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：

Ｄ 0 (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： Ｖ r≒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（Ｍ w ）： 物理的意味が明快な地震モーメントから算

定 　　　 Log Ｍ 0 = 1.5 Ｍ w + 16.1

• 地震モーメント（Ｍ 0 ）：

　岩盤のせん断弾性係数 × 変位量 × 断層面積　　　　　Ｍ 0 = μ × D0 × L × W (dyn ・ cm)

2011 年東北地方太平洋沖地震の断層モデル

最大変位Ｄ max ：２３ｍ

平均変位

Ｄ 0 ： 12 ｍ

φ=195-180=15°

λ=13° 低角逆断層

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)　　 μ ：岩石のせん断弾性定数： 3×1011 (dyn/cm2)

D ：平均すべり量： 12×102 (cm)

L ， W ：長さと幅： 510×105 (cm) ， 210×105 (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

１０００ 　ガル ５０

カイン

2011 年東北地方太平洋沖地震の例

k-net MYG003 東和のフィルター後の地震波形

- 600

- 400

- 200

0

200

400

600

0 10 20 30 40 50 60 (s)時刻

(cm

/s/s

)加

速度

k-net MYG003 東和の（元の）地震波形

- 600

- 400

- 200

0

200

400

600

0 10 20 30 40 50 60 (s)時刻

(cm

/s/s

)加

速度

山間地での震度の算定例

０．３秒以上継続する値を見つける１３０ ガル

震度　 I ＝ 2 × log10 １３０ + 0.94 ＝ ５．２　→ 震度５強（被害小）

ローパス・フィルターで約１／４に

最大：５８０ ガル

k-net MYG013 仙台の（元の）地震波形

- 1000

- 800

- 600

- 400

- 200

0

200

400

600

800

1000

0 10 20 30 40 50 60 (s)時刻

(cm

/s/s

)加

速度

k-net MYG013 仙台のフィルター後の地震波形

- 1000

- 800

- 600

- 400

- 200

0

200

400

600

800

1000

0 10 20 30 40 50 60 (s)時刻

(cm

/s/s

)加

速度

平野内での震度の算定例

０．３秒以上継続する値を見つける４５０ ガル

震度　 I ＝ 2 × log10 ４５０ + 0.94 ＝ ６．２　→ 震度６強（被害大）

ローパス・フィルターで約１／２に

最大：１０００ ガル以上

震度と古い木造住宅の全壊率

６ ７５ ５ 強 ６ 弱 ６ 強 ７

100％

0％

６．２５．２

（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

震央

ドップラー効果とアスペリティで大きくなる

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

大子　震度 5.6

飯館　震度 5.4

岩手県の震度より茨城県の方が大きい

　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 ）

海嶺海溝 海溝

火山帯

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

鉄

溶融鉄

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

アセノスフェア

マントル

リソスフェア

海嶺

海溝プルーム プルーム

ホットスポット

　（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

アセノスフェア

リソスフェア

　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

　Ｍ 9.0 の地震が2011 年に発生

Ｍ 9.1 に修正（ 2012 年）

南海トラフの巨大地震の断層域

内閣府2012 年

大規模地震対策地域　　　防災白書　 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 ,19

23 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

大きな地震の後は次の地震までの間隔が長い

宝永Ｍ ８．６

安政Ｍ ８．４

昭和Ｍ ７．９

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） : Ｍ 7.9-8.4 ， 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）：Ｍ 7.0　　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）：Ｍ 7.9　　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，Ｍ 9.0 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，Ｍ 7.6 ，死者約 10万人

・四川大地震（ 2008年）：　　　中国四川省，Ｍ 8.0 ，死者約87,000 人・ハイチ地震（ 2010 年）：　　　ハイチ首都付近，Ｍ 7.0 ，死者 22万人以上