Computation of amplification functions in the Wakkanai formation, Horonobe area (Document on Collaborative study)

幌延地域に分布する稚内層における地震動の増幅関数の解析(共同研究報告)

Birkhaser, P.*; Lacave, C.*; 大原 英史; 新里 忠史  

Birkhaser, P.*; Lacave, C.*; Ohara, Hidefumi; Niizato, Tadafumi

本研究の目的は、サイクル機構が幌延町内で掘削した試錐孔B-2に設置してある2つの地震計(地表と試錐孔底:深さ138m)の地震観測記録について、地表と孔底とで観測された地震波形の応答スペクトルの比を解析することにより、地震波形の周期に依存する増幅特性を求めることである。二次元効果の影響がないと推定されたので、一次元モデル(Cyber Quake)を用いて解析を行った。本モデルによる計算結果の妥当性の評価は、類似のプログラムであるSHAKE2000にて行い、両者の結果がほぼ一致することを確認した。解析に使用した入力加速度波形は、2つの近地地震(2003/7/20、(M:0.7)、8/18、(M:0.8))、および地震計から430450km離れた遠地地震の十勝沖地震(9/26、(M:8.0))とその余震(9/27、(M:6.2))である。これらのイベント波形は、小さな加速度によって特徴づけられる。これら増幅特性はマグニチュードに依存していた。観測された増幅特性関数は非常に変わりやすく、異なる地震を比較した場合、また単発地震の異なる2成分を比較した場合には、異なる関数形を示す。観測された地震動は、解析により求めた地震動に比べて、はるかに大きくなる傾向がある。解析結果と観測記録とが異なる原因として、(1)解析に用いたS波速度構造が誤っている、(2)地震計自体の不良、が考えられる。上記問題点を解決するために以下を提案する。・入力したS波速度構造データを確認すること。また、可能ならば、B-2試錐孔にて直接S波速度の測定を実施し、速度構造を求めること。・サイクル機構が幌延町内に建設する地下研究施設の立坑において、高品質の地震計設置を計画すること。原位置での観測により、地震加速度の減衰特性を把握するために必要な、より信頼できるデータセットが得られると考えられる。また、それらデータセットは、日本もしくは世界におけるサイト特性調査に関連したフィージビリティ・スタディにおいて、重要な論拠になると考えられる。

The goal of this study was to determine the frequency dependent amplification function by calculation of the ratio between the surface response spectrum and the response spectrum at depth. A 1D model (CyberQuake) was used for the computations, because it could be concluded from the local geology that there are no significant 2D effects to be expected. Acceleration time histories from a weak motion local earthquake at a depth of 13 and 16 km recorded on July 20th (M 0.7) and August 18th (M 0.8) 2003 and from the Tokachi off-shore earthquake to the south of Hokkaido located some 430 to 450 km away from the borehole, recorded on September 26th (M 8.0) plus an aftershock recorded on September 27th 2003 were available as input data. All events are characterised by rather small acceleration values. The amplifications seem to be magnitude dependent. With the data at hand, the observed amplification functions are however rather unstable, showing different shapes for the different earthquakes and for two components of a single event. The observed ground motion amplification was much higher than the one calculated. Possible explanations for the observed discrepancy are (1) an incorrectness in the derivation of the input S-wave velocity profile used for the calculations of this study, or (2) problems with the recording instruments It is therefore recommended to check the basis of the derivation of the S-wave velocity input data and, if possible, perform direct S-wave downhole logging or S-wave crosshole measurements. It is further recommended to plan for an installation of high quality accelerometers in the future JNC Horonobe URL shaft. Additional measurements of field data would allow to record a more reliable dataset for proving and characterising significant attenuation of earthquake accelerations with depth, which also will be an important argument for feasibility studies related to the site investigations for geological disposal elsewhere in Japan or worldwide.