2007年新潟県中越沖地震の震源モデルの構築

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年新潟県中越沖地震の震源モデルの構築

倉橋奨@正木事日目見@入禽孝次臨

1 .はじめに 2007年7月 16日10時13分、柏崎市沖約 10kmを震源とする新潟県中越沖地震(叫6.8)が発生した。こ の地震では、震源近傍の柏崎市、出雲崎町および震源から約50km離れた長野県飯綱町で震度6強が観測され、 人的被害は死者 15人、住家被害は全壊 1259棟、半壊5487棟(消防庁、 2007)が報告されている。特に、 震度6強を観測した地域にあった柏崎刈羽原子力発電所(以下柏崎刈羽原発とする)内における 5号機地表の 最大加速度は 1200galを超え、さらに I号機の基礎盤 (S波速度700m/sの層)における最大加速度は993gal という非常に大きな地震動が観測された。このような大きな揺れを発生させた要因、特に震源の特性を解明する ことは今後の強震動予測のために重要な意味を持つ。本研究では、経験的グリーン関数法による強震動シミュレ ーションにより、この地震のモデ、ル化を行った。 2.新潟県中越沖地震の観測記録の特徴 本震の震源近傍では特徴的な観測記録が得られている。 lつ目として、最大加速度と距離減衰式との関係が 挙げられる。図1(右)に、 K刊ETで観測された加速度記録(口)と経験的な距離減衰式(実線) (司a翠川、 1999)の比較図を示す。加速度観測記録は距離減衰式とよく整合しており、この地震が特別な特徴を持ったも のではなく、過去に発生した同規模の地震と同様な地震であったといえる。しかしながら、震源近傍である柏騎 刈羽原発の観測記録は距離減衰式よりも顕著に大きし局所的には大きな地震動が到達されたこと在意味する。 2 つ目は、震源近傍の観測点の記録において、 2~3 個の明瞭なパルス波がみられることである。図 2 に、

柏崎刈羽原発のl号機の基礎盤上の記録と K-NETのNIG018(柏崎)、 NIG019(小千谷)、 NIG021(十日町)、

NIG025 (直江津)の速度記録を示す。このパルスは、本震の震源断層にパルスを放出したアスペリティが存在 していることを示唆している。 37与30' 2 j n U A り l l ( 的 ¥ ω ¥ E O ) ︿白瓜 一 山 一 日 測犀尚一 l 観 司 出 } 図1本震の最大加速度と司@翠

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I

I

(1999)による経験的な距離減衰式との比較(右)。使用したモデルは堀川 (2007) (右)とした。

1000 1000 ~KKZ1G1 NS... .，戸 20 ド m~ -~KKZ1G1 EW Oト一一一一吋

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図2 柏崎刈羽原発l号機の基礎マット盤 (KKZIR2)、NIG018(柏崎)、 NIG019(小千谷)、 NIG021 (十日町)

およびNIG025(直江津)における本震の観測記録の速度波形。観測記録は、上から震源距離の近い順に示して いる。 3.パルスの時間差によるアスペリティの位置の推定 本震の観測記録で観測されている顕著なパルスは、震源の不均質な部分、すなわちアスペリティにより生成さ れたものと考えられる。ここでは、 S波初動到達時刻と顕著なパルスの到来時間差からアスペリティの位置を推 定した。

図3は、震源、アスペリティ 1 (ASP 1)の位置および観測点 (KKZIR)の模式図と、 KKZIR2で観測され

た地震動波形を示している。震源から放射されたS波の到達時間 T。は、震源距離 Rjと平均S波速度 Vsfこより 計算される。 主

R

j

V

T

包 一方で、アスペリティ 1から放射された S波の到達時間T1は、震源からアスペ1)ティ lへの破壊時間とアスペ ¥1j 4EI / l ¥ @

-•

リティ lから観測点までの S波伝播時間で計算される。ここで、 Vrは破壊速度、 rはアスペリティ lとアスペ リティ 2の距離を示す。 K内 .

.

・

(2) 1'，=一一+二乙

V

r

V

s

観測記録から読み取ることができる時間差(T1-TO) と、震源および任意のアスペリティ 1の位置から発生 したS波到達の時間差の関係から、最適なアスペリティ 1の位置が推定される。この方法では、断層面に加えて、 S波速度、破壊速度を観測記録から推定しなければならない。ここでは、 S波速度を余震のTP-TS時聞から、破 壊速度はパルス lとパルス 2または 3の相対的な位置関係から、グリッドサーチにより求めた。図 4 (左)に、 本手法により推定した本地震のアスペリティ 2の位置を、図4(右)にアスペリティ 3の位置を示す。その結果、 アスペリティ 2は、震源よりも若干沖であり断層面の浅い部分に、アスペリティ 3は、柏崎刈羽の西約 5kmの 位置に推定された。今回は、パルスの最大値で時間差を評価しているため、評価した地点が必ずしも破壊開始点

オリジンタイム

10 図3 パルスの時間差からアスペリティ位置を推定する方法の模式図 後 ASP3め 佼 寵 寝 起 草 記 事 詔 昆 揖3 信零毒素宅事 端 艇 図4 観測波形の時間差から決定したアスペリティ 2(左)とアスペリティ 3の位置(右) 4園 経験的グリーン関数とする余震の選定 柏崎刈羽原発を含めた震源近傍の観測点では、本地震による余震がいくつか観測されている。経験的グリー ン関数法は、本震とグリーン関数とする余震の伝播経路およびサイト特性が共通であると仮定して波形を合成す る方法であるため、グリーン関数として用いる余震は、本震のアスペリティと同じ地点で発生したものを用いる ことが望ましい。実際に、余震の発生位置により、観測波形の振幅が異なることが知られている。柏崎刈羽原発 で観測されたいくつかの余震のうち、南北方向に並んで位置する原子炉建屋5号機(最も北側の建屋)から 1号 機(最も南側の建屋)の観測波形の振幅を比較すると、以下のような結果が得られた。柏崎刈羽原発を基準とし て概ね北側で発生した余震は 1号機よりも5号機の振幅が大きく、南側で発生した地震は l号機の方が大きい。 また、 l号機と

5

号機からの距離が同じ地点の余震は、振幅が同じで、あった。 一方で、柏崎刈羽 l号機から 5号機の本震の観測記録では、 lつ目のパルスは 5号機が大きく、 3つ目のパ ルスは 1号機の方が大きかった。このことから、 3つ目のパルスを生成したアスペリティ 3は、柏崎刈羽原発 より南側にあることが考えられ、アスペリティ 3を解析するためには、南側で発生した余震を使用することが 望ましいと考えられる。本研究では、経験的グリーン関数としてアスペリティ 1とアスペリティ 2の解析には 北側で発生した7月16日21: 08の余震を、アスペリティ 3の解析には南側で発生した8月4日

o:

16に発 生した地震を使用した。 5. 震漉モデルと合成波形 5. 1 震源モデ、ルの構築 震源近傍の観測波形のパルスから推定した3つのアスペリティの位置を破壊開始点として、試行錯誤により震 源の最適モデルを構築した。なお、各アスペリティ内のすべり量は一様と仮定した。背景領域は計算していない。 各アスペリティの破壊開始点は、アスペリティごとに異なるマルチハイポセンターモデルとした。各アスペリテ イのサイズや応力降下量をパラメータとして波形合成を行い、観測波形との一致度から最適なモデルを構築した。

(左)に本震 使用した観測点は、 KKZIR2 (1号機基礎マット)、 KKZ5R2 (5号機基礎マット)である。図5 し ならびに解析に用いた余震の震央位置および観測点を示す。今回使用した周波数範囲は

0

.

3

~

1

0

H

z

である。 かしながら、余震

2

は地震の規模が小さく低周波の精度がよくない。柏崎刈羽原発地点の記録のうち、

NS

成分は、 低周波域でノイズレベルが観測レベルよりも大きくなっていることをフーリエスペクトルから確認している。そ 5号機の基礎マット記録の

NS

成分に関しては、 0.5~

1

0

H

z

の周波数範囲で解 こで、柏崎刈羽原発の 1号機、 析することとした。各アスペリティの大きさや破壊開始点の位置は、観測記録と合成記録の一致度を見ながら試 行錯誤で決定した。 解析結果 5.2 (右)に本研究で、推定した震源モデ、ルを、表lに本震ならびに解析に用いた余震の震源パラメー夕、表2 図5 に震源モデ、ルのパラメータそ示す。各アスペリティの大きさは、 5.5

x

5.5km、5.5

x

5.5km、5.04

x

5.04km となり、それぞれのアスペリティの大きさはほぼ同じであった。応力降下量は、 19~ 24MPaであった。図6 に観測波形と合成波形の比較を示す。 合成波形は、観測波形とよく一致しており、特に、柏崎刈羽原発の l号機と 5号機の EW成分に関しては、 第 1~3 パルスの加速度、速度、変位、振幅、位相ともに非常によく一致していることがわかる。また観測記録 アスペリ l号機と5号機の第3パルスの振幅はl号機の方が大きいことが示されているが、本研究では、 から、 ティの位置により使用した余震を変えていることから、合成波形は1号機と5号機の振幅の関係を満たしている。 震源モデ、ルの緒元

Rupture start point Depth (km) Mo(Nm)

ASP1 (4，3) 12.3 1.69 X 1018

ASP2 (5，5) 11司O 1.69 X 1018

ASP3 (4，7) 12司O 1.02 X 1018

L (km) x W (km) Aσ(MPa) Risetime (second)

ASP1 5.5 x 5.5 (N:5x5) 23.7 0.5 ASP2 5.5 x 5.5 (N:5X5) 23.7 0.5 ASP3 5.04x5.04 (N:9x9) 19.8 0.45 表2 本震と余震の緒元 Mainshock Aftershock(AFT1 ) A社ershock(AFT2) Origin time 07/07/1610:13 07/07/1621:08 07/08/0400:16 Hypocenter 37.557，138.609 37.509，138.630 37.420， 138.537 Depth 12km 15.6km 13.1km M¥、N 6.6 4.4

Mo 8.37E+16Nm 5.21E+16Nm 1.56E+14Nm

表 l 口 一 勺 ム 口 STR:30 お け 畑 、 点 辺 ¥ ¥ ¥ 準 部 ¥ 基 深 12.62km 3串"j荘。， 37活6!i乍 与7'0白' 13昌生由0'13呂10"138"20'13倍、30'138'40'138υ50'13!喜子自由暗 3T40' 31主30' 37品20' 37'10'電 と震源モデル(右) 背 震源モデルと観測点、本震および余震の震央位置(左) 図5

KKZ-IR2 Main事hock:07l07!16 10:13 EGF:07l0ア/16 21:08 翠下差E3Z 、700 700 〆 t 言司Z、7!l0 ~>50 350 350 む戸 J U S 『 片 手35日 ミ。民凶守突t .1l巴;J》》 35B-4 室時7()O 乙22 -7CD 20 30 斗司 50 8口 2口 3口 4口 50 60 20 30 4u 50 6日 TI行lie.(sec:) 下トr円p.!<;;;_pr日 100 w o 100 ザ E U V _{50 50} ESLq 55 三窃z B 。 〉百 E 的 ド50 -50 _コιニ

，

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TIm憎(sec) τlme(sec) T¥me(sec)

KKZ5R2 ♂号九 7305日日 夏350 ロ _{選 G} 主 35日 U12 700 喜 一350 700 一700 Z口 30 40 5{) 50 2日 3日 40 50 50 2口 30 40 50 50

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40 Ttme.(sec} 40 Time，(sec) 40-1 I TimEi伊ec)

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室←20 言-20 g -2口

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20 3口 4日 5口 60 2iJ 3白 40 5日 60 20 30 40 50 5む

Ti仔le(Sec) Time(sec) τin'l'e(sec)

図6 推定した震源モデ、ルによる合成波形(赤線)と観測波形(黒線)の比較。 各観測点の図は、上から加速度、速度、変位波形、左からNS成分、 EW成分、 UD成分を示す。 6固 まとめ 本研究では、新潟県中越沖地震の震源モデ、ルの構築を行った。 1 )経験的な距離減衰式と観測記録は、ほぽ整合的で特徴的な地震ではないと考えられる。しかしながら、断層 最短距離

lOkm

程度の震源からの極近傍観測点である柏崎刈羽原発と

K

-

N

E

T

柏崎の記録は、距離減衰式 より大きく、局所的な強震動が到達した可能性が示唆された。 2)本地震の観測記録には震源の破壊過程在示す特徴的なパルスが観測されており、そのパルスの時間差からア スペリティの位置を決定し、経験的グリーン関数法により震源モデルを構築した。 3)推定した震源モデルから計算した合成波形は観測波形とよく一致しており、各アスペリティとも約5x 5

km

の断層面積であり、応力降下量は

2

O~

2

5MPa

であった。