平成18年度年次報告

（1）実施機関名

東京大学地震研究所

（2）研究課題（または観測項目）名

広帯域シミュレーションによる強震動予測

（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

（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18年度実施計画の位置付け

1. 首都圏・東海地域の三次元構造
   　強震動予測の高精度化のための地下構造モデルの構築には、強震動の波形記録そのものがもっとも基礎的なデータになる。伊豆・駿河湾や首都圏の高密度な強震観測ネットワークを活用し、強震記録の一層の蓄積とデータベース化を進めるとともに、ネットワークの整備も併せて行う。それらデータを用いて地下構造の三次元モデル化や、短周期地震動では無視できない構造のゆらぎ（Vp（P波速度）、Vs（S波速度）、Roの空間揺らぎのスケールと標準偏差）のモデル化を、地震計アレイの相互相関解析やフォワードモデリングによる波形比較から定量化する。また、長周期地震動の生成に関わる深部基盤の3次元形状と地震波の入射角と方位性の関係を、中越地震、宮城県沖の地震、三陸はるか沖の地震などの比較から詳しく調査する。
2. 特性化震源モデルの研究
   　合理的な震源モデルの構築には、強震動予測といえども震源断層の動力学に関する理解を欠かすことができない。断層面幾何学・摩擦構成則等の基礎研究を推進するとともに、動力学モデルを強震動予測のために特性化する近似手法（擬動力学モデル）の開発を進める。特性化された震源時間関数・破壊伝播速度等を利用して、震源サイドで短周期地震動を生成するメカニズムの定式化を行い、広帯域の震源モデルを構築する。平成18年度には、平成17年度に開発を開始した、滑り速度とライズタイムの不確定性を考慮した疑動力学モデルを用いた擬似ダイナミックシミュレーションの適用例を内陸地震だけでなく海溝型の地震（宮城県沖の地震など）に適用する。
3. 広帯域強震動シミュレータの開発
   　1．の三次元地下構造・構造のゆらぎ・増幅率マップや、2．動力学モデル・短周期地震動生成機構などを考慮して、短周期実体波（2Hz（ヘルツ）以上）から長周期表面波まで一貫した強震動シミュレータの開発を推進する。シミュレーションの大規模化に伴う問題点は、近年の計算機の性能向上と並列計算技術の進歩（地球シミュレータ）により克服する。平成18年度は、前年度までに開発した日本列島領域を対象とした大規模モデル（60億格子程度）の高精度化と物性値（特にQs値とその周波数依存性）の最適化をさらに進めるために、近年の地震観測と強震動シミュレーションとの比較調整を繰り返し進める。

（6）平成18年度実施計画の概要

1. 伊豆・駿河湾および足柄平野に展開された強震観測ネットワークのデータ記録を欠損なく行い高品質の研究データとして資するために、老朽化した強震観測網の整備と強震データベースの構築を行う。関東平野の長周期地震動の励起・伝播特性を詳しく把握するために、地震研究所において広帯域強震観測点を設置する。
2. 周波数0.05Hz（ヘルツ）〜2Hz（ヘルツ）以上の広帯域地震動を正しく評価することのできる広帯域震源モデルと、長周期地震動の生成に関わる深部基盤構造と、高周波地震動の伝播に影響する、短波長のランダム不均質性を考慮した高精度地下構造モデルを用い、内陸地震に加えて、海溝型地震に対応した広帯域強震動合成法を開発する。
3. 地球シミュレータを利用した日本列島規模の大規模3次元波動伝播・強震動シミュレーションの実用化をはかるために、2004年新潟県中越地震などの内陸地震と、2005年宮城県沖の地震の海溝型地震の強震動計算を実施し、強震観測データとの比較から計算手法の有効性を検証するとともに、陸域および海域地下構造モデルのチューニングを行う。

（7）平成19年度成果の概要

1. 千葉県北西部の深さ60〜80キロメートルの地震では、震央から50キロメートル以上離れた東京・横浜が最大震度となる「震度分布の異常」がよく見られる。伊豆・駿河湾・足柄平野強震ネット、首都圏強震ネット（SK-net）、およびK-NET、KiK-net強震観測データを統合的に用いた高密度データ解析により、関東における地震波動伝播と強震動の地動性状を詳しく調査するとともに、関東平野の堆積層構造と表層地盤構造、そして地殻・マントル不均質構造（プレート構造）をモデル化した3次元地震波動伝播シミュレーションを行い、震度分布異常の成因を調査した。その結果、1）千葉県北西部の地震から放射された地震波がHigh-Qのフィリピン海プレートを伝わり横浜方面に良く伝播するいっぽう、震央の真上の千葉県北西部にはプレート直上のLow-Q域を通過するために地震波の距離減衰が大きくなること、2）堆積層と表層地盤による増幅効果により東京〜横浜の震度がさらに強められるという、震度分布の異常の一連の生成メカニズムを確認した（図1）。このような震度分布の特徴の知見の積み重ねは、関東直下の大地震（たとえば、明治東京地震や安政江戸地震）の震度分布から震源を推定する上で重要である。また、SK-netによる観測記録などを利用して、サイト特性の空間分布に関する研究を行った（図2）。
2. プレート内の不均質性により、低周波地震動（f0.5Hz（ヘルツ））と高周波地震動（f0.5Hz（ヘルツ））の選択的な地震動導波効果と異常震域の生成過程を考察するために、フィリピン海プレート内で発生した、2006年6月12日の大分県西部の地震（h146キロメートル，Mj（気象庁マグニチュード）6.2）の広帯域波形の解析を行った。そして、2次元FDMシミュレーションによる地震波伝播計算との比較から、太平洋プレートと同様のスケールを持つラミナ構造（Furumura and Kennett，2005）が存在し、これが短周期地震動のWaveguide効果を示すことを確認した。同時に、厚さの薄い（D30〜キロメートル程度）フィリピン海プレートでは、プレート内部の温度勾配（速度勾配）により、散乱体のスケールよりも波長の長い地震波が周囲のLow-Vマントルへと散逸する効果も確認した。このような、プレートのWaveguide/Antiwaveguide効果の遷移周波数がプレートの厚さと不均質性のスケールに依存することをシミュレーションから示し、観測との比較からプレート厚がD45キロメートル程度、散乱体のスケール（相関距離）がAx10キロメートル/Az0.5キロメートル程度のモデルが適当であることを確認した（図3）。
3. 1944年東南海地震における関東平野での長周期地震動の生成過程の調査をさらに進めるため、平成18年度に実施した千葉県東金地点の今村式2倍強震計記録の解析に加えて、さらに中央気象台の横浜測候所の今村式2倍強震計と大手町観測点の中央気象台式1倍強震計の煤書き煤書き記録を復元し、強震計の計器特性を補正することにより、関東平野の3地点での長周期地震動を復元した。2004年紀伊半島南東沖の地震（Mw（モーメントマグニチュード）7.6）のK-NETおよび気象庁震度系記録を経験的グリーン関数として合成した、東南海地震のフーリエスペクトルとの比較と、東南海地震の震源モデル（山中、2004）と、大都市圏大災害軽減化特別プロジェクトで整備された西南日本〜中部日本の陸域・海域地下構造モデルを用いた地震波動伝播シミュレーションを実施し、計算波形と観測記録との一致を確認し、長周期地震動の評価のための地下構造モデルの有効性を確認した（図4）。

（8）平成18年度の成果に関連の深いもので、平成18年度に公表された主な成果物（論文・報告書等）

• （論文）
  • Furumura, T., Visualization of seismic wavefield and strong ground motions: A nation wide strong motion network and large scale computer simulation, in Book "1755 Lisbon earthquake revisited 250 years later", Ed. L. Mendes-Victor, Springer, 2007, submitted.
  • Sokolv V. Yu. and T. Furumura, Comparative analusis of two methods for instrumental intensity estimation using the database accumulated during recent earthquakes in Japan, Earthquake Spectra, 2007, submitted.
  • 古村孝志・竹内宏之、首都圏直下の地震と強震動−安政江戸地震と明治東京地震、地学雑誌、2006，投稿中（Revised）．
  • Furumura, T. and B.L.N. Kennett, A scattering waveguide in the heterogeneous subducting plate, in Book "Scattering of Short-Period Seismic Waves in Earth Heterogeneity", Eds. H. Sato and M. Fehler, Springer, 2006, submitted.
  • Furumura, T, T. Hayakawa, and M. Nakamura, K. Koketsu, and T. Baba, Development of long-period ground motions from earthquakes within the Nankai Trough, Japan: Observations and computer simulation of the 1944 Tonankai (Mw8.1) and 2004 SE Off-Kii Peninsula (Mw7.4) earthquakes, Pure and Applied Geophysics, 2006, submitted.
  • 古村孝志・中村操，1944年東南海地震記録の復元と関東の長周期地震動，物理探査，59，4，337-351，2006．
  • Furumura, T. and T. Hayakawa, Anomalous propagation of long-period ground motions recorded in Tokyo during the 23 October 2004 Niitgata-ken Chuetsu (Mw6.6) earthquake, Japan, Bull. Seism. Soc. Am., 97, in press, 2007.
  • Tsuda, K., R. J. Archuleta and K. Koketsu, Quantifying the spatial distribution of site response by use of the Yokohama high-density strong-motion network, Bull. Seism. Soc. Am., 96, 926-942, 2006.
• （報告書等）
  • 古村孝志・早川俊彦・纐纈一起・馬場俊孝・中村操，1944年東南海地震の強震動シミュレーションと関東平野の長周期地震動，月刊地球，55，130-137，2006．
  • 古村孝志，関東平野での長周期地震動の生成メカニズム，日本鋼造協会誌，60，16-18，2006．
  • 古村孝志，大地震とその揺れ−高密度観測と地球シミュレータで見る、平成18年8月20日神奈川県民センター講演録、政経かながわ、No1728,9-12，2006．
  • 古村孝志，観測と数値シミュレーションで見る首都圏を襲う地震の揺れ，第二回地震防災シンポジウム「首都圏の地下構造と地震防災」，58-64，2006．
  • 古村孝志・中村操，近地地震による関東平野の長周期地震動の生成，科研費基盤研究B報告書（研究代表者：工藤一嘉），145-152，2006．

（9）実施機関の参加者氏名または部署等名

古村孝志（統括、強震動シミュレータ）・纐纈一起（地下構造）・山下輝夫（震源モデル）

（10）問い合わせ先

• 部署等名：東京大学地震研究所　地震火山災害部門
• 電話：03-5841-5777
• E-mail：furumura@eri.u-tokyo.ac.jp