「長周期地震動予測地図」2009年試作版

付録２.

「レシピ」における地下構造モデルの作成法「震源断層を特定した地震の強震動予測手法（「レシピ」）」（地震調査委員会, 2009c）は、地震調査委員会において実施してきた強震動評価に関する検討結果から、強震動予測手法の構成要素となる震源特性、地下構造モデル、強震動計算、予測結果の検証の現状における手法や震源特性パラメータの設定にあたっての考え方について取りまとめたものです。ここでは、長周期地震動の予測において関係の深い、地下構造モデルの作成法が記述された2章を抜粋して掲載します。
2. 地下構造モデルの作成
詳細な強震動評価における地下構造モデルの主なパラメータとしては、成層構造を前提にすれば各層の密度、P波･S波速度、Q値および層境界面の形状などがあり、対象を、・地震波の伝播経路となる上部マントルを含む、地震基盤1までの地殻構造（以下、「地震基盤以深の地殻構造」と呼ぶ）
・主に地震波の長周期成分の増幅に影響を与える、地震基盤から工学的基盤2までの地盤構造（以下、「深い地盤構造」と呼ぶ）
・主に地震波の短周期成分の増幅に影響を与える、工学的基盤から地表までの地盤構造（以下、「浅い地盤構造」と呼ぶ）の3つに分けてモデル化を行う。以下では、それぞれのモデル化手法について、その考え方を説明する。なお、後述するハイブリッド合成法では「地震基盤以深の地殻構造」と「深い地盤構造」を合体させた3次元地下構造モデルが必要となる。

地表表面波
表面波

浅い地盤構造工学的基盤
S波速度300～700m/s
程度の地盤の上面

実体波
深い地盤構造震源断層
地震基盤以深の地殻構造

地震基盤

S波速度3km/s程度の地殻最上部

地下構造モデルの模式図
1

地殻最上部にあるS波速度3km/s程度の堅硬な岩盤。
建築や土木等の工学分野で構造物を設計するとき、地震動設定の基礎とする良好な地盤のことで、そのS波速度は、構造物の種類や地盤の状況によって異なるが、多くの場合、300m/s～700m/s程度である。
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2.1 「地震基盤以深の地殻構造」
上部マントルから地震基盤までの「地震基盤以深の地殻構造」は、震源インバージョン解析で用いられているモデルや大規模弾性波探査、基礎試錐等の大深度ボーリングの結果、震源決定に使われているモデル、地震観測データを使用した三次元地震波速度構造（例えば、Zhao et al., 1994；Matsubara et al., 2005）等を参照してモデル化を行う。また、海溝型地震等で海域のモデルが必要な場合にも同様な方法でモデル化を行う（例えば、田中・他, 2006）。
2.2 「深い地盤構造」
2.2.1 通常の場合「深い地盤構造」のモデル化においては、まず地質情報や各種構造探査のデータを用いて、下記の標準的なモデル化手法（纐纈, 2006; Koketsu et al., 2009）の手順 (1) ～ (2) により０次モデル3を構築する。次に、面的に存在する探査データを用いて、手順 (3) ～ (5) により精度の高い層境界面の形状を持った0.5次モデルを構築する。ただし、面的な探査データが存在しない場合には、地震観測記録のスペクトル比等を用いて、手順 (6) を先取りすることにより0.5次モデルを構築する。最後に、地震観測記録の波形やスペクトル比等を用いて、手順 (6) ～ (7) により１次モデルを構築し最終モデルとする。なお、モデル化の過程においては、状況に応じて低次のモデル化に立ち戻ることを妨げない。こうした「深い地盤構造」のモデル化の流れを付図6に示す。
手順(1)
表層地質やボーリング柱状図などの地質情報や各種構造探査の結果から総合的に判断して、速度構造と地質構造の対比を行う（「総合的判断」の手順は鈴木, 1996；藤原・他, 2006などを参考）。

既往モデルにおける層区分の対応関係
藤原・他（2006）

深層観測井のP波速度分布と地層の対比 鈴木 (1996)3

これまで実施した強震動評価および防災科学技術研究所の取組みにより､「深い地盤構造」の全国０次モデル（藤原・他, 2006）が完成しつつあるので、これを利用することができる。全国１次モデルの構築も平成21年度末を目途に進められている（纐纈・他, 2008）。

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中深層地殻活動観測井を利用した検層結果

山水 (2004)

手順(2)
手順(1)の対比結果に基づき、屈折法探査、反射法探査、ボーリング検層、微動探査，自然地震記録のスペクトル比解析などの結果を参照して各層にP波およびS波速度と密度を与える。
手順(3)
工学的基盤上面の形状は、微動探査結果やボーリング情報等を補間して求める。また、必要ならば、基盤がごく浅い地域にも風化層を設定する。

工学的基盤上面深度分布
山中･山田（2002）

手順(4)断層や褶曲の形状など、不連続な構造に関する情報を収集する。反射法やボーリング検層のデータは、用いる速度構造が手順(2)の速度と矛盾しないように注意して深度へ変換する。

関東地域の深層ボーリング（丸印、黒丸は基盤到達）と反射法探査測線（灰色実線）。灰色領域では基盤がほぼ露頭。
纐纈 (2006）- 60 -

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手順(5)面的に存在する探査データ（屈折法探査や重力探査など）や地質コンター図などを用いて、各速度層を区切る境界面の形状を決定する。決定はインバージョンで行うが，十分なデータがない場合は補間などの順解法を用いる。手順(4)の情報やデータはインバージョンの拘束条件あるいは補間の追加データとして扱う。
左図：
首都圏での屈折法探査
Afnimar et al. (2002)

右図：
フリーエア異常図
Afnimar et al. (2003)

手順(6)K-NETやKiK-netなどの自然地震記録に対してスペクトル比解析（この解析も可能ならインバージョンで行う）などを適用して得られた、複数の観測点における速度構造を用いて、地下構造モデルを調整・修正する。

地震観測記録と計算波形のH/V
スペクトル比田中・他 (2005）

手順(7)観測記録のある中規模地震をいくつか選び、手順(6)の調整された地下構造モデルを用いて、各観測点における地震動をシミュレーションする。その結果が観測記録に一致するようにモデルをさらに調整する（この調整も可能ならインバージョンで行う）。

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観測波形と地震動シミュレーションによる波形の比較
および速度モデルの修正結果
Hikima and Koketsu (2004)なお、Q値については、地震観測記録を説明できるように適切に値を決めることが必要である。
参考までにこれまでの地震調査委員会における強震動評価で用いた値を既往研究と比較して下図に示す。

1400

41200

2
推本･強震動評価
清野(2005)
Brocher (2008)(2006)

100.0

推本･強震動評価
清野(2005)
Brocher (2008)(2006)

1000
Qslog Qs

3800
600
400
2000

1.0

2.0

3.0

4.0

5.00.0Vs (km/s)

1.0

2.03.0Vs (km/s)

4.0

5.0

S波速度(VS)とQ値(QS)の関係
2.2.2 水平成層構造が仮定できる場合
水平成層構造が想定可能なことがあらかじめわかっている場合には、水平成層構造に対する強震動の理論計算がはるかに容易であるから、3次元的に不均質なモデルをあえて作ることは適切でない。
水平成層構造モデルは「地震基盤以深の地殻構造」と同様の方法、震源インバージョン解析で用いられているモデルや、大規模弾性波探査や基礎試錐等の大深度ボーリングの結果、震源決定に使われているモデル等を参照してモデル化を行う。

2.3 「浅い地盤構造」「浅い地盤構造」の地下構造モデルは、表層地質データや地盤調査に利用されているボーリング- 62 -

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データを収集して一次元速度構造モデルを作成するのが基本である。浅い地盤で強震時に発生する可能性のある非線形現象を高い精度で評価するためにも、こうしたモデル化が必要である。しかしながら、「浅い地盤構造」は水平方向に局所的に大きく変化することが稀ではなく、面的に精度よく詳細なモデルを作成するためには膨大なデータの収集を必要とし、多くの労力を要する。また、利用可能なボーリング情報がほとんど存在しない地域も多い4。そのため、面的に「浅い地盤構造」を評価するにあたっては、国土数値情報などの地形・地盤分類を基に経験的な方法により増幅率を算出するモデル化が考案されている。ここでは、これらの手法として、「浅い地盤構造」のボーリングデータによるモデル化の方法と面的な評価によるモデル化の方法について説明する。
2.3.1 ボーリングデータによるモデル化の方法
ボーリングデータによるモデル化の方法では、ボーリング地点の一次元成層構造の密度、P･S波速度、層厚、減衰特性の設定を行う（例えば、高橋・福和, 2006）。さらに、「浅い地盤構造」は大地震により大きなひずみを受けると非線形な挙動を示すことから、非線形特性を表すパラメータの設定を行う必要がある。これについては、土質試験を行って設定するのが望ましいが、当該地盤に対する土質試験結果が得られない場合には既往の土質試験結果を用いて設定する。
この方法は、一般的にボーリングデータの存在する地点でのみ評価可能となるが、面的に評価するにあたっては、多数のボーリングデータや地形・地質データを収集し、地形・地質から区分できる地域ごとに代表となるボーリング柱状図を抽出し、これを分割した領域ごとに当てはめる方法がある。このとき、分割した領域の大きさは東西－南北約500mないし約250mとすることが多い。
2.3.2 面的な評価によるモデル化の方法
面的な評価によるモデル化の方法としては、松岡・翠川 (1994) や藤本・翠川 (2003) による国土数値情報を利用した方法が代表的である。この方法では、全国を網羅した約1kmメッシュの領域ごとの国土数値情報のうち、地形区分データや標高データ等を利用して、新たに作成した微地形区分データから、「浅い地盤構造」による最大速度の増幅率を算出する。
最近では、日本全国の地形・地盤を統一した分類基準によって再評価した日本全国地形・地盤分
類メッシュマップが構築されている（若松・他, 2004、3.2.1 参照）。これらの方法を用いれば、全国を約1kmメッシュまたは250mメッシュの領域ごとに、比較的簡便に「浅い地盤構造」をモデル化することができる。

4 ボーリングデータが実は存在したとしても、有効利用の仕組みが不十分なためにデータが散逸しているのが実情である。地域の防災対策のためにも、今後、産学官の協力の下でデータを組織的にかつ継続的に統合化し、地下構造データベースとして整備していく仕組み作りが必要と考えられ、科学技術振興調整費による「統合化地下構造データベースの構築」のプロジェクト（藤原, 2007）などの成果が期待される。

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各種構造探査の結果
・屈折法探査・反射法探査・重力探査・微動探査・速度検層（等）

地質情報
・地形図
・地質図
・地質断面図・コンター図
・ボーリング柱状図（等）手順(1)速度構造と地質構造の対比により１次元成層構造を決定
手順(2)
各層の速度等や層境界面形状の初期モデルを推定

３次元成層構造モデル（0次モデル）
必要に応じ再検討、新たな調査結果等を反映、もしくは新たな調査を行い、新しい情報を組み入れる

微動探査やボーリング情報等（必要ならば風化層設定）
不連続な構造の情報（断層・褶曲等）手順(3)～(5)３次元成層構造モデル（0.5次モデル）

面的探査データ（屈折法探査、重力探査等）

手順(6)

地震観測記録

地震観測記録のスペクトル比等による調整（面的探査データがない場合の0.5次モデル）
手順(7)

地震観測記録・シミュレーション結果

地震動シミュレーション結果と地震観測記録による調整（波形形状・スペクトル比等）

強震動評価のための深い地盤構造モデル（1次モデル）

付図6

強震動評価のための深い地盤構造モデル作成の流れ- 66 -

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発行
編集

2009 年 9 月
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FAX (03)6734-4139
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http://www.jishin.go.jp/