2003年十勝沖地震による津波の動的生成過程Dynamic Tsunami Generation Process by the 2003 Tokachi-Oki Earthquake
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(2) 2003年 十 勝沖 地震 によ る津 波 の動的生 成過 程 度)の 時 刻 歴 波 形 を,図‑2に 2. 地 震 と 海 底 モ ニ タ リ ン グ シ ス テ ム この 地 震 の 震 源 域 を,図‑1に. 示 す.気. 示 す.両. 地 点 と も,変 動 継. 続 時 間 は,水 圧 の方 が 地 震 動 加 速 度 よ り も数 倍 程 度 長 い. 象 庁 に よ る と,. 震 源 は 襟 裳 岬 の 東 南 東 約80km(41.78°N,144.08°E)で さ は42km,地. 337. こ とが 共 通 して い る.. 深. 図‑2に 示 した 時刻 歴 波 形 の フ ー リエ振 幅 ス ペ ク トル を. 震 の規 模 はM8.0で あ るが,遠 地 地 震 波 デ ー. 図‑3に 示 す.水 圧 と上 下 動 加 速 度 で 共 通 す る ピー ク周 期. タ の波 形 イ ンバ ー ジ ョ ン の結 果,震. 源 の深 さ が25kmで. の うち,A地. 最 適 解 が得 られ た と の報 告 が あ る(Yamanaka・Kikuchi,. は,水. 2003).後. 間 でT=4H/cが. 者 の 解 析 で 用 い られ た 主 な 震 源 パ ラ メ ー タを. 表‑1に 示 す.一. 方Koketsuら(2004)は,震. 央 を気 象 庁 の. 震 央 位 置 と一 致 させ た も の の 震 源 深 さ は25kmと. し,走. 点 で の 約7.0秒,B地. 深H(2.2km〜2.3km)と. 点 で の約6.5秒 の 周 期(T). 水 中 音 速c(約1.5km/s)と. の. ほ ぼ 成 立 す る こ とか ら,海 底 と海 水 面 と. の 間 を 往 復 す る 音 波 に よ る振 動 周 期 と考 え られ て い る (Nosovら,2004).. 向,傾 斜 は表‑1と 同 じ角 度 を 用 い て,強 震 動,測 地 お よ. 水 中 音 波 の影 響 が 支 配 的 と思 わ れ る数 十 秒 以 下 の周 期. び津 波 記 録 な ど に対 す る ジ ョイ ン ト ・イ ンバ ー ジ ョ ンを. の 水 圧 変 動 は,海 底 隆 起 量 の数 倍 程 度 に も相 当 す る振 幅. 行 って い る.そ. を も ち,時 刻 歴 波 形 上 で は発 生 し た津 波 に よ る水 圧 変 動. の 結 果,断. 層 面 の 上 端 で 始 ま り,最. 層 破 壊 は120km×100kmの. リテ ィ の 中 心 は 破 壊 開 始 点 か ら約50km離. れ た断層面 の. ほ ぼ 中 央 に あ り,地 震 モ ー メ ン トは2.2×1021Nmと 論 を得 て い る.さ. らに 佐 竹(2004)は,津. の結. 波 デ ー タに 基 づ. くイ ンバ ー ジ ョ ンか ら,本 震 の 震 央 の約30km北 海 底 隆 起 が 最 大 で,断. 断. 大 す べ り7.1mを 伴 っ た ア ス ペ. 北西 で. 層 面 上 の最 大 す べ り量 は4.3mで. あ った と推 定 して い る.. を 覆 い尽 く して 識 別 を困 難 に して い る.そ. こで,水 圧 変. 動 記 録 に周 期50秒 以 上 の長 周 期 通 過 フ ィル タ ーを 適 用 し て 津 波 に よ る水 圧 変 動 を検 出 した 結 果 を,図‑4に. 示 す.. 図‑4の 灰 色 線 が 示 す よ うに,本 震 前 後 で水 圧 の ゼ ロ基 線 が 水 深 に換 算 して,PG1で. は約40cm,PG2で. は約10cm移. 動 して い る.こ れ らは本 震 に よ る海 底 地 盤 の 隆 起 量 に対 応 す る(松 本 ら,2004).地. 震 発 生 時 刻(4時50分. ご ろ)以. この よ う に本 震 の 断 層 パ ラ メ ー タ に関 して は,解 析 に 用 い られ た デ ー タ や手 法 に よ って 多 少 の差 異 が あ り,細 部 に 関 して は必 ず し も確 定 的 で は な い も の の,断 層 の位 置 や大 き さ な ど に 関 して は ほ ぼ共 通 す る推 定 結 果 が 得 ら れ て い る. 本 震 の 震 源 域 に設 置 さ れ て い たJAMSTECの. 海底 モニ. タ リン グ シ ス テ ム の 概 要 を表‑2に 示 す.複 数 の 設 置 位 置 の う ち,PG1とOBS1は 点 と仮 称)に,PG2とOBS3は. 震 源 の 南 東 に 近 接 し た位 置(A地 震 源 の北 東 方 向 で 断 層 の東. 側 上 端 付 近 の 位 置(B地 点 と仮 称)に あ った と考 え ら れ る (図‑1参 照).A地. 点 とB地 点 は約72km離. 計 と地 震 計 はA地 点 で は4.0km,B地. れ て お り,水 圧. 点 で は3.4km離 れ て 図‑2. い る.な お,こ の モ ニ タ リ ン グ シ ス テ ム に よ る デ ー タサ ンプ リ ング は,水 圧 計 は1Hz,地. 水圧及 び海 底上 下動 加速 度時刻 歴 波形. 震 計 は100Hzで あ る.. 3. 観 測 デ ー タ に よ る 津 波 の 動 的 生 成 過 程 A地 点 とB地 点 で観 測 され た水 圧 と地 震 動(上 下 動 加 速 表‑2. JAMSTEC海. 底 モ ニ タ リ ン グ シス テ ム. (http://wwwjamstec.gojp/scdc/に. 加 筆). 図‑3. 水 圧 と 上 下 動 加 速 度 の フ ー リエ 振 幅 ス ペ ク トル.
(3) 338. 海. 降,PG2で. 岸. 工. 学. 論. は 波 高20cm程 度,周 期15分 程 度 の 押 し波 が 明. 瞭 に 観 測 され て い るが,PG1で. は波 高 も周 期 もPG2よ. り. も不 明 瞭 な 押 し波 で あ る こ と が 注 目 され る.. 文. 集. 第55巻. (2008). 約20秒 間 の,NS‑UD面. 内 で の地 盤 変 位 の 粒 子 軌 跡 は,. 図‑7に 示 す よ う に ほ ぼ楕 円 形 を描 く. 以 上 に述 べ た,地 震 動 の 卓 越 周 期 や粒 子 軌 跡 形 状,さ. 図‑4の 灰 色 線 は,地 震 発 生 直後 に 津 波 の到 来 に 先 行 し て,津 波 よ り も短 周 期 の 水 圧 変 動 を 示 して い るの で,次. ら に水 平 面 内 で の 指 向性 な どか ら,津 波 先 行 波 を励 起 し た 地 震 動 はRayleigh波 と推 察 さ れ る.こ の 推 察 を 裏 付 け. に この 津 波 先 行 波 に つ いて 検 討 す る.な お本 論 文 で は矩. るた め,次 章 で は さ らに数 値 解 析 結 果 を も と に検 証 を 進. 形 の帯 域 フ ィ ル タ ー を 用 い る た め,実 際 の変 動 時 刻 歴 の. め る.. 前 に フ ィル タ ー に よ る誤 差 と して の 小 変 動 が表 れ る こ と を付 記 して お く. 図‑5にA,B両. 地 点 で の水 圧 と3成 分(NS,EW,UDの. 各 成 分)地 震 動 加 速 度 の 振 幅 ス ペ ク トル を示 す.こ よ れ ば 両 地 点 と も,3〜15秒. 4. 動 的 津 波 解 析 に 基 づ く考 察 現 状 で は本 震 の3次 元 場 に お け る断 層 モ デ ル の 細 部 は れに. 確 定 され て い な い こ と と,上 記 した津 波 の 動 的 生 成 過 程. の 周 期 帯 で の ス ペ ク トル 形. 状 は,地 震 動 のNS成 分 とUD成 分 と は類 似 して い る が, EW成. 分 と は全 く異 な る.こ れ か ら,地 震 動 のNS成 分 と. UD成 分 との 関 連 性 やNS方 向 へ の指 向 性 な どが 指 摘 で き る.ま た,ま. た こ の周 期 帯 域 で は水 圧 変 動 も優 勢 で あ る. の で,地 震 動 と水 圧 変 動 との 強 い 関連 性 も推 察 さ れ る. そ こで,A,B両. 地 点 の水 圧 と地 震 動 の 上 下 動 成 分 の. 記 録 に,3〜15秒. の バ ン ドパ ス フ ィル タ ー を適 用 した 結. 果 を 図‑6に 示 す.た. だ し,地 震 動 記 録 は 周 波 数 領 域 で2. 回 積 分 し,変 位 成 分 に変 換 して い る.前 述 の よ うに水 圧 計 と地 震 計 の 設 置 位 置 は 多 少 離 れ て い るが,図‑6に. よれ. ば,水 圧 が大 きな 変 動 を示 す 直 前 の時 刻 に 地 震 動 は約20 秒 間 で1〜2回 ほ ど顕 著 な上 下 動 変 位 を示 して い る.こ の. 図‑5. A地 点(上 段)及 びB地 点(下 段)に お け る地 震 動加 速 度 及 び水 圧 の フー リエ振 幅 スペ ク トル. 図‑4. 50sec以 上 の 長 周 期 通 過 フ ィ ル タ を 適 用 した 水 圧 変 動 記録. 図‑6. 帯 域 通 過 フ ィル タ(3‑15sec)を 下 動変 位波 形. 適 用 した 水 圧 及 び 地 盤 上.
(4) 2003年 十勝 沖地 震 によ る津 波 の動 的生成 過程. 339. の 基 本 部 分 は 鉛 直面 内 の2次 元 解 析 で も十 分 に 検 討 で き. の下 面 に海 底 地 盤 面 の,上 面 に海 水 面 の変 位 を誇 張 して. る と考 え,こ. こ で は 簡 便 な2次 元 動 的 津 波 解 析(Ohmachi. 図示 し,破 壊 開始 後 の 時 刻 も図 中 に 示 して い る.図‑9に. ら,2001a)の. 結 果 に基 づ き考 察 を 行 う.こ の 動 的 津 波 解. よ れ ば,断 層 破 壊 開 始 の数 秒 後 か ら海 底 面 は大 き く隆 起. 析 は,境 界 要 素 法 に よ る動 的 地 盤 変 位 解 析 を最 初 に 行 い,. を 開 始 し,そ れ に 連 動 して 海 水 面 も隆 起 を 開始 す る.約. そ の結 果 を 用 いて 差 分 法 に よ る津 波 解 析 を 行 う とい う,. 17秒 後 に海 底 面 が 最 大 隆 起 を示 す と と もに,海 底 地 盤 を. 2段 階 解 析 手 法 を採 用 して い る.. 左 右 両 方 向 へ 伝 播 す るRayleigh波 が 発 生 す る.そ の 後,. 数 値 解 析 モ デ ル とパ ラ メ ー タ を,図‑8と. 定)で,地. こ のRayleigh波. に 連 動 し て 海 面 変 動 が 励 起 さ れ,. で の 範 囲 を 解 析 対 象 と し,水 深. Rayleigh波 と 同 一 の速 度 で 左 右 両 方 向 へ 伝 播 す る.や が. 盤 は均 質 な 半 無 限 弾 性 体 と して い. て,震 源 域 の海 面 上 に残 さ れ た 津 波 初 期 波 形 が 左 右 に分. 断 層 中 心 か ら±150kmま は23km(一. 表‑8に 示 す.. る.断. 層 面 は 幅70km,傾. 斜 角20° で,上 端 は 海 底 か ら. 25kmの. 深 さ に設 定 して い る.断 層 面 内 で の滑 り量 は一. か れ て 津 波 と して 伝 播 して 行 く. 断 層 破 壊 がBilateralの場 合 はRayleigh波 が 左 右 両 側 に. る い は 中 央 の3ヶ 所 か ら断. (逆 断 層 の上 盤 と下 盤 の両 方 に)伝 播 す るが,下 端 か ら開. 層 破 壊 を 開 始 さ せ,各 場 合 の異 同 を 指 摘 しつ つ,前 述 の. 始 す るUnilateral破壊 の場 合 に は下 盤 側(図‑9の 右 側)で は. 観 測 結 果 と の比 較 検 討 を 行 う.. 大 振 幅 で上 盤 側(図‑9の 左側)で は小 振 幅,上 端 か らの 破. 定 で,断. 層 の 上 端,下. ま ず,断. 端,あ. 層 破 壊 を 断 層 面 の 中 央 か ら開 始 さ せ た 場 合. (Bilateral破壊)の ス ナ ップ シ ョ ッ トを 図‑9に 示 す.各. 図. 壊 開 始 で は そ の 逆 と い う指 向 性 が 顕 著 に 表 れ る.し か し, 地 盤 の静 的 変 位(永 久 変 位)と 津 波 初 期 波 形 に関 して は, 断 層 の破 壊 形 態 がUnilateralで もBilateralでも差 異 は な い. 断 層 の下 端 か ら断 層 破 壊 が 始 ま るUnilateral破壊 の 場 合 の,断. 層 中 央 か ら ±100kmの 範 囲 で の海 面 変 動 の 時 刻 歴. を 図‑10に 示 す.上. 述 したRayleigh波 の 指 向性 の た め,. 下 盤 側(図 の 右 側)で 津 波 先 行 波 の振 幅 が(図 の左 側)よ り も大 きい こ とが 明 示 され て い る. 図‑4と 図‑10の 時 刻 歴 波 形 を比 較 す る と,A地 B地 点(PG2)で. 点(PG1)と. の 津 波 波 形 は,図‑10の30km地. 点 と60km. Time=15sec. 図‑7. NS‑UD面 内の地 盤変 位粒 子軌 跡. Time=25sec. 図‑8. 2次 元 シ ミュ レ ー シ ョ ン モ デ ル Time=35sec. 図‑3. 断 層パ ラメー タ. Epicentral. 図‑9. Distance. Upper:. Seasurface. Lower:. Seabed. (km). Bi‑lateral断層 破 壊 に お け る地 盤 及 び 海 面 変 動.
(5) 340. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻. (2008). 地 点 の 津 波 波 形 と それ ぞ れ 類 似 して お り,両 地 点 で の 津 波 波 形 の相 違 は震 源 断 層 と観 測 点 の位 置 関 係 で 生 じた も の で あ る こ とが 指 摘 で き る. 図‑11に+60km地. 5. 結. 論. 2003年 十 勝 沖 地 震 の 海 底 モ ニ タ リ ング記 録 に 基 づ き,. 点(断 層 上 端 か ら30km離 れ た地 点)で の. 動 的津 波 解 析 か ら指 摘 され て い た 津 波 生 成 過 程 が ほ ぼ検. 海 水 面 変 位 と海 底 水 圧 変 動 お よ び 入 力 地 震 動 の 時 刻 歴 を. 証 で きた.す. 示 す.観 測 記 録 で 指 摘 した よ う に,水 圧 変 動 は継 続 時 間. 震 源 域(津 波 波 源 域)で は地 震 発 生 と と も に短 周 期 の 水 中. が地 震 動 よ り も長 く,最 大 振 幅 は津 波 に よ る水 圧 変 動 よ. 音 波,主. り も大 き いが,詳 細 に見 れ ば 津 波 に よ る水 圧 変 動 が 含 ま. 周 期 の 津 波 の3種 類 の 水 中 波 動 が 観 測 され る こ と が 本 研. れ て い る.. 究 で 検 証 され た.各 波 動 は,そ れ ぞ れ 卓 越 周 期 や 指 向 性. な わ ち海 底 水 圧 計 や海 底 地 震 計 の記 録 か ら,. と してRayleigh波 に よ る津 波 先 行 波,そ. して 長. な ど の面 で 異 な る特 性 を 示 す こと か ら,こ れ らを 逆 解 析 す る こ とに よ り,断 層 破 壊 機構 の解 明 や 近 地 津 波 の 高 精 度 リア ル タイ ム検 知 な ど に新 た な道 筋 を 提 供 す る もの と 期 待 さ れ る. な お,今 後 は北 海 道 東 岸 で の津 波 観 測 記 録 の 解 析,3 次 元 動 的津 波 解 析 の適 用 な ど を含 め,さ. ら に詳 細 な検 討. を 進 め て い く予 定 で あ る.. 謝辞:本 研 究 で はJAMSTECに. よ る海 底 モニ タ リン グデ ー. タを 使 用 さ せ て い た だ い た.記. 参. 考. 文. して 謝 意 を 表 す る.. 献. 佐 竹 健 治(2004): 4.3.2高 精 度 の 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に基 づ く 十 勝 沖 地 震 津 波 の 波 形 解 析, 平 成15年 (2003年) 十 勝 沖 地 震 に 関 す る 緊 急 調 査 研 究 報 告 書 (平 田 直 編), pp.1‑13. 松 本 浩 幸, 杉 岡 裕 子, 三 力 田 均 (2005): 水 中 音 波 で 予 測 す る 津 波 発 生, 超 音 波TECNO, pp.13‑17.. 図‑10. Unirateral断 層 破 壊 に お け る ±100km範. 囲 の海 面 変 動. 時刻歴. 図‑11. +60km(断. 層 上 端+30km)地. 動 及 び入 力 地 震 動. 点 に お け る 海 水 面,水. 圧変. Koketsu, K., K. Hikima, S. Miyazaki and S. Ide (2004): Joint inversion of strong motion and geodeticdata for the sourceprocess of the 2003 Tokachi-Oki, Hokkaido, earthquake, Earth Planets Spacee, 56, pp.329-334. Nosov,M., S. V. Kolesov, A. V. Ostroukhova,A. B. Alekseev and B. W. Levin (2005): ElasticOscillationsof the water layer in a tsunami source, Doklady Earth Sciences, Vol.404, No.7, pp.1097-1100. Ohmachi,T., H. Tsukiyamaand H. Matsumoto (2001a):Simulation of tsunami induced by dynamic displacementof seabeddue to seismic faulting,Bull. SeismologicalSoc. Am., Vol.91,No.6, pp.1898-1909. Ohmachi,T., H. Tsukiyamaand H. Matsumoto (2001b): Seawater pressure induced by seismicground motionsand tsunamis, ITS 2001 Proceedings,Session 5, No.5-4, pp.595-609. Yamanaka,Y. and M. Kikuchi (2003): Sourceprocess of the recurrent Tokachi-Okiearthquake on September26,2003, inferred from teleseismicbody waves, Earth Planets Space, 55, pp.e21e24..
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