H/V スペクトル比特性の比較検討

第 12

回 日本 地震 工学 シンポ ジ ウム

(2006)

横浜市 における常時微動 および強震観測記録による H / V スペク トル比特性の比較検討

Studyoncomparisonc‑fHN spectralcharacteristicsbetweenmi Crotremorand seismicmotionrecoTdin Yokohama

荏本孝久

^1,

山本俊雄 1 ,石井 匠 1 ,杉本 実

²

,マニ ュエル ナバ ロ

³

1祉 ahisaENOM OTOl,ToshioYAMAM OTOl,Thkn mi lSHTIl,M inoru SUGIM OTO 2andM anuelNAVARRO3

1

神奈川大学工学部

,FacuJtyofEngineering,KanagawaUniversity

2

元横浜 市環境研 究所

,FormerYokohamaEnvirorLmentalScienceReseaLrChTnsti

h

t

e 3アル メ リア大学理学部

,DepartmentofAppliedPhysics,AlmeriaUniversity

SUMMARY:Recently.inlandtypeearthqt】akealcapitalregionispredictedandseveraldisastermitiLgationTneaSureS areconsidered.Investigationofsiteeffectduetosllrfacesoi一stnJctureisbasicallyimportaJltfortheestimationof damagedisbうblltion･Usual

l

y

,H

^{/Vspectrum obtainedfroTnmicrotremorisusedfortheestimationofsiteeff}Tect‑h YokohamaCi

t

y,adenseseismicstation‑1etWOrkwasinstalledcorlStitutedbyt50seismicstations.So,weobserved microtremoraH50sites.Thesoi一sm ctLLreateadlSiteisquitedifferentandwasidenti広edをom SPTandPSLogging TesLandwecanconfirm thedifferenceofsoilStEllCture.Inthispaper,WewollldliketopresentaleaPPlicability of micTOLremOrCharacteristicsbycomparingthe

H

^{/Vcharacteristicsbetweenmicrob･emorsandseismicmotions･}

1

は じめに

近年 ,首 都 圏直 下型 地震 の発生 が危 倶 され て お り, 様 々な地震防災対策の検討 が行われ てい る.中で も対象 地域 の表層地盤構 造や地震動伝播 特性 を詳細 に把握す る

ことは基礎的な地震防 災上重要な課題 となってい る.磨 度分布や地震動特性 を評価す る方法 と して.多数 のポー リング調 査デ ー タの収集 を行 って検討す るのが望 ま しい が,経費や時間,社会 条件や 自然条件 か らも全ての場所 で調査デー タの収集 を行 うことは困難で ある.それ に対 し,常時微動観 測 は簡便 で コス トもかか らないた め多 く 活用 され ている. しか し,その解釈や適用 限度 に関 して は依然 と して唆味 な点が残 されてい るため,有用性や適 用性 を明確 にす る ことに よ り,精度 の高い評価方法 とし て利 用できるよ うにす る必要が ある考 え られ る.

横浜市にお いて は

,150

地点 の高密度 な地震観測網 [ 1 ] が整備 されてお り地震観 測記録 が公 開 され,各観 測点の 地盤調査結果の情報 について も整備 され ている. また, 地質 ･地形 区分 に よる増幅特性 を用いて震度分布 を予測 した地図

[2]

が公表 され ている.一方,大町 らは横浜市内 の公 ‑ 1 ' ‑ ̲ 小学校 において常時微動観測 を行 い ,t I ^{/ V スペ ク}

トルの特性 か ら地盤構 造の特性 の推 定が可能で あ り常時 微動 の有用性 を示 した

[3〕.V.H.S.Rodrigue

2 =らは,横浜 市の地震観測網 に よ り観測 され た地震記録 と常時微動観 測記録の W Vスペ ク トル の特徴 を分析 し.地盤 区分法の 提案 を行 ってい る [ 4 〕.本研 究では横浜市の地震観 測網 を 構成す る

150

地点で常時微動萩 軌 を実施 し,同‑地点で 観測 された強震観 測記録 と常時微動観測記魚 を解析 し,

W V スペ ク トル比での比較 を行 った. また,各観 測地点 の地盤情報 か ら地盤構造モデル を作成 し

, 1

次元地盤振 動解析に よる地盤 の周波数伝 達関数 を算定 した. これ ら の相 関性 を考慮 して,横浜市 にお け る常時微動観軌結果 によ り得 られ る 肌 スペ ク トル比の有用性 につ いて検討

した.

2

横浜市 の地形 ･地 質

横 浜市の地形 ･地質 について

,Fig.T

に示す よ うに西側 の 丘陵部か ら東側 に標 高が低 くな り㌻台地 ･丘陵地か ら

低地 に移行す る.台地 ･丘陵地 を開析す る樹枝状 の河川 沿 いの低 い. 段丘や谷底 低地 は軟弱 な地盤 を構成 し,水害 を受 けやすい地域 とな ってい る.また,東部 の海岸 沿い の臨海地域 には広 く埋 立地 が分布 してい る.表層地質 は 台地 ･丘陵地では関東 ローム属が分布 し,低地は沖積層 等か ら成 り,臨海部 の低地 に分布す る沖積 届 は軟 弱で, 最 大

50m

軽度 の層厚 を有 してお り地庚 動 を増幅 させ た

り液状化現象を引き起 こす可能性 が指摘 されている.

･u'一r

Fig.IGeologicalMapofYokohamaCityl5]

3

常時微動および強震記録のスペ ク トル解析 3.1 常時微動観測

横浜市が,地震 による災害応急対一 策 を 目的 として構築 した ｢ 高密度強襲計ネ ッ トワー ク｣ の強震計設箇所

150

地点は

Fig.?̲

に示 されてい る.本研 究でI も これ ら

150

地点 において強震計の直近 ( 半径約

5m

経度 以内)で常 時微動観測 をお こなった.観測 は

, 2001

年 か ら

2004

年 度 にかけて実施 し

,2001

年度

12

地点 ( 神奈川 区)

,2003

年度 に

1

11地点

,2004

年度 に新 たに

27

地点の合計

1.50

地点で常時微動観測 を行い観 測記録 の解析 を行 った

.

31 9

第

1 2

回 日本地 震 工学 シ ンポジ ウム

( 20 0 6 )

‑■t

‑1

LL叫字..

L

.

,

..･.L'

,y ･:; p l･T ..

:

⁚ . :(

,

1

,

^l

■‑t′

' す ご^R F.: /:/tl

Fi g‑ 2Di s t r i b ut i o no fs e i s mi cs t a t i or L SC O n S t i t ut e db y t h eYok oh a maCi t yDe n s eAc c e l e r o me t e r Ne t wo r k 3 . 2

観 測方 法

常 時 微 動観 測 に は SPC‑51K (東 京測 振 ) を使 用 した . 微 動セ ンサー は強威 計 #Jl'置位 置か ら

5

m以 内 に設 置 し, 水 平動

2

方 向

( N S , E W

成 分 ),上下動 1方 向

( U D

成 分 )の 合 計

3

方 向成 分 につ いて ,サ ンプ リン グ周 波数

1 0 0 H z

で

1 8 0

秒 間観 測行 った .観 測 記録 の 波形 お よび フー リエ ス ペ ク トル の 1例

( t t O 6 )

^を

Fi g

^{.3に示 した .}

2.55

‑2̲50

‑5

/〜‑ヽy ,･卜

1.一･/^I

J､ ^′ 一一一

ヽ

･‑

加

^∴

J

Fi g

.

3 An e x a mp l e of wa ver or m a n d Fo u he r s p e c hl m Ob t a i n e d 打o m T T I j c r ol r e mo ro b s e r v a t i o J l

l Si t e : t t O 6 ]

3. 3

強 震 観測 記 緑

横 浜 市 の高 密度 強 震 計ネ ッ トワー クで は,過 去 に起 き た地 震 の震源 情 報及 び 強震 計 に よって記録 され たデ ー タ をイ ンター ネ ッ トよ り公 開 して い る.本研 究 で解析 に用 いた強震 記録 は

,2 0 01

年

1

月

〜2 0 0 4

年

6

月 ま でに発 生 し た地震 の 中で,姐5以 上で震源 深度 が深 く,横 浜 市域 よ り 比 較 的遠 い遠 地 地 震 で あ る こ とを選 定 基準 と して 8地震

を選 定 した. 8地震 の地 震情報 を

Ta bl e

lに示す .

3 ̲ 4 H

JV スペ ク トル 比 の解 析

強震 記録 の解 析 に 当た って ,比 較 的表 面 波成 分 が 多 く な る と考 え られ るコー ダ部 に着 目 し,公 開 され て い る

3

成 分 の個別 のデ ジ タル デー タフ ァイル を 1つ にま とめ , 物 理値 (加 速度 値 ) に変 換 した.観 測記録 の 波形 お よび フー リエ スペ ク トル の l例

( t L O 6 )

を

F

j

g

.4 に示 した‑

次 に, この時系 列波形

( N S

成 分) か ら,振 幅 絶対値 に よ る累積 曲線 を求 め, 累積値 が

8 0 %

に達 した部 分 の時刻 か

ら

2 0 . 4 8

秒 を抽 出 し

,F F T

法 に よ りフー リエ スペ ク トル を算定 した

320

Ta bl eIBa s i ci nf or ma t i o nc o nc e me dL o8e a T t hq ua k e su s e d i nt hi ss t u d y

A 瞬 ･ T. T 〜牡 【 賢 月瞳王 鵬

I 誕 ■b l 捕 此 丘5 5 】

】瞥 仙 手鞠

2 5 誕 h

^{l 棚 ;瞥 Z7 h}iZ51 ■1 鰭

3 5 J I T 7

豪 仙 l正一 7^{I )J b 欄 ;瞥 3 1 Jかh *} 馳 怜

4 5月方 お 7WTh l瓜 aー1 ^三好

T q ■h

‡蜘

スペ ク トル 解析 に 当た って は, 常 時微 動, 強 震 記 録 と も 同株 にバ ン ド幅

0 .3 H z

^の

Pa rze n Wi nd o w

に よ り平滑化 を行

っ た .さ らに

N S

成 分

, E W

成 分 の スペ ク トル を相 乗 平均 し て水 平 2次 元成 分 (H)を求 め,それ を上下 成 分 の スペ ク

トル (V)で 除 して

H/

V スペ ク トル 比 を作成 した .

一 一‑‑ 嘩 軸 ･ .

^{轟 く‑ ii:∴ I/･･}

･ ‑ L . 一･ 一 一

^{欄 'rt･llPiti事,i･ . ㍗ I . ･ 一}

J･一 ･‑ ‑ 一一､｣ホ 7.ヤL〆'･ヰ'I.IL^‑ '･

l･I l ̲lI J'1

ノ ^⊥

Fi g

･

4 An e x a mpl e of wa ver or m a nd Fo u r i e r s pe c t r um o bt a i ne d F r om s e I S m) c mo t i o n ob s e n/ a L l ' o T L l Si t e : t t O 6 1

4

H/V

ス ペ ク トル 比の比較

4.1

強 震 記 録 と常 時微 動 の 比較

観 測 地 点 150地 点 ご とに観測 され た 8つ の強 蔑記録 の

H/

V スペ ク トル 比 を重 ね 合 わせ , それ を常 時微 動 の HJV スペ ク トル比 と比較 しつつ .平均 の

f l /

V スペ ク トル 比 を作 成 した .そ の際 に明 らか に特 異 なケ ー ス は削除 し た .そ して 最終 的 に強震観 測記録 に よる平均

W

V スペ ク

トル 比 と常 時微 動観 測記録 に よる H/V スペ ク トル 比 を重 ね 合 わせ て比較 検討 した.

1

例

( tt o 6 )

と して

F i g.

5に両 者

の

t V

V スペ ク トル を重 ね合 わせ た結 果 を示 した ー

また ,両者 の観 測記録

のH/

V スペ ク トル 比 か ら個別 に 抽 出 され る卓越 周 期 Tとそ の周期 に対 応す る

r l /

V の比 を 増幅 率 Rと して個別 に抽 出 した. さ らに周 期 0.1秒 か ら

2. 5

秒 の 周 期 範 囲 で

H

∧Jスペ ク トル 比 の曲線 が 囲む面 積 を スペ ク トル 面積

S

と して個 別 に算 定 し, これ ら

3

つ の 値 (T, Rお よび S)につ いて 常時 微 動観 測 結 果 に基づ く 値 と強 震 観 測 記録 に基づ く値 につ いて 両者 の 相 関性 を検 討 した . そ れ ぞれ の結 果 を

Fl ' g. 6

(T)

,FJ ' g. 7

(R)お よび

Fi g. 8( S)

に示 した .

第

12

回 日本地震 工学シ ンポジ ウ

ム (2006) L.LO65

■■ コ

竜 ･ # ̲ 1 . 辛

L

J a , ･ ･ l J

･t コ=

∴

壬

^{韓 き き,,｣}

0.tfJ.引 0.I ( lt) 伯U

P

^{rFnl泊tls】}

Fig.5Compariso】10fⅣ Vspech･alchaTaCterjsticsbetween microtTemOr and seismic motion observatjo^Tl record

l Si

^te:ttO6]

* 一書 苛 q J･^{許 諾 F̲}舟の 印

F t l 王 P

^{Z ‑:洞 tI)}

1⁵

̲ J ll;ね 3 I!iH ..l.( ).J^{lj ll}

U

I⁚頚

71 糾 せ lP J Li . .1 ･

･T

謬

t.Af.VHU‑‑･L'

15

. r t TL 井内t I 弘' !

Fig,6 Comparison of predominant period value (T) between mjcrob‑emor aEld seismic motion observation record

升叶やttとqiだ

岩 .

^tJの約

帝

^!Zi

r

^{tBt 羊 ;}

lじ

り /

J

^{LH ,'{̲'}

l '

^ll

'

^.■

注

一b

Arr'▲

･:t I

L71日ま⁚L;(.

I.l al

''乙 一←.

.../ll:,!:

毒す

^'J

l

^f

^l

^{t一 三'J}

rtrli‑1黙 計 8 tl:

Figl7 Comparison of amplt'fication factor yalue (良) between mlCrOtremOT aJld seismJ'c motion observation record

* 帝 87B と CBだ 吐 良 の 細 田盟 (血 筒 i

25

J.I‑;･H l.日 .I,. tl L^‑i^{J T}

つ

LJllT}llJI‑..

r▲

･･･I‑(

,.F I

.^鎚ホJnS I.山

T∵'I71･い..

i I‑

i:J

: 5 ' / J )

STF･T潔 的甘叫 :I

llI

′ . ′

Fig.8Comparison ofspectralareaValue(S)between microtrernorandseismicmotionobservationrecord

4 . 2 比較轄果

常時微動 と強震観測 記鐘 の

H

N スペ ク トル比の卓越周 期 ( T),増幅率

(

冗

)

,スペ ク トル面積

(S)

の

3

着の相関 性 について総合 的に比較 を行 い,最終的な整合性 に関す る評価結果 を分布 図 として

Fig.9

に示 した.常時微動 と 強簾観測記録 が一致 した観測地点 ( ○印)は

132

箇所 で, 一致 しなかった観測地点 ( ◆印)は

15

箇所 ,強震観測記 録のデータが得 られ なか った地 点 ( ★印) は

3

箇所 であ

った.この結果 .常時微動 と強震観測記録 の

H

/ Vスペ ク トル比の特性 が一致 し地点は,全体の約 8 8 別こ当た る と い う結果が得 られた.また,横浜市

150

地点にお ける周 期 ( T),増幅率

(R)

,スペ ク トル 面積

(S)

の相 関図の結 果 よ り,周期

(T)

と増倍率

(

氏

)

に関 しては,比較 的 よい相 関性 を示 したが,スペ ク トル面積

(S)

の相関性 は,あま り 良好 な相関性 を示 していない.

･ 1

^{. ' ｡ ト 1.I}

､..一二 .･･J､‑ ‑+ .′J

ノ

宣

誓

[

ty

0 常時微動と強震記録が一致

◆ 常時微動と強度記録が不‑敬

★ デ ー タな し

Fig･9DistTjb‑】tionofsitecLassiFicaLiorlresultaboutagreement ofH/V spectral characteristics between mi crotremorand seisrnJ'cmotionobservationrecord

5

地 盤 震 動 特性 の 検 討

5 . 1 地盤震動特性の理 論解析の概要

横浜 市 の強 度 計設 置 箇所 の ポー リン グデー タお よび

p‑

S検層希異か ら,層厚

H(m)

,S 波速度

vs(m/se

e

)

お よび 密度

p(g/cm3)

を抽 出 して各観 測地点の地盤構 造モデ/ レを 作成 した. このモデル を用いて

, 1

次元地盤構 造モデル

による地震応答解析 を行 った.その結果 よ り周波数伝達 関数 を求め,地震我 執結果 による 肌 スペ ク トル比 との 比較 を行 った.なお,本研 究では地盤 の減衰 定数 を

10%

. 基盤 ( 主に,第三紀上総層群 で形成 され る工学的基盤相

当)の S波速度 を

700m/sec

と設定 した.

5.2

伝達関数 と強震捜測記卓 の H/ Vスペ ク トルの比較

1

次元地盤構造モデル の地震応 答解析 で求 め られ た周 波数伝達関数 と 8 地震 の強震親 測記最 の平均 n/ vスペ ク

トル比 の比較 を行 った.

Fig.10(a)

に両者の

1

次卓越周 期 の ピー ク値が一致 した地 点の例

(aso2)

杏

,Fig,10(b)

に ピ ー ク値 に誤差 が見 られ た地点の例

(izO5)

を示 す .

Fig.ll

には,強展観測記録 による平均 l † / Vスペ ク トルお よび周 波数伝達関数 に よる

1

次卓越周期 の ピー ク値 に関す る相 関図 を示す .

321

第 12回 日本 地 震 工 学 シ ンポ ジ ウム (2006)

asO26

0.01 0.1 1 10 1

( 》

Porid (S)

Fig.10 Examples of agreement between

H/

V sp^ectral characteri^sticsobtained from seismicmotion record and traJISf.er function calculated by 払eoretjcalトD response arlalysis.日 a)Up:GoodagreemeLlt(Site:asO2)and(b)Dourl: Nogoodagreement(Site:izO5)]

両者 を比 較 した結 果 ,強 麓観 測富己録 の平 均

1 7 /

^{V スペ ク ト}

ル比 と周 波数 伝 達 関数 の ピー ク値 にお け る整合 性 は,比 較 が 可能 で あ った 全 体 の観 測 点 147地 点 中 113地 点 (約 78%)にお いて ピー ク値 が,ほぼ良好 に一致 した .ピー ク 値 に差異 が確 認 され る観 測点 , ピー ク値 が確認 され な い 観 測 点 は 32点 で あ った .

幹事牧沸巳書と良基tt丑のヰhEPI見にj:る用田52

0.

5

^{1 1.5}

替玉記録

Fig.I1Compadsor10fpredomiTlarltPeriod va一ue(T)between

H

/VspectralchaTaCLerisLicsobtained舟om seismicrTIOtionrecord and transferRlnCLion calculated by theorehCa1llD response ana一ysis

5 地盤 構 造 との 関 連性

常時 微 動観 測 と強 震観 測 記録 に よる WV スペ ク トル 比 の比較 結 果 につ い て ,強 震 計 が設置 され て い る地点 の ボ ー リン グ柱 状 図 か ら地盤 構 造 を以 下の よ うに 4区 分 (A‑D) して 両者 の整 合性 につ いて考 察 した ,結 果 を Fig12に示 す , この結 果

,H

Ⅳ スペ ク トル 比 の特性 が比 較 的 良 く一致 した観 測地 点 は,基盤 面 との コ ン トラス ト

が明瞭 な地 点 (地 盤 区分 A,C)ものが 多 く確 認 され た また .̲良い整 合性 が認 め られ なか った観 測地 点 は,基盤

3 2 2

面 が浅 い ものや , コ ン トラス トが不 明瞭 な地 点や複雑 な 多層 地盤構 造 とな って い る地 点 に 多 く見 られ た̲

･A:基盤面が浅く.インピーダンス比が 0.35未満

･

^B

:

基盤面が浅く.インピーダンス比が0.35以上

･

^C

:

基盤面が深く,インピーダンス比が o▲35未満

ID:基盤面が深く,インピーダンス比が 0.35以上

不

一 致 率 %

A

^B

CD

l̲ I̲".̲.̲̲̲̲̲̲̲̲ ̲̲̲̲̲̲̲

Fig.12ClassificationofsoilsLructweateachseismicsはtion sitebygeotechnicalinformation andTWn‑ag陀ementratioof

r U

V spectralch^aracteristicsbetweenmicrotremorandseismic motionrecord

S ま とめ

本研 究で は,横 浜 市線 束 計 設置 点 にお いて 常時微 動 と 強腰 記録 の

H

Ⅳ スペ ク トル 比 特性 の比較 に よ り,常時微 動 の評 価 ･適用 限界 の 考 察 を行 った ̲そ の結 果,横 浜 市 におい ては全 体 的 に 両者 の

Hノ

Ⅴ スペ ク トル 比特 性 が比較 的 良 く一致 す る傾 向 を示 す こ とが確 認 され た .また

,日付

スペ ク トル 比 の スペ ク トル 面積 (S)につ いて は,良好 な相 関性 を示 さなか った が ,卓越 周 期 (T)と増 幅率 (R)に蘭 し て は良好 な相 関性 が得 られ た . これ は,強 震 記録 の コー

ダ部 にお いて も S波成 分 に よ る高 次 モ ー ドの周 期成 分 が 含 まれ る こ とに よ る もの と考 え られ る‑

また ,地盤構造 につ い て は従 来か らの指摘 と同様 に基 盤 との コ ン トラス トが 明瞭 な地 点 に おい て は,常時微 動 の

f l

/V スペ ク トル 比 か ら表 層 地盤 の特性 が比 較 的 明確 に 把握 可能 で あ るが, コン トラ ス トが 明瞭 で な い地点 にお

いて は

HN

スペ ク トル 比 の特 徴 が明 確 で ない場 合 が 多 く 常 時微 動の H/V スペ ク トル 比 か ら表 層地盤 の坂 動特性 が 十 分 に把 握 でず適 用 限界 が認 め られ た.

謝辞

本研 究 で は,横 浜 市 高 密度 強 蔑 計 ネ ッ トワー クで観 測 され た強 震 記録 を使 用 させ て頂 いた .記 して感 謝致 しま す . また ,本研 究 は,神 奈川 大 学 にお け る文部科 学省学 術 フ ロンテ ィア研究 プ ロジ ェ ク ト ｢災害 リス ク軽 戒 を 目 的 と した ソフ ト ･ハ ー ド融 合型 リス クマ ネ ー ジ メン トシ

ステ ム の構 築 に関 す る研 究 (研 究代 表 者 :荏本草 久)｣の 一環 と して 実施 した もの であ る .

参 考 文献

[1〕横 浜 市 :｢横 浜 市 高 密 度 強 寅 計 ネ ッ トワー ク｣:横浜 市 安 全 管理 局危枝 管 理 窒 ホー ムペ ー ジ

(httr)jね,ww.city.vokohamaめ/me/b usai/eq/)

〔 2

】横 浜市 立 大学 地 震 研 究 セ ン ター監 修

て

^{｢横 浜 市地震 マ}

ップ｣:横 浜 市 総務 局 災害 対 策室 防 災技 術課 .2001.3 [3j大 町達 夫他 :｢常 時 微 動 の水 平動 と上 下動 の スペ ク ト

ル 比 を用 い る地盤 周 期推 定 方 蔭 の改 良 と適 用｣:土木 学会 論文集, No489/I‑27, pp.251‑260, 1994.4

〔4

] ^V.

^{tL S.RodriguezetaL:SiteClassILfication Based on}

SpectralAmpHficaLioTIPaitemsforMicrotremorH/VRatio;

Res̲Rep‑onEarth.Erlg.,No.85,ppi‑22,Feb.2OO3

[5]杉本 実他 調査 ･編 集

:

^｢横 浜 市地盤 図集 ･横浜 の地 形 地 質 図｣.横 浜市 , i996̲9