JP5770051B2

JP5770051B2 - 大地震の破壊領域の即時的推定方法

Info

Publication number: JP5770051B2
Application number: JP2011192216A
Authority: JP
Inventors: 俊六山本
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: JP2013053922A

Description

本発明は、大地震の破壊領域の即時的推定方法に関するものである。

現在、地震の破壊領域に関して地震直後に計算される情報は「震源（破壊の開始点）」の情報のみである。一方、大地震の破壊領域は数１０ｋｍから数１００ｋｍにも及ぶため、防災上、この破壊領域を即時的に計算することは重要である。通常は、地震後に十分な量のデータ（地震波、地殻変動、津波など）を集め、手動でデータや初期条件の吟味をした後に逆解析などを行うことで破壊領域の計算が実施されているが、限られたデータを使って即時に計算を行う自動システム向けの方法は殆ど提案されていないのが現状である。

現在提案されている地震の破壊領域の即時推定方法としては、以下のような例がある。

（１）観測された地震動の上下動加速度と水平動速度の値を利用した経験式から観測点が破壊領域に近接している確率を求める方法（下記非特許文献１参照）
（２）実際の破壊領域外に破壊領域を仮定した場合に比べ、正しい破壊領域を仮定した場合（実際の破壊領域を仮定した場合）は、推定震度分布と観測震度分布の平均残差が減少するという原理を利用した方法（下記非特許文献２参照）
（３）観測された加速度が事前に定めた閾値を超過した場合に、観測点が破壊領域に近接していると判断する方法（下記非特許文献３参照）

山田真澄，ＴｏｍＨｅａｔｏｎ，Ｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｌａｒｇｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ：ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｅａｒ−ｓｏｕｃｅａｎｄｆａｒ−ｓｏｕｒｃｅｓｔａｔｉｏｎｓ，日本地震学会講演予稿集，２００７山本俊六，堀内茂木，中村洋光，呉長江，入倉孝次郎，福島美光，断層の面的広がりを考慮した緊急地震速報のための即時震度推定手法，日本地球惑星科学連合大会，２００８倉橋奨，入倉孝次郎，正木和明，Ｂａｓｉｃｓｔｕｄｙｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｏｆｔｈｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｆｏｒｇｒｅａｔｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ−ｃａｓｅｏｆｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎｓｉｎｌａｒｇｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ−，日本地球惑星科学連合大会予稿集，２００９山本俊六、堀内茂木、中村洋光、呉長江、緊急地震速報における震度マグニチュードの有効性，物理探査，第６０巻第５号、ｐｐ．４０７−４１７，２００７

しかしながら、上記した既往の地震の破壊領域の即時推定手法の問題点としては以下の点が挙げられる。

上記した（１）と（３）の方法は、観測点から破壊領域境界部までの距離を推定する方法であるため、海域の地震のように、観測点配置に偏りがある場合、破壊領域を面的に推定することができない。

上記した（２）は、より具体的には、以下のような手順を行う。（ｉ）まず、評価領域に対して、観測された震度分布を最適に説明できるマグニチュードと震源を事前に用意した距離減衰式を使って求める。（ii）上記（ｉ）の手続きで求められたマグニチュードの地震を評価領域内の任意の点で発生させ、距離減衰式による推定震度と観測された震度の平均残差をこの点の値とする。(iii）評価領域内のすべての点に関して上記（ii）の手続を行い、評価領域を対象とした平均残差の分布を求める。(iv)平均残差が事前に定めた閾値を超えない領域を破壊領域と判断する。しかしながら、この（２）の方法では、震源から遠方のデータを扱った場合、距離の変化に対する震度の変化率が相対的に低下し評価結果が不安定になることから、大規模な評価領域を対象とした評価において評価の信頼性が低下するケースがあった。

本発明は、上記状況に鑑みて、上記（２）の方法を基にしながら、使用する地震計による観測点を複数のグループに分け、その評価点ごとに、その評価点に近いグループのデータのみを使用する（評価点から遠方のデータは使用しない）ことにより、地震の破壊領域の評価の安定性を向上させることができる、大地震の破壊領域の即時的推定方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕大地震の破壊領域の即時的推定方法において、（ａ）震源周辺の評価領域を決定し、（ｂ）前記評価領域内の観測点のサブネット化を行い、（ｃ）前記評価領域内の任意の評価点を選択し、（ｄ）前記評価点に距離的に近い複数の前記サブネットを選択し、（ｅ）前記評価点を震源とした場合における、震度の距離減衰式による推定震度と観測された震度との残差である前記各サブネットの震度推定残差を最小とする震度マグニチュードと最小推定残差を求め、（ｆ）前記複数のサブネットの平均推定残差を前記評価点に与え、（ｇ）前記評価領域内の全ての前記評価点の平均推定残差を求め、（ｈ）前記平均推定残差が事前に定めた閾値を超えない領域を破壊領域と判断することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の大地震の破壊領域の即時的推定方法において、新しい震度データが前記観測点に入る度に上記〔１〕記載の（ｂ）〜（ｈ）の処理を繰り返すことにより、破壊領域の広がりを推定することを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の大地震の破壊領域の即時的推定方法において、震源情報及び各観測点の震度情報を入力情報とすることを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕から〔３〕の何れか一項記載の大地震の破壊領域の即時的推定方法において、使用する観測点数Ｎ、サブネットを構成する観測点数Ｍ、評価点の平均推定残差の計算に使用するサブネット数Ｌ、破壊領域を判断するための平均推定残差の上限値（前記閾値）を事前に定めることを特徴とする。

本発明によれば、評価点近傍の震度データを使用した破壊領域推定方法を提案し、東北地方太平洋沖地震に適用した。シミュレーション結果は良好であり、簡便かつ安定した即時推定方法として活用が期待できる。

本発明の実施例を示す、大地震の破壊領域の即時的推定方法における破壊領域の決定の説明図（その１）である。本発明の実施例を示す、大地震の破壊領域の即時的推定方法における破壊領域の決定の説明図（その２）である。本発明の実施例を示す、大地震の破壊領域の即時的推定方法における破壊領域の決定の説明図（その３）である。本発明の実施例を示す、大地震の破壊領域の即時的推定方法における破壊領域の決定の説明図（その４）である。本発明の実施例を示す、大地震の破壊領域の即時的推定方法における破壊領域の決定の説明図（その５）である。本発明の実施例を示す、大地震の破壊領域の即時的推定方法のフローチャートである。本発明に係る東北地方太平洋沖地震における推定破壊領域の模式図である。

本発明の大地震の破壊領域の即時的推定方法は、震源周辺の評価領域を決定し、前記評価領域内の観測点のサブネット化を行い、前記評価領域内の任意の評価点を選択し、前記評価点に距離的に近い複数の前記サブネットを選択し、前記評価点を震源とした場合における、震度の距離減衰式による推定震度と観測された震度との残差である前記各サブネットの震度推定残差を最小とする震度マグニチュードと最小推定残差を求め、前記複数のサブネットの平均推定残差を前記評価点に与え、前記評価領域内の全ての前記評価点の平均推定残差を求め、前記平均推定残差が事前に定めた閾値を超えない領域を破壊領域と判断する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

上記したように、本発明では、背景技術の項で示した（２）の方法を基にしており、まず、事前に震度の距離減衰式を用意し、この距離減衰式による推定震度と観測された震度の平均残差を利用する。

ここで、震度の距離減衰式としては、例えば、上記した非特許文献４に示された震度マグニチュードの距離減衰式、Ｉ＝２〔ＭＩ−ｌｏｇ１０（ｒ）−０．０１２ｒ／３．５−２．７３〕などを使うことができる。ここで、Ｉは震度、ＭＩは震度マグニチュード、ｒは震源距離である。また、その他の震度に関する距離減衰式を使用することも可能である。ここでは、震度と震度の距離減衰式を使っているが震度以外の振幅情報（例えば、加速度、速度、変位など）とその距離減衰式を使っても同様の処理が可能である。

事前に定める値としては、使用する観測点数Ｎ、サブネットを構成する観測点数Ｍ、評価点の平均推定残差の計算に使用するサブネット数Ｌ、破壊領域を判断するための平均推定残差の上限値（閾値）である。

また、入力情報としては、震源情報（緊急地震速報）、各観測点の震度情報などの現行の即時システムから入手できるものを用いることができる。

本発明では、初めに評価領域を一定間隔でグリッド化し、全グリッドに評価点を設定し、利用できるＮ個の観測点をＮ個のサブネットにグルーピングする。この時、サブネットは距離の近いＭ個の観測点から構成されるものとする。次に、任意の評価点を選択し、当該評価点に近いＬ個のサブネットを選択し、この評価点を震源とした場合にＬ個のサブネットの各サブネットの震度推定残差を最小にする震度マグニチュードと最小となる推定残差をそれぞれ求め、Ｌ個のサブネットの推定残差の平均値をその評価点の値とする。さらに上記の操作を全評価点に関して行う。

平均推定残差の小さな評価点は破壊領域である可能性が高いため、最終的に平均推定残差がある閾値以下である評価点を破壊領域としてイメージングする。また観測点数やデータは逐次更新されるため、本発明によるイメージング結果も逐次更新する。

図１〜図５は上記した本発明の大地震の破壊領域の即時的推定方法における破壊領域の決定の説明図（その１〜その５）、図６はその大地震の破壊領域の即時的推定方法のフローチャートである。

（１）まず、震源周辺の評価領域を決定する、すなわち、図１に示すように、震源（★で表示）１の周辺の評価領域３を決定する（ステップＳ１）。なお、２は評価領域３内の観測点（△で表示）である。

（２）次に、評価領域３内を一定間隔でグリッド化し、観測点のグループ（サブネット化）（Ｎ個）を行う。すなわち、図２に示すように、Ｎ個の観測点２をＮ個のサブネット（細点線で表示）４に分ける（ステップＳ２）。なお、各サブネット４はＭ個の観測点２から構成される。サブネットは、対象とする観測点と、対象とする観測点に最も近いＭ−１個の観測点から構成される。観測点の分布によっては、対象とする観測点が異なる場合、すなわちサブネットが異なる場合でも、サブネットを構成する観測点２の組み合わせが同一になる場合もありうる。ここでは、Ｎ個の観測点２は１５であるので、サブネットの数は１５になるが、上記の理由によりいくつかのサブネットが重複し、結果的に図上はサブネット数が１２個と表示されている。

なお、評価点は評価領域をグリッド化し、各グリッドに設定可能とする。

（３）次に、評価領域３内の評価点５を選択する。すなわち、図３に示すように、評価領域３内で任意の評価点（◇で表示）５を選択する（ステップＳ３）。なお、評価点は各グリッドに設定可能とする。

（４）次に、評価点５に距離的に近いサブネット４（Ｌ個）を選択する。すなわち、図４に示すように、評価点５に距離的に近いＬ個のサブネット４を選択する（ステップＳ４）。

（５）次に、評価点５を震源とした場合の、サブネット４の震度推定残差を最小とする震度マグニチュードと最小推定残差を求める。すなわち、評価点５を震源とした場合の、各サブネット４内の震度推定残差を最小とするマグニチュードとその時の最小推定残差を求める（ステップＳ５）。この際、事前に用意した震度の距離減衰式を使用する。

（６）次に、Ｌ個のサブネット４の平均推定残差を評価点５に与える。すなわち、上記（５）で求めた最小推定残差に関して、Ｌ個のサブネット４の平均（平均推定残差）を求め、評価点５の値とする（ステップＳ６）。

（７）次に、全評価グリッドの平均推定残差を求める。すなわち、評価領域３内の全ての評価点５に関してステップＳ６の平均推定残差を求める（ステップＳ７）。

（８）そこで、上記（７）で求めた全ての評価点５の平均推定残差のうち、平均推定残差が事前に定めた閾値を超えない領域を、破壊領域（図５の太点線表示）と判断する。

（９）観測点２に新しい震度データが入る度に上記ステップＳ２〜ステップＳ８の処理を繰り返す（ステップＳ９）。

（１０）上記ステップＳ２〜ステップＳ８の処理を繰り返しが終了したらエンドとする（ステップＳ１０）。

このような手順で、図５に示すような、平均推定残差が閾値を超えない評価点５′が集まった、推定された破壊領域６を求めることができる。なお、色付き◇は平均推定残差が閾値を超えない評価点を示している。

以下、東北地方太平洋沖地震を対象として、本発明による大地震の破壊領域の推定方法の有効性を検証する。

緊急地震速報による震度情報とＫ−ＮＥＴのリアルタイム震度情報が入手できることを前提に、東北地方太平洋沖地震のリアルタイムシミュレーションを行った。

サブネットを構成する観測点数Ｍを１５とし、評価点の平均推定残差の計算に利用するサブネット数Ｌも１５とした。また各観測点にＳ波が到達して、かつ計測震度１．０以上となった値のみを入力データとし、結果的に時間に伴い観測点とサブネットの数Ｎは１５〜２５２と変化した。破壊領域であると判断するための平均推定残差の上限値（閾値）としては０．７０を使用した。

地震発生後７５秒後と１３５秒後のデータを基に、本発明の推定方法で得られた推定破壊領域のイメージング結果を図７に示す。この図において、ｓｄは推定残差、ｉｎｔは震度を示している。他の様々な検証でもこの地震の主要な破壊領域が宮城県沖と福島・茨城沖であることが明らかにされつつあるが、図７よりそれぞれの位置と破壊の進行状況が明瞭に確認できる。また１３５秒の時点で破壊領域が少なくとも２００ｋｍ程度に広がっていることが分かる。

このように、本発明にかかる大地震の破壊領域の即時的推定方法は、現行の即時的推定方法から入手できるリアルタイム情報を利用して、破壊領域の広がりを即時的に推定することが示された。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の大地震の破壊領域の即時的推定方法は、大地震の破壊領域の広がりに関する情報の精度の向上を図ることができる破壊領域の即時的推定方法として利用可能である。

１震源
２観測点
３評価領域
４サブネット
５評価点
５′ 平均推定残差が閾値を超えない評価点
６推定された破壊領域

Claims

（ａ）震源周辺の評価領域を決定し、
（ｂ）前記評価領域内の観測点のサブネット化を行い、
（ｃ）前記評価領域内の任意の評価点を選択し、
（ｄ）前記評価点に距離的に近い複数の前記サブネットを選択し、
（ｅ）前記評価点を震源とした場合における、震度の距離減衰式による推定震度と観測された震度との残差である前記各サブネットの震度推定残差を最小とする震度マグニチュードと最小推定残差を求め、
（ｆ）前記複数のサブネットの平均推定残差を前記評価点に与え、
（ｇ）前記評価領域内の全ての前記評価点の平均推定残差を求め、
（ｈ）前記平均推定残差が事前に定めた閾値を超えない領域を破壊領域と判断することを特徴とする大地震の破壊領域の即時的推定方法。
請求項１記載の大地震の破壊領域の即時的推定方法において、新しい震度データが前記観測点に入る度に請求項１に記載の（ｂ）〜（ｈ）の処理を繰り返すことにより、破壊領域の広がりを推定することを特徴とする大地震の破壊領域の即時的推定方法。
請求項１又は２記載の大地震の破壊領域の即時的推定方法において、震源情報及び各観測点の震度情報を入力情報とすることを特徴とする大地震の破壊領域の即時的推定方法。
請求項１から３の何れか一項記載の大地震の破壊領域の即時的推定方法において、使用する観測点数Ｎ、サブネットを構成する観測点数Ｍ、評価点の平均推定残差の計算に使用するサブネット数Ｌ、破壊領域を判断するための平均推定残差の上限値（前記閾値）を事前に定めることを特徴とする大地震の破壊領域の即時的推定方法。