2011年東北地方太平洋沖地震による常陸那珂-Uにおける地震動の事後推定 |
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2011年東北地方太平洋沖地震（以下，本震と呼ぶ）の際，常陸那珂港では強震記録が得られていない．ここではサイト特性置換手法1）により常陸那珂港の強震観測地点「常陸那珂-U」における地震動の推定を行った．この方法は，対象地点周辺における強震観測点（基準観測点と呼ぶ）で得られた本震記録に対し，サイト増幅特性の補正を行うことにより対象地点における本震の地震動のフーリエ振幅を推定し，一方，対象地点における本震の地震動のフーリエ位相は，対象地点で得られている余震など他の地震のフーリエ位相で近似することにより，対象地点における本震の地震動を推定するものである． 1. 基準観測点の選択常陸那珂港の周辺には，KiK-netのIBRH18，K-NETのIBR007などの強震観測点があり，本震の地震動が観測されている．図-1はそれらのフーリエスペクトル（水平2成分のベクトル和をとりバンド幅0.05HzのParzenウインドウを適用したもの）と，それらの観測点におけるサイト増幅特性2）との比較を行ったものである．これを見ると，IBRH18ではサイト増幅特性よりも本震のフーリエスペクトルの方がピーク周波数がやや低周波側となっており，本震時に地盤が非線形挙動を示していた可能性がある．一方IBR007では少なくともそのような傾向は顕著ではない．そこで，ここでは基準観測点としてIBR007を選定した．
 図-1 IBRH18とIBR007における本震のフーリエスペクトルとサイト増幅特性2） |
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2. フーリエ振幅の補正図-2にIBR007と常陸那珂-Uにおけるサイト増幅特性2）の比較を示す．これらの比をIBR007におけるフーリエスペクトルに乗じることにより，常陸那珂-Uにおけるフーリエスペクトルを推定した．その際， （常陸那珂-UにおけるEW成分）=（IBR007におけるEW成分）×（サイト増幅特性の比） のように推定を行った．
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 図-2 IBR007と常陸那珂-Uにおけるサイト増幅特性2）の比較 |
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3. フーリエ位相の設定文献1）に示すように，大地震による地震動のフーリエ位相が，同一地点での余震など他の地震による地震動のフーリエ位相で近似できる場合がある．ただしこの場合，対象としている地震がM9.0の大地震であるため，観測点によってはマルチプルショックの影響によりこのような近似が不可能である可能性もあり，実際の記録に基づいて，このような近似が有効であるか確認をしておく必要がある．そこで，IBR007における本震波形のフーリエ振幅を保ったまま，フーリエ位相だけを他の地震によるフーリエ位相に置き換えた波形（合成波と呼ぶ）を計算し，これをもとの観測波と比較することにより，フーリエ位相が類似しているかどうかについて検討を行った．図-3は2009年10月23日10:28茨城県東方沖の地震（M5.0）のフーリエ位相に置き換えた場合の結果である．比較は，港湾構造物に対して比較的影響が大きいと考えられる周波数帯域を含む0.2-2Hzの帯域で実施している．この場合，合成波と観測波はある程度一致しており，この地震の記録のフーリエ位相が本震記録のフーリエ位相に対する良い近似となっていることがわかる．そこで，この地震による常陸那珂-Uでの記録のフーリエ位相を本震波形の推定に用いることとした．
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 図-3 2011年東北地方太平洋沖地震によるIBR007での速度波形（0.2-2Hz）のフーリエ位相を2009年10月23日10:28茨城県東方沖の地震（M5.0）のフーリエ位相に置き換えた波形（赤）と元の波形（黒）との比較 |
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4. 本震波形の推定推定されたフーリエ振幅とフーリエ位相を用い，常陸那珂-Uでの本震の地震動の推定を行い，さらに，表-1に示す常陸那珂-Uでの地盤データ3）を用い，線形の重複反射理論により，工学的基盤（表-1におけるS波速度309m/sの地層）での2Eを求めた．結果を図-4に示す．推定された2E波の数値データをテキストファイルに示す．ここでの推定地震動の対象周波数は0.2Hz以上である． 表-1 常陸那珂-Uの地盤データ
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 図-4 推定された常陸那珂-Uの工学的基盤における2E波 |
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5. 推定波の利用上の注意ここに推定された地震動はあくまでも常陸那珂港の強震観測地点「常陸那珂-U」でのものである．地震動はサイト増幅特性の影響により狭い範囲でも著しく異なることがあるため2），常陸那珂-Uからどの程度離れた場所までこの記録が利用可能であるかは，微動観測等に基づいて判断を行っていく必要がある．
謝辞 本研究では（独）防災科学技術研究所のK-NET，KiK-netの強震記録，気象庁の震源データを使用しています．ここに記して謝意を表します．
参考文献 1）Y. Hata, A. Nozu and K. Ichii: A practical method to estimate strong ground motions after an earthquake, based on site specific amplification and phase characteristics, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol.101, No.2, pp.688-700, 2011. |