11:15 〜 11:30
[SSS11-14] 非エルゴード性を考慮した単一サイトの地震動予測式に基づく地震動の偶然的ばらつきに関する検討
キーワード：偶然的ばらつき、非エルゴード性、地震動予測式、単一サイト
確率論的地震ハザード解析（PSHA：Probabilistic Seismic Hazard Analysis）においては，データの蓄積や知識の不足に起因する「認識論的不確実性」と自然現象の不均一性に起因する「偶然的ばらつき」を考慮する必要があり，これらの不確実性の考慮の程度によって最終的な評価結果が大きく異なる。このうち，偶然的ばらつきは，認識論的不確実性とは違い，データや知識が蓄積されたとしても残ってしまう不確実性であり，PSHAにおいては対数正規分布などの確率分布モデルで表現される．このばらつきは，観測点，地震動の伝播経路，震源位置の違いといった認識論的不確実性による影響を含まない特定地点のばらつきであり，通常は対数正規分布の標準偏差として表されることから，特定地点における様々な地震に対するばらつきとしてシングルステーションσ（SSσ）と呼ばれたり，伝播経路の影響も取り除いた特定地域の地震に対するばらつきとしてシングルパスσ（SPσ）と呼ばれたりする．
近年の観測記録の蓄積に伴い，SSσ及びSPσに関する検討が国内外で進展してきている．既往研究では，地震動予測式（GMM：Ground Motion Model）と観測記録の残差に基づく検討（例えば，Morikawa et al.(2008)など），地震規模・震源位置が同じ2地震の観測記録を用いたGMMを介さない検討（例えば，引田・友澤(2013)など），震源特性や伝播経路等が空間的に不均質であることを考慮した非エルゴード的GMM（NGMM：Non-ergodic GMM）と観測記録の残差に基づく検討（例えば，Sung et al.(2023)など）が行われている。一方，これらの研究は，多数地点における観測記録から認識論的不確実性を取り除くことで，SSσあるいはSPσを求めており，純粋に単一地点のばらつきを求めているわけではない。また，各既往研究においては，地震タイプ，震源距離などとSSσとの関係性が議論されているものもあるが，各々のデータの多寡などが原因で十分に議論されていないため，必ずしも体系的に取りまとまっている状況ではない．とりわけ，2011年東北地方太平洋沖地震以降，想定する地震の規模が大きくなり，震源近傍地点の地震動評価が求められるなど，耐震設計で考慮する震源が多様化している昨今において，震源近傍地点とそうでない地点とのばらつきの差異に加え，それらの地震タイプやずれのタイプなどとの関係性を明らかにすることは，大規模地震に対する震源近傍の地震動評価の精度向上に不可欠である。
本研究では，日本国内の単一地点における地震観測記録を用い，同一領域で発生した地震の単一地点の観測記録（最大加速度：PGA）に基づくNGMMを各地点に対して策定し，予測値と観測値の残差を評価した。各地点で安定した標準偏差を求めるため，同一領域で一定以上の地震が発生している領域として，2008年岩手・宮城内陸地震（逆断層タイプ），2013年茨城県北部地震（正断層タイプ），2016年熊本地震（横ずれ断層タイプ）の各震源域周辺で発生したMw3.0以上の地震観測記録を用い，同震源域周辺で20以上の記録が取得されているK-NET，KiK-net観測地点において，それぞれSSσを評価した。NGMMの基となるGMMは司・翠川(1999)を用い，地盤の非線形性によるばらつきへの影響を避けるため，地盤応答が線形と想定される200ガル以下の記録を用いた。
最初に一例として，(1)単一地点に対して震源域を限定せずに司・翠川(1999)をそのまま用いた場合，(2)震源域を限定して司・翠川(1999)をそのまま用いた場合，(3)震源域を限定してNGMMを用いた場合のSSσ（(2)及び(3)はほぼSPσ）をそれぞれ評価した。NGMMによる予測値は，限定した震源域内での観測記録と予測値の残差が最も小さくなるよう，地震規模，断層最短距離，震源深さ，地盤増幅の各係数を最小二乗法によって回帰分析を行ったうえで評価している。その結果，(1)(2)(3)の順にSSσの値が減少していることが確認でき，NGMMを用いてSSσを求めることの有効性を確認した。さらに，前述した3地震の震源域周辺の各観測地点に対して同様の処理を行い，断層最短距離，AVS30とSSσの関係性をそれぞれ確認するとともに，ばらつきの空間分布，ずれのタイプによる差異を確認した。その結果，震源域から離れるほど概ね同心円状にばらつきが小さくなる傾向が確認でき，断層最短距離が近いほどSSσが大きく（自然対数で0.5～0.7程度），震源域から30㎞程度以上離れるとSSσは0.5を上回らないこと，AVS30の値によってばらつきの値は大きく変わらないことを確認した。また，ずれのタイプ別に比較すると，横ずれ断層タイプと比較して逆断層タイプ及び正断層タイプのばらつきが大きい傾向にあることを確認した。
今後は，他の内陸地殻地震に対しても同様の検討を行って各指標との依存性や周期ごとのばらつきの傾向を詳細に検討する予定である。
謝辞：検討にあたっては，J-SHISの強震動データフラットファイル2023年版を用いた。
近年の観測記録の蓄積に伴い，SSσ及びSPσに関する検討が国内外で進展してきている．既往研究では，地震動予測式（GMM：Ground Motion Model）と観測記録の残差に基づく検討（例えば，Morikawa et al.(2008)など），地震規模・震源位置が同じ2地震の観測記録を用いたGMMを介さない検討（例えば，引田・友澤(2013)など），震源特性や伝播経路等が空間的に不均質であることを考慮した非エルゴード的GMM（NGMM：Non-ergodic GMM）と観測記録の残差に基づく検討（例えば，Sung et al.(2023)など）が行われている。一方，これらの研究は，多数地点における観測記録から認識論的不確実性を取り除くことで，SSσあるいはSPσを求めており，純粋に単一地点のばらつきを求めているわけではない。また，各既往研究においては，地震タイプ，震源距離などとSSσとの関係性が議論されているものもあるが，各々のデータの多寡などが原因で十分に議論されていないため，必ずしも体系的に取りまとまっている状況ではない．とりわけ，2011年東北地方太平洋沖地震以降，想定する地震の規模が大きくなり，震源近傍地点の地震動評価が求められるなど，耐震設計で考慮する震源が多様化している昨今において，震源近傍地点とそうでない地点とのばらつきの差異に加え，それらの地震タイプやずれのタイプなどとの関係性を明らかにすることは，大規模地震に対する震源近傍の地震動評価の精度向上に不可欠である。
本研究では，日本国内の単一地点における地震観測記録を用い，同一領域で発生した地震の単一地点の観測記録（最大加速度：PGA）に基づくNGMMを各地点に対して策定し，予測値と観測値の残差を評価した。各地点で安定した標準偏差を求めるため，同一領域で一定以上の地震が発生している領域として，2008年岩手・宮城内陸地震（逆断層タイプ），2013年茨城県北部地震（正断層タイプ），2016年熊本地震（横ずれ断層タイプ）の各震源域周辺で発生したMw3.0以上の地震観測記録を用い，同震源域周辺で20以上の記録が取得されているK-NET，KiK-net観測地点において，それぞれSSσを評価した。NGMMの基となるGMMは司・翠川(1999)を用い，地盤の非線形性によるばらつきへの影響を避けるため，地盤応答が線形と想定される200ガル以下の記録を用いた。
最初に一例として，(1)単一地点に対して震源域を限定せずに司・翠川(1999)をそのまま用いた場合，(2)震源域を限定して司・翠川(1999)をそのまま用いた場合，(3)震源域を限定してNGMMを用いた場合のSSσ（(2)及び(3)はほぼSPσ）をそれぞれ評価した。NGMMによる予測値は，限定した震源域内での観測記録と予測値の残差が最も小さくなるよう，地震規模，断層最短距離，震源深さ，地盤増幅の各係数を最小二乗法によって回帰分析を行ったうえで評価している。その結果，(1)(2)(3)の順にSSσの値が減少していることが確認でき，NGMMを用いてSSσを求めることの有効性を確認した。さらに，前述した3地震の震源域周辺の各観測地点に対して同様の処理を行い，断層最短距離，AVS30とSSσの関係性をそれぞれ確認するとともに，ばらつきの空間分布，ずれのタイプによる差異を確認した。その結果，震源域から離れるほど概ね同心円状にばらつきが小さくなる傾向が確認でき，断層最短距離が近いほどSSσが大きく（自然対数で0.5～0.7程度），震源域から30㎞程度以上離れるとSSσは0.5を上回らないこと，AVS30の値によってばらつきの値は大きく変わらないことを確認した。また，ずれのタイプ別に比較すると，横ずれ断層タイプと比較して逆断層タイプ及び正断層タイプのばらつきが大きい傾向にあることを確認した。
今後は，他の内陸地殻地震に対しても同様の検討を行って各指標との依存性や周期ごとのばらつきの傾向を詳細に検討する予定である。
謝辞：検討にあたっては，J-SHISの強震動データフラットファイル2023年版を用いた。