学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 26 年度共同研究 最終報告書 2015 年 5 月

jh140017-NA10

GPGPU による地震ハザード評価
青井真（国立研究開発法人

防災科学技術研究所）

概要 TSUBAME 上に実装した GPU 版の地震動シミュレータ GMS を用いた 2 つの研究を実施した。1 つ目は、これまでよりも短周期（周期１秒程度）までを対象とした地震ハザード評価であり、精緻な地下構造モデルと不均質性を考慮した多数の震源モデルを用いたこれまでよりも大規模な差分法シミュレーションを行い、これらのモデルが周期１～２秒程度の地震動評価に有効であることを示した。2 つ目は GMS のシミュレーション結果を用いた巨大海溝型地震の震源過程解析であり、曲面断層面モデルを構築し、3 次元
地下構造モデルに基づいたグリーン関数を用いて 2011 年東北地方太平洋沖地震の震源
インバージョン解析を行い、3 次元地下構造モデルを考慮することで特に断層面浅部域の解析精度の向上に寄与できることを示した。

1. 共同研究に関する情報(1) 共同研究を実施した拠点名

または研究を行う関係行政機関や大学等の調査結果を収集、整理、分析し、並びにこれに基づき総合的東京工業大学な評価を行っている。この中で地震動予測地図の高(2) 共同研究分野

度化を進めており、日本周辺で発生する全ての大地

震に関して、地震のリスク評価の基礎となり得る精超大規模数値計算系応用分野(3) 参加研究者の役割分担 青井

度で地震ハザードを予測できるよう、手法・モデルの高度化を目指している。そのために、必要な精度、

真（防災科学技術研究所）：研究総括、分解能を持つ地盤構造の開発を行うとともに、高精

地震動シミュレータの高度化
 前田

度かつ汎用性のある強震動シミュレーション手法の宜浩（防災科学技術研究所）：地震ハザ開発に関する研究を行っている。

ード評価
 藤原

強震動シミュレーションにおいて、詳細な 3 次元

広行（防災科学技術研究所）：地震動シ

地下構造を十分な精度で離散化し高精度な計算を行

ミュレータの高度化
 岩城い、短周期まで計算するためには細かな格子が必要

麻子（防災科学技術研究所）：地震ハザであるため、実用的な計算においては格子数が数億

ード評価
 鈴木

から数百億に及ぶ極めて規模の大きなモデルを扱う

亘（防災科学技術研究所）：震源過程解必要がある。我々はこれまでに GPU で地震ハザード析 松島信一（京都大学）：地震ハザード評価

評価を行うシステムを構築し、従来は困難であった 青木尊之（東京工業大学）：地震動シミュレ

規模のシミュレーションを大量に行うことが可能となった。本共同研究では、GPU コンピューティングをータの高度化

スーパーコンピュータシステムに積極的に取り入れ

2.

研究の目的と意義ている東京工業大学の TSUBAME 上で大規模な地震ハ

兵庫県南部地震を契機に、地震に関する調査研究

ザード評価を行うことで、主にリソースの制約からの成果が国民や防災を担当する機関に十分に伝達さ「決めうち」的に限られた想定震源（シナリオ）にれ活用される体制になっていなかったという課題意

対してのみ行われてきた従来のハザード評価の枠組

識の下に、行政施策に直結すべき地震に関する調査

みを超え、想定外を可能な限り生じさせないハザー

研究の責任体制を明らかにし、これを政府として一ド評価のあり方を検討するとともに、南海トラフや元的に推進するため、地震防災対策特別措置法に基相模トラフなどで想定される巨大海溝型地震を対象

づき総理府に (現・文部科学省に)地震調査研究推進として実際にハザード評価を行うことを目的として本部が設置されている。地震調査研究推進本部の地いる。そして今年度は次の２つの項目を目的とした

震調査委員会では、地震に関する観測、測量、調査研究を行う。１つ目はこれまで検討を行ってきた超1

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高層建物や石油タンクなどに影響を及ぼす周期 3～

り込まなくてはならないため、精細に離散化された

20 秒程度の長周期地震動に比べて、より小規模な構モデルに対する極めて大規模な計算を必要とする。

造物に対して重要となるこれまでよりも短周期（周我々は、平成 22－24 年度において、CPU 用に開発し期１秒程度）までを対象とした地震ハザード評価でた地震動シミュレータ GMS を GPU に対応させ、ある。２つ目は地震ハザード評価において想定震源

TSUBAME 上でのチューニング及び性能評価・精度検証の設定に有効な知見となる過去に発生した地震の震を行ってきた。その結果、数億から数百億格子程度

源モデル（震源破壊過程）の高精度な推定のためのの規模のモデルに対して十分な性能を発揮出来る環

GMS のシミュレーション結果を用いた巨大海溝型地境の構築に成功した。これに伴い、1 基から千基以上

震の震源過程解析である。

の GPU を使用した弱スケーリングの評価において、ほぼ完全な線形性を達成した。さらに、シミュレー
ション結果に関しても、ポスト処理の一部をソルバ

3. 当拠点公募型共同研究として実施した意義
地震の被害を軽減するためには、個々人の地震へに組み入れることで単一出力点当たりの出力サイズの防災意識を高め、地震に対する備えを促すことがを圧縮すると共に、従来別途行っていたポスト処理

不可欠である。このため、防災科学技術研究所（以の軽減化を実現したことで、一定量（数十万点程度）

下、防災科研と略す）では、日本全国で発生する地の出力であれば、実用的な時間内に出来るようにな震を対象として、地震調査研究の成果の集大成であっている。平成 25 年度には、構築した環境を用いてる地震動予測地図を高度化し、地震ハザード・リス

南海トラフや相模トラフで想定される巨大海溝型地ク評価に関する研究を行うとともに、WebGIS 等の技

震の多数の地震動シミュレーションを行い、長周期術を用いて、地震ハザード・リスク情報、地下構造

地震動の予測結果のばらつき評価を行っている。ま

データ等の関連情報を網羅的に提供可能な地震ハザ

た、研究成果の一部を地震調査研究推進本部へ資料ード・リスク情報ステーションを構築している。我々

提供している。

がこれまでに東京工業大学の TSUBAME 上で構築してきた GPU による地震ハザード評価を行うシステムを

5. 今年度の研究成果の詳細

最大限活用し、これらの環境を活用し、従来は極め

5.1

地震ハザード評価の広帯域化て困難だった大規模モデルによるばらつきを含めた

昨年度までの検討では、超高層建物や石油タンク

定量評価を行うことは、日本の防災力向上に大きくなどに影響を及ぼす周期 3～20 秒程度を対象とした貢献することが期待される。

長周期地震動シミュレーションを行ってきたが、より小規模な構造物に対してはこれまでよりも短周期

4. 前年度までに得られた研究成果の概要

帯までを含んだ地震動評価が必要であり、そのため

我々はこれまでに、大地震発生の際のハザード評には、より精緻にモデル化された地下構造や震源を価に必要となる大規模な地震波伝播シミュレーショ

用いなくてはならない。本研究では、TSUBAME の GPU

ンを高精度かつ効率的に実行するための 3 次元有限環境を活用し、相模トラフで発生する巨大地震を対差分法に基づくアルゴリズムを開発すると共に、ソ象として、数 100 億格子からなる地下構造モデルや、

ルバ及びプレ・ポスト処理ツールをパッケージ化し、ランダム不均質性を考慮した数 100 ケースの震源モ

地 震 動 シ ミ ュ レ ー タ GMS と し て 公 開 し て い る

デルを用いた差分法シミュレーションを実施し、地（http://www.gms.bosai.go.jp/GMS/）。このツール

震ハザード評価の広帯域化に向けた検討を行った。

は、研究・教育・実務等を目的とする多くのユーザ
ーに利用されており、国の地震調査研究推進本部地

5.1.1

詳細な 3 次元地下構造モデルを用いた地震調査委員会が公表している全国地震動予測地図を震動評価作成するための主要ツールの一つとしても使用され防災科研が南関東地域を対象として現在作成中のている（http://www. jishin.go.jp/main/chousa/

浅 部 ・ 深 部 統 合 地 盤 モ デ ル［ 例 え ば 、 Senna et

09_yosokuchizu/index.htm）。

al.(2013)］）を用いた地震動評価を行った。浅部・言うまでもなく、高精度なハザード評価を行うた

深部統合地盤モデルは、これまで別々にモデル化がめには地下構造や震源を精緻にモデル化し計算に取行われてきた工学的基盤よりも浅い地盤モデル（浅2

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部地盤構造）と，それよりも深い地盤モデル（深部ーリエスペクトルの差異は周期約 2 秒よりも短周期地盤構造）を統合し、両方の地盤構造の影響を受け帯域において顕著であり、周期 1 秒程度まで解析対る周期帯（周期 0.5 秒から 2 秒）における強震動予

象周期帯を拡張するうえで、浅部地盤の影響を適切

測精度の向上を目指すものであり、本研究の目的でに計算に取り込むことの重要性が確認できた。

ある地震ハザード評価の広帯域化に資するモデルと本モデルの格子数は約 390億個であり、TSUBAME2.5いえる。

の S キューで 324GPU を利用した計算時間は約 3 時間

浅部・深部統合地盤モデルは、差分法シミュレーである。この計算により約 60 秒間の波動場が計算さションに基づく長周期地震動評価では通常考慮されれるが、長周期地震動ハザード評価のためには、よていない工学的基盤（S 波速度 Vs が 350m/s 程度以

り長時間の計算が必要となる。そのために、発散対上）よりも浅部の低速度層がモデル化されているの策など差分法シミュレーションを安定して行うためが特徴である（図 1）。このモデルは図 1 に示した陸の地下構造モデルのチューニングも重要な課題だと域について構築されており、海域を含む周辺地域に考えられる。

対しては、防災科研が整備している地震ハザードス
テーション J-SHIS（http://www.j-shis.bosai.go.jp/map/）の深部地盤モデルと接合することで差分法シミュレーションのための地下構造モデルを作成した。地震動計算に用いた計算モデルの概要を表 1に示す。Vs＝350m/s 未満の層に対しては暫定的に Vs＝250m/s と仮定した。解析上限周波数は約 1.9Hz となる。図 2 に最大速度値、速度応答スペクトル（減衰 5%：周期 1、2、3 秒）の分布を示す。計算結果に1.5Hz のローパスフィルタを施している。比較のため、 図 1 浅部・深部統合地盤モデルの最表層（S 波速度が 350m/s 未満）の層厚の分布。白～青で示した領域
最表層を Vs＝500m/s としたケースの結果も併せて示が浅部・深部統合地盤モデルの作成範囲。

している。図１に示した低速度層が厚くモデル化されている地域では、表層を Vs＝250m/s とした場合にVs＝500m/s とした場合よりも振幅が増大しており、地点によっては最大振幅値が 2 倍程度増大していることがわかる。また、図には示さないが、両者のフ
表 1 地震動計算の概要
地下構造モデル
格子数

格子間隔

第 1 領域

8799×6132×501

第 2 領域

2933×2044×390

第 1 領域30m（水平）、15m（鉛直）

第 2 領域90m（水平）、45m（鉛直）震源モデル（2007 年 8 月 18 日 16:55、千葉県東方沖）
震央位置

北緯 35.342°、東経 140.345°、深さ 20.2km

地震モーメント

5.72×1016 Nm (Mw 5.1)メカニズム解走向 236°、傾斜 20°、すべり角 76°

図 2 （a）第 1 層を Vs＝250m/s とした場合と（b）

震源時間関数Smoothed ramp 関数(パルス幅 1 秒)

Vs＝500m/s とした場合の、差分法シミュレーションによる最大地動速度と速度応答スペクトル（減衰

計算条件
時間間隔（秒）0.001282

タイムステップ数

50000

5%：周期 1、2、3 秒）の空間分布、及び、（c）それらの振幅比。

3

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5.1.2 不均質震源モデルを用いた地震動評価の計算を現実的な時間で実行することが可能となっ

強震動予測では、すべりが大きく地震波を強く励ている。さらに、出力された 1D Dump ファイルに対起する領域（アスペリティ）を矩形などに単純化しして、フィルタ、ダウンサンプリングのポスト処理て断層面上に配置した特性化震源モデルが用いられを行い、各観測点の速度時刻歴を抽出し、最大地動る。特性化震源モデルのように震源パラメータがア

速度（PGV）や速度応答スペクトルの空間分布を求めスペリティサイズ以下の不均質性を持たないモデル

る面的処理を行った。計算結果の例として、大正型

では、アスペリティサイズと破壊伝播特性に規定さ関東地震に相当する震源域に対して、アスペリティ

れる卓越周期よりも短周期帯域の地震動が適切に生配置を固定し、4 通りの破壊開始点を設定した均質震成されず、特に巨大地震の場合には工学的に重要な源モデルと不均質震源モデルを用いて計算された周期帯域の地震動が過小評価される可能性がある

PGV 分布を図 3 に示す。
図 3 には均質モデルに対する（例えば関口・吉見、2006）。ここでは、周期 1 秒程

不均質モデルの PGV 比の空間分布も示している。

度以上の長周期地震動評価において、震源パラメー

震源モデルに対して付与した不均質性が、どの周タにアスペリティサイズ以下の不均質性を付与する

期帯域に影響を及ぼしているかを見るために、東京

効果について検討した。

都庁と神奈川県庁地点での相対速度応答値（周期 1、まず、不均質性を付与する土台となる震源モデル（均質モデルと呼ぶ）を設定した。ここでは、相模トラフ沿いの地震活動の長期評価（地震調査委員会、
2014）で示された相模トラフで想定される最大クラスの地震の震源域（図 5）をもとに 10 通りの震源域を設定し、アスペリティや震源域内で最初に破壊が始まる場所（破壊開始点）についても数通りを設定し、それらを組合せて 274 個の震源モデルを作成した。これらの均質モデルのすべり量分布と破壊伝播
速度分布に対して、関口・吉見（2006）によるマル
チスケール不均質を付与することで 274 個の不均質震源モデルを作成した。
地震波伝播シミュレーションに用いる地下構造モ
デルは、全国１次地下構造モデル（地震調査委員会、

図 3 均質震源モデル(上段)と不均質震源モデル(中2012）から、東西 400 ㎞、南北 400 ㎞、深さ 100 ㎞

段)による PGV 分布と、それらの比(下段)。黒線は震までの領域を切り出して、一辺 100m（深さ 8km 以深

源域とアスペリティ、星印は破壊開始点を示す。

ではその 3 倍の大きさ）の格子サイズでモデル化した。格子数は約 19 億である。
地震波伝播シミュレーションでは、地下構造モデ
ルを水平方向に 6×8 に分割したそれぞれの部分領域に１つの GPU を割り付けて計算処理を行っている。
計算結果は、GMS の 1D Dump 機能を利用し、地動速度の 1 成分を 1 ファイルとして東西、南北、上下の 3
成分について出力している。1 ファイルには、陸域に約 2km 間隔で設定した約 1.5 万観測点の毎タイムス
テップ（全部で 50000 ステップ=250 秒）の地動速度値が記録されており、1 ファイルで約 12GB である。
以上の計算では TSUBAME2.5 の S キュー（X キュー）

図 4 東京都庁、神奈川県庁地点での、均質震源モを利用し、48GPU（16 ノード）を使用した実行時間は

デル（灰）と不均質震源モデル（赤）による速度応震源モデルの大きさに依存するが概ね1.2～2時間程

答スペクトルの頻度分布。

度であり、TSUBAME2.5 を使用することで数百ケース

4

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2、3、5 秒；減衰 5%）の頻度分布（ヒストグラム）
を図 4 に示す。均質モデル（灰色）と不均質モデル（赤線）に対するヒストグラムは、各周期において数 10～100 倍程度の大きなばらつきを有している。
周期 5 秒では両者の分布にはそれほど大きな違いはみられないが、周期が短くなるにつれ不均質モデルの方が大きな振幅値をもつケースが多くなっている。
本研究で行った均質・不均質モデル（各 274 ケース）の計算結果を用いた長周期地震動の確率論的地
震ハザード評価を行い、不均質性を考慮した効果を調べる。確率論的ハザード評価では地震の発生確率を設定する必要があるが、ここでは地震調査研究推進本部から公表されている確率論的地震動予測地図
で仮定されている相模トラフの地震の発生パターンと各パターンの重み（発生頻度に対応する数値）を利用する。これにより、相模トラフの巨大地震が発生したという条件付きのハザードカーブを任意の地点に対して求めることができる。この作業を面的に

図 5 相模トラフの巨大地震に対する長周期地震動

行い、条件付き超過確率 50％での長周期地震動強さの条件付きハザードマップ。細線で示したのが最大（速度応答）を地図として示したのが図 5 である。

クラスの地震の震源域。

周期 5 秒では均質モデルと不均質モデルから求めたハザードマップに明確な差異は認められないが、周用いられてきた。1 次元構造モデルに基づくグリーン

期 1 秒では不均質モデルによる地図の方が全体的に関数は比較的短時間に計算可能であるが、現実に存

大きな応答値を示している。このように、震源モデ在する様々な不均質性を水平方向に一様としてモデ

ルの不均質性を考慮する効果は確認できたが、今後ル化しており、小規模な不均質構造の影響を受けるは、どの程度の不均質性を付与するのが適切である

短周期の地震波ほど十分な信頼性での計算が困難とかを確認するために、観測記録に基づいた検証が必なる。短周期の地震波は地下構造のみならず震源破要である。

壊過程の詳細な不均質性の情報をも有しており、3次元不均質地下構造モデルを用いた震源過程解析は、

3 次元地下構造モデルを考慮した巨大海溝型

詳細かつ信頼性の高い震源破壊過程を明らかにし、地震の震源過程解析
適切な地震ハザード評価のためには、過去に発生

地震ハザード評価の高度化に資することが可能となした大地震、被害地震の震源破壊過程（震源モデル）

デル（地震調査委員会、2012）等により日本全国にの知見を踏まえて想定震源を設定することも重要で及ぶ 3 次元不均質構造モデルが構築されてきており、ある。震源破壊過程の推定（震源過程解析）では、大規模なグリーン関数データセットの計算について

まず地下構造モデルを仮定して断層面中の小領域

は TSUBAME の GPU 上での GMS を利用した差分計算に（小断層）での単位モーメント解放による応答波形

より現実的な時間内で整備することが可能となった。

（グリーン関数）の計算を行う。震源破壊過程はグ

本研究では2011 年東北地方太平洋沖地震を対象としリーン関数を通じて実際の観測波形と結びつけられて震源過程解析を試行する。東北地方太平洋沖地震

るので、逆解析（インバージョン解析）により推定のような巨大海溝型地震の地震波形には特に、プレすることができる。既往のほとんどの震源過程解析

ート構造から堆積平野の構造まで様々な 3 次元不均

では、大量のグリーン関数の計算が必要となること質の影響が含まれていると考えられ、3 次元地下構造

や、近年まで広い領域に及ぶ詳細な 3 次元不均質地モデルを用いることは非常に重要である。

5.2

る。地下構造モデルについては全国 1 次地下構造モ

下構造モデルが構築されていなかったことから、1

本検討では、3 次元地下構造モデルとして全国 1

次元成層地下構造モデルに基づいたグリーン関数が次地下構造モデルを用い、南北 34°N～41.6°N、東5

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西 136°E～146.2°E、深さ 100 km までの領域につい表2

計算に用いた地震の諸元て浅部域では水平方向 200 m、深さ方向 100 m の格子

発震時

2011/3/10 6:23

で、8 km 以深の領域ではその 3 倍の大きさの格子で震央位置38.17216°N；143.04483°E

震源深さ13.5 km

震源メカニズム

走向 213°；傾斜 23°；すべり角 101°ととした。この地下構造モデルの妥当性を確認する

地震モーメント

5.51×1018 Nm

ために、まず震源領域内で発生した規模のやや小さ

震源時間

5秒

モデル化した。総格子数は 21 億個となる。なお、震源が 8 km に近いときは 2 つの領域の接続による影響を避けるため、10 km までを細かい格子で計算するこい地震の強震波形のシミュレーションを行った。対象とした地震は東北地方太平洋沖地震の破壊開始点の近傍で前日に発生した気象庁マグニチュード 6.8の宮城県沖の地震で、震源メカニズムより東北地方
太平洋沖地震と同様のプレート境界面で発生した地震と考えられる。計算は表 2 に示す諸元を用いて点震源を仮定して行った。図 6 に観測された強震波形と 3 次元地下構造モデルを仮定し GMS を用いて計算された波形及び 1 次元地下構造モデルを仮定し離散化波数積分法を用いて計算された波形の比較を示す。
波形は速度波形で 0.01 Hz から 0.25 Hz のバンドパ
スフィルタをかけている。赤色の 3 次元地下構造モ
デルによる計算波形は、震央距離が比較的近い観測
点（MYG011）から遠い観測点（IBRH19）まで、黒色の観測波形をよく再現している。特に 1 次元地下構造モデルでは計算の難しい後続波部分だけでなく、

図 6

宮城県沖で発生した中規模の地震についての

直達波部分や短い周期の変動の特徴もよく再現され観測波形（黒）と 3 次元地下構造モデルによる計算ており、3 次元地下構造モデルを用いることでグリー

波形（赤）及び 1 次元地下構造モデルによる計算波ン関数を改善できる可能性を示すことができた。

形（青）の比較。

東北地方太平洋沖地震の断層モデルは太平洋プレート境界上面に沿った曲面として設定し、震源過程

部分の振幅が大きくまた継続時間も格段に長いこと解析における離散化として水平方向は等深度線に沿が確認された。また観測点に比較的近い深い小断層って 20 km ごとに、深さ方向には宮城県沖の破壊開については、伝播距離が長くなるにつれ地下構造モ

始点を通る深さ断面で断層面に沿っておよそ 20 km

デルの違いによる差異が大きくなるという特徴が見ごととなるように 287 個の小断層へと分割した。そられた。

してこの断層面モデルに対する 3 次元地下構造モデ

震源インバージョン解析には防災科研の強震観測ルを用いたグリーン関数の計算を行った。グリーン

網 K-NET8 点、KiK-net28 点（図 7a）での 0.01-0.125

関数の震源時間関数として 6 秒幅の smoothed ramp

Hz のバンドパスフィルタをかけた 3 成分速度波形記関数を採用し、地震モーメントを 1.0×1017 Nm とし録を用いた。波形合わせに用いた区間は P 波到達時て各小断層での純粋な左横ずれすべり及び逆断層すからの 195～230 秒間（観測点により異なる）
である。

べりに対する波形を計算した。小断層 1 つの 1 方向

解析手法としては各小断層での震源時間関数を複数のすべりに対して 0.0083 秒間隔（120 Hz サンプリンの基底関数（タイムウィンドウ）で分割して表現すグ）で 300 秒間の記録を得るための 36000 ステップ

ることで線型の逆問題とするマルチタイムウィンドの差分計算を実施し、計算時間は TSUBAME2.5 の S キ

ウ線型波形インバージョン法を用いた。各小断層のューで 48 GPU を利用して約 1 時間となる。1 次元地

タイムウィンドウとして、前段落で述べた 6 秒幅の下構造モデルを用いたグリーン関数と比較すると、

smoothed ramp 関数を 3 秒毎 30 個並べることにより、特に浅い小断層について直達波部分に比べて後続波

最大 93 秒間のすべりを表現した。線形逆問題の6

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(a)

(b)

(c)

図 7 (a)3 次元グリーン関数を用いて推定された東北地方太平洋沖地震の最終すべり分布。解析に用いた強震観測点を合わせて示す。(b) 破壊進展のスナップショット。(c) 観測波形と合成波形の比較。
解を安定的に得るために、不等式拘束条件を用いたいによるグリーン関数の変化に主に起因していると最小二乗法を用いて各小断層について推定されるす考えられる。

べり角に制限を与えた。また推定する各小断層・各図 7b に 10 秒毎のすべり量分布で表した破壊進展

タイムウィンドウでのモーメントレートについて、のスナップショットを示す。破壊開始からの数十秒

小断層毎の面積が異なることを考慮し、面積で除し間は破壊開始点付近で小規模なすべりが生じ 30-40た量に時空間的な平滑化の条件を付加した。

秒後に破壊が最浅部に達した後、100 秒後まで浅い領

図 7a に推定された最終すべり分布を示す。すべり域での破壊が続いた。その間、破壊は宮城県沖を深の大きい領域は宮城県沖を中心に広がっており、特部に向かっても進展し、50-60 秒後より再び破壊開始に海溝軸に近い浅い領域に近づくにつれてすべり量

点付近で大きなすべりが生じ、さらに 70-80 秒後には大きくなり、最大すべり量は 48 m に達する。この断層最深部に破壊が到達した。90-100 秒後から破壊ような特徴は既往の 1 次元地下構造モデルを用いたは南部へも進展し、150 秒後までにほぼ全体の破壊は解析結果（Suzuki et al., 2011）と大局的には整合終了した。図 7c に示す震源過程解析に使用した 36的である。グリーン関数以外の解析条件をすべて同観測点での観測波形と合成波形の比較より、推定さじとした解析結果と比較すると、宮城県沖の最浅部れた震源モデルにより観測波形の特徴がよく再現でのモーメント解放量は減少し、浅部の大すべり領域きたことが分かる。

の南北方向の広がりが狭まると共に、宮城県沖の破壊開始点付近から断層面深部でのモーメント解放量

6.

今年度の進捗状況と今後の展望が増加したという傾向が見られた。これらの特徴の当初計画していた 2 つの研究を進めることができ違いは、浅い小断層についての地下構造モデルの違た。まず、これまでよりも短周期（周期１秒程度）

7

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 26 年度共同研究 最終報告書 2015 年 5 月までを対象とした地震ハザード評価については、5.1

long-period ground motion for the Nankai Troughに示したように、浅部・深部統合地盤モデル、およ

earthquakes,

び不均質性を付与した震源モデルを用いた差分法シSeismic Hazard Assessment Meeting, in Taipei,

ミュレーションを行った。浅部・深部統合地盤モデ

Taiwan.

ルについては、本研究課題とは別に行われているモ

Maeda,

デル構築の進捗の関係で暫定版を用いた解析となっFujiwara(2014) Finite-difference simulation of

たが、特に浅部地盤を考慮する効果と課題を確認す

long-period ground motion for the Nankai Troughることができた。また、震源モデルに関しても、多megathrust earthquakes, 8-th Biennial Workshop

数のシミュレーション結果に基づいて断層破壊の不on Japan-Kamchatka-Alaska Subduction Processes,

均質性を考慮する効果と課題を示すことができた。

Sapporo.

今後は、どの程度の不均質性を考慮すべきかを観測

Maeda, T., N. Morikawa, A. Iwaki, S. Aoi, and H.

記録との比較から明らかにすることで、浅部・深部

Fujiwara

統合地盤モデルと不均質震源モデルを組み合わせた

Assessment for Long-Period Ground Motions of the

地震動シミュレーションに基づいた周期 1 秒程度まNankai Trough Megathrust Earthquake, Abstractsでの長周期地震動のハザード評価を目指す。

of 2014 Fall meeting of AGU, S31C-4438, in San

T.,

2014

N.

Taiwan-Japan-New

Morikawa,(2014)S.

Aoi,

ZealandandSimulation-BasedH.

Hazard

GMS のシミュレーション結果を用いた巨大海溝型

Francisco, USA.

地震の震源過程解析については、5.2 に示したように(4) 国内会議発表

中規模地震のシミュレーションにより 3 次元地下構

前田宜浩・森川信之・青井真・藤原広行（2014）南造モデルの妥当性を確認した上で、287 個の小断層に海トラフの海溝型巨大地震を対象とした長周期地

ついて逆断層すべりと横ずれ断層すべり 2 方向のす

震動ハザード評価，日本地球惑星科学連合 2014 年

べりに対する総計 574 個のグリーン関数を TSUBAME大会，SSS23-13．

の GPU 上での GMS を利用した差分計算により現実的

森川信之・前田宜浩・岩城麻子・今井隆太・青井真・な時間内で計算を実現した。これまでの震源過程解藤原広行（2014）相模トラフの海溝型巨大地震を対析で利用してきた 1 次元地下構造より現実的な、こ象とした長周期地震動ハザード評価へ向けた検討，の 3 次元地下構造モデルから計算されたグリーン関

日本地球惑星科学連合 2014 年大会，SSS23-14．

数を用いて震源過程解析を実施し、地下構造モデル

青井真（2014）GPU を用いた大規模シミュレーションの違いの影響が大きく現れると考えられる断層面浅による地震ハザード評価，GPU テクノロジ・カンフ

部域での特徴について興味深い知見が得られ、当初

ァレンス，2014-7003．

計画通り海溝型地震の震源過程解析の高度化を進め

前田宜浩・森川信之・岩城麻子・青井真・藤原広行

ることができた。今後の展開として、詳細な 3 次元

（2014）震源モデルの不確実性を考慮した南海トラ地下構造モデルの検討とその地下構造モデルを利用

フの海溝型巨大地震の長周期地震動ハザード評価，

した解析を実施することにより、さらに詳細な震源

日本地震工学シンポジウム，OS1-Sat-PM1-6．

の不均質破壊過程や中小構造物被害に関わるさらに

岩城麻子・森川信之・前田宜浩・今井隆太・青井 真・

短い周期の地震波に関わる震源モデル構築について

藤原広行（2014）相模トラフの海溝型巨大地震の長研究を進展することが期待される。

周期地震動ハザード評価に向けた検討，日本地震工学シンポジウム，OS1-Sat-PM1-7．

7.

Aoi, S. (2015) Application of GPGPU to Seismic

研究成果リスト(1) 学術論文
青井真・前田宜浩・青木尊之（2014）GPGPU による

Hazard Assessment, Annual Meeting on Advanced

地震ハザード評価，TSUBAME ESJ.，11，13-17．

(5) その他（特許，プレス発表，著書等）(2) 国際会議プロシーディングス(3) 国際会議発表

本プロジェクトで得られたシミュレーション結果の一部は、地震調査研究推進本部（文部科学省）のMaeda, T., N. Morikawa, S. Aoi, and H. Fujiwara

もとに設置された強震動評価部会等の委員会に資料(2014)

提供され、現在審議されており、長周期地震動予測

Finite-difference

simulation

Computing System and Infrastructure 2015.

ofなどのハザード評価に活用される予定である。

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