第３回原子力安全基盤科学研究シンポジウム 東京電力福島第一原子力発電所事故後の 震 津波 地震・津波と原子力リスク
新規制基準で求められる基準地震動Ss
－地震動評価における不確かさとその評価－
京都
学
炉実験
京都大学原子炉実験所
釜江克宏
釜江克宏
基準地震動Ssの策定フロー
敷地 ご して 策 ①過去及び現在の 地震の発生状況等 ⑥応答スペクト ご とに 震 源 策 定 す る ②地震発生様式等 による地震の分類 ⑥応答スペクト ル に 基 づ く 地 震 動 評 価 源 を特定 る 地 震 動 ・ 内 陸 地 殻 内 地 震 ・ プ レ ー ト 境 界 地 震 ・海洋プレート内地震 ④検討用地震 の 選 定 敷地に大きな影 響を与える恐れ ③ 活 断 層 調 査 ・ 文 献 調 査 変 動 地 形 学 調 査 響を与える恐れ がある地震を検 討用地震として 選定 ⑦断層モデルを 用いた手法によ る 地 震 動 評 価 Ss-3 NS : 971.8gal -980 0 980 0 10 20 30 40 時間 (s) 加速度 (gal ) 震源を 特 策定す る ・ 変 動 地 形 学 調 査 ・ 地 表 地 質 調 査 ・ 地 球 物 理 学 的 調 査 る 地 震 動 評 価 時間 (s) Ss-3 EW : 687.7gal -690 0 690 0 10 20 30 40 時間 (s) 加速度 (gal ) 190 特 定せ ず る 地震 動 ⑤震源を特定せず策定する地震動・ 観 測 記 録 を 収 集 し て 評 価 伝 播 特 性 や 地 盤 特 性 の 補 正 Ss-3 UD : 183.8gal -190 0 190 0 10 20 30 40 時間 (s) 加速度 (gal ) ず 動 ・ 伝 播 特 性 や 地 盤 特 性 の 補 正 加藤スペクトルや 最近の地震記録地震･津波に関する新規制基準の主なポイント
津波に対する 基準を厳格化 既往最大を上回るレベルの津波を「基準津波」と して策定し、基準津波への対応として防潮堤等 の津波防護施設等の設置を要求（ドライサイト） 高い耐震性を要求 の津波防護施設等の設置を要求（ドライサイト） 津波防護施設等は、原子炉圧力容器等と 高い耐震性を要求 する対象を拡大 活断層 認定 津波防護施設等は、原子炉圧力容器等と 同じ耐震設計上最も高い「Ｓクラス」に 後期更新世以降（約12～13万年前以降）の活動 活断層の認定 基準を厳格化 後期更新世以降（約12 13万年前以降）の活動 が否定できないもの。必要な場合は、中期更新世 以降（約40万年前以降）まで遡って活動性を評価 より精度の高い 基準地震動の策定 サイト敷地の地下構造を三次元的に把握 震源が敷地に極め 近 場合 裕度 向上 基準地震動の策定 地震による揺れに加 震源が敷地に極めて近い場合の裕度の向上 不確かさの重畳が要求 地震 よる揺れ 加 え「ずれや変形」に対 する基準を明確化 Ｓクラスの建物・構築物等は、活動性のある断層等の露頭が無い地盤に設置地震による揺れに加え 「ずれや変形」に対す る基準を明確化 る基準を明確化 Ｓクラスの建物・構築物等 は、活動性のある断層等 震源として考慮する活断層のほか、地震活動に は、活動性のある断層等 の露頭が無い地盤に設置 震源として考慮する活断層のほか、地震活動に 伴って永久変位が生じる断層に加え、支持地盤 まで変位及び変形が及ぶ地すべり面を含む。
シナリオ地震の設定：内陸地殻内地震
• 活断層とは・・・ – 震源断層が地表まで到達 旧指針や新規制基準では 後期更新世（最終間氷期）以降の活動 震源断層が地表まで到達 – 地表地震断層の発生 – 地震の繰り返しにより変形が累積 が否定できないもの （最終活動期が8万年～13万年前以降） – 地震の繰り返しにより変形が累積 – 地表の痕跡として地形に残されたもの 調査結果によっては中期更 新世（40万年前）まで遡る 変動地形学的調査 変動地形学的調査 地表地質調査 地球物理学的調査 地表地震断層と震源断層の関係 (島崎,1997) 震源が特定で きない地震検討用地震の選択
検討用地震の選択
日本列島の周辺には4つのプレートが存在しており、そのプレート が長い年月をかけて少しずつ移動し、その際に、プレート境界部や プ トの内部に大きな力が加わり そ がずれる時に地震が発生 プレートの内部に大きな力が加わり、そこがずれる時に地震が発生 すると言われている。 海溝、トラフ 海洋プレート 陸域の浅い地震 （活断層による） 沈み込んだプレート内部の地震 プレート境界の地震 沈み込むプレート内部の地震 東北地方太平洋 沖地震の震源域 活断層とは・・・ 一般には最近の地質時代に繰り返し活動し、将来も活動する可 震 沈み込んだプレート内部の深い地震 沖地震の震源域 般 は最近の地質時代 繰り返し活動し、将来も活動する可 能性のある断層のこと。原子力発電所の耐震設計では後期更新 世（最終間氷期）以降の活動が否定できないもの（最終活動期が 8万年～13万年前以降） 東海・東南海・南 海地震の震源域地震動（揺れ）を構成する要因
強震動予測の3要素
予測 震源特性： 堆積盆地 強震動 断層がどのように破壊するかに よって，地震波放射の空間分布， 波形が変わる。 地盤増幅 伝播経路特性： 地震波がどのような経路を辿る 震源断層 地殻 地盤増幅 の特性 かによって，振幅，継続時間， 波形の特徴が変化する。 震源断層 地震波 伝播の 特性 サイト増幅特性： 立地する地盤と入射する地震波 によって，揺れの振幅，周期 震源 特性，波形の特徴が変化する。 予測強震動＝震源の特性×地震波伝播の特性×地盤増幅の特性 震源 の特性 これら諸特性のモデル化と評価手法が強震動評価のほぼ全て 予測強震動 震源の特性×地震波伝播の特性×地盤増幅の特性1995年兵庫県南部地震（M7.3)から学んだこと
神戸大学（KBU) 点震源（小地 震 場合 移動震源（大 結果として破壊 の進行方向で大 振幅パルス波が Obs. Syn. 58.2 53.0 震）の場合 移動震源（大 地震）の場合 振幅 ルス波が 生成される 破壊伝播による指向性効果 震災の帯 0 5 10 15 20 25 30 Time(sec) NS Obs. 37.2 0 5 10 15 20 25 30 Time(sec) EW Syn. 30.9 堆積層 震災の帯 震災の帯 震源断層直上では UD Obs. Syn. 20.1 20.2 震災の帯 震災の帯：震源断層直上では なく、震源断層から1～2km離 れたところに被害が集中した。 強震動生成域（SMGA)と大振幅パルス波 0 5 10 15 20 25 30 Time(sec) 淡路側（野島断層）断層モデルを用いた手法による地震動評価
強震動を予測するにはどんな情報（震源）が必要か 強震動予測レシピ（入倉・他） １ 将来の地震の震源域はどこか １．将来の地震の震源域はどこか 全破壊域 総地震モーメント 平均応力降下量 →巨視的断層パラメータ ２ 断層運動の不均質性 （阪神淡路大震災等で重要性が再確認） ２．断層運動の不均質性 （阪神淡路大震災等で重要性が再確認） 強震動生成域 数、場所、大きさとそこでの応力降下 短周期 ベ 微視的震源パラメータ ３．その他の重要パラメータ（阪神淡路大震災等で重要性が再確認） 短周期レベル そ 他 重要 ラ タ（阪神淡路大震災等 重要性 再確認） 破壊開始点，破壊伝播方向，破壊速度特性化震源モデル
特性化震源モデル
震源のモデル化
震源インバージョンによ
震源インバージョンによ
る断層面上
不均質
る断層面上
不均質
る断層面上での不均質
る断層面上での不均質
すべり分布
すべり分布
巨視的震源パラメータ
巨視的震源パラメータ
震源断層の大きさ、平均応力降下量 震源断層の大きさ、平均応力降下量 S(=LW), Mo, c微視的震源パラメータ
微視的震源パラメータ
SMGA SMGAの場所、大きさ、応力降下量の場所、大きさ、応力降下量 Sa, a , etcAOMH05 AOMH06 2011年東北地方太平洋沖地震（Mw9.0） IYTH13 IYTH08 AOMH17 AOMH13 AOMH05 MYGH03 IYTH27 IYTH21 IYTH14 Asp2 MYGH12 MYGH08 MYGH10 Lat. ( ° ) Asp1 Asp1 Asp1 Asp3 2011/03/10 3:16 Mj6.3 FKSH17 FKSH19 FKSH12 IBRH14 Asp5 Asp4 p 2011/03/11 14:46 Mj9.0 IBRH16 IBRH15 IBRH11 IBRH07 IBRH20 CHBH14 Asp5 2005/10/19 20:44 Mj6.3 CHBH14 観測点位置 本震の防災科学技術研究所・KiK‐net強震計の観測記録（地中、フィルター：0.1‐10Hz） 加速度波形
To ta l 2011年東北地方太 平洋沖地震（Mw9 0） M GA1 138˚ 140˚ 142˚ 144˚ 2005/12/17 3 32 Mj6 1 平洋沖地震（Mw9.0） S M G A2 IW TH14 IW TH21 IW TH23 IW TH27 40˚ 2005/12/17 3:32 Mj6.1 Event 1 SM G 3 M YGH12 M YGH10 FKSH17 FKSH19 FKSH 14 FKSH12 38˚ 2011/03/11 14:46 Mw9.0 SMGA1 SMGA2 SMGA3 SMGA4 SMGA 3 IBRH14 IBRH15 IBR016 SIT01 0 TKY0 25 36˚ 2010/06/13 12:32 Mj6.2 Event 2 SMGA5 SMGA4 34˚ 2005/10/19 20:44 Mj6.3 Event 3 5カ所のSMGAか S MGA5 らなる震源モデル 黒 観測波形 赤 合成波形 MYGH12（NS） FKSH17（NS） IBRH14（NS） S 黒：観測波形 赤：合成波形 川辺・釜江(2013)
超巨大プレート境界地震（Mw9.0)から得られた知見 過去の宮城県沖地震の連動 仮想塩屋崎沖地震 仮想鹿島灘の地震 大すべり域 3カ所の原子力発電所における想定震源域と 今回の地震の強震動生成域モデルとの比較 津波から想定されるすべり域の 川辺・釜江モデル（２０１３） Saito et al. (2011) 津波から想定されるすべり域の 1例と強震動生成域（□）との比較 0.1秒～10秒程度の地震動の生成に大きく寄与
震源パラメータのスケーリング則に関する最新の知見（１） 震源断層面積－地震モーメント関係 検討対象の18個の内陸地 殻内地震(Mw5.4～6.9) 国内で発生した内陸地殻内地震(Mw5.4～6.9)を対象に震源 インバージョン結果を収集・整理し、Somerville et al.(1999)の 規範に従い、震源の巨視的・微視的パラメータを抽出した。 結果①：断層破壊面積はMw6.5以下ではSomerville et al. (1999)あるいは入倉・三宅(2001)とよく一致する。 結果②：アスペリティ領域の面積比(Sa/S)はSomerville et al.(1999) の結果(0.22)に比べて小さい(0.16)。 Miyakoshi et al. (2014) 震源断層長さ－地震モーメント関係 結果③：震源断層の長さは、Mw6.5以下では武村(1998)のス ケーリング則と調和的である一方、Mw6.5以上では一致 せず、入倉・三宅(2001)とよく一致する。
地震モ メントM と短周期レベルAの関係 震源パラメータのスケーリング則に関する最新の知見（２） 地震モーメントM0と短周期レベルAの関係 2007年新潟県中越沖地震 壇・他(2001)の平均値の２倍 壇・他(2001)の 壇・他(2001)の平均値の２倍 平均値 内陸地殻内地震では、2007年新潟県中越沖 地震の結果を受けて、耐震バックチェックでは 佐藤（2004) 平均値の1.5倍の短周期レベルが要求された
内陸地殻内地震の広帯域震源モデルにおけるSMGAの 震源パラメータのスケーリング則に関する最新の知見（３） 内陸地殻内地震の広帯域震源モデルにおけるSMGAの 応力降下量の深さ依存 横ずれ断層と正断層(a) 断層タイプ別の強震動生 断層タイプ別の強震動生 成域の中心深さと応力降 下量の関係 佐藤・岡崎(2013)
Satoh and Okazaki (2014) 逆断層(b) SMGAの深さと応力降下量の関係
敷地の地下構造を三次元的に把握 より高精度な基準 地震動S の策定 敷地の地下構造を三次元的に把握 地震動Ssの策定 敷地及び敷地周辺の地下構造（深部・浅部地盤構造）が地震波の伝播特性に与える 影響を検討するため ・敷地及び敷地周辺における地層の傾斜、断層、褶曲構造等の地質構造を評価 ・地震基盤の位置・形状、岩相の不均一性、地震波速度構造等の地下構造及び地盤 の減衰特性を評価
地下構造調査結果に基づく主要因の分析 浜岡原子力発電所 と駿河湾の地震 ■オフセットＶＳＰ調査により、５号機の地下３００～５００ｍ程度に、Ｓ波速度が７００ｍ／ｓ程度と、周囲の岩盤に比べ３割程度低下してい る部分（低速度層）を確認。 ■低速度層を確認できた調査測線は、オフセットVSP調査を実施した１測線のみであるが、地質調査結果に基づく検討より想定した低速 度層 分布 デ 基づき 次 有限差分法 る解析検討を行 た結果 駿 湾 地震（本震）を含め 浜岡 イ 周辺 発生 度層の分布モデルに基づき、３次元有限差分法による解析検討を行った結果、駿河湾の地震（本震）を含め、浜岡サイト周辺で発生し た地震（到来方向：４方向）の“観測記録の傾向”を定性的に説明できたことから、５号機増幅の主要因は低速度層であると推定。 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 Distance (km) 0 2 4 波） 3号機 4号機 5号機 北西 南東 <北東方向> <北北東方向> <北西方向> オフセットＶＳＰ 調査における低 速度層確認範囲 2 1 . (Hz) 1.6 1.8 2 2.2 2.4 応 答波形／入力 波 浜岡サイト ５号機の揺れが他号機に比べ 大きかった到来方向 <北東方向> <西北西方向> №2孔 №3孔 4号機 3号機 5号機 3 2 F req . 0 6 0.8 1 1.2 1.4 地 盤増幅 率（地表 応 同程度の到来方向 3G1 4G1 低速度層
42009/08/11 Suruga Bay Main shock: A-20:reactor core 0.6
地 ＜3～5号機を通る断面の解析結果＞ （駿河湾の地震（本震）） 5G1 建屋位置は投影 Ｎｏ．２孔 Ｎｏ．３孔 ＜オフセットＶＳＰ調査結果（Ｓ波速度構造）＞ 旧原子力安全・保安院 構造W60-3参考資料２より抜粋・加筆 地盤観測点（G.L.-100m）の 加速度フーリエスペクトル （３G１、４G１、５G1）
活断層による地震動評価の不確かさの考慮について
考慮すべき不確かさ 考慮すべき不確かさ ①断層長さ（断層の連動も含む）、幅（断層面積の不確かさ） ②強震動生成域（SMGA)の位置、大きさ（スケーリング則のバラツキ） ②強震動生成域（S G )の位置、大きさ（スケ リング則の ラツキ） ③応力降下量については平均値の１．５倍又は２０Ｍpa の大きい方 （短周期レベルの不確かさ） ④断層上端深さ（断層下端深さ）（断層面積や断層面までの距離の不確かさ） ④断層上端深さ（断層下端深さ）（断層面積や断層面までの距離の不確かさ） ⑤断層傾斜角（断層面積や断層面までの距離の不確かさ） ⑥破壊開始点の位置（複数設定） ⑦モデル化に伴う不確かさ（特性化震源モデルにおける今後の課題） 原子力安全・保安院における意見聴取会(2012)に加筆 地震動評価においては、震源特性（震源 モデル） 伝播特性（地殻 上部マントル構 基準地震動及び耐震設計方針に係る審査ガイド サイト特性については大 度ボ グ 地震 モデル）、伝播特性（地殻・上部マントル構 造）、サイト特性（深部・浅部地下構造）に おける各種の不確かさが含まれるため、こ れらの不確実さ要因を偶然的不確実さと 深度ボーリングでの地震 観測等や地下構造探査、 各種地震波探査などに れらの不確実さ要因を偶然的不確実さと 認識論的不確実さに分類して、分析が適 切になされていることを確認する。 各種地震波探査などに よって不確かさを解消基本震源モデル 断層長さ 活動区間としては， 中央構造線断層帯を対象とした不確かさの考慮の例 活動区間 し は， 広域が連動するケース 480 km 地震本部の中央構造線断層帯と九州側の別府－万年山断層帯の連動 四国西部のセグメントが連 動するケース 130 km 地震本部の石鎚山脈北縁西部 ～伊予灘区間に相当 敷地前面海域セグメントが 単独で活動するケース 54 km が想定されるが，最大規模を想定するとの観点から，480kmを基本震源モデルの長さとする。しかし，部分破壊も考慮 することとし，130kmモデル，54kmモデルでも評価を行う。 考慮する不確かさ 四国西部の連動 広域連動 480km 130km ①応力降下量 ②北傾斜 × 単独活動 四国西部の連動 130km 54km ③南傾斜 ④破壊伝播速度 ⑤アスペリティの平面位置 ⑥ ケ リ グ則 破壊伝播速度の不 確かさは480k と ⑥スケーリング則 第138回原子力発電所の新規制基準適合性に係る審査会合 資料４ 加筆など 確かさは480kmと 130kmで考慮する。
「震源を特定せず策定する地震動」震源を特定せず策定する地震動」は、震源と活断層を関連は、震源と活断層を関連 づけることが困難な過去の内陸地殻内の地震について得られ た震源近傍における観測記録を収集し これらを基に各種の た震源近傍における観測記録を収集し、これらを基に各種の 不確かさを考慮して敷地の地盤物性に応じた応答スペクトルを 設定して策定されている必要がある。
