[S-SS11] 強震動・地震災害

[SSS11-P15] 地表観測記録を用いた地中地震動の推定：深い評価点における検討

*渡邉 禎貢¹、竹中 博士¹、小松 正直¹、大島 光貴² (1.岡山大学、2.清水建設)

キーワード：地震動、平面波、強震動、地中波動場

地震動による建物の応答や地盤の安定性を調べるとき、地表の地震動記録から推定した基盤深さの広い範囲(地中評価点)における地震動あるいは入射波(地震動の上昇波成分)が必要になる。従来、地表のある一点における地震動から平面波の鉛直入射を仮定して、一次元波動論により地中の地震動を求めることがしばしば行われている。しかし、この方法では地震動の水平成分は全てS波、上下成分はP波として扱われるという理論的な矛盾を生じ、地中の変位勾配や歪を正確に表現できないと考えられる。我々は平面波入射を仮定しないで, 地表の観測記録から地中の地震動を算定する手法を提案した(竹中・他, 日本地震学会2019年度秋季大会)。そして提案した手法により求めた地震動を従来の手法で求めた地震動及び深さ100～200 m程度の比較的浅い位置にある観測記録と比較し、手法の検討を行った(渡邉・他, 2020, JpGU)。地中の深さが深くなるほど、斜め入射による効果などの波線の違いによる影響が大きくなる。そこで、本研究では深さ2 kmを超えるような深い地点にある観測記録の再現を通して、提案手法及び従来の手法についてその有効性を調べた。
　提案手法は今回以下の手順を用いた。まず、震源を含む水平成層構造モデルを用意し、地表の観測記録がある地点と地中評価点において、断層メカニズムを仮定したインパルス震源に対する理論波形を計算する。次に、地表の観測記録を地表の理論波形でデコンヴォリューションして「実効的震源時間関数」を求める。今回は、デコンヴォリューションを安定化するためウォーターレベル法を採用した。実効的震源時間関数は観測波形が本来持つ震源時間関数やモデルでは表現できない地下構造の違いによる影響を含んでいる。これを地中の理論波形にコンヴォリューションして地中評価点における地震動を得る。
　Fig. 1はMj 4.8、深さ83 kmの地震における震央距離53.73 kmのKiK-net（防災科学技術研究所の）観測点TKYH02の地表の観測記録に適用した一例である。上から深さ2753 mの地中観測記録（地動速度）、本手法により算定した地震動、平面波の鉛直入射、斜め入射をそれぞれ仮定して算定した地震動を示す。平面波の斜め入射を仮定するときのS波の水平スローネスは変換波を伴わないTransverse成分の波形が地中の観測記録と合うように選んだ。本手法により求めた地震動は地中の観測記録と概ね一致した。平面波を仮定する場合、(a)Radial成分の波形は、Pコーダ波と40秒以降の後続波において振幅が大きく異なり、(b)Transverse成分でも後続波部分の振幅に違いがみられる。また、加速度スペクトルの比較により、数Hz程度ではどの手法も観測記録に合っていたが、本手法では1 Hzより低周波側で過少評価していることを確認した。これはデコンヴォリューション時のウォーターレベルの設定による影響と考えられる。本手法により求めた地震動と平面波の斜め入射を仮定して求めた地震動の波形は類似している。発表では、他のイベントや観測点を用いた検討、また入射波の算定、さらに地中評価点の位置が地表観測点の真下から大きくずれる場合の各種手法の算定結果の違いなどについても示す。