強震動予測に関する研究

平成20年度年次報告

課題番号：1008

（1）実施機関名：

　北海道大学大学院理学研究院

（2）研究課題（または観測項目）名：

　強震動予測に関する研究

（3）最も関連の深い建議の項目：

　1．（3）イ．地震波動伝播と強震動予測

（4）その他関連する建議の項目：

　1．（3）ア．断層面上の不均質性

（5）本課題の平成16年度からの5ヵ年の到達目標と、それに対する平成20年度実施計画の位置付け：

　北海道から南千島に発生した最近及び近未来の中地震を基にして、北海道に設置されている強震動観測点の地域特性を明らかにする。特に、北海道において発生頻度の高いスラブ内地震とプレート間地震との強震動挙動の差異について明らかにする。入力強震動を明らかにするために、高精度広帯域速度型強震計を、横坑の利用できる、根室・浦幌・広尾・えりも・札幌に設置する。さらに、前計画で開始した北海道自治体を含めた強震動観測ネットワークの拡充とその効率的かつ外に向けた運用を進める。同時に、K‐NET、KiK‐netのデータの、北海道関連地震についてのデータベース化を進める。スラブ内地震は、その地震波の放射特性から、ある程度震源から離れた場所でも大きな被害を及ぼすことが明らかになってきている。この研究のためには、その発生頻度の大きい北海道地域は重要である。
　20年度は、引き続き北海道内の強震記録の検討を行い、震源特性、伝播経路特性、観測点特性の評価を進める。

（6）平成20年度実施計画の概要：

　過去データの収集と地域特性の評価を進め、データベース化の基礎を築く。2003年十勝沖地震（マグニチュード8.0）以降、2004年11月末からの釧路沖のマグニチュード7地震、マグニチュード5クラスのスラブ内地震やマグニチュード4クラスの内陸地震が発生しており、これらのデータに基づいて地域特性の特徴、および震源特性の特徴について調査する。また、過去の地震時に特異な地震動特性を示した地点において地盤構造調査を行い、地盤振動特性と地盤構造との関係を調べる。

（7）平成20年度成果の概要：

・　2007年サハリン西方沖の地震の震源特性
　2007年8月2日にサハリン西方沖でMw6.2（Global CMT解による）の地震が発生した（図1a）。この地震が発生したサハリンから日本海東縁にかけての地域は、アムールプレートとオホーツクプレートの収束帯と考えられており、1983年日本海中部地震（Mw7.7）、1993年北海道南西沖地震（Mw7.7）、1971年モネロン島沖地震（M6.9）など、M7クラスの地震が発生している．ここでは、地震記録に基づいて2007年サハリン西方沖の地震（以下、2007年地震と略す）の震源特性について調べた。まず、IRISの遠地広帯域記録にKikuchi and Kanamori の波形インバージョン法（http://www.eri.u‐tokyo.ac.jp/ETAL/KIKUCHI/）を適用して震源過程を調べた。比較のために、規模の異なる2000年サハリン中部地震（Mw6.8）と2006年サハリン南西部地震（Mw5.6）（以下、それぞれ2000年地震、2006年地震と略す）も同様に解析し、3地震の震源時間関数の違いに注目した（図1b）。2007年地震は、2006年地震（Mw5.6）と同程度の振幅しか持たないが、2000年地震（Mw6.8）と同程度の継続時間を有しており、ゆっくりとした断層運動であったことが示唆される。次に、2007年地震と2006年地震についてF‐netの中川観測点（図1a；NKG）の広帯域強震動記録のP波スペクトル比を求めた（図1c）。2006年地震に対する2007年地震のスペクトル比は高周波数側で1以下となっており、2007年地震は2006年地震よりも高周波数成分が少ない。また、2007年地震の最大余震（Mw5.8）とのスペクトル比も高周波数側で1以下となっており、2007年地震は高周波数成分の励起が弱い地震であったと考えられる。最後に、遠地記録の波形インバージョンから推定された震源時間関数をもとに震源スペクトル比を計算し、近地P波スペクトル比と比較した。2007年地震と2006年地震の震源時間関数を、継続時間がそれぞれ8秒と1.2秒の二等辺三角形としてコーナー周波数を求め、ω‐2モデルを仮定して理論震源スペクトル比を計算した（図1c、破線）。高周波数側の振幅レベルなど全体としては観測値をよく説明しており、遠地記録から推定された震源モデルによって近地記録の特徴が説明された。Fukao and Furumoto （1975、Tectonophysics、 25、 247‐266）や笹谷（1999、東京大学地震研究所特定共同研究（B）報告書、課題番号1996‐B0‐03、1997‐B0‐03、1998‐B0‐03、41‐48）は、日本海東縁で発生したM7級のプレート間地震は短周期地震波の励起が弱いと指摘している。2007年地震の震源特性の特徴は、こうした日本海東縁のプレート間地震の特徴と一致する。

・　K‐NET港町観測点（HKD020）のサイト特性
　2004年留萌支庁南部の地震（MJ6.1）の際に、震源近傍のK‐NET港町観測点（HKD020）で観測された大加速度強震動（1127cm/s2）の成因について、我々はこれまでに、経験的グリーン関数法によりこの地震の震源モデルを推定し、そのモデルが内陸地震の既存の関係式を満足すること、破壊伝播の効果が大地震動に寄与したことを明らかにしている。また、地下構造調査により深さ10m程度までの速度構造を推定し、本震時の強震動に対する表層のサイト増幅特性の寄与が小さいことも確認している。本年度は、微動探査法と表面波探査法により、さらに深い地下構造の影響について調べた。微動探査では4台の地震計を正三角形の中心と頂点にそれぞれ配置し、複数のサイズによるアレー観測を行った。HKD020は丘の上に位置しているため最大で半径10mのアレーしか設定できず、さらに深い構造を調べるために丘の下で最大半径100mのアレー観測を行った。観測された上下動記録に対して空間自己相関法を適用し、Rayleigh波の位相速度を求めた。一方、表面波探査はHKD020において実施した。ハンマー打撃により生じた表面波を直線状に配置した12台の上下動センサーで測定した記録に1次元の周波数‐波数法を適用してRayleigh波の位相速度を求めた。これらの結果を用いて、丘の上と下のそれぞれについてRayleigh波の分散曲線を求め、これらの分散曲線をもっともよく説明するように各層のS波速度と層厚を遺伝的アルゴリズムを用いて求めた。なお、K‐NETのPS検層の速度構造を仮定して計算したRayleigh波の位相速度は10Hz以上で観測値よりも早いことから、PS検層によるS波速度が過大であること、あるいは層厚が過小であることが示唆される。丘の標高差を考慮して丘の上と下での速度構造を接続してHKD020のS波速度構造を求め、Vs=1400m/s層を基準としたSH波の増幅特性を計算した（図2b）。本震時のHKD020での速度応答スペクトルにおいて70cm/s以上の応答を示した周期帯（0.2～2秒、図2c）での増幅度は、自由表面の効果を除くと2倍未満であり、Vs=1400m/s層までを考慮したサイト特性でもHKD020での強震動を説明することはできず、先に述べたようにHKD020での大加速度強震動に対しては震源特性の寄与が大きかったことが再確認された。 

（8）平成20年度の成果に関連の深いもので、平成20年度に公表された主な成果物（論文・報告書等）：

　前田宜浩・笠原稔，2009，2007年サハリン西方沖の地震（MW 6.2）の震源特性．北海道大学地球物理学研究報告，72，印刷中.
　前田宜浩・高井伸雄・笹谷努，2008，2004年留萌支庁南部の地震によるK‐NET港町観測点（HKD020）での大加速度強震動に対するサイト特性の影響，日本地震工学会大会梗概集，238‐239．
　Maeda T., and T. Sasatani, 2009. Strong ground motions from an Mj 6.1 inland crustal earthquake in Hokkaido, Japan: the 2004 Rumoi earthquake, Earth Planets Space, in press.

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

・強震動観測ネットワーク
　北海道周辺で発生する地震について、防災科学技術研究所のK‐NET、KiK‐net、F‐net、北海道震度計ネットワーク、気象庁の震度計ネットワークによる強震動記録を収集した。これらの記録を用いて、2003年十勝沖地震による長周期地震動の伝播特性を調べた。周期10～30秒の地震動は最大地動速度値に強く寄与しており、その距離減衰関係は長周期地震波の放射特性（方位依存性）と観測点分布（日本列島の形状）に規定されていることから、十勝沖地震の距離減衰関係を一般的な関係として他地域の大地震に当てはめることはできない。

・強震観測点での地盤特性の解明
　1gを超える大加速度強震動が観測された北海道内の強震観測点HKD100（広尾；2003年十勝沖地震）、HKD020（港町；2004年留萌支庁南部の地震）において地下構造調査を行った。HKD100ではサイト特性の影響により地震動が大きく増幅されていたが、HKD020ではサイト特性の影響は小さかったことが分かった。

・断層面上の不均質性に関する研究
　2004年留萌支庁南部の地震、2007年サハリン西方沖の地震の震源モデルを推定した。いずれも震源の浅いM6の逆断層型の地震であるが、前者は内陸地震として平均的な特性を有しており、後者は短周期成分が少ない日本海東縁のM7級のプレート間地震と同様の特徴を有していた。

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　笠原稔・一柳昌義・高橋浩晃・前田宜浩
　他機関との共同研究の有無：
　北海道大学工学研究科；笹谷努、高井伸雄 

（11）公開時にホームページに掲載する問い合わせ先：

　部署等名：北海道大学大学院理学研究院地震火山研究観測センター
　電話：011‐706‐3591
　e‐mail：mkasa@mail.sci.hokudai.ac.jp
　URL：http://www.sci.hokudai.ac.jp/grp/isv/isv‐web/ 

図1　（a）2007年サハリン西方沖の地震の震源位置とメカニズム解。2000年地震、2006年地震についても同様に示している。▲はF‐netのNKG観測点。（b）波形インバージョンにより推定された3地震の震源時間関数。（c）NKG観測点での2006年地震と2007年地震のP波スペクトル比（実線）。細線は2007年最大余震と2007年地震のスペクトル比。破線は、理論震源スペクトル比。

図2　（a）推定されたS波速度構造。HKD020は、「丘の上」と「丘の下」の構造を結合したもの。K‐NETのPS検層の構造も示している。（b）（a）のHKD020とPS検層構造に対するSH波の増幅特性。（c）2004年留萌支庁南部の地震によるHKD020での擬似速度応答スペクトル。