第 13 回日本地震工学シンポジウム（2010）

2010 年チリ・マウレ地震の強震記録の特徴と強震観測点の地盤特性

STRONG-MOTION RECORDS AND SITE CHARACTERISTICS IN THE 2010 MAULE, CHILE EARTHQUAKE

翠川三郎1)、三浦弘之2)

Saburoh MIDORIKAWA1, Hiroyuki MIURA2

1) 東京工業大学・都市地震工学センター、教授 工博 1 Professor, Center for Urban Earthquake Engineering, Tokyo Institute of Technology, Dr. Eng.

e-mail : smidorik@enveng.titech.ac.jp 2) 東京工業大学・人間環境システム専攻、助教 博士(工学)

2 Assistant Professor, Dept. Built Environment, Tokyo Institute of Technology, Dr. Eng. e-mail : hmiura@enveng.titech.ac.jp

ABSTRACT: The 2010 Maule, Chile earthquake (Mw8.8) produced many strong motion records. In this paper, the spectral shape and duration of observed ground motions and the local site effects on the ground motions are examined. The relation between the building damage and ground motion characteristics is also discussed. キーワード： 2010年チリ・マウレ地震、強震記録、地盤特性、建物被害

1. はじめに

2010 年 2 月 27 日に発生したチリ・マウレ地震は長さ約 500km の断層によるもので、その規模は Mw8.8と非常に大きい。南海トラフ沿いに東海・東南海・南海地震といった巨大地震の発生が懸念されている

わが国にとって、この地震で観測された強震記録を分析し、M9 クラスの巨大地震の地震動の特性の理

解を深めることは重要である。ここでは、この地震で観測された強震記録の特徴を概観した上で、常時

微動測定から得られた地盤特性と強震記録のスペクトル特性や建物被害との関係について検討する。 2. 地震と強震記録の概要

ナスカプレートの沈み込みにより、チリの沿岸では海溝型の巨大

地震がたびたび起こってきた。今回の地震の震源域では 1835 年の地

震(M8.5)が起こって以来、大地震が発生しておらず、いわゆる空白

域であった 1)。今回の地震の余震は、南北 500km 以上の広い範囲で

発生しており、地震の震源域が大きかったことを示している。この

地震の震源過程について、Poiata and Koketsu (2010)2)は、図 1 に示す

ように、遠地実体波による震源インバージョンから、走行が N16°E、傾きが 16°の低角逆断層によるもので、断層長さは 400km 程度と推

定している。破壊は断層のほぼ中央から開始し、南北に伝播した。

大きなすべりの領域は震源付近と断層の北側にみられ、最大のすべ

り量は10m程度と推定されている。Sladen(2010)3)やShao et al.(2010)4)

も同様の結果を得ているが、Shao et al.(2010)4)では震源の南で大きな

すべりが推定されている。 図 1 断層モデル 2)

-1084-

OS7-Fri-AM(OS7)-1

今回の地震の強震記録は、チリ大学の土木工学科によ

る強震観測網 RENADIC5)および同大学の地球物理学科

による地震観測網 RSN6)により得られている。設置され

ている強震計はデジタル型強震計が主であるが、アナロ

グ型強震計(SMA-1)も存在する。現時点(2010 年 8 月)では、公開されている情報はデジタル型強震計によるもの

である。アナログ型強震計については、Concepcion 中心

部および Cauquenes で記録が得られていることが確認さ

れている 7)が、その他の地点については現時点で情報が

ない。観測された最大加速度値のリストを表１に示す。

震源域周辺での水平動の最大加速度値の分布を図 2 に、

多数の記録が得られた首都 Santiago での分布を図 3 にそ

れぞれ示す。 Vina del Marで0.3g強、Melipillaで0.78g、Curicoで0.47g、

Cauquenes で 1g 以上、Concepcion では中心部で約 0.4g、その郊外の San Pedro で 0.65g 、Valdivia で 0.14g の最大

加速度がそれぞれ観測されている。Santiago では最大加

速度は 0.17g から 0.56g と場所毎に大きく異なり、これは

後述するように地盤特性の違いによるものと考えられる。

図 4 には最大加速度と断層からの距離の関係を示す 8)。

観測された最大加速度と距離との関係にはばらつきがみ

られるが、既往の距離減衰式と整合した結果となってい

る。 観測記録の一例として、Santiago から約 50km 南南西

に位置し、貫入岩からなる岩盤サイトの Cerro El Robleでの加速度波形を図 5 に示す。主要動が 1 分以上継続し

ている。図には 1985 年メキシコ地震およびその余震の際

に岩盤上で得られた加速度記録 9)も示してある。今回の

地震での継続時間は 1 分以上であり、M8.1 のメキシコ地

震の記録に比べても継続時間は 2 倍近く長くなっている。

同様に、速度応答スペクトルを 1985 年メキシコ地震およ

びその余震の際の記録 9)と比較して図 6 に示す。今回の

地震の記録のスペクトルは周期 20 秒以上まで平坦な形

表 1 観測された最大加速度のリスト

(a) RENADIC 観測網による最大加速度

(b) RSN 観測網による最大加速度

図 2 震源域周辺での最大加速度分布

図 4 最大加速度の距離減衰 8) 図 3 Santiago での最大加速度分布

P.G

.A (

cm

/s2 )

Mw = 8.8, Focal depth=35 km Si and Midorikawa(1999) For rock sites +/-σ=0.27

Fault distance ( k m )

100 101 102 103

101

102

103

CONCEPCION  CENTRO        0.4gSAN PEDRO 0.65g

-1085-

を示している。Mw8.8 という巨大地震の場合には継続時間が非常に長くなり、長周期でもスペクトル振

幅が低下しないことを示している。

3. 強震観測点での地盤特性 強震観測点での地盤特性を把握するために常時微動測定を行った。RSN 観測網に関する情報は事前に

得られていなかったため、RENADIC 観測網の観測点でのみ測定を行った。約 20 秒間のデータから

0.25cps の Parzen ウインドウをかけたスペクトルを計算し、さらに水平 2 成分の相乗平均を上下成分で

除して H/V スペクトル比を計算した。交通振動などの特定の振動の影響が少ない 3 区間のデータの平均

値を最終的な結果とした。 図 7に常時微動のH/Vスペクトル比と観測された強震記録の擬似速度応答スペクトルを比較して示す。

礫地盤上の観測点である Santiago の Universidad de Chile や Curico では H/V スペクトル比はほぼ１と一

定で、特定の地盤特性を示さない。強震記録の速度応答スペクトルの形状も比較的平坦であり、常時微

動測定結果と対応している。Santiago の Hospital Sotero del Rio でも同様の結果であった。

図 7 強震観測点での微動の H/V スペクトル比と強震記録のスペクトルの比較

図 5 岩盤での加速度波形 図 6 岩盤での応答スペクトル

Period (s)

H/V

Spe

ctra

l Rat

io

ucg02 ucg03 ucg04 Ave

30.1 10.1

1

10

Period (s)

H/V

Spe

ctra

l Rat

io

CHP02 CHP03 CHP04 Ave

30.1 10.1

1

10

Period (s)

H/V

Spe

ctra

l Rat

io

mps01 mps02 mps06 Ave

30.1 10.1

1

10

Period (s)

H/V

Spe

ctra

l Rat

io

vdm01 vdm02 vdm04 Ave

30.1 10.1

1

10

(a) 常時微動の H/V スペクトル比

(b) 強震記録の擬似速度応答スペクトル

Period(s)

pSv(

cm/s

)

Universidad de Chile NS EW

0 1 2 3

100

200

Period(s)

pSv(

cm/s

)

CRS Maipu RM NS EW

0 1 2 3

100

200

Period(s)

pSv(

cm/s

)

Vina del Mar (Centro) NS EW

0 1 2 3

100

200

Period(s)

pSv(

cm/s

)

Hospital Curico NS EW

0 1 2 3

100

200

Universidad de Chile Hospital Curico CRS Maipu RM Vina del Mar

-1086-

一方、Santiago の CRS Maipu や Vina del Mar では H/V スペクトル比に周期 0.4～0.5 秒で大きなピー

クがみられ、地盤による増幅特性が強いことを示唆している。このピーク周期は強震記録にみられるピ

ーク周期 0.5～0.7 秒と対応するものと考えられる。Concepcion での地盤特性については後述する。 4. 建物被害と地震動の関係

4.1 Concepcion Concepcion は人口約 23 万人のチリ第 2 の都市である。ここで多数の建物に被害がみられた。市の調

査では、3 階建以上で取り壊しが必要な程度の大被害を受けた建物が 8 棟、大破の建物が 68 棟とされて

いる 10)。大きな被害は 15～20 階建のものに目立った。市の中心部では図 8 に示すアナログ強震記録が

得られており、最大加速度約 0.4g、卓越周期 1.5～2 秒と読み取れる。同地点の常時微動の H/V スペクト

ル比には図 9 に示すように周期 1.5 秒付近にピークがみられる。常時微動測定の際にたまたま観測され

た余震(3 月 31 日 14:58 頃)の記録のスペクトルにも周期 1.5 秒にピークがみられる(図 10 参照)。また、

この地点では 1978 年の地震で最大加速度約 0.1g の記録が得られており、この記録にも周期 1.5 秒の成分

が卓越している 11)。なお、前述のように、Concepcion 中心部から 5km 程度西に位置する San Pedro では

水平最大加速度 0.65g のデジタル強震記録が得られており(図 11 参照)、図 12 に示すように速度応答スペ

クトルには周期 0.7 秒でピークがみられ、速度応答量は 200cm/s 弱に達する。 Concepcion の地盤は、表層は S 波速度で 200m/s 弱の砂層で、深さとともに S 波速度は徐々に増加し、

深さ 100m 強で基盤岩に達すると推定されている 12) 。この地盤構造から地盤の増幅率を計算すると、図

13 に示すように周期 1.5 秒付近にピークを持つ。市中心部では強震観測点の周辺でも常時微動に 1.5 秒

程度の卓越周期がみられる。これらの結果から、Concepcion 中心部の被災地域では地盤特性によって周

期 1.5～2 秒程度の地震動が卓越したものと推測される。図 14 に示すチリの RC 造建物の常時微動測定

からの固有周期と階数の関係 13) から、15～20 階建の建物の周期はおおよそ 1 秒弱と推定される。強震

時にこれらの建物の周期が 1.5 秒程度に延びたとしても不思議はなく、これらの建物が地震動と共振を

起こし、大きな被害をもたらした可能性が指摘できる。

図 8 Concepcion 中心部で観測されたアナログ強震記録

(最上段は 0.5 秒間隔の時刻マーク、写真は齋藤大樹氏提供)

図 9 Concepcion での 図 10 Concepcion での 図 11 Concepcion 郊外の San Pedro

H/V スペクトル比 余震記録のスペクトル でのデジタル強震記録

Period (s)

H/V

Spe

ctra

l Rat

io

ccp04 ccp05 ccp06 Ave

30.1 10.1

1

10

Peirod(s)

Four

ier S

pect

ra (c

m/s

*s)

CCP01 NS EW UD

0.1 1 100.0001

0.001

0.01

0.1

Ch2

Acc.

(cm

/s/s

)

Max=639.1(cm/s/s)

-500

0

500

2010/2/27 Colegio San Pedro, ConcepcionCh1

Acc.

(cm

/s/s

)

Max=-591.9(cm/s/s)

-500

0

500

Ch3(UD)

Time (s)

Acc.

(cm

/s/s

)

Max=570.8(cm/s/s)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200-500

0

500

-1087-

図 12 San Pedro での応答スペクトル 図 13 計算された地盤増幅率 図 14 建物周期と階数の関係 13)

4.2 Vina del Mar Vina del Mar は Santiago から約 100km 西北西にある海岸沿いのリゾート都市である。地盤は海成堆積

物による砂地盤である 14)。表層地盤の S 波速度は 200m/s 弱で、深さとともに増大するものと推定され

ている 15)。基盤までの深さは 100m 程度と推定されている 16)。強震計設置地点の 500m 南では花崗岩が

露頭しており 14)、基盤深度は北に向かって深くなっているものと考えられる。 ここでも 15～20 階建の高層建物に大きな被害がみられた。大きな被害がみられた建物付近で常時微動

を測定した。図 15 に番号で測定地点を示す。S は強震観測点である。各地点での H/V スペクトル比を

図 16 に示す。いずれの地点でも周期 0.8～1 秒に大きなピークがみられ、この地区での地盤の卓越周期

は 1 秒程度と考えられる。一方、被害地区から 1km 弱南に位置する強震観測点 S では、常時微動の卓越

周期は 0.5 秒とやや短い。これは前述の基盤深度が北に向かって深くなっていることと整合している。 強震記録の卓越周期は 0.7 秒と常時微動のそれに比べて 40%程度長く、これは地盤の非線形性の影響

によるものと考えられる。したがって、被害のみられた地点では、常時微動の周期 0.8～1 秒が強震時に

は 1.5 秒近くまで卓越周期が延びて、Concepcion の場合と同様に、15～20 階建の高層建物が共振した可

能性が考えられる。これら Concepcion や Vina del Mar での事例から、大都市でのマイクロゾーニングの

重要性が再確認できる。

図 15 Vina del Mar での微動測定点 図 16 Vina del Mar での微動の H/V スペクトル比

Period(s)

Am

plifi

catio

n

Concepcion

2E''/2E

0.1 1 10

1

10

Period(s)

pSv(

cm/s

)Colegio San Pedro, Concepcion

NS EW

0 1 2 3

100

200

Period (s)

H/V

Spe

ctra

l Rat

io

tld02-1 tld02-2 tld03 Ave

30.1 10.1

1

10

Period (s)

H/V

Spe

ctra

l Rat

io

ptr02 ptr03 ptr05 Ave

30.1 10.1

1

10

Period (s)

H/V

Spe

ctra

l Rat

io

fsv01-1 fsv01-2 fsv05 Ave

30.1 10.1

1

10

Period (s)

H/V

Spe

ctra

l Rat

io

vdm01 vdm02 vdm04 Ave

30.1 10.1

1

10

1 2

3 S

-1088-

5. 結 び

Mw8.8 のチリ・マウレ地震の際に多数の強震記録が観測された。観測された最大加速度と距離との関

係は既往の距離減衰式と整合している。主要動部分の継続時間は 1 分を越え、速度応答スペクトルは周

期 20 秒以上まで平坦であり、Mw8.8 という巨大地震では地震動の継続時間は長く、長周期までスペク

トル振幅が低下しないことを示している。軟弱地盤上の強震観測点では強い地盤特性が認められ、また、

多数の高層建物に被害がみられた Concepcion や Vina del Mar では、被害と地盤の関係が示唆され、大都

市でのマイクロゾーニングの重要性が再確認された。

謝 辞

現地調査に際し、チリカトリカ大学Rafael Riddell教授、Ernesto Cruz教授、Nelson Maureira氏、元慶応

大学教授北川良和氏、福井大学小林克己教授、東洋大学香取慶一准教授、(独)建築研究所齋藤大樹氏、

JICAチリ支所のスタッフをはじめ多数の方のご協力を得た。現地調査の派遣にあたり日本地震工学会お

よび文部科学省からの支援を得た。記して謝意を表す次第である。 参考文献

1) Beck, S. et al. : Source characteristics of historic earthquakes along the central Chile subduction zone, Journal of South American Earth Sciences, Vol.11, 1988, pp.115-129. 2) Poiata, N. and K. Koketsu ; Source process inversion of teleseismic body waves, http://outreach.eri.u-tokyo. ac.jp/ 2010/03/ 201003_centralchile/, 2010. 3) Saldan, A. : Slip Maps of Recent Earthquakes, Preliminary Result 02/27/2010 (Mw8.8), Chile, http:// tectonics.caltech.edu/slip_history/2010_chile/index.html, 2010. 4) Shao, G. et al. : Preliminary slip model of the Feb 27, 2010 Mw 8.9 Maule, Chile Earthquake, http:// www.geol.ucsb.edu/f aculty/ji/big_earthquakes/2010/02/27/chile_2_27.html, 2010. 5) Boroschek, R. et al. : Informe preliminary, RED Nacional de acelerografos, terremoto centro sur Chile, 27 de Febrero 2010, Informe Preliminar No.4, Universidad de Chile, 5 de Abril, 2010, http://www.terremotosuchile.cl/ red_archivos/UdeCHILE_Informe_EQ_20100227_Ing_ Civil_ Inf_4_Ver_1.pdf, 2010 (in Spanish). 6) Department of Geophysics, U. Chile : Ultioms Sisimos Sensibles, http://ssn.dgf.uchile.cl/, 2010 (in Spanish). 7) プリード ネルソン：地震の震源過程と地震動の特性，チリ地震から何を学ぶ－巨大地震に対する我

が国の備えは十分か？－講演会資料, 土木学会, 2010. 8) 司 宏俊：最大加速度の距離減衰、2010 年チリ中部地震、東京大学地震研究所 http://outreach. eri.u-tokyo.ac.jp/2010/02/201002_chile/#Attenuation, 2010. 9) Anderson, J. G. and R. Quaas : The Mexico Earthquake of September 19, 1985 – Effect of Magnitude on the Character of Strong Ground Motion: An Example from the Guerrero, Mexico Strong Motion Network, Earthquake Spectra, Vol.4, 1988, pp.635-646. 10) Municipality of Concepcion : Informe Parcial Edificios de 3 o Mas Pisos Segun Condiciones Estructurales, http://www.concepcion.cl/, 2010 (in Spanish). 11) Riddell, R. et al. : Analisis de Espectros de Terremotos Chilenos (Registros Hasta 1981), DIE No.85-5, Departamento de Ingenieria Estructural, Pontificia Universidad Catolica de Chile, 1985, 128pp. (in Spanish). 12) Nicolau del Roure, R. G. et al. : Caracteristicas de la Amplificacion Sismica en la Ciudad de Concepcion, 3as. Jornadas Chilenas de Sismologia e Ingenieria Antisismica, 1980, pp.C.4.1-C.4.18 (in Spanish). 13) Midorikawa, S. : Ambient Vibration Tests of Buildings in Santiago and Vina del Mar, DIE No.90-1, Departamento de Ingenieria Estructural, Pontificia Universidad Catolica de Chile, 1990, 169pp. 14) Alvares, L. S. : Geologia del Area Valparaiso-Vina del Mar, Boletin No.16, Instituto de Investigciones Geologicas, 1964, 58pp. (in Spanish). 15) Riddell, R. et al. : Clasificacion Geotecnica de Los Sitios de Estaciones Acelerograficas en Chile, DIE No.92-2, Departamento de Ingenieria Estructural, Pontificia Universidad Catolica de Chile, 1992, 174pp. (in Spanish). 16) Aguirre, C. A. et al. : Microzonificacion Sismica de la Ciudad de Vina del Mar, 4as. Jornadas Chilenas de Sismologia e Ingenieria Antisismica, 1986, pp.E.70-E.84 (in Spanish).

-1089-