の検証の現状における手法や震源特性パラ断層モデルを設定する場合に分けられる．強震動予測レシ

メータの設定にあたって一連の考え方が取りまとめられた

ピは元来，（ア）の方法でのパラメータを設定することがものを指す（図 1）．2005 年の公表以来，改訂が重ねられ考えられていた．一方，確率論的地震動予測地図の計算にており，最新版は 2017 年 4 月 27 日に改訂されている．改用いられる震源情報は長期評価された地表の活断層長さ等

訂では，別途取りまとめられた地下構造モデル作成の考えから地震規模を設定しており，断層幅については陽に考慮方（2017 年 4 月 27 日公表）が拡充され，「新・強震動地されていなかった．そのため，確率論的地震動予測地図で震学基礎講座」第 18 回（第 71 巻第 NL2 号 32～34 ページ）考慮している震源断層を用いて震源断層を特定した地震動の強震動予測と速度・減衰構造モデルで紹介されている．

予測地図を作成する折に，断層が存在する地域の地震発生

ここでは，最新版の震源断層を特定した地震の強震動予測層を考慮した断層幅を用いると（ア）の方法による地震規手法（「レシピ」）に沿って，①特性化震源モデルの設定，模と整合しない場合があるため，（イ）の方法によるパラ②地下構造モデルの作成，③強震動計算，④予測結果の検メータ設定が追加された．なお，断層モデル幅が約 18 km

証の 4 つの要素を概説する．の場合に（ア）と（イ）の方法は同じパラメータとなる．（ア）や（イ）で設定されたパラメータは，その後（ウ）と呼ば

2.1

特性化震源モデルの設定れる共通の手順に沿って，残りの巨視的震源特性や微視的特性化震源モデルとは，強震波形記録を用いた震源イン震源特性，その他の震源特性が決められる．一方，プレーバージョンから得られる不均質なすべり分布から，すべりト間地震に関しては，震源域あるいは地震規模を設定するが大きなアスペリティの抽出を系統的に行った Somerville

方法がとられており，スラブ内地震については長期評価をet al.（1999）の characterization に由来する．複数のアス利用した設定が望ましいとされている．

ペリティとそれらを取り囲む背景領域から成る特性化震源

これらの手順で行われる震源域や地震規模の設定は，あモデルは，解析解や動力学的な震源物理モデルと経験則かくまで平均的な値を目指すものであり，ばらつきをどのよ

NL-5-21図 1

震源断層を特定した地震の強震動予測手法の流れ（地震調査研究推進本部地震調査委員会，2017）うに取り扱うかが課題となっている．また，震源断層モデ

造における地震基盤から工学的基盤までの増幅が著しい強ルの上端を地震発生層上端とするか地表とするか，地表と震動記録がしばしば観測され，予測，長周期地震動の計算した場合には地震発生層上端以浅で開放される地震モーメの観点からも重要である．浅部地盤構造は工学的基盤からントと地表で観測される強震動との関係をどのように考え地表までに対応する．ボーリングデータによるモデル化とるか，断層下端深さを地震発生層下端とすべきか，規模の微地形区分によるモデル化の方法があり，それぞれの増幅大きい震源断層の場合はより深い部分にまで震源断層が達特性が考慮されている．なお，短周期地震動の計算のためするのではないかなど，長期評価から求められる地震規模の地下構造モデルは，直達 S 波の増幅を主として評価すと強震動を再現するための地震規模との整合性に関する議ることを念頭において，計算地点直下の三次元地下構造モ論が進められている．

デルを一次元水平成層構造とみなしたモデルが使用される．このモデルを用いて，いわゆる一次元波動伝播計算が2.2地下構造モデルの作成行われる．レシピでは，前述の地下構造モデル作成の考え

地下（地震波速度）構造モデルは，地震基盤以深の地殻構造，深部地盤構造と浅部地盤構造から構成される．深部方に基づいて，浅部・深部統合地盤構造モデルの作成法が新たに加わっている．

地盤構造は，S 波速度が 0.3～0.7 km/s の工学的基盤からS 波速度が 3 km/s 程度の地震基盤を含む三次元構造とし2.3て定義されている．地震が起きると，大規模な堆積盆地構

強震動計算では，工学的基盤上面までの計算方法として，

NL-5-22

強震動計算

経験的手法，半経験的手法，理論的手法，ハイブリッド合による GMS として，統計的グリーン関数法は先名・藤原成法が挙げられている．特に，面的に強震動の時刻歴波形（2011）として，震源断層を特定した地震動予測結果は防を長周期から短周期に至る幅広い周期帯域で計算する方法

災科学技術研究所 J-SHIS において公開されている．強震として，特性化震源モデルおよび詳細な地下構造モデルが動予測レシピは国際原子力機関（IAEA）などでも引用が利用可能な地域では，半経験的手法である統計的グリーン開始されており，今後の国際化の加速が期待される．

関数法と理論的手法である三次元差分法を接続周期でマッチングフィルターを用いて組み合わせたハイブリッド合成

謝辞法が良く用いられる．

編集担当の岩田知孝委員より有益なご意見を頂いた．記

また，地表面までの地下構造モデルがボーリングデータ

して感謝の意を表す．

によってモデル化された場合として，線形解析法，等価線参考文献

形解析法，逐次非線形解析法が，面的な評価によってモデル化された場合として，微地形区分から想定される増幅率

青井・他，2004，物理探査，57，651-666.

を用いた計算方法が記載されている．

防災科学技術研究所 J-SHIS 地震ハザードステーション，
http://www.j-shis.bosai.go.jp/

2.4

予測結果の検証

壇・他，2001，日本建築学会構造系論文集，545，51-62.

強震動予測結果の妥当性の検証は，予測結果と過去の観IAEA, 2015, Safety Reports Series, No. 85.

測事実との比較により行われるが，活断層で発生する地震

入倉・三宅，2001，地学雑誌，110，849-875.と海溝型地震では，発生間隔や最新活動における地震被害

岩田，2009，地震 2，61，S425-S431.

情報や観測情報の多寡に応じて検証される．活断層で発生

地震調査研究推進本部地震調査委員会，2009，全国地震動する地震では，距離減衰式（地震動予測式），震度分布，予測地図技術報告書，https://www.jishin.go.jp/evaluation/

観測波形記録との比較が，海溝型地震では震度分布，観測

seismic_hazard_map/shm_report/shm_report_2009/#06

波形記録，距離減衰式との比較が挙げられている．地震調（2018 年 12 月 10 日閲覧）．

査研究推進本部の強震動評価および強震動予測では，これ地震調査研究推進本部地震調査委員会，2017，地下構造モらの複数の指標を用いた比較がなされている．

デ ル の 考 え 方，15pp，https://www.jishin.go.jp/main/chousa/17apr_chikakozo/model_concept.pdf（2018 年

3．オープンデータとしての強震動予測レシピ

12 月 10 日閲覧）．

地震調査研究推進本部の強震動予測レシピの一連の手順

地震調査研究推進本部地震調査委員会，2017，震源断層をは，50 ページ程度の文書に数式や図表込みでまとめられ特定した地震の強震動予測手法（「レシピ」），51pp，https:ている．より詳細な説明は，全国地震動予測地図技術報告//www.jishin.go.jp/main/chousa/17_yosokuchizu/recipe.

書も参考になる．また，強震動予測レシピに関してはオーpdf（2018 年 12 月 10 日閲覧）．

プンデータへの取組も進んでいる．特性化震源モデルの設Miyake et al., 2003, Bull. Seismol. Soc. Am., 93, 2531-2545.

定は先名・藤原（2011）や米国 SCEC 広帯域地震動プラッ

先名・藤原，2011，防災科学技術研究所研究資料，No.

トフォームにおいて，地下構造モデルは地震調査研究推進
本部や防災科学技術研究所 J-SHIS において，強震動計算

354.
Somerville et al., 1999, Seism. Res. Lett., 70, 59-80.

ハイブリッド合成法のうち三次元差分法は青井・他（2004）（第 24 回）耐震設計
強震動委員会

高井伸雄（北海道大学大学院工学研究院）

地震国である日本では，地震を要因とした何らかの影響地震時に札幌市内で多数発生した液状化による宅地被害もで，多くの土木・建築物等の人工構造物が損傷を受けるこ地震被害と言える．しかし，ここでは地震に伴う強震動にとにより，人的・物的な被害が発生してきた．地震を要因より引き起こされる地震被害（震動被害）を地震被害と限として，と書いたが，例えば規模が長大となる土木構造物定することとする．

であれば，地表地震断層の永久変位による破壊や，地震に耐震という言葉はまさに地震動に耐えるという意味であ伴う斜面崩壊による構造物被害，2018 年北海道胆振東部

るから，そのために構造物を設計することが耐震設計であNL-5-23

る．しかし建築分野においては昨今，免震（積層ゴム等を地域（都道府県レベル）毎の低減率（1.0～0.7）や地盤種用いて短周期の地震動が構造物に直接入力される事をやり別による増幅係数と掛け合わされて地震力として用いられ過ごす技術）や制震（ダンパー等を用いて構造物の振動をている．地震第 2 輯 20 巻記念特集号の「耐震設計基準（日制御する技術）という言葉と並列で使われ，その場合は狭本）と地震学」（金井，1968）の中で，確率論的地震動予義の耐震として免震や制震ではない従来の耐震設計方法を測地図（「新・強震動地震学基礎講座」第 20 回（第 71 巻指すこととなる．ここでは前者の広義の耐震を念頭におき，第 NL3 号 16～19 ページ））のいわばその嚆矢となった河

これまでに本シリーズで解説されてきた強震動に関わる角マップ（Kawasumi，1951）を基にした地域別（地域係数）

テーマや技術と建築構造物との関係がどのように考えられと地盤種別・構造種別を組み合わせた設計震度の係数に関ているかを紹介したい．

して，その法制化された経緯が述べられている．この地盤ある地点に人工構造物を建設する場合，その人工構造物種別とは建築基準法施行令の告示（1793 号）での例を簡を使用する期間にその地点で発生する最も危険な地震動が略化して示すと（道路橋示方書，高圧ガス保安法等，他に分かっていれば，その地震動に耐えうる構造物を設計でき，も同名の地盤種別が設定されているものがある），過剰性能の構造物を建設する必要もなく経済的である．しかし，その危険な地震動の生成要因を正確に知る術である

第 1 種地盤：岩盤，硬質砂れき層，その他主として第 3紀以前の地層

強震動地震学が発達する以前では，耐震設計は地震被害か

第 2 種地盤：1，3 種以外

ら学び発展してきた．1920 年に施行された市街地建築物
法では地震力に触れられていないが，佐野利器が 1916 年

第 3 種地盤：腐植土，泥土などで大部分が構成される沖積土で，深さが 30 m 以上に記した「家屋耐震構造論」の木構造の案が木造建築物のと定義され，表層地質が地震動に与える影響に関する研仕様規定（作り方）に反映されており，我が国初めての耐究（「 新・ 強 震 動 地 震 学 基 礎 講 座 」 第 6 回（ 第 70 巻 第震設計に関する法制定と言える．この佐野の仕様は，1891NL2 号 26～28 ページ））の成果が建築設計の実務レベル

年濃尾地震の被害を経験した翌年に設立された震災予防協に大まかに落とし込まれていると言える．なお，耐震設計会による活動の成果が大きい（大橋，1993）．後にこの法の成り立ちから手法確立黎明期の詳細な歴史に関しては

律は，1923 年の大正関東地震を経験して，翌年の 1924 年「耐震建築論の文化史」（滝澤，2018）が 2018 年 11 月に出に改正がなされ，鉄筋コンクリート造等に関して地震力と版されている．

して水平震度 0.1 が規定されるようになった．この法令よる耐震設計の規定は世界に先駆けたものである．

その後 1968 年十勝沖地震，1978 年宮城県沖地震を経験し，1981 年に建築基準法は大きな改正がなされ（新耐震

ここで読者は震度？？となるであろう．“震度”という設計法），「建築物の存在期間中に数度遭遇することを考慮

用語に関しては，「新・強震動地震学基礎講座」第 2 回（第すべき稀に発生する地震動に対してほとんど損傷が生ずる

69 巻第 NL6 号 11～13 ページ）で詳細に解説されているが，おそれの無いこと」，「建築物の存在期間中に 1 度は遭遇す

当時既に，関谷清景による 4 段階の震度階（1884）が用いることを考慮すべき極めて稀に発生する地震動に対して倒られていたにもかかわらず，佐野利器は「家屋耐震構造論」

壊・崩壊するおそれのないこと（人命を傷つけないこと）」で震度を「地震時に構造物にかかる水平加速度を重力加速という要求や，それぞれの地盤種別に設定された卓越周期度に対する比」と定義し（例えば震度 0.1 は 98 gal（cm/と設計する建物の固有周期との関係から，地震力の値を変2s ）に相当する），強震動による動的な構造物の応答を静化させる係数が考慮されるというように，これまでの静的的な外力に置き換え，その外力に耐えうる構造・材料の選な設計から動的な設計項目が取り入れられた．なお，1995

択 に よ り 構 造 物 を 設 計 す る 震 度 法 を 提 案 し た（ 武 村，年兵庫県南部地震を受けて 2000 年に建築基準法及び同施2008）．この 0.1 という水平震度は，関東地震の際の東京行令改正が行われて導入された告示スペクトルはこの値と本郷での地震動がおおよそ 300 gal であると石本巳四雄がかけ離れないように設定されている．

推定した（鏡味・小林，1971）ことと，実際の建物被害から建築材料の安全性を考慮して 1/3 とした値である．

ここまで読まれて，地震学会会員でなくとも，地震の多い日本に住む読者は，強震動はまさに“動”であって，重戦後，1948 年福井地震を受け，1950 年に市街地建築物力のように一定の加速度で一方向に作用しているものでは法の後継の建築基準法において，水平震度は名称こそ標準ないのに，水平震度といった静的な力での評価でよいの層せん断力係数（層とは建物の各階の意味）となり，0.2か？と疑問をもたれるかもしれない．現在，建築基準法施に引き上げられたが（戦時中に材料難から建築材料の安全行令で認められている構造計算法には上記のように従来か性が甘く見積もられていたため，実は耐震性能は水平震度ら用いられている仕様規定とも呼ばれる計算方法に加えて0.1 の時に戻ったに過ぎない），地域係数と呼ばれる国内の動的な設計法を選択する事も可能である．特に高さ 60 m

NL-5-24表 1
周期（秒）告示スペクトル

加速度応答スペクトル（単位
稀に発生する地震動

T＜0.16（0.64＋6T）Z

0.16≦T＜0.64

1.6Z

0.64≦T（1.024/T）Zm/s2）

極めて稀に発生する地震動
稀に発生する地震動に対する加速度応答スペクトルの 5 倍の数値とする（解放工学的基盤の減衰定数 5％の加速度応答スペクトル，Z は地域係数を表す．
建築基準法告示 1461 号）

を超える超高層建築物で義務づけられている時刻歴応答解
析では，強震動に対応した動的解析（高さ 60 m を超える建物に適用される）を行う必要があり，それに用いる地震動の加速度応答スペクトルが告示（平 12 建告第 1461 号）
により規定された（表 1）．この表 1 をみると「新・強震動地震学基礎講座」第 4 回（第 70 巻第 NL1 号 21～23 ページ）（以下，第 4 回）の観測される複雑な応答スペクトルの形状を，非常に簡単な数値で規定として示していることに驚くであろう．この告示によるスペクトルを擬似速度応答スペクトルとして，第 4 回と同じ対数軸で示すと図 1 となる．ここに示した告示スペクトルは極めて稀に発生する地震動に対するもので，極めて稀に発生するとは前述したが，国土交通省は住宅性能表示制度の解説（国土交通省，2000）においてより具体的に「数百年に一度程度の頻度で起こる地震」として「一概には言えないが，例えば東京を図 1想定した場合，気象庁の震度階で震度 6 強から 7 程度」に相当するとしている．図 1 の解放工学的基盤とは，工学的地域係数 Z を 1.0 とした場合の告示スペクトル（擬似速度応答で表示）

基盤（地中にあって十分な層厚と剛性を有し，せん断波速度が約 400 m/s 以上の地盤で，建物を支持するのに十分な動的解析に関しては，1990 年頃の東京湾の臨海部で超高地層を意味する）から地表までの堆積層を剥ぎ取った状態

層ビルの建設が始まった時期から，サイト波と言われる，をイメージして頂ければ良い．そして，表層地盤による増いわゆる強震動予測に基づく地震動が実際の設計に用いら幅の影響がこれに掛け合わされて地震力となるが，図 1 でれるようになってきており（武村，2008），強震動予測のは先の地盤種別によって簡略的に計算できる増幅率を掛け新たな知見が随時取り入れられてきているので安心された合わせたスペクトルも図中に示している．これら地盤増幅

い．に関わる詳細な法制度化の技術的な背景が，建築物の種類以上，静的から動的へと進歩してきた耐震設計を早足でと耐震設計手法の対応関係も含めて小山（2006）により解たどってみた．これまでの本シリーズからも強震動地震学説されているので興味のある方は一読されたい．本稿の図が発展してきていることは理解されたと思う．ここに示し

1 の応答スペクトルと第 4 回の図 3 に示されている過去のたいくつかの設計に取り入れられている要素が，その成果主な被害地震の応答スペクトルと比較して頂きたい．厳しを反映させ，今後合理的な耐震設計へとさらに発展していい地震動であろうか？甘いであろうか？

くことが望まれる．

この告示スペクトルに合致するような地震動を作成して，建物の地震応答解析を実施して，各部材を設計してい謝辞

くのが時刻歴応答解析である．ここに至っても，強震動予

本稿の執筆にあたっては名古屋大学の武村雅之博士，干測手法がここまで発達したにもかかわらず．．．と本シリー

場充之強震動委員会委員長，編集担当の岩田知孝委員，松ズの読者は疑問に思うかもしれない．しかし超高層建物の島信一委員には有益なご意見を頂きました．記して感謝いNL-5-25

たします．

国土交通省，2000，住宅性能表示制度を理解するための手引き，http://www.mlit.go.jp/jutakukentiku/house/

参考文献

torikumi/hinkaku/point/point.htm（2018 年 12 月 10 日

鏡味洋史・小林啓美，1971，日本建築学会論文報告集，184，41-50.

閲覧）．
小山

Kawasumi H., 1951, Bull. Earthquake Res. Inst. 29, 469-

武村雅之，2008，地震と防災─“揺れ”の解明から耐震設

482.
金井信，2006，物理探査，59，163-169.

計まで─，中公新書，236pp.
清，1968，地震，第 2 輯，20，319-321.

滝澤春男，2018，耐震建築論の文化史，丸善プラネット，

大橋雄二，1993，日本建築構造基準変遷史，日本建築セン
ター，318pp.

NL-5-261424pp.