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地震の揺れと長周期地震動

第8回  メキシコ地震の長周期地震動

執筆者

纐纈 一起
東京大学地震研究所教授 理学博士
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メキシコ地震とは

1985年9月19日(現地時間)に、メキシコの太平洋側にある中央アメリカ海溝で、マグニチュード8.1の巨大地震が発生しました。この地震は現地では震源地近くの州の名前を取って「ミチョアカン地震」と呼ばれていますが、日本では「メキシコ地震」と通称されることが多くなっています。前回の第7回「長周期地震動による被害」/纐纈一起」(*1)で述べたように、「メキシコ地震」は、「長周期地震動」により倒壊や全壊などの建物の甚大な被害が多数出た、今のところ世界で唯一の地震です。

メキシコの首都メキシコシティはこの地震の震源地から400kmも離れていましたが、海溝から沈み込むココスプレートが「長周期地震動」を効率的に伝え、元は湖だったメキシコシティ盆地の軟弱地盤がそれを強い揺れとしました。その様子を再現したコンピュータシミュレーションが【図1】です。各図の右上の丸印がメキシコシティ盆地を表しています。

どんな長周期地震動だったか

メキシコシティ都心部で観測された地震動(地震の揺れ)の記録を【図2上】に示しました。阪神・淡路大震災時に神戸海洋気象台で観測された記録【図2下】と比較すると、ゆったりと振動する地震の揺れという「長周期地震動」の特徴をよく表しています。第6回「長周期地震動の基礎知識」/纐纈一起)(*2)を参照してください。

【図2右上】に描かれているように、メキシコシティの記録の周期は約2秒と、神戸の記録の約1秒に比べ2倍の長さです。また、【図2】からは、メキシコシティの記録に、こうした周期が長いという特徴だけでなく、揺れの継続時間が長いという特徴もあることに気づかされます。第1回「地震の揺れとは?」/纐纈一起(*3)と第6回「長周期地震動の基礎知識」/纐纈一起(*2)では、「長周期地震動」は主に表面波で構成されており、表面波は「地表面に沿って伝わる地震波」と説明しました。

地中にも広がっていくP波、S波に比べ、地表面に沿ってしか広がらない表面波は遠くに伝わってもあまり弱くならないという性質があります。そのため遠方の「長周期地震動」は主に表面波で構成されているのです。表面波は「分散する」(伝わる間に波がばらけていく現象)という性質を持っています。この分散性により「長周期地震動」の継続時間が長くなりました。

メキシコシティの建物被害

メキシコ地震で全壊となり、後に取り壊しとなったメキシコシティのビルは500棟以上に及ぶといわれています。その中でも完全に倒壊してしまった、ひどい被害の一例が【写真1上】です。このビルはメキシコ政府の官庁ビルの一つで、21階建てでした(*4)。第4回「揺れによる構造物の被害」/纐纈一起(*5)で示した式T=0.1N(Tは固有周期、Nは階数)によれば、21階建てのビルは約2秒の固有周期を持っていることになりますから、【図2上】の「長周期地震動」にまさに共振してしまって、ひどい被害になったと理解できます。

これに対してメキシコシティの代表的な超高層ビル、ラティノアメリカーナタワーは地上43階建てでした【写真1下】。そのため、固有周期は【図2上】の「長周期地震動」よりずっと長かったので共振は起こらず、ガラス数枚が割れた程度で特段の被害はありませんでした(*4)。

建物被害の全体像

前段で述べたことは原則として正しいのですが、メキシコシティの建物被害の全体像を見ると、そう単純ではないことが分かります。建物の階数別の全壊率をグラフにしたものを【図3】に示しました。最も高い全壊率を示していたのは17階以上ではなく14階建てになっています。つまり、固有周期が1.4秒ぐらいのビルが、周期約2秒の「長周期地震動」の影響を一番受けやすかったのです。

実は、同様なことが阪神・淡路大震災のときに木造家屋で起きていました。木造家屋の多くは0.2秒から0.3秒程度の固有周期を持っていますが、周期1秒程度の神戸の強い地震動【図2下】により大きな被害を受けました。そのメカニズムを簡単にいえば、建物は一部でも破壊されると固有周期が長くなり、その長くなった固有周期が強い地震動に共振したということです。もっと詳しい説明はまた別の機会としましょう。

(*1)第7回「長周期地震動による被害」/纐纈一起
(*2)第6回「長周期地震動の基礎知識」/纐纈一起
(*3)第1回「地震の揺れとは?」/纐纈一起
(*4)「巨大地震と大規模構造物」/太田外氣晴・座間信作
(*5)第4回「揺れによる構造物の被害」/纐纈一起

(2015年2月27日 更新)