第３回原子力安全基盤科学研究シンポジウム 東京電力福島第一原子力発電所事故後の 地震・津波と原子力リスク 震 津波 新規制基準で求められる基準地震動Ss －地震動評価における不確かさとその評価－ 京都 学 京都大学原子炉実験所 炉実験 釜江克宏 基準地震動Ssの策定フロー ⑥応答スペクト ル に 基 づ く 地震動評価 ②地震発生様式等 による地震の分類 震 源 を 特 定 せず 策定する地震動 ・ 文 献 調 査 ・変動地形学調査 ・ 地 表 地 質 調 査 ・地球物理学的調査 敷地に大きな影 響を与える恐れ がある地震を検 討用地震として 選定 ⑦断層モデルを 用いた手法によ る地震動評価 980 加速度 (gal) ③ 活 断 層 調 査 ④検討用地震 の 選 定 Ss-3 NS : 971.8gal 0 -980 0 10 690 加速度 (gal) ・内陸地殻内地震 ・プレート境界地震 ・海洋プレート内地震 20 時間 (s) 30 40 Ss-3 EW : 687.7gal 0 -690 0 10 190 加速度 (gal) 敷地ごとに震源を特定 し て策 定 す る 地 震 動 ①過去及び現在の 地震の発生状況等 ⑤震源を特定せず策定する地震動 20 時間 (s) 30 40 Ss-3 UD : 183.8gal 0 -190 0 ・ 観 測 記 録 を 収 集 し て 評 価 ・伝播特性や地盤特性の補正 加藤スペクトルや 最近の地震記録 10 20 時間 (s) 30 40 地震･津波に関する新規制基準の主なポイント 津波に対する 基準を厳格化 既往最大を上回るレベルの津波を「基準津波」と して策定し、基準津波への対応として防潮堤等 の津波防護施設等の設置を要求（ドライサイト） 津波防護施設等は、原子炉圧力容器等と 同じ耐震設計上最も高い「Ｓクラス」に 高い耐震性を要求 する対象を拡大 活断層の認定 活断層 認定 基準を厳格化 後期更新世以降（約12 13万年前以降）の活動 後期更新世以降（約12～13万年前以降）の活動 が否定できないもの。必要な場合は、中期更新世 以降（約40万年前以降）まで遡って活動性を評価 より精度の高い 基準地震動の策定 地震 よる揺れ 加 地震による揺れに加 え「ずれや変形」に対 する基準を明確化 サイト敷地の地下構造を三次元的に把握 震源が敷地に極め 近 場合 裕度 向上 震源が敷地に極めて近い場合の裕度の向上 不確かさの重畳が要求 Ｓクラスの建物・構築物等は、活動性の ある断層等の露頭が無い地盤に設置 地震による揺れに加え 「ずれや変形」に対す る基準を明確化 Ｓクラスの建物・構築物等 は、活動性のある断層等 の露頭が無い地盤に設置 震源として考慮する活断層のほか、地震活動に 伴って永久変位が生じる断層に加え、支持地盤 まで変位及び変形が及ぶ地すべり面を含む。 シナリオ地震の設定：内陸地殻内地震 旧指針や新規制基準では • 活断層とは・・・ 後期更新世（最終間氷期）以降の活動 – 震源断層が地表まで到達 が否定できないもの – 地表地震断層の発生 （最終活動期が8万年～13万年前以降） – 地震の繰り返しにより変形が累積 – 地表の痕跡として地形に残されたもの 調査結果によっては中期更 新世（40万年前）まで遡る 変動地形学的調査 地表地質調査 地球物理学的調査 地表地震断層と震源断層の関係 (島崎,1997) 震源が特定で きない地震 検討用地震の選択 日本列島の周辺には4つのプレートが存在しており、そのプレート が長い年月をかけて少しずつ移動し、その際に、プレート境界部や プ プレートの内部に大きな力が加わり、そこがずれる時に地震が発生 トの内部に大きな力が加わり そ がずれる時に地震が発生 すると言われている。 海溝、トラフ 海洋プレート 陸域の浅い地震 （活断層による） 沈み込むプレート内部の地震 沈み込んだプレート内部の地震 プレート境界の地震 震 沈み込んだプレート内部の深い地震 活断層とは・・・ 一般には最近の地質時代に繰り返し活動し、将来も活動する可 般 は最近の地質時代 繰り返し活動し、将来も活動する可 能性のある断層のこと。原子力発電所の耐震設計では後期更新 世（最終間氷期）以降の活動が否定できないもの（最終活動期が 8万年～13万年前以降） 東北地方太平洋 沖地震の震源域 東海・東南海・南 海地震の震源域 地震動（揺れ）を構成する要因 強震動予測の3要素 予測 強震動 堆積盆地 震源特性： 断層がどのように破壊するかに よって，地震波放射の空間分布， 波形が変わる。 地盤増幅 の特性 伝播経路特性： 地震波がどのような経路を辿る かによって，振幅，継続時間， 波形の特徴が変化する。 地殻 震源断層 地震波 伝播の 特性 サイト増幅特性： 立地する地盤と入射する地震波 によって，揺れの振幅，周期 特性，波形の特徴が変化する。 震源 の特性 予測強震動＝震源の特性×地震波伝播の特性×地盤増幅の特性 予測強震動 震源の特性×地震波伝播の特性×地盤増幅の特性 これら諸特性のモデル化と評価手法が強震動評価のほぼ全て 1995年兵庫県南部地震（M7.3)から学んだこと 点震源（小地 震 震）の場合 場合 移動震源（大 地震）の場合 結果として破壊 の進行方向で大 振幅パルス波が 振幅 ルス波が 生成される 神戸大学（KBU) 破壊伝播による指向性効果 Obs. 58.2 Syn. 53.0 NS 0 震災の帯 0 淡路側（野島断層） 10 15 20 25 30 Time(sec) Obs. 37.2 Syn. 30.9 EW 堆積層 震災の帯 震源断層直上では 震災の帯：震源断層直上では なく、震源断層から1～2km離 れたところに被害が集中した。 5 5 10 15 20 25 30 Time(sec) Obs. 20.1 Syn. 20.2 UD 0 5 10 15 20 25 30 Time(sec) 強震動生成域（SMGA) と大振幅パルス波 断層モデルを用いた手法による地震動評価 強震動を予測するにはどんな情報（震源）が必要か 強震動予測レシピ（入倉・他） １ 将来の地震の震源域はどこか １．将来の地震の震源域はどこか 全破壊域 総地震モーメント 平均応力降下量 →巨視的断層パラメータ ２ 断層運動の不均質性 （阪神淡路大震災等で重要性が再確認） ２．断層運動の不均質性 強震動生成域 数、場所、大きさとそこでの応力降下 微視的震源パラメータ 短周期 ベ 短周期レベル ３．その他の重要パラメータ（阪神淡路大震災等で重要性が再確認） そ 他 重要 ラ タ（阪神淡路大震災等 重要性 再確認） 破壊開始点，破壊伝播方向，破壊速度 震源のモデル化 特性化震源モデル 震源インバージョンによ る断層面上での不均質 る断層面上 不均質 すべり分布 巨視的震源パラメータ S(=LW), Mo, c 震源断層の大きさ、平均応力降下量 微視的震源パラメータ SMGAの場所、大きさ、応力降下量 SMGA の場所、大きさ、応力降下量 Sa, a , etc 2011年東北地方太平洋沖地震（Mw9.0） AOMH06 AOMH05 AOMH13 AOMH17 IYTH08 IYTH13 IYTH14 IYTH21 IYTH27 MYGH03 Asp1 MYGH12 Lat. (°) 2011/03/10 3:16 Mj6.3 Asp2 MYGH08 MYGH10 Asp3 p FKSH17 2011/03/11 14:46 Mj9.0 FKSH19 Asp4 FKSH12 Asp5 IBRH14 IBRH16 IBRH15 IBRH11 2005/10/19 20:44 Mj6.3 IBRH07 IBRH20 CHBH14 観測点位置 加速度波形 本震の防災科学技術研究所・KiK‐net強震計の観測記録（地中、フィルター：0.1‐10Hz） 138˚ 140˚ 142˚ 144˚ 2005/12/17 3:32 3 32 Mj6.1 Mj6 1 Event 1 40˚ Total IW TH14 SMG GA2 IW TH21 IW TH23 IW TH27 M YGH12 FKSH17 FKSH19 FKSH12 FKSH 14 IBRH14 IBRH15 SMGA2 SMGA1 SMGA3 SMGA4 2011/03/11 14:46 Mw9.0 SMGA5 SIT01 0 TKY0 25 IBR016 SMGA3 3 M YGH10 38˚ 36˚ SM MGA1 2011年東北地方太 平洋沖地震（Mw9 0） 平洋沖地震（Mw9.0） 34˚ 5カ所のSMGAか らなる震源モデル 黒 観測波形 黒：観測波形 赤 合成波形 赤：合成波形 川辺・釜江(2013) S SMGA5 2005/10/19 20:44 Mj6.3 Event 3 SMGA4 2010/06/13 12:32 Mj6.2 Event 2 MYGH12（NS） FKSH17（NS） IBRH14（NS） 超巨大プレート境界地震（Mw9.0)から得られた知見 過去の宮城県沖地震の連動 仮想塩屋崎沖地震 仮想鹿島灘の地震 大すべり域 3カ所の原子力発電所における想定震源域と 今回の地震の強震動生成域モデルとの比較 0.1秒～10秒程度の地震動の生成に大きく寄与 川辺・釜江モデル（２０１３） 津波から想定されるすべり域の 1例と強震動生成域（□）との比較 Saito et al. (2011) 震源パラメータのスケーリング則に関する最新の知見（１） 震源断層面積－地震モーメント関係 検討対象の18個の内陸地 殻内地震(Mw5.4～6.9) 国内で発生した内陸地殻内地震(Mw5.4～6.9)を対象に震源 インバージョン結果を収集・整理し、Somerville et al.(1999)の 規範に従い、震源の巨視的・微視的パラメータを抽出した。 結果①：断層破壊面積はMw6.5以下ではSomerville et al. (1999)あるいは入倉・三宅(2001)とよく一致する。 結果②：アスペリティ領域の面積比(Sa/S)はSomerville et al.(1999) の結果(0.22)に比べて小さい(0.16)。 結果③：震源断層の長さは、Mw6.5以下では武村(1998)のス ケーリング則と調和的である一方、Mw6.5以上では一致 せず、入倉・三宅(2001)とよく一致する。 震源断層長さ－地震モーメント関係 Miyakoshi et al. (2014) 震源パラメータのスケーリング則に関する最新の知見（２） 地震モ メントM0と短周期レベルAの関係 地震モーメントM 2007年新潟県中越沖地震 壇・他(2001)の平均値の２倍 壇・他(2001)の 平均値 内陸地殻内地震では、2007年新潟県中越沖 地震の結果を受けて、耐震バックチェックでは 平均値の1.5倍の短周期レベルが要求された 佐藤（2004) 震源パラメータのスケーリング則に関する最新の知見（３） 内陸地殻内地震の広帯域震源モデルにおけるSMGAの 応力降下量の深さ依存 横ずれ断層と正断層(a) 断層タイプ別の強震動生 成域の中心深さと応力降 下量の関係 逆断層(b) SMGAの深さと応力降下量の関係 佐藤・岡崎(2013) Satoh and Okazaki (2014) より高精度な基準 地震動S の策定 地震動Ssの策定 敷地の地下構造を三次元的に把握 敷地及び敷地周辺の地下構造（深部・浅部地盤構造）が地震波の伝播特性に与える 影響を検討するため ・敷地及び敷地周辺における地層の傾斜、断層、褶曲構造等の地質構造を評価 ・地震基盤の位置・形状、岩相の不均一性、地震波速度構造等の地下構造及び地盤 の減衰特性を評価 浜岡原子力発電所 と駿河湾の地震 地下構造調査結果に基づく主要因の分析 ■オフセットＶＳＰ調査により、５号機の地下３００～５００ｍ程度に、Ｓ波速度が７００ｍ／ｓ程度と、周囲の岩盤に比べ３割程度低下してい る部分（低速度層）を確認。 ■低速度層を確認できた調査測線は、オフセットVSP調査を実施した１測線のみであるが、地質調査結果に基づく検討より想定した低速 度層 分布 デ 度層の分布モデルに基づき、３次元有限差分法による解析検討を行った結果、駿河湾の地震（本震）を含め、浜岡サイト周辺で発生し 基づき 次 有限差分法 る解析検討を行 た結果 駿 湾 地震（本震）を含め 浜岡 イ 周辺 発生 た地震（到来方向：４方向）の“観測記録の傾向”を定性的に説明できたことから、５号機増幅の主要因は低速度層であると推定。 3号機 4号機 <北北東方向> オフセットＶＳＰ 調査における低 速度層確認範囲 北西 2.2 Freq.. (Hz) 1 ５号機の揺れが他号機に比べ 大きかった到来方向 5号機 0.2 0.4 24 2.4 浜岡サイト №3孔 南東 <北東方向> <西北西方向> 3号機 4号機 Distance (km) -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0 №2孔 5号機 同程度の到来方向 3G1 2 1.8 1.6 2 1.4 1.2 3 1 0.8 4G1 5G1 Ｎｏ．２孔 4 2009/08/11 Suruga Bay Main shock: A-20:reactor core ＜3～5号機を通る断面の解析結果＞ 低速度層 建屋位置は投影 06 0.6 地 地盤増幅率（地表応 応答波形／入力波 波） <北西方向> （駿河湾の地震（本震）） Ｎｏ．３孔 ＜オフセットＶＳＰ調査結果（Ｓ波速度構造）＞ 地盤観測点（G.L.-100m）の 旧原子力安全・保安院 加速度フーリエスペクトル 構造W60-3参考資料２より抜粋・加筆 （３G１、４G１、５G1） 活断層による地震動評価の不確かさの考慮について 考慮すべき不確かさ ①断層長さ（断層の連動も含む）、幅（断層面積の不確かさ） ②強震動生成域（S 強震動生成域（SMGA)の位置、大きさ（スケーリング則のバラツキ） G )の位置、大きさ（スケ リング則の ラツキ） ③応力降下量については平均値の１．５倍又は２０Ｍpa の大きい方 （短周期レベルの不確かさ） ④断層上端深さ（断層下端深さ）（断層面積や断層面までの距離の不確かさ） ⑤断層傾斜角（断層面積や断層面までの距離の不確かさ） ⑥破壊開始点の位置（複数設定） ⑦モデル化に伴う不確かさ（特性化震源モデルにおける今後の課題） 原子力安全・保安院における意見聴取会(2012)に加筆 基準地震動及び耐震設計方針に係る審査ガイド 地震動評価においては、震源特性（震源 モデル） 伝播特性（地殻 上部マントル構 モデル）、伝播特性（地殻・上部マントル構 造）、サイト特性（深部・浅部地下構造）に おける各種の不確かさが含まれるため、こ れらの不確実さ要因を偶然的不確実さと 認識論的不確実さに分類して、分析が適 切になされていることを確認する。 サイト特性については大 深度ボーリングでの地震 度ボ グ 地震 観測等や地下構造探査、 各種地震波探査などに よって不確かさを解消 基本震源モデル 断層長さ 中央構造線断層帯を対象とした不確かさの考慮の例 活動区間としては， 活動区間 し は， 広域が連動するケース 480 km 地震本部の中央構造線断層帯と九 州側の別府－万年山断層帯の連動 四国西部のセグメントが連 動するケース 130 km 地震本部の石鎚山脈北縁西部 ～伊予灘区間に相当 敷地前面海域セグメントが 単独で活動するケース 54 km が想定されるが，最大規模を想定するとの観点から，480kmを基本震源モデルの長さとする。しかし，部分破壊も考慮 することとし，130kmモデル，54kmモデルでも評価を行う。 考慮する不確かさ 広域連動 四国西部の連動 単独活動 480km 130km 54km × 破壊伝播速度の不 確かさは480k と 確かさは480kmと 130kmで考慮する。 ①応力降下量 ②北傾斜 ③南傾斜 ④破壊伝播速度 ⑤アスペリティの平面位置 ⑥ ケ リ グ則 ⑥スケーリング則 第138回原子力発電所の新規制基準適合性に係る審査会合 資料４ 加筆など 「震源を特定せず策定する地震動」は、震源と活断層を関連 震源を特定せず策定する地震動」は、震源と活断層を関連 づけることが困難な過去の内陸地殻内の地震について得られ た震源近傍における観測記録を収集し これらを基に各種の た震源近傍における観測記録を収集し、これらを基に各種の 不確かさを考慮して敷地の地盤物性に応じた応答スペクトルを 設定して策定されている必要がある。 当該地震動評価の変遷 1978年耐震指針 M6.5の直下地震 M6 5の直下地震 を想定 2006年改訂耐震指針 地震の規模ではなく、観 地震の規模ではなく 観 測地震動（震源近傍）か ら評価 新規制基準 地震の規模ではなく、観 地震の規模ではなく 観 測地震動（震源近傍）から 評価、新たな記録の蓄積、 地震規模も選択肢 活断層情報から得られる震源像（地震動評価のための） ・③、④は地震動評価のための震源像は理解（短い孤立した断層、 成長した断層） ・①も規模の小さな地震として理解 ・②や②と③の間の地震の地震動評価のための震源像は？ 特に活断層調査からの震源像は？ 震源を予め特定しにくい地震 ③ 短い ① ② ① 震源断層 ②震源断層 震源を特定できない地震 （地表に明瞭な痕跡を示さない震源断層） ④ ＜ 活断層長さ ＜ 長い 地表 2～3km ③震源断層 ④震源断層 地震発生層 地震発生層 （地震動を生成） 震源を特定する地震 （敷地ごとに震源を特定して策定する 地震動を考慮する際の地震） 震源を特定せず策定する地震動 1 1. 観測記録収集対象の地震（下表参照：審査ガイドによる） 観測記録収集対象の地震（下表参照 審査ガイドによる） ① Mw6.5未満の内陸地殻内地震は、全サイト必須 ② Mw6.5以上の内陸地殻内地震は、地域性を踏まえ個別に検討 Mw6 5以上の内陸地殻内地震は 地域性を踏まえ個別に検討 2. 観測記録の収集対象から除いた観測点の地盤構造（著しい地盤増幅 特性の確認） 3. 収集した観測記録の解放基盤波の評価 No 地震名 規模 N No 地震名 規模 1 2008年岩手・宮城内陸地震 Mw6.9 2 2000年鳥取県西部地震 Mw6.6 3 2011年長野県北部地震 Mw6.2 4 1997年3月鹿児島県北西部地震 Mw6.1 5 2003年宮城県北部地震 Mw6.1 6 1996年宮城県北部(鬼首)地震 Mw6.0 7 1997年5月鹿児島県北西部地震 Mw6.0 8 1998年岩手県内陸北部地震 Mw5.9 9 2011年静岡県東部地震 Mw5.9 10 1997年山口県北部地震 Mw5.8 11 2011年茨城県北部地震 Mw5.8 12 2013年栃木県北部地震 Mw5.8 13 2004年北海道留萌支庁南部地震 Mw5.7 14 2005年福岡県西方沖地震の最大 余震 Mw5.4 15 2012年茨城県北部地震 Mw5.2 16 2011年和歌山県北部地震 Mw5.0 ｢震源を特定せず策定する地震動｣の今後の課題は？ 震源近傍域での観測記録は重要であり、知見として最大限活用 すべき・・・ただし、 す き ただし、 ・審査ガイドに具体的に明示された地震が発生し、その震源近傍 記録が今後も得られる可能性が高い（観測網の充実） ・各原発サイトと観測点での地盤環境の違いの考慮が必要・・・ しかし、 ・観測点での地盤情報が少ない（特に基盤までの）ため、基盤波 の推定や異なる硬さを有する基盤波への変換が困難 ・｢敷地ごとに震源を特定して策定する地震動｣との関係も踏まえ、 基準地震動Ssとしての最低レベルを設定する目的に相応しい 手法の見直しも必要か？ まとめ 耐震安全性評価の中での基準地震動Ssの位置づけ 活断層の調査・認定 ・文献調査、変動地形学調査、地表地質調査、地球物理学的調査に基づく確実度 文献調査 変動地形学調査 地表地質調査 地球物理学的調査に基づく確実度 ・可能性 ・地表断層から震源断層の推定 地震の規模評価 ・否定できない ・地表断層から震源断層の推定、地震の規模評価 ・わからない ・安全側 Ss策定のための震源のモデル化 活断層調査から得られる震源像 ・スケーリング則など、各種不確かさ スケ リング則など、各種不確かさ Ssの評価（特定せず策定する地震動も考慮） ・活断層の認定 活断層の認定 ・地震の規模評価 ・手法の違いや震源モデルの不確かさの考慮による評価結果の違い（複数のSs) ・科学的根拠をもって評価すべき。Ssを超える可能性は｢残余のリスク｣として考慮 施設・設備の耐震安全性と裕度の評価 ・材料安全率、モデル化による評価上の裕度 材料安全率 デ 化 よる評価上 裕度 新規制基準でも先送り 上記各段階でそれぞれの不確かさや裕度がある。施設 の耐震安全性は総合的に評価すべき その方法は？ の耐震安全性は総合的に評価すべき－その方法は？ 施設の重要性も考慮した地震・津波PRA ?
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