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中国大陸強震動観測

2011年 7月25日

蘆 大偉

蘆 大偉(Lu Dawei):中国地震局地球物理研究所地殻運動観測工程研究センター プロジェクトチーフ

1980年3月生まれ。2005年中国地質大学を卒業。中国デジタル強震台ネットプロジェクトのチーフ、強震動観測技術と応用委員会の委員。主に地震工学および強震動観測技術の応用研究。『中国デジタル強震動台ネットプロジェクト完成報告』を主筆、『強震動観測技術規程』、『強震動台ネット運営管理方法』などの業界規定の編集に参加。『汶川マグニチュード8.0の地震の未校正加速度記録』など3冊の著作を編集。『Earthquake Science』、『応用基礎と工学科学学報』、『世界地震工程』などの研究誌に『Ms8.0 Wenchuan ground motion attenuation』、『汶川に強余震の震動ピーク数値の減衰関係』、『震動台実験による強震義の一致性研究』など10篇以上の技術論文を発表。

1.はじめに

 強震動観測は、地震動の特徴と工学的構造の地震に対する反応の特徴を知るための主要手段である。中国は世界において地震災害の最も深刻な国の一つである。地震による建物や施設の崩壊は、人員死傷と経済損失の要因となっている。強震動観測を展開し、実際の強震動のデータを蓄積し、地震動減衰の規則性の確定、実験地の地盤反応の研究、構造物の耐震性能の分析、地震リスクの分析と地震帯の認定を行い、建物の構造の耐震設計に科学的な根拠を提供することは、重要な意味がある。近年、社会経済とデジタル観測技術の発展に伴い、強震動観測網の規模が大きく拡大し、分布密度も高くなってきた。強震動観測の地震工学における役割が大きくなり、その応用範囲も拡大した。強震動観測は、震災予防・救急のための重要な基礎となった。

2.強震動観測の現状

2.1 世界における強震動観測の現状

 1933年に世界初の強震動観測台が設置されて以来、全世界には3万台にも上る数の強震動観測用機器が設置されている。アメリカには強震計が5000台以上設置され、その中で工学的構造用のものは400台もある。現在実施されているANSS計画では、26個所の地震リスクの高い都市に7000台の強震計が地表と構造物に設置されている。その中、構造物用の地震計は3000台を上回る。中国台湾では、700台以上の強震計が自由音場に設置され、構造物用は100台以上あり、都市にある近隣する自由音場の平均距離は、3キロ近くとなっている。日本では強震動観測装置は5000台近くもある。

 強震動観測の応用分野は、震度速報、地震警報、震災迅速認定、地震救急反応と知能制御、安全構造診断などに及んでいる。たとえば、メキシコシティ、東京、台北にはそれぞれリアルタイムの強震動観測網に基づく都市地震予報システムが設置されている。東京ガスが震災後のガス輸送管システムの損害状況を把握するSIGNALシステムと高密度の地震観測をリアルタイムで実施するSUPREMEシステムを設置している。

2.2 中国大陸強震動観測の現状

(1)現在の観測規模

 中国地震工学界は強震動の観測を重視している。現在、地震機構及びほかの部門と企業は、移動実験エリアと建物、橋梁、ダムなどの建築物に2000台以上もの強震動観測装置を設置している。その中には、移動実験エリアの地表強震動記録を得るための移動実験エリア強震動装置、震度速報を目的とする大都市地震震度速報装置、特殊実験エリアの地面の強震動の特徴を得るための活断層影響測定装置、地震動の減衰測定装置、音場残響測定装置、地形による影響測定装置、構造地震反応データを得るための構造耐震性能研究装置、構造設計方法の改善を目的とする典型建築地震反応装置、大型橋梁地震反応装置、大型ダム地震反応装置、及び地震の迅速対応を目的とする原子力発電所・高速道路・ガスや石油の輸送管・化学工場などにおける特殊建築防災安全設置、などがある。その多くは、自由音場の強震動装置に限られており、特定目的の測定装置は、少数のいわゆる「模範プロジェクト」にしか見られない。強震動流動的観測基地に大量の先進設備が配置され、リアルタイムで大規模な地震救援の動的観測ができ、近くの音場の震動記録を得るレベルが高くなった。そして、地震時の救済に根拠のあるデータが提供できる。中国は、基準に沿った、科学的なデータ処理ソフトを開発し、強震動記録データベースを作り、迅速かつ有効なデータの共有に力を入れている。これまでの努力により、中国強震動観測は規模と能力において大きく改善された。特に強調したいのは、汶川のマグニチュード8.0の大地震で、強震動観測網が2万以上の本震、余震の加速度の記録を獲得し、強震動のデータベースを充実させた。また、中国の強震動の加速度の記録において、独創的な学術意義を持っている。

 その他、現在実施している「中国地震背景の実験エリア探査プロジェクト」では、240台の強震動観測装置を設置する予定である。首都圏、蘭州警報装置、移動エリア観測台はそれぞれ80個所ある。広東、江蘇、陝西、重慶、内モンゴルなどの地域の地方政府は強震動観測装置の設置に力を入れており、各地において規模拡大の傾向である。

(2)関連規定

 強震動観測は地震工学において重要な意味と役割があり、関連する法律法規、技術基準の基礎となっている。

 2009年5月1日から実施された『中国人民共和国防震減災法』修正案に次のように規定されている。「ダム、油田、原子力発電所などの重要建設工事には、国務院の関連規定により、専用の地震観測網または強震動観測装置を設置しなければならない」、「国が全国の震度速報システムの建設を支持する」。

 2004年に公表された『地震観測管理条例』の規定によると、「原子力発電所、ダム、特大橋梁、発射タワーなどの重要な建設工事には、国家関連規定により、強震動観測装置を設置しなければならない」。国家基準GB50267-97『原子力発電所耐震設計規範』と電力業界基準DL5073—2000『水工建築耐震設計規範』には、強震観測システムの設置は義務付けられている。GB 50011-2001『建築耐震設計規範』、 SL60-94『土石ダム安全観測技術規範』は、強震観測システムの設置基準の運用を進めている。強震動観測システムの設置を要求している地方法規(北京、上海、河北、重慶、江蘇、広東など)もある。

2.3 先進国とのギャップ

 中国は強震動観測について大きな成長を遂げてきたが、広い国土、地震活動範囲の広さ、経済発展の不均衡などの制約で、強震動観測はネットワークの規模と密度、観測技術、強震動記録の獲得能力と質、データの蓄積、エンジニアリングサービスなどの面において、日本、アメリカ、中国台湾などの先進国や先進地域とのギャップはまだ大きい。

(1)まだ防災減災のニーズを満たしていない強震動台とネットの数と分布

 「第11次五カ年計画」プロジェクトが完成しても、重点的な監視、防御領域をカバーする密度は19台/万平方メートルであり、重点的な監視・防御領域は全国土の10%しか占めていない。全国の密度は1.9台/万平方メートルになる。ほかの地震多発国の密度とはかなりの格差がある。日本と比べれば、密度は日本の1/67である。地震工学研究と防災減災のニーズに対して十分に応えていない。

(2)耐震理論研究および構造そのものの耐震のニーズを満たしていない地震工学専門台

 構造震動台、実験エリア拡大効果震動台、液化震動台、土―基礎―構造総合作用震動台を含めた震動台の数は限られている。それらは主に模範を示す機能として使われ、全国において50台以内である。ほかの地震多発国と比べれば、格差は大きい。アメリカと比べれば、その1/68にすぎない。それに、経済の高度発展に伴い、新型の複雑な構造が大量に現れてきた。現在の震動台は耐震理論研究と構造物そのものの耐震のニーズに応えられていない。

(3)さらに向上させる必要がある現在の強震動台網技術システム

 中国の現在の観測用強震動台網は、近くの地面運動の加速度記録を獲得し、耐震工学に基礎データを提供することを目的としている。技術システムはほぼこのニーズを満足させるが、震度速報システムと地震警報システムを建設するというニーズは満たされていない。その密度と技術システムを向上させる必要がある。強震動観測の応用分野は広く、現実社会へのサービス能力をさらに高める余地が十分ある。日本、アメリカ、ニュージランドなどの国において、国家強震動観測技術システムはすでに進んでおり、震度速報、地震警報、構造物の観測と診断に広く応用されている。

3.強震動観測の発展態勢分析

 防災の基礎として、強震動観測と応用は社会と各級政府に重視され、今までにない成長のチャンスに直面している。中国の現状に応じた正確な成長策によって、中国の強震動観測の成長を加速させることができる。強震動観測記録は防災システムを構築する重要なデータとなる。同時に強震観測の情報は救援システムの重要な参考指標となる。強震動観測は、その二つのシステムのニーズに応じて大きく成長することができる。これからの発展と建設はその二つのニーズに応じるべきである。

 強震動観測は科学的な震災の予防、救援、復旧などにとって不可欠なものである。強震動観測によって、震源メカニズム、距離、地震エリアの違う地区の地震データが獲得できる。そのデータは、震源メカニズム、震動の弱まりの特徴、地震帯の研究、耐震設計、重要プロジェクト耐震性能分析と実験研究、工学構造地震反応研究、工学耐震方法と技術の研究に利用できる。これらは地震の安全評価、地震動変数区分図の編成、工学構造耐震設計規範の制定の根拠となる。それによって、構築の耐震予防基準の確定はより科学的になる。近年、リアルタイム、またはリアルタイムに近いデータを伝送するデジタル強震計が広く運用されたことと、強震動観測台ネットの規模と密度が顕著に高くなったことによって、強震動の観測は、近場の地震学と地震工学の研究に基礎データを提供するだけではなく、災害減少にもつながっている。たとえば、震度速報、地震警報、災害認定、構造物の健全性の観測と診断、地震救急反応とAI制御などがある。強震動観測の応用領域の広がりにつれ、災害軽減の役割が大きくなった。

 要するに、強震動観測の重要課題は、強震動観測関連法律の制定、強震動観測の技術サポートシステムの建設、重要工事の地震緊急処置プロジェクトの建設、強震動観測の社会サービスシステムの建設、強震動観測国際連携と人材育成などがある。

4.強震動観測の成長の方針と今後の方向

4.1 指導方針

 強震動観測の成長計画は、規模、応用、メカニズム及び法規作成において、国の防震防災計画と合致しなければならない。それは、強震動観測が健全・順調・有効に成長することにつながる。強震動観測及びその応用の特徴と関連し、技術の革新と難問解決を通じ、強震動観測を支える技術レベル、観測のレベル、社会サービスのレベルを高めなければならない。調和発展を通じて、国、地方、社会レベルの力を合わせ、合理的な計画を立て、観測地の規模を拡大し、強震観測のレベルを高めなければならない。国際連携を通じて先進国から進んだ技術を導入し、中国の強震動観測のレベルの向上を図らなければならない。

4.2 成長方向

(1)法律法規の強化、業種基準の完備

 立法部門と連結し、中国の地震工学を発展させるため、経済力、科学技術のレベルと関連し、完璧な法律法規を作り、監督と管理のレベルを高めるべきである。重要な建設プロジェクトに強震動観測設備を導入すべきである。一方、関連する業種の耐震設計の基準を修正し、地震発生時の安全のため、強震動設備配置密度の基準を明確にすべきである。それと同時に、強震動観測の関連技術の規定と基準を作り、観測台の建設に関連技術の指導を提供すべきである。観測台の建設、運営、管理、応用の基準化、標準化、順序化を実現し、観測の効果を高めるのである。

(2)観測台の計画的配置と、観測台の規模拡大と密度上昇の実現

 全国に観測台を計画的に配置し、資金投入を拡大し、計画的・段階的に、観測台の密度上昇と専用観測台の配置に力を入れ、中国の強震動観測のレベルを高め、強震動の観測データを蓄積しなければならない。国の資金投資を確保し、地方政府と企業など多く方面の資金投入を吸収し、観測装置の配置と技術指導を強化する。観測データを共有し、ともに強震動観測の発展を進める。

(3)強震動観測技術サポートシステムの設置と、観測レベルの向上

 強震動観測の応用研究を展開し、異なるニーズに応じて、通信、先進設備の開発、設備の安定性などの面において技術研究の推進を強化し、強震動観測技術のサポートシステムを完備する。システムの機能を充実させ、高震動観測関連のソフトウェアとデータペースを作る。国際連携、「産学研」連携を通じて、技術サポートの能力を高める。

(4)人材育成の推進

 人材育成の仕組みを構築し、国際連携と技術促進、交流を通じて、職務レベルを高め、優秀な強震動観測チームを作る。同時に、地方の強震動観測チームの建設と人材育成を推進し、地方と企業のサービス能力を改善する。

(5)強震動観測のサービス意識とレベルの向上

 地震地図作成、耐震設計の基準修正、工学耐震設計などの分野において、強震動記録の利用研究を行う。同時に、震度速報、地震警報、災害認定、緊急処置、構造診断などの分野における強震動観測の研究を強化し、強震動観測の社会サービスの品質を向上させる。

5.強震動観測の目標

5.1 全般的な目標

 強震動観測と社会サービスのレベルアップを中心に、関連する法律法規の強化を通じて、技術基準をつくり、強震動観測の建設と発展を進める。新しいセンサー技術と観測理論を研究し、地表、深い井戸、構造、海洋の観測を展開する。合理的な技術選別を通じて、新しい発想を集め、強震動の観測台網を発展させる。国際連携、国際交流、人材育成を通じて、戦略的に中国の強震動観測人材を育成する。強震動の観測と診断システム、重要工事の地震緊急処置システムの建設に力を入れる。科学技術の成果を社会に運用させ、社会サービスのレベルを高める。

5.2 段階的な目標

 段階的な目標は、強震動観測網の規模の拡大と社会サービスシステムの建設に着目しなければならない。国家地震防災のニーズに応じて、法律法規、技術基準を公表する。強震動の観測領域の科学技術の革新を目指し、観測台網の建設と応用にさらに力をいれ、全面的に観測能力を高める。基礎理論と応用研究を進め、データの収集とその技術開発に力をいれ、知的財産権のある強震動観測技術を開発する。地方の強震動観測人材の育成を強化し、強震動科学技術領域の専門家チームと技術管理チームを充実させる。

 ここで今後の発展目標を述べることにする。規模と密度をさらに高め、観測点の平均距離を25キロメートル以内にする。技術レベルをさらに高め、迅速に強震動の観測記録を獲得する技術手段とメカニズムを構築し、地震発生後の一時間内で、国の強震動台網センターから指揮機構に最初の強震動データ分析結果を送らなければならない。社会へのサービスレベルを高め、違う業種のニーズに応じてデータを共有し、地震緊急対処システムが広く利用されるように進める。

5.3 重点発展領域

(1)強震動観測関連技術の標準化の研究

 今の段階において技術基準の制定と修正が急務である。たとえば、強震動台の建設基準、強震動観測器械の基準、強震動台基礎建設の設定基準、強震動観測の規程、強震動観測データの基準などがある。観測台の建設と強震動観測関連技術開発を指導し、強震動観測と管理の標準化、順序化を実現し、観測のレベルを高める。同時に、強震動の応用サービスにも関連基準システムを導入する。

(2)構造の健全観測と診断の技術開発

 典型的かつ重要な構造物に地震反応台を設置し、構造物の健全観測、診断技術を開発する。たとえば、観測台の設置技術、データ処理技術、構造自身震動の特徴(自身震動の周波数、振動型、ダンピング)、伝達関数、自己相関と相互相関関数、振動スペクトル(応答スペクトル、Fourierスペクトル、パワースペクトル)などがある。

(3)重要な工事現場の地震緊急処置技術開発

 典型的な重要工事を選別し、地震の緊急処置システムの建設を展開する。その中心となる技術と手法を研究し、地震の緊急処置の社会サービスと法律法規を制定する。たとえば、違う処置モデルの特徴と機能、遠距離と現地の警報技術、多種類の観測手段の総合警報技術、地震警報及び緊急処置の補助策の技術、地震情報検索と緊急処置の連鎖技術、地震緊急処置レベルの基準とリスクの分析などがある。地震前の防災と二次震災の防災と緊急避難に方法を提供する。

(4)地震動による影響範囲の迅速判定技術

 密度の高い強地震動観測台網をもとに、地震動による影響範囲を迅速に確認できるシステムを構築する。たとえば、強震動観測台網の最適化、地震動台のデータをリアルタイム伝送技術、地震動加速度のリアルタイム対処技術、地震動影響範囲の確定方法、地震動影響範囲画像生成と発布システムの開発などがある。さらに、破壊力の強い地震による震動の影響範囲を迅速に判定する技術の発展を推進し、中国の耐震政策決定能力を高める。

6.終わりに

 社会発展と科学技術の進歩に伴い、強震動観測に対する認識が深まってきた。強震動の記録データの応用はさらに深まり、新しい内容、方法、技術が次々に現れてきている。強震動観測の成長は今までにないチャンスと挑戦に直面している。強震動観測を成長させるには、地震関連各部門の協力と連携が必要である。時代とともに、強震動観測の成長と応用をさらに向上させ、地震防災事業に貢献していくことであろう。


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