Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
て、岩手・宮城内陸地震の二つの土砂災害地における技術的判断の道筋について記した。本報告で示した調査及び考察内容を一般化すれば、次のように言える。

・活動地点からだけではなく遠望や上方から観察した。

これは調査を確実に行う上で有効であった。

・対象を、地形・地質（土質）・水理などに分けて観察した。

これは、考察を多角的に行うために必要である。

・危険性をその空間的大きさに分けて考えた。現場では評価しようもない危険性もあり、情報を集める或いは、要請する事も必要であると感じた。

観察した事柄、考察の内容について、なるべく忠実に記載するよう努めたが、その後得た情報に伴い、変化してしまった部分もあるかも知れない。また、ある研究者からは、災害対応という不確定な状況における判断を正確に記述できるか、さらに、正確に理解されるか、という疑問も呈された。とはいえ、記録を残しておかなければ次の段階へ進めないと考え、この報告を作成した。安全で効率的な捜索救助活動を考え実施していく上で役に立てば幸いである。

活動中、次に記す機関に所属する方々から貴重な情報・助言を頂いた。感謝と敬意を申し上げます。(株)復建技術コンサルタント、国交省岩手河川国道事務所一関出張所、土木研究所。活動にあたっては、栗原市消防本部、仙台市消防局、さいたま市消防局、千葉市消防局、宮城県、陸上自衛隊、消防庁防災課の皆様から支援を頂いた。感謝します。

末筆ながら、今回の災害で犠牲になられた方のご冥福をお祈り申し上げます。また、ご家族の方々に心よりお見舞い申し上げます。

### 7. 引用文献

1）消防研究所：斜面崩壊現場の二次崩壊危険度予測手法に関する研究報告書、消防研究所研究資料第70号、p.59（2006）

2）八木浩司・佐藤剛・山科真一・山崎孝成：2008年岩手・宮城内陸地震によって発生した地すべり・崩壊分布図Ver12、日本地すべり学会HP（http://japanlandslide-socorg/）（2008）

3）国土地理院：平成20年岩手·宮城内陸地震災害状況

図、国土地理院 HP（http://www.gsi.go.jp/）（2008）

4）新井場公徳：崩壊面から湧出する地下水の赤外画像による遠隔観測、日本地すべり学会誌、Vol42,No1、pp. 34-39（2005）

5）鈴木太郎・目黒淳一・瀧口純一・佐藤幸一・畑山満則・天野嘉春・橋詰匠：小型自律飛行機を用いた高精度三次元計測、日本機械学会ロボティクス・メカトロ

ニクス講演会 2007 講演論文集 ,2A2-B05 (2007)

6）小野里雅彦：災害用係留型情報気球 InfoBalloon の開発、第9回計測自動制御学会システムインテクグレーション部門講演会講演概要集、1A3-4（2008）

7）応用地質株式会社：岩手・宮城内陸地震の被害調査、第35回OYO展講演会資料（2008）
# Report of technical assistance to the rescue operation in damaged site by sediment related disaster caused by The Iwate-Miyagi Nairiku Earthquake in 2008

(Abstract)

Kiminori Araiba, Hiroyuki Tamura, Kanji Sugii and Hiroki Kita

(Accepted January 5, 2009)

This report describes details of the technical assistance activity done by National Research Institute of Fire and Disaster during search and rescue operation of fire brigades after 2008 Iwate-Miyagi Nairiku Earthquake. We conducted aerial investigation with a helicopter and field investigation in two sites of sediment-related disasters. One site is the rescue site where one person was missing in a deposit of surface failure and the other is the searching site where many landslides had occurred and plural persons were reported missing. Potential risks of secondary disaster were analyzed and mitigation measures were suggested depend on the result of investigations. Results of these investigations and process of analysis were presented in this report. Technical problems whose solution will enhance us more reliable and objective risk analysis and desirable technologies which will make the search and rescue operation in a landslide site safer and more effective are discussed.
技術報告

# 緊急地震速報に基づくリアルタイムスロッシング予測

座間 信作、遠藤 真

(平成21年1月13日受理)

### 1. はじめに

2003年十勝沖地震では、石油タンク火災2基、浮き屋根・浮き蓋沈没7基などの甚大な被害を被った。石油タンクのスロッシングによる被害を全くなくすことは、構造的耐震性を高めることで不可能ではないだろうが、現時点ではコスト的に成立しにくい。そこで、被害の軽減を図るための耐震強度向上等の予防的方法と併せ、応急対応を効率的に行うことによって、被害を極小化することが考えられる。

1983 年日本海中部地震直後に出された通達 $ ^{1)} $ では、「自衛消防体制の整備、消火設備の維持管理の一層の徹底を図る。本震による出火がない場合でも余震に備えて消火設備の起動試験、化学消防自動車の出動準備等の措置をとる。地震によっては溢流が避けられないことがあることから、引火防止、溢流危険物の拡散防止等を図るための可燃性蒸気の濃度測定、泡放射による流出油面の被覆、土囊積み等の措置を直ちに講ずること」が挙げられている。2003年十勝沖地震後においては、「効率的なパトロールの実施、職員の非常参集、人員、資器材の効率的運用等」も掲げられた $ ^{2)} $ 。

このような措置をできるだけ迅速・的確に行うためには、まず地震直後にどのタンクでどのような被害が発生し得るのかを即時的に判断し、それに基づいた効率的な点検、対応を行うことが重要である。この目的のために、地震動観測記録に基づくリアルタイムシステムが構築されてきている $ ^{3,4} $ 。しかし、地震記録が得られた後での情報周知には通信の輻軾による遅延が考えられる。例えば、消防研究センターが試運用している被害推定結果のメール配信システム $ ^{5} $ では、殆どの場合には発震後10分以内で受信できているが、2008年7月24日午前0時26分頃発生した岩手県沿岸北部の地震（地震規模M6.8、最大震度6弱）では、約50分後の午前01時14分に被害推定結果を受信している。その遅延の理由は不明であるが、より確実な周知のためには、大地震直後に懸念される通信の輻軾が始まる前のより早い段階で情報発信できることが望ましい。そこで、2007年から運用が開始された緊急地震速報のスロッシング予測への利用可能性について検討を行ったので報告する。

### 2. 緊急地震速報とは

緊急地震速報は“地震の発生直後に、震源に近い地震計でとらえた観測データを解析して震源や地震の規模を直ちに推定し、これに基づいて各地での主要動の到達時刻や震度を推定し、可能な限り素早く知らせる情報” $ ^{6} $ である。緊急地震速報を有効に活用するためには、できるだけ迅速、正確に情報を周知させることが必要で、そのため、最も早く地震波を検知した地震計でまず震源情報の推定を行い、地震規模や推定震度が設定基準を超えた場合に第1報を発表することになっている。その後時間の経過とともに地震波を検知する地震計が増える度に、計算を繰り返して第2報以降を発表する。

緊急地震速報には一般向けと高度利用者向けがある。高度利用者向け緊急地震速報では、地震の発生時刻、地震の発生場所（震源）の推定値、地震規模の推定値の他、推定される最大震度が震度4以上のときは、地域名に加えて、震度5弱以上と推定される地域の揺れの大きさ（震度）の推定値（予測震度）、その地域への大きな揺れ（主要動）の到達時刻の推定値（主要動到達予測時刻）が発表される。

一方、2007年10月1日から開始された一般向け発表においては、地震波が2点以上の地震観測点で観測され、最大震度が5弱以上と推定された場合に、地震の発生時刻、発生場所（震源）の推定値、地震発生場所の震央地名、強い揺れ（震度5弱以上）が推定される地域及び震度4が推定される地域名（全国約200地域）が発表されるが、具体的な震度と猶予時間は発表されない。

気象庁からの緊急地震速報の周知方法の一つとして、衛星を介する消防庁全国瞬時警報システム（J-ALERT）がある。例えば、2008年岩手・宮城内陸地震での
J-ALERT による第 7 報の受信データは以下 (左) の通りである。ここで、各行の右にはその意味を示してある。CNT, 07

EID, 20080614084350

第7報

DATETIME, 080614084345

最初の地震波検知時刻

(2008年6月14日8時43分50秒)

発震時

POSITION, 390, 1409

CENTER, 213, 010, 69, 6+

EBI001、213, 6+, /////

EBI002、220, 6-, /////

EBI003、233, 6-, /////

EBI012、210, 04, 084414

EBI013、243, 04, 084416

$$ \begin{aligned}&(2008 年 6 月 14 日 8 時 43 分 45 秒 )\\& 震央 \\ \end{aligned} $$

震央に最も近い計算地点、深さ10km、M6.9、予想震度6強

计算地点、震度 6 验

计算地点、震度 6 弱

以下同、略

计算地点、震度 4、

到達時刻 (8 時 44 分 14 秒)

以下同、略

### 3. 緊急地震速報を用いたスロッシング予測の考え方

前章で述べたように、高度利用者向け緊急地震速報は震央、深さ、地震規模（M）、決められた地点の予測震度、到達予測時刻からなり、時々刻々発表される。地震動の強さの一指標である震度は、Mと震源距離Xの関数として与えられる距離減衰式を用いて算出される工学の基盤における最大速度に地表地盤の増幅度を乗ずることで地表での最大速度を計算し、震度に変換することで与えられる $ ^{7} $ 。

一方、石油タンクのスロッシングの励起に係わる長周期地震動に対する距離減衰式については、研究例が極めて少ない。ここでは、座間(2000) $ ^{8)} $ が提案している手法を採用する。そこでは、長周期地震動が主に表面波から構成されているとし、その励起（震源）と伝播経路の影響を考慮することが必要という認識に基づき、地震地体構造区分ごとに地震記録を分析して距離減衰式を与えている。震度を求める際に用いられている距離減衰式では、実体波（主にS波）を対象としており、震源から工学の基盤（S波速度～400m/sec）までの減衰特性は、地域に依らず距離の関数で与えられている。しかし表面波を対象とした場合には、震源域と観測点の組み合わせごとに減衰特性（伝播特性）が大きく変わる場合があることが知られている $ ^{9)} $ 。そこで、地震観測記録に基づいて決定される地域特性（周期の関数）をデータベースに持ち、Mと震央距離rの関数である標準距離減衰式をその地域特性で補正するという考え方をとる。具体的には以下の通りである。

スロッシング最大波高等は速度応答スペクトルでほぼ規定される $ ^{10)} $ 。この速度応答スペクトルを与える標準距離減衰式Fcは、以下のように与えられる $ ^{8)} $ 。

海溝型地震に対して：

$$ \begin{aligned}&\mathrm{Fc}(\mathrm{T})=4.8\cdot10^{0.5\mathrm{M}-1.5}\exp(-\alpha\cdot\mathrm{r})/\mathrm{r}^{0.5}\\ &\quad(6.9\leqq\mathrm{M})\quad(1)\\ &\mathrm{Fc}(\mathrm{T})=4.8\cdot10^{1.25\mathrm{M}-6.7}\exp(-\alpha\cdot\mathrm{r})/\mathrm{r}^{0.5}\\ &\quad(6.2\leqq\mathrm{M}<6.9)(2)\\ &\mathrm{Fc}(\mathrm{T})=4.8\cdot10^{0.5\mathrm{M}-2.1}\exp(-\alpha\cdot\mathrm{r})/\mathrm{r}^{0.5}\\ &\quad(M<6.2)\quad(3)\\ & 内陸地震 に対して :\\ &\mathrm{Fc}(\mathrm{T})=4.8\cdot10^{0.5\mathrm{M}-2}\exp(-\alpha\cdot\mathrm{r})/\mathrm{r}^{0.5}\\ &\quad(6.8\leqq\mathrm{M})\quad(4)\\ &\mathrm{Fc}(\mathrm{T})=4.8\cdot10^{0.6\mathrm{M}-2.76}\exp(-\alpha\cdot\mathrm{r})/\mathrm{r}^{0.5}\\ &\quad(6.4\leqq\mathrm{M}<6.8)(5)\\ &\mathrm{Fc}(\mathrm{T})=4.8\cdot10^{0.9\mathrm{M}-4.68}\exp(-\alpha\cdot\mathrm{r})/\mathrm{r}^{0.5}\\ &\quad(M<6.4)\quad(6)\\ & ここで、\alpha=0.001\mathrm{km}^{-1}。\\ \end{aligned} $$

Fc(T) と観測スペクトル Fo(T) の比の平均を地震地体構造区分と観測点ごとに求め、これを地域特性 R(T) とすると、対象とする地震 [M, r] に対しては、Fc(T, M, r)・R(T) によって簡単に速度応答スペクトルを得ることができる。

### 4. 長周期地震動の地域特性のデータベース化

### 4.1 データ

1995 年兵庫県南部地震以降、K-NET に代表されるように極めて多数の強震計が設置されている。しかし、加速度計であるため、ほとんどの場合、記録長は1 分程度であり、主に表面波からなるやや長周期地震動の解析には不十分といえる。なお、最新の強震計 $ ^{11)} $ では十分な記録長と分解能をもっているが、利用できる観測データは少ない。そこで、ここでは周期5～6 秒の固有周期を持つ気象庁一倍強震計の記録に着目する。一倍強震計は1950年から約40年間、日本全国の多くの気象官署に設置されていたことから、全国のやや長周期地震動の地域特性を把握するには非常に適している。用いた地震記録は、各官署に保管されている1950年以降の永久保存対象となっている一倍強震計記録のうち、最大振幅が記録紙上1 mm以上でかつMが6以上、震源深さ60km以下のものの等倍コピー、およびマイクロフィルムの等倍焼き付けされたものである。

### 4.2 地域特性と長周期地震動予測

図1に、気象庁(1990) $ ^{12)} $ が東京の強震記録を纏める際に採用した13の地震地体構造区分（地震の起こり方が共通すると考えられる震源地区分）およびデータベース化の対象とした35の気象官署を示す。ある観測点iにおいて、震源地区分j内の地震に対する、平滑化された観測
図1 用いた地震地体構造区分 $ ^{12)} $ と観測点（気象官署）

加速度フーリエスペクトル Fo(T) と Fc(T) との比の平均値と分散を地域特性 R ij(T) とし、35（観測点）×13（震源地区分）の R ij(T : 2～20sec) に関するデータベースを作成した。なお、ここでは平滑化された加速度フーリエスペクトルが微小減衰の速度応答スペクトル Sv に等しいものとしている。

緊急地震速報で震源座標が与えられたときには、以下の手順でスペクトルの予測を行う。

1）震源が図1の地体構造区分のどこに含まれるかを計算する。

2）該当する R ij(T) を抽出する。

3）震源座標と観測（＝予測対象）点座標とから震央距離rを求める。

4）海溝型と内陸型地震との判別および、Mから、用いるべき距離減衰式 $ \mathrm{Fc}(\mathrm{T}, \mathrm{M}, \mathrm{r}) $ を(1)～(6)の中から選択する。

5）$\mathrm{Fc}(\mathrm{T},\mathrm{M},\mathrm{r})\cdot\mathrm{R}_{\mathrm{ij}}(\mathrm{T})$ によってスペクトルを推定する。

### 5. 適用例

ここでは、2008年岩手・宮城内陸地震（8時43分45秒発生、M7.2、北緯39°01.7'、東経140°52.8'、深さ8km）時の緊急地震速報に適用し、仙台地区コンビナートでの地震観測結果と比較してみた。ただし、注意すべきは、予測は地震観測点（仙台塩釜港北側）から約10km西の気象官署に対してであることである。

表1は気象庁から発信された緊急地震速報（一部） $ ^{13)} $ である。第1報は地震発生後約9秒で、その後第10報まで約1分間に亘って発表されている。震央の推定位置は、図2 $ ^{13)} $ のように変化するが第3報以降は変わらない。一方、Mは5.7から第8報以降の7.0まで大きく変化している。これらの値を用いて予測した、仙台（管区気象台）での予測速度応答スペクトルSvを図3に示す。第1報はMが小さいため、最終報と比べてSvは1桁小さくなっている。図3には、消防研究センターが仙台のコンビナート地区に設置した地震計の記録から得たSv（図中「観測値」）も示してあるが、周期6～7秒を除き、8～10報に基づ

表 1 緊急地震速報の例 (2008年岩手・宮城内陸地震) $ ^{11)} $

提供時刻等	震源要素等
地震波検知からの経過時間(秒)	震源要素
経緯	東経	深さ	マグニチュード
地震波検知時刻	08時43分50.7秒	—	—	—	—	—
1	08時43分54.2秒	3.5	38.9	141.1	10km	5.7
2	08時43分55.2秒	4.5	39.1	141.0	10km	6.1
3	08時43分56.1秒	5.4	39.0	140.9	10km	6.2
4	08時43分56.8秒	6.1	39.0	140.9	10km	6.3
5	08時43分59.1秒	8.4	39.0	140.9	10km	6.7
6	08時44分02.1秒	11.4	39.0	140.9	10km	6.7
7	08時44分13.1秒	22.4	39.0	140.9	10km	6.9
8	08時44分21.1秒	30.4	39.0	140.9	10km	7.0
9	08時44分42.1秒	51.4	39.0	140.9	10km	7.0
10	08時44分53.6秒	62.9	39.0	140.9	10km	7.0

図2 2008年岩手・宮城内陸地震に対する地震速報による震央 $ ^{11)} $
図3 仙台での速度応答スペクトルの予測と観測との比較

く予測スペクトルとほぼ一致する。これらの値からスロッシング最大波高 $ \eta_{max} $ は、次式によって簡単に求めることができる $ ^{10)} $ 。

$$ \eta_{max}=D/2g\cdot0.837(2\pi/Ts)\cdot Sv $$

ここで、D、g、Tsはタンク直径、重力加速度およびDと液高できまるスロッシング固有周期である。

過去の事例では、数 km しか離れていなくてもスペクトル振幅が相当異なることが認められる $ ^{14,15} $ 。従って、周期 6～7 秒での観測と予測スペクトルとの相違については、地震観測点と気象官署とが 10km 程度離れているため、地震動特性が異なることが要因の一つと考えられるが、今後の検討を必要とする。

### 6. おわりに

2007年10月から提供が開始された緊急地震速報を用いて、石油タンクのスロッシングの迅速評価の可能性について検討した。適用例で示した岩手・宮城内陸地震の場合には地震発生の約36秒後（第8報）の情報を用いてほぼ観測値を評価できることが確認でき、緊急地震速報が石油タンクのスロッシング予測に有効であること分かった。

1 地震に対して何度か発表される緊急地震速報のごく初期の情報は、この例ではスロッシング予測を過小評価するため用いることはできないが、第10報（最終報）であれば、相当の精度で予測が可能である。しかも、最終報であっても、発震の1分後程度の遅延であることから、通信の輻軾に巻き込まれる恐れはほとんどないと考えられる。従って、緊急地震速報を用いる場合には、最終報あるいは第10報を目途として利用することが考えられる。なお、長周期地震動といえども、数km離れた地点間で大きくその特性が異なることもあるので、予測に用いる距離減衰式はタンクサイトでの地震観測記録に基づくことが望ましい。

また、実用化においては、タンクごとの液高をリアルタイムに取得し、スロッシング固有周期を計算しておく必要がある。これによって、浮き屋根に働く応力 $ ^{16} $ 、内溶液の溢流量 $ ^{17} $ などに関する情報も得ることが可能であり、それらの情報を共有することによって、地震直後の安全確保のための迅速・的確な対応が期待される。

## 謝辞

J-ALERTを介した緊急地震速報の例については(株)理経から提供を受けました。また、消防庁畑山健博士、消防研究センター足立幸佳嬢には地震観測データについてご協力いただきました。ここに記して謝意を表します。

## 参考文献

1）消防庁危険物規制課長通達：危険物施設の地震対策について、昭和58年5月31日

2）消防庁：危険物の規制に関する規則の一部を改正する省令等の施行について、消防危第14号(2005)

3）座間信作、畑山健、吉田聖一、河野和間、関根和喜、丸山裕章：石油備蓄基地のリアルタイム地震被害評価システムの構築、圧力技術 40-3、pp.26-37(2002)

4）大保直人、加藤健治：リアルタイムスロッシング評価システム、大型タンクのスロッシングに関する耐震・制振・免震等技術のミニシンポジウム講演概要集、pp.15-18(2005)

5）遠藤 真、座間信作：リアルタイム地震被害想定と情報配信、消防研究所報告、103、pp.52-63(2007)

6） 気象庁 HP: http://www.seisvol.kishou.go.jp/eq/

EEW/kaisetsu/Whats_EEW.html

7）気象庁：緊急地震速報の概要や処理手法に関する技術的参考资料、http://www.seisvol.kishou.go.jp/eq/EEW/kaisetsu/Whats_EEW/reference.pdf

8）座間信作：やや長周期帯域における加速度スペクトルの半経験的表現、消防研究所報告、89、pp.1-10(2000)

9）例えば、座間信作：気象庁1倍強震計記録に見られるやや長周期地震動の地域特性（その1）、消防研究所報告、72、pp.11-23(1991)

10）坂井藤一：円筒形液体タンクの耐震設計法に関する2,3の提案、压力技術、18、pp.16-23(1980)

11) Aoi, S., Kunugi, T., Adachi, S., Nakamura, H., Morikawa, N., Obara, K., and Fujiwara, K.: Implementation of Real-Time Capability of Strong-Motion Seismographs Network KiK-net, Abstracts of the 7th General Assembly of Asian Seismological Commission, p.26(2008)
12）気象庁地震火山部地震津波監視課：気象庁（東京）で観測された強震記録 (1927年～1989年) (1990)

13) 気象庁 HP: http://www.seisvol.kishou.go.jp/eq/EEW/kaisetsu/joho/20080614084350/content/content_out.html

14）座間信作、井上涼介：北海道南西沖地震による石油タンクのスロッシング、消防研究所報告、7、pp.1-10（1994）

15）畑山健、座間信作：平成15年（2003年）十勝沖地震の際の長周期地震動の特徴，消防研究所報告、97、pp.15-25(2004)

16）消防庁：危険物の規制に関する技術上の基準の細目を定める告示の一部を改正する件、2005年1月

17）西晴樹、山田實、座間信作、御子柴正、箕輪親宏：

石油タンクのスロッシングによる溢流量の算定、圧力技術46、5、pp.2-10(2008)
# Real-Time Prediction of Liquid Sloshing of Oil Storage Tank Based on Earthquake Early Warning

(Abstract)

Shinsaku Zama and Makoto Endo

(Accepted January 13,2009)

In order to mitigate damage due to liquid sloshing of oil storage tank such as fire and floating roof sinking in the 2003 Tokachi-oki earthquake, it is required to conduct efficient patrols and employment of personnel, equipments and materials for initial responses. For the purpose, it is important to immediately judge which tanks will be damaged, and to implement pertinent inspection.

Then, we investigate the applicability of the Earthquake Early Warning (EEW) started in 2007, to real-time prediction of liquid sloshing of oil storage tank, because the predicted results can be transmitted before communication congestion, using empirical prediction method of spectrum at long-period range from 2 to 20 sec.

Since the predicted spectra for the final EEW agreed well with the observed spectra at Sendai for the 2008 Iwate-Miyagi Inland Earthquake (M7.2), it is concluded that the EEW is valid for real-time estimation of liquid sloshing.
技術報告

# 石油タンクへの入力地震動としての やや長周期地震動の地域特性に関する検証　一志布志地区一

座間 信作、野澤 貴 $ ^{*} $ 、畑山 健 $ ^{**} $ 、岩田 克己 $ ^{***} $

(平成21年1月13日受理)

### 1. はじめに

2003年十勝沖地震における石油タンクの甚大な被害を受けて、消防庁では石油タンクのスロッシングを励起する長周期地震動が卓越しやすい地域を定めた $ ^{1)} $ 。地域の選定は、一部を除き石油コンビナート最寄りの地震観測点（基準点）での地震記録を用いた経験的手法 $ ^{2)} $ による長周期地震動予測結果に基づくものであった。従って、基準点とタンクサイトにおける長周期地震動特性がほぼ同じとみなせるか否かについての検証を行なうことが必要である。

2点間の地震動特性の相違を検討するためには、両地点で地震観測を行い比較すればよい。しかし、殆どのタンクサイトで地震観測がなされていなかったため、消防庁（含む消防研究センター）は2003年十勝沖地震後、20箇所の石油コンビナートにおいて速度型強震計による主に長周期地震動を対象とした観測を開始し、タンクサイトと基準点での同時微動測定および地震記録の分析を行った $ ^{3,4} $ 。しかし、地震観測期間は2年程度と極めて短く、十分な検討には至っていない。

本稿では、長周期地震動が卓越しやすい地域とはされていないものの、将来の大地震で影響を受ける恐れが危惧される鹿児島県志布志地区を対象として、地震記録が十分にないという制限のもとで、基準点(K-NET大崎)とタンクサイト（A-サイト）との長周期地震動特性の相違に関する検討を行ったので報告する。

### 2. 微動に基づく検討

近接する2地点間の長周期地震動特性の比較は、例えば同じ地震の記録のスペクトル比をとればよい。そのためには長周期地震動を生成する比較的大きくかつ様々な方位の地震の記録が必要となる。しかし、A-サイトでの観測は1年足らずで、得られた地震記録は少なく、地震規模も最大で5.1と小さいため（表1参照）、長周期成分の比較は難しい。ここではまず、間接的ではあるが微動の利用を考え、A-サイトおよびA-サイトから約5km北に離れたK-NET大崎において同時微動測定を行った。

測定には、速度型地震計（株東京測振：VSE-15D）を用い、計測時間帯は、予期せぬ外乱等により記録が欠測することを回避するため、深夜10：00から翌朝5：00までの7時間とした。得られた波形から、車等の人為的なノイズのないと認められる同時間データ（1フレーム500秒）を抽出し、高速フーリエ変換して得られたスペクトルに対してパルツェンウィンドウ（ウィンドウ幅0.1Hz）を用いて平滑化を行った。平均スペクトルは、平滑化した全てのフレームを用いて求めた。なお、水平動（NS成分とEW成分）のベクトル和は、周波数領域で各成分の二乗和平方根として算出した。

微動の水平動と上下動のスペクトル比(H/V)の有用性については、多くの研究者・技術者によって期待されているだけに慎重に議論する必要があるが、瀬尾 $ ^{5)} $ によれば、微動の主成分が、脈動のようにある特定の方向から伝播するレーリー波であると仮定できる場合には、微動のH/Vはレーリー波の特性そのものであり、長周期地震動特性を反映しているものと考えられている。

図1はK-NET大崎に対するA-サイトのH/Vの比を示したものである。サンプルデータによりばらつきがあるが、平均値をみると、周期4秒以上ではA-サイトと規準点とはほぼ等しい特性となっていることが認められる。従って、第一近似的には周期4秒以上では揺れやすさの評価に用いたK-NET大崎とA-サイトの4秒以上の震動特性はほぼ等しいと評価されよう。A-サイトにあるタンクのスロッシング固有周期は約11秒であるので、K-NET大崎の記録に基づく評価は容認される。但し、あくまでも微動を対象とした解析結果であることから、更に慎重な検討が必要である。
表 1 解析に用いた地震リスト

A-タンクサイト

発震時	北緯(度)	東経(度)	深さ(km)	M	震源地
2007/5/7 9:29	29.973	130.457	48.7	5.1	奄美大島付近
2007/5/28 12:39	31.145	131.365	30.0	4.1	大隅半島南東沖
2007/6/4 3:07	30.086	130.669	60.5	4.3	種子島付近
2007/6/12 5:30	30.503	130.733	58.6	4.2	種子島付近
2007/8/12 1:48	30.607	131.575	37.0	4.5	大隅半島南東沖
2007/9/19 17:38	31.125	131.722	37.0	3.8	大隅半島南東沖
2007/10/21 2:09	32.193	131.968	20.8	4.3	日向灘
2007/11/2 23:20	32.093	131.890	23.0	4.0	日向灘

K-NET 大崎

発震時	北緯(度)	東経(度)	深さ(km)	M	震源地
1997/3/26 17:31	31.973	130.359	11.9	6.6	鹿児島県北西部
1997/5/13 14:38	31.948	130.303	9.2	6.4	鹿児島県北西部
1999/1/24 9:37	30.569	131.290	40.0	6.6	種子島付近
2000/6/6 23:57	29.356	131.619	28.0	6.2	種子島付近
2001/3/24 15:27	34.132	132.694	46.5	6.7	安芸灘
2005/3/20 10:53	33.739	130.176	9.2	7.0	九州北西部
2005/12/4 1:10	29.214	130.439	68.8	6.1	奄美大島付近
2006/6/12 5:01	33.135	131.436	145.2	6.2	大分県北部

図1 K-NET 大崎に対する A - サイトの H/V の比

### 3. レシーバー関数に基づく地下構造の推定

2 地点間の長周期地震動特性の相違評価へのもう一つのアプローチとして、両地点の地下構造の比較を考える。ここで対象とする石油タンクのスロッシングを強く励起する長周期地震動は、S 波速度約 3km/s の地震基盤以浅の堆積層の影響を強く受けることが知られている $ ^{6)} $ 。地震記録の初動部分の検討から、堆積層に起因する PS 変換波（地震基盤に入射した P 波が S 波に変換して地表に到達し、P 波初動付近の水平成分に現れる位相）が存在すること、および PS 変換波と直達 P 波の到達時間差（PS－P 時間）が堆積層の S 波速度構造と相関があることが指摘され $ ^{7)} $ 、PS－P 時間検出のためのレシーバー関数の適用性についての検討がなされてきた $ ^{8)} $ 。

レシーバー関数は、元々遠地地震の長周期P波から地殻、マントル上部構造境界から生じるPS変換波や多重反射波を抽出する方法として考案され、初動部分の水平震央方向成分を上下成分でdeconvolution処理することで求められる $ ^{9} $ 。地下構造は、P、S波速度、層厚をパラメータとして得られる変換波の理論走時が、レシーバー関数から求まる変換波の出現時間を満足するように推定される。

ここでは、文献 $ ^{8} $ に基づき以下の手順でレシーバー関数を算出した。

(1) P 波初動部に time window をかける。時間幅は厚い堆積層のある東京湾岸での PS-P 時間が 2 秒程度あることから $ ^{4} $ 、それを包含するように 5 秒間＋両側 cos テーパー 1 秒間とした。また文献 $ ^{8} $ では水平震央方向成分を対象としているが、実際は波線が震源から真直ぐに到来するとは限らないこと、基盤入射角による走時差もそれほどは大きくないこと、絶対値をとり重合することで、抽出可能と考えられることから、水平成分（EW、NS）をそのまま用いた。

(2) deconvolution 処理を周波数領域で行う。従って、水
図2 解析に用いた地震の震央分布（星印）（左：A - サイト 右：K-NET 大崎）

平 / 上下フーリエスペクトル比を計算する。

(3) 散乱波等の影響を回避するため、1～15Hzのバンドパス処理を行う。この時バンド両側ではcosテーパー（0.8～1Hz、15～18Hz）を設けている。なお、文献 $ ^{8} $ では1～10Hzとしているが、本対象地域でのように堆積層が薄いと思われる場合には高振動数までを扱った方が分解能が上がると判断した。

(4) (3)で得られた水平／上下フーリエスペクトル比の逆フーリエ変換を行う。

(5) 個々の地震に対して(1)—(4)の処理を行い重ね合わせる（重合処理）。

解析に用いた地震記録は、A-サイトに消防庁消防研究センターが設置した速度型強震計（株東京測振製）によるもの、およびK-NET大崎で得られた記録のうち規模の大きな地震の記録である。表1に解析に用いた地震の諸元を、図2に震央位置を示す。また、図3に地震記録の例を、図4に重合して得られたレシーバー関数を示す。A-サイトでは0.17、0.32、0.47秒あたりに、K-NET大崎では0.17、0.42、0.52秒あたりにピークが認められる。図3の地震記録からすると、上下動と水平動EW成分の初動部（図中丸印）は波形がよく似ており、P波とPS変換波を示していると考えられ、その走時差は約0.5秒となっており、レシーバー関数で算出された値とほぼ一致する。その他にもピークが認められるが、若干ピークが低いことと、走時差が大きすぎる、即ち基盤が深くなりすぎるという判断から、ここではそれらを無視した。

レシーバー関数から地下構造を推定する手法としては、遺伝的アルゴリズム GA（Generic Algorithm）を

図3 A-サイトでの地震記録の例

図4 レシーバー関数(上:A-サイト 下:K-NET 大崎)
表 2 推定された地下構造モデル（左：A - タンクサイト 右：K-NET 大崎）

P波速度Vp(km/s)	S波速度Vs(km/s)	密度ρ(kg/m³)	層厚(km)
1.6	0.2	1.7	0.04
1.9	0.5	1.8	0.2
3.5	1.5	2.33	-

P波速度Vp(km/s)	S波速度Vs(km/s)	密度ρ(kg/m³)	層厚(km)
1.6	0.2	1.7	0.04
1.9	0.5	1.8	0.23
3.5	1.5	2.33	-

用いる方法などがあるが $ ^{10} $ 、ここでは求めたレシーバー関数が地震記録毎に相当ばらつくこと、PS－P時間が短いこと、即ち基盤までの堆積層厚が小さいと想定されることから、初期モデルとして、A-サイトのボーリングデータを参考とし、フォーワードモデルングによってレシーバー関数から求まる走時差を満足する速度構造モデルの推定を行った。その結果を表2に示す。A-サイトとK-NET大崎とでは、K-NET大崎の方が堆積層はわずかに（30m）厚い。

### 4. 考察

推定された地下構造モデルから、微動の主成分と考えられるレーリー波の理論的な H/V を計算し、微動測定データとの比較を行った（図5（左））。その結果、1次卓越周期である0.45Hz（周期約2.2秒）付近のピークを説明できることがわかった。同様に、K-NET大崎での微動の H/V と上記速度構造モデルから求まるレーリー波の H/V とを比較してみたところ，図5（右）に示されるように，この場合も1次卓越周期は推定地下構造モデルで説明できることが分かった。このことから，両地点では表2で示される Vs=1.5km/s 層までの構造に大きな違いがなく、長周期地震動特性に大きな違いはないと考えられる。

図5 地下構造モデルから計算されるレーリー波の基本モード（太線）および1次モード（細線）の上下・水平動スペクトル比（H/V）と微動のH/Vとの比較

(左：A - サイト 右：K-NET 大崎)

### 5. おわりに

石油タンクのスロッシングを励起する長周期地震動の地域特性の検討の中で基準点としたK-NET大崎と、A-サイトとの長周期地震動特性の相違を確認するため、先ず長周期帯域の微動の同時測定を行い、水平・上下動スペクトル比を比較した。その結果、周期約4秒以上ではよく一致していることが示された。さらに、K-NET大崎およびA-サイトでの地震観測記録からレシーバー関数を求め、それから得られるPS-P時間を満足する地下構造モデルを推定した。その結果、堆積層は200m程度と薄く、両地点ではほぼ同じであった。また、地下構造モデルから計算されるレーリー波の水平・上下動スペクトル比と両地点での微動のそれとを比較したところ、両者はよく一致していた。このことから、K-NET大崎での地震動評価に基づいてA-サイトの地域指定の検討を行ったことは妥当であったといえる。但し、卓越周期としては周期2秒程度を説明できるだけで、それ以上の周期帯については評価できているわけではないので、将来の地震動の定量的予測および石油タンクのスロッシング評価に資するためには、地震観測を含めた更なる継続的検討が必要である。

なお、本報の一部は石油天然ガス・金属鉱物資源機構からの委託業務「陸上タンクに係る戦略的操業管理に関する技術検討研究プロジェクト（代表：横浜国立大学関根和喜教授）」で実施された。

## 参考文献

1）消防庁：危険物の規制に関する技術上の基準の細目を定める告示の一部を改正する件、平成17年1月

2）座間信作：やや長周期帯域における加速度スペクトルの半経験的表現、消防研究所報告、89、pp.1-10(2000)

3）総務省消防庁：やや長周期地震動に係る危険物施設の技術基準に対応した合理的改修方法の開発に関する調査検討報告書、平成18年3月

4）総務省消防庁：やや長周期地震動に係る危険物施設の技術基準に対応した合理的改修方法の開発に関する調査検討報告書、平成19年3月

5）瀬尾和大：金井微動とマイクロゾーニング、http://
www.cuee.titech.ac.jp/21coe/Japanese/Events/Data/Esse94/03seo.pdf

6）例えば、座間信頼：やや長周期地震動、地震2、46、pp.329-342(1993)

7）座間信作：東京湾岸お呼びその周辺で観測される P 波初動付近の位相について、消防研究所報告、69、pp.1-8(1990)

8）小林喜久二、植竹富一、真下 貢、小林啓美：深い地盤構造評価のためのPS変換波の検出方法に関する検討、日本建築学会構造系論文集、505、pp.45-52(1998)

9) Langston, C. A.: Structure under Mount Rainier, Washington, inferred from teleseismic body waves, J. Geophys. Res., 84, pp.4749–4762(1979)

10) Shibutani, T., Sambridge, M., and Kennett, B.: Genetic algorithm inversion for receiver functions with application to crust and uppermost mantle structure beneath Eastern Australia: Geophysical Research Letters, 23, pp.1829–1832(1996)
# Verification of Regionality of Long-Period Strong Ground Motions as Input Ground Motions to Oil Storage Tanks – Shibushi District –

(Abstract)

Shinsaku Zama, Takashi Nozawa $ ^{*} $ , Ken Hatayama $ ^{**} $ , and Katsumi Iwata $ ^{***} $

(Accepted January 13,2009)

We conducted microtremor measurements and estimated the subsurface structural models at the oil storage tank site and at the closest K-NET observatory, based on the receiver functions of seismograms obtained at the sites, in order to confirm the difference of long-period ground motion characteristics between at the oil storage tank site and at the closest K-NET observatory, where is the reference point to the tank site in the investigation associated with characteristics of long-period ground motions exciting liquid sloshing of oil storage tanks by the Fire and Disaster Management Agency.

It is concluded that subsurface structures at both sites are approximately regarded as same, from the comparison between horizontal and vertical spectral ratio (H/V) of Rayleigh waves based on the estimated structural model and H/V of microtremors at the tank site and the K-NET observatory. This means the validity of characteristics of long-period ground motions at the tank site, estimated by applying the empirical prediction method for long-period ground motions to seismograms at the K-NET observatory located close to the tank site.
技術報告

# 長周期地震動の卓越周期について

座間 信作

(平成21年1月19日受理)

### 1. はじめに

超高層建物、長大吊り橋、石油タンク（スロッシングを対象とした場合）などの長大構造物は減衰が小さいという振動特性を持っていることから、長大構造物の振動固有周期と等しい周期の地震動を受けた時、その地震動がたとえ弱くても波数があれば、振動エネルギーが累積していくため構造物は大きな応答を示す。従って、振幅の大きさと同様、地震動の卓越周期は長大構造物の地震時安全性確保のうえで一つの大きな関心事である。ここでは気象庁1倍強震計記録に基づき、各官署でのやや長周期帯域の卓越周期を調査したので報告する。

### 2. 卓越周期

本検討に用いたデータは、「消防庁消防研究センター，気象庁1倍強震計記録の数値化データ公開システム」(http://s-seismo.fri.go.jp/)による変位記録である。1倍強震計は水平方向の振り子の固有周期が公称値で6秒であり、1950年から約40年間という長い期間稼働していることから、長周期帯域の地震動を扱うには適している。長周期地震動は主に表面波から構成され $ ^{1} $ 、周波数領域で考えると、震源スペクトルと伝播特性との積で表現される。従って、卓越周期も、震源と伝播特性即ち地下構造の両者に影響されることになる。

ここで解析対象とした地震の規模は気象庁マグニチュード（M）で6以上（一部M5クラスを含む），震源深さ60 km以浅である。これは、地震の規模がある程度大きく、また震源が浅い場合に長周期地震動が卓越しやすいことによる。また、ここでの卓越周期は、記録の数値化データに計器補正を施して得られる加速度フーリエスペクトルの周期2秒～20秒の範囲で最大となる周期とした。これは、石油タンクのスロッシング解析では、速度応答スペクトルを与えることで最大波高を推定できること、低減衰退度応答スペクトルは加速度フーリエスペクトルに近似的に等しい $ ^{2)} $ ことによって。

解析対象地点は, 苫小牧, 青森, 秋田, 仙台, 酒田, 新潟, 東京, 館山, 横浜, 名古屋, 津, 大阪, 大分, 延岡, 鹿児島の15気象官署である。それぞれの官署でのデータ数及び観測期間を表1に示す。

表 1 解析対象とした気象官署、観測期間、記録数

観測点	解析対象期間(年)	解析対象記録数
青 森	1951-1990	244
秋 田	1951-1991	165
大 分	1950-1990	110
大 阪	1951-1990	135
大船渡	1963-1989	56
岡 山	1953-1988	129
鹿児島	1959-1990	100
酒 田	1952-1991	340
仙 台	1950-1990	158
津	1953-1987	83
東 京	1950-1989	84
苫小牧	1959-1990	235
名古屋	1952-1990	98
新 潟	1950-1987	84
延 岡	1961-1989	54
横 浜	1955-1992	224

### 3. 結果

全地点での卓越周期の頻度分布を図1に示す。ただし、殆どの場合，周期2秒台が多いので，見やすくするため3秒から13秒までの分布を地点毎のデータ数で除した相対的な頻度として表している。

名古屋、青森では殆どの記録が2秒台のため、3秒以上の頻度は少なくなっている。また、大阪、仙台、津では殆ど6秒以下となっている。その他の地点では幅広く
図1 気象官署での卓越周期の相対頻度

図２ 大阪での卓越周期と地震規模との関係

図3 大阪での卓越周期と震央距離との関係

図４ 新潟での卓越周期と地震規模との関係

分布していることが見てとれる。ただし、これらの大略の傾向とは異なる地震もある。例えば、名古屋では1964年5月7日男鹿半島沖の地震(M6.9)で卓越周期が9.0秒青森では1961年8月19日岐阜県中部の地震(M7.0)で9.1秒,大阪では1968年6月12日岩手県沖の地震(M7.2)で7.8秒津では1961年1月16日関東東方沖の地震(M6.8)で6.4秒などとなっている。

図5 新潟での卓越周期と震央距離との関係

卓越周期の地震規模と震央距離との関係をみると，例えば大阪では地震規模にかかわらず卓越周期が2-6秒の間に多く分布しているが（図2）、若干の震央距離依存性が認められる（図3）。一方、新潟では震央距離および地震規模の大きいほど卓越周期が長くなる傾向がある（図4、5）。また、東京では震央距離約100km、地震規模6以上で周期2から10秒まで大きくばらつく（図6、7）。
図6 東京での卓越周期と地震規模との関係

図7 東京での卓越周期と震央距離との関係

### 4. 議論

上述したように、大阪では多くの地震で周期6秒以下に卓越周期をもっている。一方、東京は2から10秒以上の広い周期帯にわたっている。このことを2008年5月12日に発生した中国四川大地震（モーメントマグニチュードM_{w}7.9）の記録から考察してみる。四川大地震は、巨大地震であったため長周期地震動が強く励起され、震源から約3000km以上離れた日本各地で長周期成分が卓越した記録が得られた。そこで、四川大地震が極めて遠い地震であることから、地震波（表面波）が日本列島に対して平面波的に入射するとみなし、消防庁が大阪、東京湾岸に設置した速度型強震計の記録と最寄りのF-net（岩盤サイト）の記録との比較を行った。すなわち、岩盤サイトでのF-netの記録を入射波とみなし、その応答としての湾岸の記録を比較することで、両湾岸での応答特性の相違をみるわけである。

図8（上）は、東京湾岸の石油コンビナートとF-net つくばの加速度フーリエスペクトルを比較したものである。また、図8（下）は大阪湾岸の石油コンビナートとF-net阿武山とを比較したものである。両者を比較すると、東京湾岸では、つくばに対して周期10秒位まで同程度増幅しているが、F-net阿武山でのスペクトルは周期とともに増大しているのに対して、大阪湾岸では周期5.5秒以上で急激に落ち込んでいる。従って、大阪湾岸については、西側から入射したこの帯域の波動に対して、反射波等の影響も考慮すると大阪盆地全体の地下構造があたかも周期5.5秒でのlow-cut filterの効果をもっており、このことが大阪での卓越周期がほとんど周期6秒以下であることの一因であると考えられる。一方、東京湾岸については少なくとも周期10秒まではこのような特性は持たないことから、広い周期帯で卓越周期が分布していると解釈される。ただし、あらゆる方向からの地震波に対して同様の応答を与えるかは今後の更なる検討が必要である。

ところで、最近、長周期地震動の生成に強く影響する深部地下構造に関する知見が蓄積されつつある。推定された地下構造モデルの利用の一つの表現として、1次元

四川大地震 EW成分

図8 四川大地震における F-net つくばと東京湾岸（上）、F-net 阿武山と大阪湾岸（下）の石油コンビナートでの加速度フーリエスペクトルの比較