[S-SS10] 強震動・地震災害

[SSS10-07] 地表観測記録を用いた地中地震動の推定（2）：定量的な評価に基づく手法の改良

*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基礎地盤の安定性の評価には、基盤深さの広い範囲における地震動あるいは入射波が必要となる。従来、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）が推定されてきた。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, 日本地震学会2019年秋季大会）。そして、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、地中観測点の設置深度が浅い場合と深い場合において, 提案手法と従来の手法を適用して推定した地震動と地中観測記録を比較することで手法の検討を行ってきた（渡邉・他, 2020, JpGU; 渡邉・他, 2021, JpGU）。本研究では、提案手法の改良を行い、さらに推定波形と観測波形の一致度（不一致度）に定量的な評価法を採用することでその改良手法の有効性を検討したので、報告する。
　提案手法では、まず地表観測点と地中の地震動（または入射波）を推定する点において、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。得られた波形には、記録が本来もつ震源時間関数や構造モデルと実際の地下構造の違いによる影響などの情報が含まれている。ここで手法の改良点として, デコンヴォリューション後の波形に時刻0にピークを持つ窓関数をかけて、実効的な震源時間関数（Effective Source Time Function; ESTF）を抽出している。この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。
　適切なESTFの時間幅、すなわち窓関数の幅を求めるために、鈴木・他（2018）が提案している2つの波形の包絡形の誤差を評価する指標E-FDE (Envelope Frequency Domain Error)をmisfit値として採用した。地中観測点の設置深度と地下構造が異なる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、実効的な震源時間関数の時間幅は地震動を推定する深さに大きく依存することがわかった。地震動を推定する深度が浅い場合には時間幅を長くし、逆に深い場合には短くすることで、地中観測記録を良く再現することができた。
　Fig. 1は2016年11月19日に和歌山県南部で発生したM_JMA5.4, 深さ50 kmの地震において、震央距離が97 kmにある防災科学技術研究所KiK-net観測点OSKH05の地表観測記録に適用した例である。上から深さ982 mの地中観測記録、提案手法及び従来の手法による地震動を示す。misfitの値は小さいほど波形が一致していることを表しており、従来の手法に比べて提案手法によって推定した波形の方が地中観測記録とよく一致している。