博 士 （ 工 学 ） 重 藤 迪 子
学 位 論 文 題 名
強震記録に基づく深部地盤構造の検証手法に関する研究
(Verification of Deep Subsurface Structure Based on Strong Motion Records)
学位論文内容の要旨
近 年 、 強 震 動予 測 手 法 の高度 化に 伴い、 構造物 の耐震 設計 や地震 防災行 政にお ぃて予 測地 震動が 活 用さ れ 始 め て いる 。 高 精度 を強震 動予 測には 、地震 動を決 定づけ る、 震源特 性、伝 播経路 特性 お よ びサ イ ト 特 性 の適 切 を 評価 が不可 欠で ある。 特に、 大都市 が位置 する 大規模 堆積盆 地では 、地 震 基 盤の 上 面 形 状 およ び そ れ以 浅の堆 積層 が地震 動に与 える影 響が大 きく 、広周 波数帯 域の強 震動 予 測 を可 能 と す る 高精 度 を3次 元深 部 地 盤 構 造 モデ ルの 構築が 必須と をる 。その 上で重 要と誼 る深 部 地 盤構 造 モ デ ル の妥 当 性 の 検 証 は、 観 測 さ れ た強 震 記 録 と 既往 の モ デ ルに基 づく理 論波形 の比 較 を 以て な さ れ る べき で あ り、 この際 、高 密度を 強震記 録が必 要とな る。 しかし 、強震 記録の デー タ セ ット は 限 ら れ るた め 、 その 手法は 、対 象領域 で強震 記録が 観測さ れて いる地 震に依 存せざ るを 得 を い。 実 施 例 の 多い 、 遠 地地 震を用 いた 深部地 盤構造 モデル の検証 では 、震源 から堆 積層ヘ 入射 す る まで の 伝 播 経 路の 影 響 が合 まれる ため 、伝播 経路の 減衰性 状は十 分に 吟味さ れる必 要があ るが 、 地 盤構 造 の 検 証 に大 き く 影 響 す る長 周 期 帯 域 にお け る 伝 播 経路 の 減 衰 性状に 関する 研究例 は少 を く 、ま た 、 既 往 研究 結 果 の 多 く は、 長 周 期 帯 域で の震源 のS波放射 特性 に関し て考慮 してい をい 。 一 方、 近 地 地 震 を用 い る 事で 、堆積 盆地 内での 波動伝 播性状 を詳細 に評 価する 事が可 能であ り、 深 部 地 盤 構 造 モ デ ル の 検 証 に 非 常 に 有 用 で あ る が 、 地 震 の 発 生 頻 度 が 低 く 、研 究 例 は 少 ない 。 本 研 究 は 、 堆積 層 ヘ 入 射する 地震 波の精 度良い 評価の ため に、長 周期帯 域にお ける伝 播経 路の減 衰 性状 を 定 量 的 に検 討 す る手 法を提 案し た上で 、石狩 平野を テスト フィ ールド とし、 高密度 を強 震 観 測 記 録 を 用 い て 、 深 部 地 盤 構 造 モ デ ル の 定 量 的 を 検 証 を 実 施 す る も の で あ る 。 本 論 文 は6章か ら 構 成 さ れ、 以 下 に 各 章の 要 約 を 述 べる 。
第1章 は 、 序論 で あ り 、 関連 す る 既 往 の研 究 に ついて 俯瞰 し、そ の問題 点を指 摘し、 本研 究の目 的 と意 義 に つ い て述 べ た 。
第2章 で は 、堆 積 層 ヘ 入 射す る 地 震 波 の定 量 的 検 討 を目 的 に 、 震 源 のS波 放射 特性を 考慮し て、
長 周期 帯 域 に お けるS波 伝 播 経路 の 滅 衰 性 状 を表 すQs値を 推 定 す る 新 たな 方 法 を 提 案し た 。 やや 深 発の ス ラ ブ 内 地震 の 強 震記 録を用 いて 、提案 手法の 適用性 の検証 を行 った。 その結 果、推 定さ れ た 長周 期 帯 域 に おけ るQs値 は、 既 往 の 短 周期 帯 域 で の 推 定結 果 を 外 挿し た値と 調和的 であ り、長 周 期帯 域 に お い て前 弧 側 と 背 弧 側の 伝 播 経 路 のQs値 は 同 程度 で あ る こと を示す ことで 、提 案手法 の 有効 性 を 確 認 した 。
第3章 で は 、深 部 地 盤 構 造モ デ ル の 検 証の テ ス トフイ ール ドとす る石狩 平野に おいて 、高 密度に 設 置さ れ て い る 強震 観 測 点、 地形お よび 地質の 概要に ついて 述ベ、 既往 の地下 構造探 査結果 と、 そ れ に基 づ ぃ て 作 成さ れ た 深部 地盤構 造モ デルに ついて 整理し た。産 業技 術総合 研究所 と防災 科学 技 術 研究 所 に よ る 、当 該 地 域で 最新の ニつ の深部 地盤構 造モデ ルを比 較し 、両モ デルで 地震基 盤上 面 の 形状 は 類 似 す るが 、 そ の 深 度 が大 き く 異 な るこ とを指 摘し て、4章以 降の深 部地盤 構造モ デル の 検 証で は 両 モ デ ルを 検 討 対 象 と する こ と と し た。
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第4章では、やや深発スラプ内地震の強震記録を対象に、離散化波数法を用いた理論波形と観測 波形のS波部分の比 較から、観測点直下における 深部地盤の1次元S波速度構 造の妥当性を検証 した。まず、長周期帯域における、浅部地盤の増幅特性が、S波理論波形に及ばす影響について検 討し、再現性を評価 する際の指標とした。また、2章の検討を参考に、伝播経路のQs値は背弧側 に位置する石狩平野 に対しても、前弧側と同じ値を設定した。次に、観測点直下の1次元S波速度 構造に対する妥当性 を検証した結果、既往の両モデルそれぞれで概ね再現性が良いことがわかっ た。この解析方法では、一方のモデルの優位性を示す結果は得られず、複数の手法を用いて、妥当 性を検証する必要性を指摘した。
第5章では、札幌 都市直下のどく浅い所で発生した2010年石狩地方中部の地震による高密度を 強震観測記録を解析した。まず、近地観測記録の解析から震源パラメータの再決定を行った。震源 近傍に分布する観測点の変位波形には近地項・中間項が顕著に見える。その振幅、形状および極性 は震源′くラメータに極めて敏感に反応し、観測波形と離散化波数法を用いた理論波形との比較か ら、その詳細誼推定が可能であることを示した。推定値に基づく理論変位波形ではその特徴を良く 再現できている。また、震源のほば直上に位置する観測点の強震記録を対象とした、S‑P時間の解 析から、震源深さを 再決定した。既往のニつの深部地盤構造モデルに対して解析を行い、その結 果、防災科学技術研究所のモデルを用いた場合では、地震発生層よりも浅部に震源が位置し、当該 領域においてこのモ デルが適当ではをいことがわかった。以降、産業技術総合研究所のモデルを 検証した。次に、遠 地観測記録の解析から盆地内での地震波の伝播性状を把握した。盆地内部の N30W方向に位置する 観測点の速度波形のRecordsec丘onに、直達波と反射波が同じ見かけ速度で 伝播し、かつ反射波の振幅が直達波のそれを上回る、という特異を傾向を有する波の存在が確認で きる。離散化波数法による1次元シミュレーションから、この波は地震基盤上面と震源の距離が近 いことにより発生したI）iffr孤tedwaveであることを明らかにした。さらに、I）iffr鴛tcdwavcの発 生過程と性質について、数値シミュレーションにより理論的に検討した。振幅が震央距離の自乗に 従って減衰する傾向を示し、かつ直達波と反射波が同じ見かけ速度で地震基盤相当の速度で伝播す る。地震基盤上面と震源の距離に依存して励起効率が変化し、両者の距離が近い場合、直達波より も振幅が大きを反射波が観測され、波線理論ではその波を説明できない。これらの結果は、観測記 録に見られる特徴と一致する。このように、Diffractcdwaveの特性は深部地盤構造モデルの妥当性 の検証に有用であり、浅発地震の強震動評価においては、I）i脇ctedwavcの発生を考慮しないとそ の精度に影響するこ とがわかった。最後に、2010年石狩地方中部の地震の3次元差分法による強 震動シミュレーションを実施し、高密度を強震観測記録と計算波形の比較から、石狩平野における 深部地盤構造モデルの妥当性の検証を行った。観測記録の再現性を確認した結果、大局的には妥当 であることが示された。同時に、数地点では再現性が低く、特に、I）imctcdwavcの伝播に着目し て検証すると、観測点間の構造においてチューニングを要することが明らかにをった。Di冊薊ted waveが地震基盤上面 の形状の微妙を変化に強く影響を受けることを示し、その再現性を評価する ことにより、地震基盤上面の形状の検証を行うことが可能であることがわかった。尚、高密度に分 布する強震観測記録からI）i冊actcdwavcの存在を確認し、その波の特性について定量的に評価し た例は本研究が初めてである。
第6章は、総括で あり、各章における成果とさらをる精度向上への課題を述べてまとめとして いる。
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学位論文審査の要旨 主査 准教授 高井伸雄 副 査 教 授 菊 地 優 副 査 教 授 後 藤 康明
学 位 論 文 題 名
強震記録に基づく深部地盤構造の検証手法に関する研究
(Verification of Deep Subsurface Structure Based on Strong Motion Records)
将来起こりうる大地震に対して，ある地点・地域の地震動を適切に評価することは，建築 設計活動，都市防災政策立案等にとって，非常に重要である。近年では。強震動予測手法が 高度化され，構造物の耐震設計や地震防災行政において予測地震動が活用され始めている。
高精度な強震動予測には，震源特性・伝播経路特性・サイト特性の適切を評価が不可欠で あり，大都市が位置する大規模堆積盆地では，広周波数帯域の強震動予測を可能とする高精 度を 3 次 元深部地盤構造モデルの構築が必須である。この深部地盤構造モデルは観測され た強震記録によって十分に検証されるべきであり，実施例の多い遠地地震を用いた深部地 盤構造モデルの検証では，震源から堆積層ヘ入射するまでの伝播経路の影響が含まれるた め，伝播経路の減衰性状は十分に吟味される必要がある。一方，直下の内陸地殻内地震を用 いる事で，堆積盆地内での波動伝播性状を詳細に評価する事が可能であり。深部地盤構造モ デ ル の 検 証 に 非 常 に 有 用 で あ る が ， 地 震 の 発 生 頻 度 が 低 く ， 研 究 例 は 少 を い 。 本論文は，堆積層へ入射する地震波の精度良い評価のために。伝播経路の減衰性状を定量 的に検討する新たな手法を提案した上で，石狩平野をテストフィールドとし，高密度橡強震 観測記録を用いて，やや深発スラプ内地震と内陸地殻内地震を用いた深部地盤構造モデル の定 量的を 検証手法に関して議論しており，全6 章で構成されている。各章の概要は以下 の通りである。
第 1 章では，関連する既往の研究について俯瞰し，その問題点を指摘し，本研究の目的と 意義について述べている。
第 2 章では，やや深発スラプ内地震を用いた深部地盤構造モデルの検証のために必要を．
地震波伝播経路特性の定量的検討を目的に，地震波放射特性を考慮した，長周期帯域におけ る伝播経路の減衰性状を評価する新たを方法を提案している。
第 3 章で は，深部地盤構造モデルの検証のテストフィールドとする石狩平野の強震観測 点，地形および地質の概要について述ベ，既往の地下構造探査結果と，それに基づぃて作成 された深部地盤構造モデルについて整理している。
第 4 章では，第2 章を踏まえ，適切な伝播経路特性の設定を基に，やや深発スラプ内地震
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の 強 震 記 録 を 対 象 に ， 離 散 化 波 数 法 を 用 い た 理 論 波 形 と 観 測 波 形 の 比 較 か ら ， 観 測 点 直 下 に お け る 既 往 の 深 部 地 盤 構 造 モ デ ル の 1次 元 で の 妥 当 性 を 検 証 し て い る 。 第5章 で は ， 内 陸 地 殻 内 地 震 を 用 い た 深 部 地 盤 構 造 モ デ ル の 検 証 を 目 的 と し て ， 札 幌 都 市 直 下 の ど く 浅 く で 発 生 し た2010年 石 狩 地 方 中 部 の 地 震 に よ る 高 密 度 橡 強 震 観 測 記 録 を 解 析 し て い る 。 ま ず ， 震 源 パ ラ メ ー タ の 再 決 定 を 行 い ， 次 に ， 既 往 の 深 部 地 盤 構 造 モ デ ル に 対 し て 解 析 を 行 い ， 盆 地 内 で の 地 震 波 の 伝 播 性 状 を 把 握 し て い る 。 盆 地 内 部 の 特 定 の 方 向 に 位 置 す る 観 測 点 の 速 度 波 形 記 録 に ， 直 達 波 と 反 射 波 が 同 じ 見 か け 速 度 で 伝 播 し ， か つ 反 射 波 の 振 幅 が 直 達 波 の そ れ を 上 回 る ， と い う 特 異 を 傾 向 を 有 す る 波 の 存 在 を 確 認 し ， 離 散 化 波 数 法 に よ る1次 元 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン か ら 。 こ の 波 が 地 震 基 盤 上 面 と 震 源 の 距 離 が 近 い こ と に よ り 発 生 し たDiffracted waveで あ る こ と を 明 ら か に し て い る 。 高 密 度 に 分 布 す る 強 震 観 測 記 録 か ら こ の 地 震 波 の 存 在 を 確 認 し ， 定 量 的 に 評 価 し た 例 は 本 研 究 が 初 め て で あ り ， さ ら に 地 震 基 盤 上 面 と 震 源 の 距 離 に 依 存 し て 励 起 効 率 が 変 化 し ， 両 者 の 距 離 が 近 い 場 合 ， 直 達 波 よ り も 振 幅 が 大 き を 反 射 波 が 観 測 さ れ ， 一 般 に 用 い ら れ る 波 線 理 論 で は そ の 波 を 説 明 で き を い 事 を 明 ら か に し て い る 。 こ の よ う にDiffracted waveは 深 部 地 盤 構 造 モ デ ル の 検 証 に 有 用 で あ る こ と を 指 摘 し て い る が ． 既 存 の 強 震 動 予 測 で は 考 慮 さ れ て い 教 い 地 震 波 で あ り ， 今 後 の 強 震 動 予 測 の 高 精 度 化 に お い て も 本 研 究 成 果 は 重 要 と を る 。 第6章 は 。 深 部 地 盤 構 造 モ デ ル の 検 証 手 法 に 関 し て の 研 究 を お こ を っ た 本 研 究 の 総 括 で あ り 。 各 章 に お け る 成 果 と 強 震 動 予 測 の さ ら を る 精 度 向 上 へ の 課 題 に 関 し て 言 及 し て い る 。 こ れ を 要 す る に ， 著 者 は 堆 積 盆 地 の 深 部 地 盤 構 造 を 強 震 記 録 を 用 い て 検 証 す る た め の ， 伝 播 経 路 の 減 衰 性 状 を 定 量 的 に 検 討 す る 新 た 橡 手 法 を 提 案 し ， や や 深 発 ス ラ プ 内 地 震 と 内 陸 地 殻 内 地 震 を 用 い た 深 部 地 盤 構 造 モ デ ル の 検 証 を 通 し ， 地 震 基 盤 上 面 直 下 に 震 源 が 位 置 す る 場 合 に 発 生 す る 特 徴 的 な 地 震 波 を 定 量 的 に 評 価 し て お り ， こ れ ら 知 見 は 地 震 工 学 の 発 展 に 貢 献 す る と こ ろ 大 橡 る も の が あ る 。 よ っ て 著 者 は 北 海 道 大 学 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る 。
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