[S-SS09] 強震動・地震災害

[SSS09-02] 地表観測記録を用いた地中地震動の推定（3）：任意の深さで推定するための経験式の導入

*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の評価では、基盤の深さの広い範囲において地震動あるいは入射波が必要となる。従来では、平面波の鉛直入射を仮定して、1次元波動論により地表1点の観測記録から地中の地震動（または入射波）を推定してきた。しかしこの方法では、地震動の水平成分をS波、上下成分をP波として扱うという理論的な矛盾が生じてしまう。そこで我々は平面波入射を仮定しないで、地表の観測波形記録から地中の地震動（または入射波）を算定する方法を提案した（竹中・他, 2019, 日本地震学会）。提案手法では、地表の観測記録から抽出した実効的な震源時間関数（Effective Source Time Function; ESTF）を用いて地中の地震動を推定する。これまで、地表と地中の両方に強震計が設置された観測点を対象として、その地表観測記録に提案手法を適用して推定した地震動と地中の観測記録を定量的に比較することでESTFを抽出する窓関数の最適な形状を検討してきた（渡邉・他, 2020, JpGU; 渡邉・他, 2021, JpGU; 渡邉・他, 2022, JpGU）。本研究では、任意の深さにおいて適切な地中の地震動を推定するための窓関数を定式化したので報告する。
　提案手法について以下に詳しく述べる。まず、地表の観測点と地震動（または入射波）を推定する地中の点において、震源を含んだ水平成層構造モデルをそれぞれ用意する。そして断層メカニズムを仮定したインパルス震源を用いて両点の理論波形を計算する。S波の立ち上がりで時間を同期させた後、地表観測記録を地表理論波形でデコンヴォリューションする。この波形の0秒付近には記録が本来もつ震源時間関数が含まれ、それ以降では主に構造モデルと実際の地下構造の違いによる影響が含まれている。デコンヴォリューション波形からESTFを抽出する際に用いる窓関数には、0秒にピークを持ち、正負の時間軸に沿って裾の長い形状を採用した。この窓関数の裾部分の振幅は推定する波形の後続波部分（主にS波）の振幅に対応している。抽出したESTFを地中理論波形にコンヴォリューションすることで地中の地震動（または入射波）を推定する。
　地表と地中の両方に記録がある5つの観測点において、計24個の地震を用いて検討した結果、窓関数は地震動を推定する点における地震波速度とその地点の深さに依存することがわかった。例えば、基盤内の深い地点で地震動を推定する場合は、窓関数の裾部分の振幅を小さくする必要がある。この結果に基づいて、任意の深さにおいて地中の地震動を推定するための窓関数の経験式を試行錯誤的に求めた。Fig. 1は2010年7月21日に奈良県で発生したMj 5.1, 深さ65 kmの地震において、震央距離が59 kmにある防災科学技術研究所KiK-net観測点OSKH05の地表観測記録3成分に適用した例である。Fig. 1(a)はESTFの抽出例であり、デコンヴォリューション波形、経験式による窓関数及び抽出したESTFを示す。Fig. 1(b)は、地中深さ982 mの観測記録と、提案手法及び従来の手法でそれぞれ推定した地震動との比較を示す。misfit値は推定波形と観測波形との不一致度を表し、値が小さいほど両者の波形が似ている。従来の手法と比較して、提案手法により推定した波形は地中の観測記録とよく一致している。他の観測点でも同様に、提案手法の有効性を確認している。