第1回 地震の発生
1-1 地震と断層
1-2 プレートテクトニクスと地震
1-3 日本列島周辺の地震
1-4 地域の活動度
1-5 主な被害地震と教訓
参考書
1-1 地震と断層
(1)断層
• 岩盤の物理的特徴:力を加えれば変形し
(歪み),限度を超えるとせん断破壊する
• 地震とは:断層間の岩盤の歪が限度を超え,
せん断破壊してずれ,エネルギを放出する
• 地震動とは:断層のせん断破壊による衝撃
が地震波として四方八方に伝わる
地震の震源・震央と断層
:地震でずれた断層
阪神大震災の地表地震断層
淡路島の北淡町
断層のタイプ
<縦ずれ断層>
地震でのずれが上下方向に発生したもの
• 逆断層:両側が近づく方向の縦ずれ断層
• 正断層:両側が遠ざかる方向の縦ずれ断層
<横ずれ断層>
地震でのずれが水平方向に発生したもの
• 右横ずれ断層:向かって右側にずれた断層
• 左横ずれ断層:向かって左側にずれた断層
断層のタイプ
(2)断層モデル
• 断層モデル:地震での断層運動を単純化
• 断層パラメータ:9つ
長さ:L と 幅: W (km) ,平均変位:D0 (m)
傾斜角:δ, 走向:φ, 食い違い方向:λ°
岩盤のせん断弾性係数:μ (kN/m2)
断層の破壊伝播速度: Vr≒3.0 (km/s)
立ち上がり時間:τ(s)
逆断層・左横ずれ型の断層パラメータ
断層の上面
マグニチュード(M):地震規模の尺度
• 気象庁マグニチュード(M j):
震源からある距離での特定地震計で記録され
た振幅の常用対数
• モーメントマグニチュード(Mw):
物理的意味が明快な地震モーメントから算定
Log M0 = 1.5 Mw + 16.1
• 地震モーメント(M0):
岩盤のせん断弾性係数×変位量×断層面積
M0 = μ × D0 × L × W (dyn・cm)
2011年東北地方太平洋沖地震の断層モデル
φ=195-180=15°
λ=13°低角逆断層
最大変位
Dmax:23m
平均変位
D0:12m
2011年東北地方太平洋沖地震の
モーメントマグニチュードの算定
• 地震モーメント:Mo ←地震によるエネルギー
Mo = μ×D×L×W = 3.86 ×1029 (dyn・cm)
11
μ:岩石のせん断弾性定数:3×10 (dyn/cm2)
D:平均すべり量:12×102 (cm)
5
5
L,W:長さと幅:510×10 (cm) , 210×10 (cm)
• モーメントマグニチュード: Mw
Mw =( log10 Mo -16.1 )/1.5
= 9.0
震度:地域の地震動の強さの尺度
• 気象庁震度:1996年以後の震度は,計測震
度計により加速度記録から自動的に算定
• 計測震度の算定法:
加速度波形(60秒)を1/√fのフィルターをか
けて,0.3秒間以上継続する値(a)を求めて,
I = 2×log10 a + 0.94
で求める
• 1996年気象庁震度階:震度5と6を強・弱に
細分化して,10段階になった
最大加速度・速度の距離減衰特性
2011年東北地方太平洋沖地震の例
1000
ガル
50
カイン
山間地での震度の算定例
k-net MYG003 東和 の(元の)地震波形
最大:580 ガル
600
加速度(cm/s/s)
400
200
0
-200
-400
-600
0
10
20
30
40
50
時 刻 (s)
60
ローパス・フィルターで約1/4に
k-net MYG003 東和 のフィルター後の地震波形
130 ガル
0.3秒以上継続する値を見つける
600
加速度(cm/s/s)
400
200
0
-200
-400
-600
0
10
20
30
40
50
時 刻 (s)
60
震度 I = 2 × log10 130 + 0.94 = 5.2 → 震度5強(被害小)
平野内での震度の算定例
最大:1000 ガル以上
k-net MYG013 仙台 の(元の)地震波形
1000
800
加速度(cm/s/s)
600
400
200
0
-200
-400
-600
-800
-1000
0
10
20
30
40
50
時 刻 (s)
60
ローパス・フィルターで約1/2に
k-net MYG013 仙台 のフィルター後の地震波形
450 ガル
1000
800
0.3秒以上継続する値を見つける
600
加速度(cm/s/s)
400
200
0
-200
-400
-600
-800
-1000
0
10
20
30
40
50
時 刻 (s)
60
震度 I = 2 × log10 450 + 0.94 = 6.2 → 震度6強(被害大)
震度と古い木造住宅の全壊率
100%
5.2
6.2
0%
5
5強
6弱
6
6強
7
7
(3)断層の破壊と地震動
• 断層の破壊現象≒せん断食い違い理論:
直交する2つの偶力に近似できる←双偶力
• 断層の食い違いで生ずるせん断波:断層面
の平行方向と直交方向に発生
• 断層の食い違いで生ずる P 波の初動:
断層面の45°方向に押しと引きに分離
・地震波の距離減衰:
震源域からの距離に揺れの強さが減少
断層の食い違いと双偶力
初動が引き
初動が押し
断層の食い違いによる波動方向
初動が引き
初動が押し
• 断層破壊のドップラー効果:断層破壊が進行
する側で振幅が大きくなり周期が短くなる
• 地震規模と断層長さ(L):M8で約100km,
M7で約30km,M6で約10km
• 地震規模と地震波の周期:地震規模が大きい
と長周期成分が優勢になり長くなる
• アスペリティ:震源断層の中の固着域で,地震
の際に大きな破壊エネルギーを放出する
阪神大震災のアスペリティ分布
震央
兵庫県南部地震の波形の軌跡
ドップラー効果と
アスペリティで大きくなる
震央
東日本大震災のドップラー効果
大船渡 震度 4.3
岩沼 震度 6.0
飯館 震度 5.4
岩手県の震度より
茨城県の方が大きい
大子 震度 5.6
1-2 プレートテクトニクスと地震
(1) プレートの運動
• 大陸移動説(1912年Wegener):
約2億年前まで大陸は一つであり,分裂して移
動したため現在の大陸になったという説
• プレートテクトニクス
(1967年McKenzie & Parker):
マントルの対流によりプレートは移動して海嶺
や海溝ができるという説
・ 地球の内部構成:核(半径約3,500km) ,マン
トル(厚さ約2,900km) ,プレート(約100km)
地球の内部構造
地球の内部と外核の対流
大陸移動説(ウェゲナー1912
年)
プレートテクトニクス理論
(1967年 McKenzie & Parker)
火山帯
海溝
海嶺
海溝
プレート
境界地震
世界のプレート分布
(震源が浅く) 規模の大きな地震分布
世界の新期造山帯(地震帯)
マントル対流とプレートの運動・衝突
溶融鉄
鉄
溶融鉄
マントル
・プレートの構成:リソスフェア(マントル上部が冷
えて固まった層)+アセノスフェア(軟らかい層)
• マントル:地球深部では固体だが表面近くの低
圧力下では液体,冷えると固まる(リソスフェア)
• プルーム:核からマントルが上昇している部分
• 海溝:海のプレートが大陸プレートと衝突して,
屈曲して下降している場所
• 海嶺(海膨):海洋プレートが移動した場所で,
受動的にマントルが湧き出すところ
• ホットスポット:プルームの上昇により高温のマ
ントルが湧き出すところ
プレートの運動
リソスフェア
アセノスフェア
マントル
ホットスポット
プルーム
海溝
海嶺
プルーム
(2)日本列島周辺のプレート
• 太平洋プレート:東太平洋海膨で生まれ年間
約9cmの速さで西北西に移動している
• フィリピン海プレート:
年間約4.5cmの速さで北西に移動している
• ユーラシアプレート:
日本列島の南側の陸のプレート
年間約1cmの速さで東南東に移動している
• 北米プレート:日本列島の北側の陸のプレート
糸魚川―静岡構造線で接している
日本周辺のプレートの動き
プレートの動きと地震のタイプ
リソスフェア
アセノスフェア
1-3 日本列島周辺の地震
(1) 海の地震
• プレート境界地震:海溝沿いにプレート
の衝突に伴う圧縮力で起きる地震
• プレート内の地震:海溝で沈み込んでい
る海のプレートの内部で起きる地震
日本列島周辺の被害地震の震源域
日本列島周辺の過去10年間の震源域
出典:防災白書
日本列島の
地体構造
限界地震の
規模
M9.0の地震が
2011年に発生
M9.1に修正
(2012年)
南海トラフの巨大地震の断層域
内閣府
2012年
防災白書
大規模地震対策地域
2010年
・十勝沖地震の発生周期(北海道):
M8級は50~80年(1952年,2003年)
・宮城県沖地震の発生周期(東北):
M7.5級は30~80年(1897年,1978年)
・関東地震の発生周期:
220~415年(878年,1293年,1703年,1923年)
・東海地震と南海地震の発生周期:
90~147年(1605年,1707年,1854年,1944・46年)
・東海地震の発生:1944年東南海地震では破壊し
なかったが,歴史上単独での発生はない
十勝沖・宮城県沖地震の震度分布
防災白書
2010年
十勝沖・宮城県沖地震の津波高さ
防災白書
2010年
東海・南海地震の繰り返し
M 8.6
東海・南海・関東地震の繰り返し
宝永 M8.6
安政 M8.4
昭和 M7.9
南海トラフでの巨大地震の時間予測
モデル
宝永
M 8.6
安政
M 8.4
昭和
M 7.9
大きな地震の後は次の
地震までの間隔が長い
東南海・南海連動地震の震度分布
防災白書
2010年
東南海・南海連動地震の震度分布
内閣府
2012年
東南海・南海連動地震の津波高さ
防災白書
2010年
東南海・南海連動地震の津波高さ
内閣府
2012年
東南海・
南海地震の
防災戦略
出典:防災白書
(2) 陸の地震
• 内陸型地震:陸の活断層で発生する浅い地震。
逆断層型で横ずれを伴うものが多い
• 活断層:約170万年前から繰返し活動していて,
将来また活動すると考えられる断層
• 活断層の確実度:
Ⅰ(地表地震断層が明確にある)Ⅱ,Ⅲに分類
• 活断層の活動度の年平均変位:A級:1~
10mm,B級:0.1~1mm,C級:0.1mm以下)
• 地震断層の分岐形態:破壊の終端では断層が
枝分かれする→震源の位置が分かる
明治以後の活断層による主な内陸地震
過去の地震の断層調査
地層断面図と過去の地震断層
過去の地震断層の跡
内陸型地震の断層調査結果
内陸地震の要注意断層
(1)中央構造線
(2)有馬・高槻・六甲断層帯
(3)阿寺断層
(4)伊那谷断層
(5)糸魚川・静岡構造線
(6)富士川河口断層帯
(7)神縄・国府津・松田断層帯
(8)柳ヶ瀬・鈴鹿断層帯
(9)西関東断層帯
(10)信濃川断層帯
(11)秋田・庄内断層帯
地震断層の分岐とセグメンテーション
1-4 地域の活動度
(1) 関東地方
・ 元禄地震(1703年):M7.9-8.4,
小田原で死者約2300人,
千葉では津波で死者6500人
• 安政江戸地震(1855年):M7.0
荒川河口付近で発生,死者約1万人
東京東部などで震度6相当の揺れ
• 関東地震(1923年):M7.9
相模トラフ沿いが震源域,死者約10万人
相模湾沿岸地域では震度7相当の揺れ
(2) 関西地方
• 慶長伏見地震(1596年):
有馬-高槻断層と六甲・淡路島断層
京都と大阪で被害
• 1662年の地震:
三方・花折断層
• 兵庫県南部地震(1995年):
野島断層と六甲・淡路島断層
(3) 東海地方
• 天正地震(1586年):
養老―桑名―四日市断層
庄川断層と阿寺断層も?
• 濃尾地震(1891年):
根尾谷断層を含む濃尾断層帯
震源域近くで震度7相当
• 三河地震(1945年):
深溝断層,東南海地震の約1ヶ月後
1-5 主な被害地震と教訓
(1) 明治以降の日本の被害地震
• 内陸型地震:地震規模は小さくても震源が近
いため被害が甚大
• 海洋型地震:M8クラスが多く,津波を伴って
広域に被害を与えている
• 福井地震(1948年)~兵庫県南部地震(1995)
:約50年間,国内では顕著な被害地震は無し
(2) 明治以降の海外の被害地震
• 建物の耐震化や津波意識が低い地域:
地震の規模や震度が小さくても,構造物に
甚大な被害が発生し,死者が増大する
• 唐山地震(1976年):中国河北省,M7.9
死者242,000人と発表
• トルコ・コジャエリ地震(1999年):トルコ北西部
M7.4,広域で液状化が発生,死者17,000人以上
・スマトラ沖地震(2004年) :
インドネシア スマトラ島北西部,M9.0
海洋型地震,死者22万人以上(津波による)
・パキスタン地震(2005年):
北東部カシミール地方,M7.6,死者約10万人
・四川大地震(2008年):
中国四川省,M8.0,死者約87,000人
・ハイチ地震(2010年):
ハイチ首都付近,M7.0,死者22万人以上
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