09:45 〜 10:00
[SCG60-04] 物理モデルにもとづいた永久変位を含む強震動および津波の予測のための「拡張レシピ」の構築にむけて
★招待講演
キーワード：内陸地殻内地震、沈み込み帯のプレート境界地震、断層破壊モデル、強震動予測、永久変位予測、津波予測
1. はじめに
我が国においては、構造物の耐震設計用の強震動を予測する場合、政府の地震調査研究推進本部 (2017) による強震動予測のための「レシピ」に従って、震源断層モデルを作成することが多い。
一方、2016年の熊本地震では、「レシピ」ではモデル化されていなかった浅部断層破壊を考慮しないと、断層近傍の強震動および永久変位が説明できないことがわかっている（Ikutama et al., 2018; 貴堂・他, 2019, 2020; Irikura et al., 2020）。同様に、2011年の東北地方太平洋沖地震では、津波の再現のためには、浅部断層に超大すべり域を考慮する必要があることもわかっている（杉野・他, 2013）。また、これらの浅部断層を予測問題に組み込む研究も進められている（杉野・他, 2014; 田中・他, 2018; Ｄan et al., 2019; 小穴・他 2019）。
本稿では、既往の「レシピ」と最新の「拡張レシピ」を物理モデルで整理して、今後の研究の方向性について述べてみたい。
2. 「レシピ」の進化と震源の物理モデル
現在では、標準的に用いられている「レシピ」という言葉は、入倉・他 (1999)により提案された「強震動予測のためのレシピ」が初出で、物理モデルとしては、強震動生成域のみを抽出して、個々に円形クラックの式を適用したモデルであった。ここに、個々の円形クラックは、周囲のすべりが拘束されていると仮定している。本稿では、これを「第1世代のレシピと物理モデル」とよぶこととする。第1世代のレシピは、内閣府(2015)などで用いられており、現在でも実務に供されている。
その後、円形クラックの集合体では、強震動は説明できても、地震モーメントが説明できないことから、入倉・他(2002) は強震動生成域の周りの背景領域も考慮するモデルを用いて、「レシピ」を修正した。このような物理モデルは、アスペリティモデルとよばれている。ただし、断層破壊は地中にとどまっているため、断層全体に対しては、周囲のすべりを拘束されている円形クラックでモデル化されている。本稿ではこれを「第2世代のレシピと物理モデル」とよぶこととする。第2世代のレシピは、地震調査研究推進本部で「レシピ」として採用され、実務への非常に多くの事例がある。
「第2世代のレシピ」では断層長さが長くなるとアスペリティの面積が大きくなりすぎて断層モデルが設定できない場合があるため、それを回避するために、円形クラックの式は適用しないで、平均応力降下量を3.1 MPa（Fujii and Matsu’ura, 2000）で、アスペリティの面積比を0.22 (Somerville et al., 1999)で与える暫定法が導入されている。また、第3ステージの断層面積と地震モーメントの関係式が追加された。本稿では、これも含めて「第2世代のレシピ」とよぶ。
1章で述べたように、2016年熊本地震や2011年東北地方太平洋沖地震で得られた知見に基づき、断層破壊が地表面（海の場合は海底面）に達する地震に適用できる式が希求され、アスペリティモデルではあるものの、断層全体は円形クラックモデルに代わるモデルを用いた研究が、壇・他 (2011, 2013, 2018)やHikima and Shimmura (2020) によっておこなわれている。本稿では、このように地表断層もしくは海底断層をともなう地震に適用できる平均応力降下量の式を用いたうえで、浅部断層に大すべり域や超大すべり域を設定する手順を「第3世代のレシピと物理モデル」とよぶこことする。
3. 地表断層をともなう内陸地殻内地震による永久変位を含む強震動予測のための「拡張レシピ」
図１に、地表断層をともなう内陸地殻内地震の断層パラメータの設定手順（拡張レシピ）の例を示す。ここでは、地震調査研究推進本部の「レシピ」の（ア）の方法と（イ）の方法に合わせて、手順Ａ（震源断層面積を先に設定して、その値から地震モーメントを算定する場合）と手順Ｂ（地震モーメントを先に設定して、その値から震源断層面積を算定する場合）を示している。
図では、断層パラメータの相似則の部分には、既往の研究成果を入れることにしており、具体的な値や式をいれたのち、断層モデルを作成して、強震動や永久変位を計算することができる。計算された強震動や永久変位は、既往の地震動予測式による結果と比較することにより、「拡張レシピ」の検証ができると考えている。
4. 海底断層をともなうプレート境界地震による津波を含む強震動の予測のための「拡張レシピ」
図２に、海底断層をともなうプレート境界地震の断層パラメータの設定手順（拡張レシピ）の例を示す。ここでは、図１に示した内陸地殻内地震の「拡張レシピ」のうち手順Ａ（震源断層面積を先に設定して、その値から地震モーメントを算定する場合）を参考に、断層モデルの設定手順を考えている。また、地震調査研究推進本部 (2017) の「津波レシピ」を組み込むことにより、浅部断層もモデルとして含めている。
こちらの「拡張レシピ」は、すでに南海トラフの巨大地震、相模トラフの巨大地震、千島海溝の巨大地震に適用され、強震動の計算が行われている（具・他, 2019; 小穴・他, 2019; 井ノ上・他, 2023）。
我が国においては、構造物の耐震設計用の強震動を予測する場合、政府の地震調査研究推進本部 (2017) による強震動予測のための「レシピ」に従って、震源断層モデルを作成することが多い。
一方、2016年の熊本地震では、「レシピ」ではモデル化されていなかった浅部断層破壊を考慮しないと、断層近傍の強震動および永久変位が説明できないことがわかっている（Ikutama et al., 2018; 貴堂・他, 2019, 2020; Irikura et al., 2020）。同様に、2011年の東北地方太平洋沖地震では、津波の再現のためには、浅部断層に超大すべり域を考慮する必要があることもわかっている（杉野・他, 2013）。また、これらの浅部断層を予測問題に組み込む研究も進められている（杉野・他, 2014; 田中・他, 2018; Ｄan et al., 2019; 小穴・他 2019）。
本稿では、既往の「レシピ」と最新の「拡張レシピ」を物理モデルで整理して、今後の研究の方向性について述べてみたい。
2. 「レシピ」の進化と震源の物理モデル
現在では、標準的に用いられている「レシピ」という言葉は、入倉・他 (1999)により提案された「強震動予測のためのレシピ」が初出で、物理モデルとしては、強震動生成域のみを抽出して、個々に円形クラックの式を適用したモデルであった。ここに、個々の円形クラックは、周囲のすべりが拘束されていると仮定している。本稿では、これを「第1世代のレシピと物理モデル」とよぶこととする。第1世代のレシピは、内閣府(2015)などで用いられており、現在でも実務に供されている。
その後、円形クラックの集合体では、強震動は説明できても、地震モーメントが説明できないことから、入倉・他(2002) は強震動生成域の周りの背景領域も考慮するモデルを用いて、「レシピ」を修正した。このような物理モデルは、アスペリティモデルとよばれている。ただし、断層破壊は地中にとどまっているため、断層全体に対しては、周囲のすべりを拘束されている円形クラックでモデル化されている。本稿ではこれを「第2世代のレシピと物理モデル」とよぶこととする。第2世代のレシピは、地震調査研究推進本部で「レシピ」として採用され、実務への非常に多くの事例がある。
「第2世代のレシピ」では断層長さが長くなるとアスペリティの面積が大きくなりすぎて断層モデルが設定できない場合があるため、それを回避するために、円形クラックの式は適用しないで、平均応力降下量を3.1 MPa（Fujii and Matsu’ura, 2000）で、アスペリティの面積比を0.22 (Somerville et al., 1999)で与える暫定法が導入されている。また、第3ステージの断層面積と地震モーメントの関係式が追加された。本稿では、これも含めて「第2世代のレシピ」とよぶ。
1章で述べたように、2016年熊本地震や2011年東北地方太平洋沖地震で得られた知見に基づき、断層破壊が地表面（海の場合は海底面）に達する地震に適用できる式が希求され、アスペリティモデルではあるものの、断層全体は円形クラックモデルに代わるモデルを用いた研究が、壇・他 (2011, 2013, 2018)やHikima and Shimmura (2020) によっておこなわれている。本稿では、このように地表断層もしくは海底断層をともなう地震に適用できる平均応力降下量の式を用いたうえで、浅部断層に大すべり域や超大すべり域を設定する手順を「第3世代のレシピと物理モデル」とよぶこことする。
3. 地表断層をともなう内陸地殻内地震による永久変位を含む強震動予測のための「拡張レシピ」
図１に、地表断層をともなう内陸地殻内地震の断層パラメータの設定手順（拡張レシピ）の例を示す。ここでは、地震調査研究推進本部の「レシピ」の（ア）の方法と（イ）の方法に合わせて、手順Ａ（震源断層面積を先に設定して、その値から地震モーメントを算定する場合）と手順Ｂ（地震モーメントを先に設定して、その値から震源断層面積を算定する場合）を示している。
図では、断層パラメータの相似則の部分には、既往の研究成果を入れることにしており、具体的な値や式をいれたのち、断層モデルを作成して、強震動や永久変位を計算することができる。計算された強震動や永久変位は、既往の地震動予測式による結果と比較することにより、「拡張レシピ」の検証ができると考えている。
4. 海底断層をともなうプレート境界地震による津波を含む強震動の予測のための「拡張レシピ」
図２に、海底断層をともなうプレート境界地震の断層パラメータの設定手順（拡張レシピ）の例を示す。ここでは、図１に示した内陸地殻内地震の「拡張レシピ」のうち手順Ａ（震源断層面積を先に設定して、その値から地震モーメントを算定する場合）を参考に、断層モデルの設定手順を考えている。また、地震調査研究推進本部 (2017) の「津波レシピ」を組み込むことにより、浅部断層もモデルとして含めている。
こちらの「拡張レシピ」は、すでに南海トラフの巨大地震、相模トラフの巨大地震、千島海溝の巨大地震に適用され、強震動の計算が行われている（具・他, 2019; 小穴・他, 2019; 井ノ上・他, 2023）。