[SCG70-P08] 斜め入射S波を仮定した上下動の地盤応答特性
キーワード：ミラージュ構造、斜め入射、S波、上下動
1．はじめに
地表付近の堆積層中で観測されるS波部分の上下動成分は，鉛直入射するP波で説明されることが多い．これは，下方より入射してきたS波は，基盤と堆積層の境界においてP波に変換され，それが観測される上下動成分の多くを占めるという検討結果にもとづく（例えば藤堂・他，1995）．ところが，後述のように実際の鉛直アレー観測点の記録を検討すると，S波部分の上下動がP波主体であるという仮定では観測記録を説明できないことがある．本研究では，このような観測点の地下構造における特徴を示し，地震基盤への斜めS波入射で観測されるS波部分の上下動の説明を試みる．
2．上下動の地表／地中スペクトル比
堆積平野内にあるいくつかのKiK-net観測点について，震央距離が200 km以内の地震動記録を集め，P波部分とS波部分の上下動成分の地表／地中のフーリエスペクトル比を比較した．その結果，P波部分とS波部分のスペクトル比の形状が非常に似た形状を示す観測点（例えばKMMH16）がある一方で，大きく異なる観測点（例えばTYMH02）もあった．スペクトル比の異なる観測点では，既存の地下構造探査や地質情報などから，地震基盤以浅の堆積層に明瞭なコントラストが少なく深さとともに徐々に地震波速度が変化する，いわゆるミラージュ的な速度構造が予想される地点が多い．
3．理論的検討
観測点直下の堆積層の速度構造が，大きなコントラストのある構造のものか，ミラージュ的な構造かの差が，スペクトル比に影響を与えている可能性がある．そこで，層内速度一定でコントラストの強い構造モデル（コントラストモデル）と，深さに対し線形・連続的に速度が変化する構造モデル（ミラージュモデル）の2 通りの速度構造モデルを設定して（図A-1），理論スペクトル比を検討した．これら2 通りの構造モデルでは，対応する層内でのP波およびS波の走時は同一になるよう設定した．
与えた速度構造モデルの最下層に入射角10°で平面S波のパルスが入射した際，GL-0m, GL-100mの2ヶ所に設定した観測点での理論波形を計算した．計算は周波数領域で行い，入射S 波のパルスはδ関数，すなわち周波数領域では全帯域でフラットとした．時刻歴波形は，パルス幅0.1 秒のcos ベル関数をコンボリューションして計算した．
計算された上下動成分の時刻歴波形は両者のモデルで大きく異なる（図A-2）．地表／地中スペクトル比（図A-3）は，コントラストモデルとミラージュモデルで明らかに異なった形状をしている．コントラストモデルでは，P波鉛直入射のスペクトル比のピークよりやや低い周波数でピークを示すものの，P波鉛直入射の場合と比較的似た形状のスペクトル比を示す．一方，ミラージュモデルのスペクトル比は，P 波鉛直入射のスペクトル比のピーク周波数ではむしろ谷となる．従って，ミラージュモデルのような構造においては，上下動成分の波動場を説明するためにP波入射を仮定するよりもS波斜め入射を考慮した方が，より説明性が良い．
4．実際の観測記録の検討
第2節で検討した観測点のうち，P波部分とS波部分とでスペクトル比に違いが見られた防災科研KiK-netのTYMH02観測点での上下動成分地震動記録を，S波の斜め入射により説明を試みる．地下構造モデルには微動探査（浅野・他，2016，本大会）で得られた位相速度をもとにミラージュ的な構造モデルを作成した（図B-1）．地震基盤に入射角30°でS波が入射するとして，理論的検討と同様に地表および地中の地震動を計算した．地表／地中スペクトル比を検討すると，一部に観測スペクトル比と差があるものの，P波入射とS波入射でスペクトル比が異なる性質を再現できる．
地表／地中スペクトル比を伝達関数として，地表から地中，あるいは地中から地表の波形を合成すると（図B-2），時刻歴波形では，S波入射を仮定した場合には比較的良好に観測波形を説明するが，P波入射を仮定した場合はスペクトル比のピークを反映して単振動を示す．結果的にS波入射の方がP波入射を仮定するよりも良好に観測記録を説明する．
謝辞: 防災科学技術研究所KiK-netデータを用いた．
地表付近の堆積層中で観測されるS波部分の上下動成分は，鉛直入射するP波で説明されることが多い．これは，下方より入射してきたS波は，基盤と堆積層の境界においてP波に変換され，それが観測される上下動成分の多くを占めるという検討結果にもとづく（例えば藤堂・他，1995）．ところが，後述のように実際の鉛直アレー観測点の記録を検討すると，S波部分の上下動がP波主体であるという仮定では観測記録を説明できないことがある．本研究では，このような観測点の地下構造における特徴を示し，地震基盤への斜めS波入射で観測されるS波部分の上下動の説明を試みる．
2．上下動の地表／地中スペクトル比
堆積平野内にあるいくつかのKiK-net観測点について，震央距離が200 km以内の地震動記録を集め，P波部分とS波部分の上下動成分の地表／地中のフーリエスペクトル比を比較した．その結果，P波部分とS波部分のスペクトル比の形状が非常に似た形状を示す観測点（例えばKMMH16）がある一方で，大きく異なる観測点（例えばTYMH02）もあった．スペクトル比の異なる観測点では，既存の地下構造探査や地質情報などから，地震基盤以浅の堆積層に明瞭なコントラストが少なく深さとともに徐々に地震波速度が変化する，いわゆるミラージュ的な速度構造が予想される地点が多い．
3．理論的検討
観測点直下の堆積層の速度構造が，大きなコントラストのある構造のものか，ミラージュ的な構造かの差が，スペクトル比に影響を与えている可能性がある．そこで，層内速度一定でコントラストの強い構造モデル（コントラストモデル）と，深さに対し線形・連続的に速度が変化する構造モデル（ミラージュモデル）の2 通りの速度構造モデルを設定して（図A-1），理論スペクトル比を検討した．これら2 通りの構造モデルでは，対応する層内でのP波およびS波の走時は同一になるよう設定した．
与えた速度構造モデルの最下層に入射角10°で平面S波のパルスが入射した際，GL-0m, GL-100mの2ヶ所に設定した観測点での理論波形を計算した．計算は周波数領域で行い，入射S 波のパルスはδ関数，すなわち周波数領域では全帯域でフラットとした．時刻歴波形は，パルス幅0.1 秒のcos ベル関数をコンボリューションして計算した．
計算された上下動成分の時刻歴波形は両者のモデルで大きく異なる（図A-2）．地表／地中スペクトル比（図A-3）は，コントラストモデルとミラージュモデルで明らかに異なった形状をしている．コントラストモデルでは，P波鉛直入射のスペクトル比のピークよりやや低い周波数でピークを示すものの，P波鉛直入射の場合と比較的似た形状のスペクトル比を示す．一方，ミラージュモデルのスペクトル比は，P 波鉛直入射のスペクトル比のピーク周波数ではむしろ谷となる．従って，ミラージュモデルのような構造においては，上下動成分の波動場を説明するためにP波入射を仮定するよりもS波斜め入射を考慮した方が，より説明性が良い．
4．実際の観測記録の検討
第2節で検討した観測点のうち，P波部分とS波部分とでスペクトル比に違いが見られた防災科研KiK-netのTYMH02観測点での上下動成分地震動記録を，S波の斜め入射により説明を試みる．地下構造モデルには微動探査（浅野・他，2016，本大会）で得られた位相速度をもとにミラージュ的な構造モデルを作成した（図B-1）．地震基盤に入射角30°でS波が入射するとして，理論的検討と同様に地表および地中の地震動を計算した．地表／地中スペクトル比を検討すると，一部に観測スペクトル比と差があるものの，P波入射とS波入射でスペクトル比が異なる性質を再現できる．
地表／地中スペクトル比を伝達関数として，地表から地中，あるいは地中から地表の波形を合成すると（図B-2），時刻歴波形では，S波入射を仮定した場合には比較的良好に観測波形を説明するが，P波入射を仮定した場合はスペクトル比のピークを反映して単振動を示す．結果的にS波入射の方がP波入射を仮定するよりも良好に観測記録を説明する．
謝辞: 防災科学技術研究所KiK-netデータを用いた．