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3
次元差分法による
2016
熊本地震
伝播特性に関
る研究
寄井田 恭佑
1． めに
2016 4 16日1時25分 熊本地方 震源 MJMA
7.3 地震 以 ，熊本地震 発生 た。熊本地震 ， 田
断層帯 日奈久断層帯 活動 た ，Kubo et al. 2016 1)
，強震波形記録 基 震源 ン ョン解析
結果 ，断層破壊 震源 東側 進 ，震央 東10
～30 km，深さ約15 km以浅 大 領域 推定さ
い 。震源断層近傍 益城町や西原村 ，幅数
状 波形 観測さ た一方 ，震源 東 やや離 た
阿蘇カ 内 防災 学技術研究所 NIED K-NET一
宮 KMM004 周期約3 長周期地震動 観測さ た。
津 長尾 2005 2) ， ペ ン ョン
解析 ，カ 内 観測点 0.2～1 Hz 帯域
増幅特性 著 大 点 あ 示 ，そ 要
因 カ 内 い ，厚 堆積 い 比較的軟
い火山性 堆積物 増幅やカ 閉 た地形
表面波 越 挙 い 。免震構造物 長周
期構造物 木造 家 幅広い構造物 影響 及
0.2～1 Hz 地震動 増幅 カニ 解明 ，今
後 構造物 耐震性 考え 要 あ 。 ，カ
内 設置さ い 地震計数やカ 地震動
関 既往研究 少 い。
そ 本研究 ，2016 熊本地震 観測記録 地
震動特性 成因 解明 目的 ，3次元差分法
地震動 ュ ョン 行い，特 地震動 伝播特性
い 検討 行う。
2．観測記録 分析
，熊本地震 観測記録 地震動特性 い
考察 。熊本地震 ，NIED 強震観測網や地方公共団
体，気象庁 多数 地震記録 得 公開さ い
。 ，断層近傍 走向方向 置 観測点 記録
用い ，地震動 伝播特性 い 考察 行う。比較 用
い 観測点 びKubo et al. 2016 曲面断層 ，以
降 検討 用い ンA-A’ 1 ， ンA-A’直
地 構造断面 3) 2 示 。震央 ンA-A’ 垂
線 交点 ンA-A’ 基準点 い 。各観測
点 速度波形 断層直交方向N140E ，断層 行方向N50E
変換 た速度ペ ップ 3 示 。 ，観測記
録 波形 ，0.05～1.0 Hz ン タ 施 ，
各波形 最大値 基準 い 。 た，各波形 右
数 最大速度 示 い 。各観測点 断層 行方向 断
層 行方向 振幅 比較 ， 観測点 断層
行方向 振幅 大 い。破壊 進行方向 断層直交方向
い 効果 状 波
。断層 行方向 い ，カ 内 置
KMM004 時間 長い長周期地震動 観測さ ，カ
外 93005 い 振幅 小さい 時間 長
い地震動 観測さ た。
図 比較 る観測点 角 および曲面断層 点線 と
震央位置 星印，検討に用いる ンA-A’(実線
図 ンA-A’直 J-SHISによる地 構造断面図 Vs=3100m/s
Vs=3300m/s Vs=2700m/s
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3．3次元差分法によるシミュ ーション
3.1 計算条件
前述 た観測記録 特徴 成因解明 目的 ，3次元差分
法 地震動 ュ ョン 用い 検討 行う。計算
プ ，3次元差分法プ GMS4) 用いた。
震源断層 ，Kubo et al. 2016 曲面断層
使用 た。 ，3 主要部 部，中央部，
南部 そ 遷移部分 構成さ ， 端長さ 53
km，幅24 km あ ，破壊開始点 緯32.7557度，東経
130.7616度，深さ13.58 km あ 。主要部 断層 タ
表1 示 。断層面全体 地震 ン 5.5×1019
Nm Mw7.1 あ 。断層 長さ約2 km，幅2 km 小断層
分割さ ，各小断層 時間関数 破壊開始
0.8 幅 ンプ関数 0.4 13個並
表現さ い 。地 構造 ，NIED 地震
ョンJ-SHIS 深部地盤構造 2009 3)
利用 ，解析領域 震源断層 中心 約100 km四
方，深さ 約50 km た。
Kubo et al. 2016 震源 ン ョン ，観測波
形 対 0.05～1.0 Hz ン タ 施 た速
度波形 解析 タ 用い い た ，本解析 効周
波数 限値 1 Hz 設定 た。本解析領域 地 構造
最小S波速度 600 m/s あ た ，S波1波長
あた 5格子 確保 た ，差分格子間隔 水 ，鉛直
深さ3 km以浅 120 m，そ 以深 360 m た。解
析領域 側面 び底面 内側方向 約7 km 吸 領域
，解析 時間刻 0.01 ，時間 ップ 9000，
時間 90 た。以降 検討 ，観測波形 び計算
波形 ，0.05～1.0 Hz ン タ 施 ，断層
行方向 N50E ，断層直交方向 N140E 変換 示 。
3.2 伝播特性 検討
観測記録 た断層直交方向
効果 び断層 行方向 時間 長い長周期地震動
対 地震動 ュ ョン 再現 び成因 検
討 行う。
1 示 ンA-A’ 速度ペ ップ 4 示
。断層直交方向 ，約20 km以降 波
， 効果 再現 ，そ 波形形状 観
測記録 一致 た。
次 ，断層 行方向 ，約30 km付近 振幅 大
， 時間 長い地震動 。カ ン
A-A’ 約20 km 40 km 範 内 置 ， 2 地 構造
断面 ，カ 端部 地震基盤深度 比較的浅 ，30
km 堆積層 厚 2次元あ い 3次元的 閉 た構
造 あ いえ 。 た ， 津 長尾 2005 指摘
う ，堆積 盆地構造 同様 カニ 発遉 た
表面波 要因 一 ， 時間 長い地震動 観測さ
た 考え 。 ，カ 外 93005
い 時間 長い地震動 観測さ ，観測記録 振幅
比 計算波形 振幅 93005 7割程度 あ 対
表 曲面断層 主要部 ータ
北部 中央部 南部
走向° 224 235 215
傾斜角° 75 65 75
図 観測記録 速度ペース ップ ン スフ ター：0.05～1.0Hz
a 断層直交方向 (ｂ) 断層 行方向
A A
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KMM004 い 2割程度 い。そ た ，断層 行
方向 時間 長い地震動 成因 い 以降
検討 行う。
各地点 断層 行方向 断層直交方向 振幅 比
較 ，計算波形 全体 断層 行方向 振幅 小
さ ，観測記録 説明 い い。 要因 ，断層
行方向 地震動 対 震源断層 精度 い可
能性や地 構造 影響 考え 。
4. 地震基盤以浅 1次元地 構造による影響 検討
3次元差分法 地震動 ュ ョン い ，断
層 行方向 時間 長い地震動 特性 再現
た ，そ 振幅 再現出来 た。先述 う カ
内 比較的軟 い層 厚 堆積 い ，本研究 用
い い 地 構造 最小S波速度 600 m/s あ た
，表層地盤 影響 含 地 構造 精度 再現出来 い
言え い。
そ ，表層地盤 無 び 1次元地 構造 精度
地震動 及 影響 検討 行う。 通 2018 5) ，微動
探査 基 KMM004 S波速度構造 推定 い 。
本研究 ，KMM004 対象 ，観測記録 3次元差分法
計算結果 以 ，3次元地 計算波形
び 通 2018 推定 た地 構造 用い，1次元
複 射理論 SHAKE 6) 基 算出 た計算波形 以 ，
1次元地 計算波形 比較 行う。1次元解
析 地震波 算出 入力地震波 必要 あ ，本解析
い 地震基盤 基準面 ，KMM004 直 地
震基盤 面 得 速度波形 地震基盤以浅 層
射さ た地震波 含 い 。そ た ，地震基盤以浅 層
除いた地 構造 ュ ョン 行い，
得 た解放地震基盤波 入力地震波 用い
。密度 ，太田 他7) 密度� g/cm3 S波速度��
km/s 関係式 式(1) 用い 算出 た。
ρ = .4 + . √�� (1)
3次元差分法 用いた地 構造 減衰定数 各層
S波速度 m/s 1/6~1/12 あ ，1 Hz 基準周波数
周波数依 性 考慮さ い 。 ，各層 S波速
度 m/s 1/10 値 減衰定数 ， 1 Hz 比例さ 解析
行 た。
観測速度波形 黒線 ，3次元地 灰色線，1次元
地 計算波形 点線 比較 5 ，速度
エ ペ 比較 6 示 。断層直交方向 速度
波形 ，観測速度波形 1次元地 計算
波形 振幅 一致 ，3次元地 計算波形
振幅 小さい値 た。断層直交方向 速度 エ
ペ ，観測速度波形 び3次元地 ，
1次元地 用いた場合 周波数側 周波
図 ンA-A’ 速度ペース ップ ン スフ ター：0.05-1.0Hz
(a) 断層直交方向 (b) 断層 行方向
A A’
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数 やや遊い 見 ， エ振幅 大 遊い
見 い。次 断層 行方向 速度波形 ，観測
記録 比 1次元地 ，3次元地 用いた場
合 振幅 足 い。速度 エ ペ 比較
，い 周波数 0.3 Hz程度 あ ，そ 時
エ振幅 ，1次元地 計算波形
3次元地 計算波形 1.5倍程度 ，観測
速度波形 近 いた。 ，KMM004 観測記録
断層 行方向 長周期地震動 増幅 少 S
波速度600 m/s以浅 層 無 含 地 構造 精度 影響
あ 確認 た。 た，依然 振幅 足 い
原因 ，2，3次元的 波動伝播 影響や断層 行方向
地震動 対 断層 精度 い 考え
。
5．まとめ
本研究 ，2016 熊本地震 MJMA 7.3 対象 た3
次元差分法 地震動 ュ ョン 行い，地震動
伝播特性 関 検討 行 た。さ ， ュ ョン
得 た解放地震基盤波 用いた1次元解析 ，
表層地盤 無 び地 構造 精度 地震動 及
影響 検討 行 た。得 た知見 以 示 。
断層直交方向 地震動 い ，観測記録 計算波形 振幅 差 ， 相 概 一致 ，観測記録
効果 再現 た。
断層 行方向 地震動 い ，震源 東 やや離た観測点 時間 長い地震動 傾向 再現
，そ 成因 カ 内 厚い堆積層 影響や
カ 閉 た地形 表面波 生成 び発遉
考え ，振幅 2割程度 再現 い観測
点 あ た。
全体 ，観測記録 断層直交方向 断層 行方向振幅 大 傾向 た ，計算波形 断層
行方向 振幅 再現性 た。
1 次元地 構造 微動 探査 推定さ いKMM004 い ，本解析 得 た解放地震基盤波
用いた1次元解析 行 た ，断層 行方向 長周期
成分 再現 ，表層地盤 含 地 構造 精度 長
周期地震動 生成 少 寄 い わ
た。 謝辞
本研究 ，防災 学技術研究所K-NET，KiK-net，気象
庁 び地方自治体 観測さ た地震記録 利用
た。 た，作 一部 GMT(The Generic Mapping Tools) 使
用 た。 記 感謝 意 表 。
参考文献
1) Kubo et al.: Source rupture processes of the 2016 Kumamoto,
Japan, earthquakes estimated from strong‑motion waveforms,
Earth Planets and Space, Vol. 68, 2016.
2) 津厚，長尾毅： ペ ン ョン 基 全国
港湾等 強震観測点 増幅特性，港湾空
港技術研究所資料，No. 1112, 2005.
3) 藤原広行，他：強震動評価 た 全国深部地盤構造
作成手法 検討，防災 学技術研究所研究資料，第337
号，2009.
4) 青 真，早 俊彦，藤原広行：地震動 ュ タ：GMS，
物理探査，第57巻，第6号，pp. 651-666，2004.
5) 通康形：カ 置 阿蘇 街地 地盤振動特
性 関 研究，九 大学 業論文，2018.
6) Schnabel, P. B., Lysmer, J. and Seed, H. B.： SHAKE A computer
program for earthquake response analysis of horizontally layered
sites, Report No. EERC75-30, University of California，Berkeley,
1975.
7) 太田外氣晴，江守勝彦，河西良幸：耐震 振動 制御，共
立出版，pp. 339，2001
図5 KMM004における速度波形 比較
：断層直交方向， ：断層 行方向
図6 KMM004における速度フー エスペク 比較
(a) 断層直交方向 (b) 断層 行方向
観測速度波形 3次元地 による計算波形
1次元地 による計算波形
観測速度波形 3次元地 による計算波形
