[지진] 도쿄·오사카·나고야에서 「매우 큰 흔들림」이 발생한다…'난카이 트로프 거대지진'으로 인한 '장주기 지진동'의 무서움

[お持て成し]

도쿄·오사카·나고야에서 「매우 큰 흔들림」이 발생한다…'난카이 트로프 거대지진'으로 인한 '장주기 지진동'의 무서움 / 2/18(일) / 현대 비즈니스

▷ 수도권에 흔들림 폭 4m의 장주기 지진동, 그때 어떻게 돼!

지진의 에너지를 나타내는 '매그니튜드(M)'와 진동의 크기를 나타내는 '진도'와의 관계를 알기 쉽게 설명할 때 '매그니튜드'를 전구의 '와트 수'로, '진도'를 지역마다 느끼는 '밝기'로 설명할 때가 있다. 예를 들어 전구의 와트 수가 작아도 전구에 가까우면 밝게, 멀어지면 어두워진다. 매그니튜드와 진도도 마찬가지이다. 즉, 「진원이 가까우면, 흔들림은 크고, 진원으로부터 떨어져 있으면 흔들림은 작다」라고 하는 예이다.

그러나, 이 비유에 해당되지 않는 것이 장주기 지진동이다. 주기 2초 미만의 단주기 지진동 지진파는 전파되면서 감쇄되고 진원에서 멀어질수록 진동은 작아진다. 그러나 장주기 지진동은 전파도상으로 잘 감쇄되지 않고 에너지를 유지한 채 지진동이 멀리까지 전파된다. 그리고 그 전파 도상이나 도달 지역이 충적 평야, 충적 저지대, 연약 지반의 분지, 깊은 퇴적층, 연안부 등에서는 장주기 지진동이 더욱 증폭될 가능성이 있다.　

장주기 지진동의 특징은 또 있다. 규모(M)가 큰 지진일수록 장주기 지진동이 들뜨기 쉽고, 진원이 얕은(지표면에 가까울수록 탁월하다). 그러므로 난카이 트로프 거대 지진은 장주기 지진동이 발생하기 쉬운 초거대 지진으로 생각되고 있다. 

모델 검토회는 보고에서 장주기 지진동에 대해 '~어느 지진이든 3대 도시권 연안부를 중심으로 하는 지역에서 1~2m 정도의 변위가 추계되고 있다. 또한 초고층 건축물의 고유 주기별로 보면 중부권 및 긴키권의 일부 지역에서 고유 주기 5~6초의 건물에서 3m 이상의 변위도 추계되고 있다. 수도권에서는 고유주기가 긴 건물일수록 변위는 커지고 고유주기 5~6초의 건물에서 2m 정도의 변위를 하고 있다고 적혀 있다. 이것은 슈퍼컴퓨터에서 계산한 장주기 지진동의 변위. 여기서 변위란 흔들림의 크기를 말한다.

난카이 트로프 거대 지진에 대해 모델 검토회가 추계하고 있는 장주기 지진동의 흔들림의 크기는 3대 도시의 연안부에서 1~2m의 변위(1~2도 참조)라는 것은 수도권에 있는 초고층 건물의 장주기 지진동의 흔들림은 좌우로 최대 2m씩, 왕복으로 최대 4m 흔들리게 되어 동일본 대지진 때의 배의 흔들림 폭이 된다.

소방법에서는 높이 31m가 넘는 건축물을 고층 건축물(제8조의2)이라고 부른다. 또 11층 이상 층은 사다리차가 닿지 않아 스프링쿨러 소화설비 설치 의무가 부과되고 있다. 이런 배경도 있고, 일반적으로는 높이 4~10층까지를 '중층·중층 건축물', 11층 또는 높이 31m 이상의 건축물을 고층 건축물이라고 부르는 경우가 많다.

초고층 건축물에 대해서도 명확한 정의가 있는 것은 아니지만 높이 60m가 넘는 건축물을 초고층 건축물이라고 부르는 경우가 있다. 한편, 1968년에 도쿄도 치요다구에 지어진 「가스미가세키 빌딩」(147m·지상 36층)이, 일본 제 1호의 초고층 건축물로서 탄생. 이를 계기로 '초고층'이라는 말이 많이 쓰이게 됨에 따라 일반적으로 높이 약 100m 이상의 건축물을 초고층 건축물이라고 부르게 되었다고 한다.

▷ 장주기 지진동에 의한 영향을 크게 받는 인구가 증가

앞서 설명한 바와 같이 장주기 지진동이 발생하면 저층 건물보다 고층 건물이나 초고층 건물의 고층일수록 크게 길게 흔들린다. 일반적인 목조 가옥(저층 건물)의 고유 주기(0.1~0.5초)에 비해 일반적인 고층 건물은 고유 주기(5~7초)가 길기 때문에 장주기 지진동과 공진하기 쉽고, 공진하여 크게 길게 흔들린다.

특히 오사카·나고야·도쿄와 같이 퇴적층이나 간척·매립 등의 연약 지반 도시에서는, 흔들림이 증폭되어 흔들림의 계속 시간이 길어지는 경향에 있다.

11년의 동일본 대지진에서는 진원에서 약 200~700km 떨어진 도쿄나 오사카의 초고층 건물이 장주기 지진동으로 크게 길게 흔들려 고층의 흔들림 폭은 최대 2m에 달했다. 모델검토회도 '난카이 트로프를 따라 발생한 거대 지진에 의한 장주기 지진동에 관한 보고'에서 3대 도시권(도쿄, 나고야, 오사카)에서는 난카이 트로프 거대 지진 발생 시에 장주기 지진동이 들뜨기 쉽고 흔들림이 계속되는 시간이 길어지기 쉽다고 한다. 그 주된 근거로서 난카이 트로프의 육지측에는, 「부가체」라고 불리는 해양 플레이트의 상면에, 해저의 비교적 부드러운 퇴적물이 쌓여 있는 영역이 존재(1-4 그림 참조). 이런 부가체는 장주기 지진동의 표면파를 잘 전달하고 경우에 따라서는 발달(증폭)시킨다. 수도권, 중경권, 긴키권 등의 대부분은 부가체 위에 있다고 한다. 이들 도시에서는 해마다 건물의 고층화가 진행되어 장주기 지진동에 의한 영향을 크게 받는 인구가 계속 증가하고 있다.

도쿄는 진원역에서 멀리 떨어져 있어도 연안부에서는 흔들림 폭 24m의 흔들림이 장시간 계속될 것으로 추산되고 있다. 초고층 건축물뿐만 아니라 고층 건축물에서도 상당한 흔들림이 일어날 것을 각오할 필요가 있다. 고정하지 않은 집기나 가구가 대이동하고, 캐스터 부착의 집기 비품은 기세 좋게 뛰어다녀, 사람은 서 있지 않고, 고정한 것을 잡지 않으면 같은 장소에 있을 수 없는 상태가 되어, 흔들림에 날아갈 위험성도 있다.

체육관, 실내수영장, 극장 등 대규모 공간을 가진 시설에서는 기둥, 벽 등 구조 자체에 큰 피해를 주지 않을 정도의 단주기 지진동이라도 장주기 지진동으로 천장 등이 크게 흔들려 파손, 탈락도 있을 수 있다. 또 건물(천장)의 흔들림과 배관의 흔들림이 다르면 스프링클러 소화설비나 배관 이음새 등에서 누수될 수 있다.

총무성 소방청에 의하면, 동일본 대지진시의 스프링클러 소화 설비의 수손 사안이 전국에서 1113건 보고되고 있다.도쿄도에서만 345건의 스프링클러 소화설비 손상 또는 오작동으로 수손(水損) 사안이 나왔다. 스프링클러 소화설비가 오작동을 일으키면 천장면에 설치된 스프링클러 헤드에서 1분간 약 80L의 물이 방류된다. 각 층에 있는 알람밸브나 긴급차단밸브를 닫지 않는 한 방수는 멈추지 않고 10분 동안 약 800리터의 물(드럼통 약 4개 분량)이 방수될 수 있다.야간·휴일 등으로 대응이 늦어지면 PC나 서버, 전자·전기기기·통신설비 등이 물에 손실돼 업무 차질로 직결된다. 그런 예상치 못한 사태에 대비해, 이제 전자 기기등에 씌울 방수 시트를 준비하고 있는 곳도 있다.

<'최대 진도 3'에서 '죽는 줄 알았다'…도쿄를 강타한 '2004년 지진'의 뜻밖의 공포> 기사에 이어집니다.

야마무라 다케히코(방재시스템연구소) 소장)

https://news.yahoo.co.jp/articles/dae048125b8ef01142c28f5561cfb5f28c8c5312?page=1

東京・大阪・名古屋で「非常に大きい揺れ」が発生する…「南海トラフ巨大地震」で引き起こ

東京・大阪・名古屋で「非常に大きい揺れ」が発生する…「南海トラフ巨大地震」で引き起こされる「長周期地震動」の恐ろしさ
2/18(日) 7:02配信


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現代ビジネス
首都圏に揺れ幅4ｍの長周期地震動、その時どうなる！
写真提供: 現代ビジネス

　地震のエネルギーを示す「マグニチュード(M)」と、揺れの大きさを表す「震度」との関係を分かりやすく説明する時、「マグニチュード」を電球の「ワット数」とし、「震度」を地域ごとに感じる「明るさ」として説明することがある。例えば、電球のワット数が小さくても、電球に近ければ明るく、離れれば暗くなる。マグニチュードと震度も同じ。つまり、「震源が近ければ、揺れは大きく、震源から離れていれば揺れは小さい」という例えである。

【マンガ】「南海トラフ巨大地震」が起きたら…そのとき目にする「ヤバすぎる惨状」

　しかし、この例えに当てはまらないのが長周期地震動である。周期2秒未満の短周期地震動の地震波は、伝播していくにつれ減衰し、震源から離れるほど揺れは小さくなる。しかし、長周期地震動は伝播途上であまり減衰せず、エネルギーを保持したまま地震動が遠くまで伝播する。そして、その伝播途上や到達地域が沖積平野、沖積低地、軟弱地盤の盆地、深い堆積層、沿岸部などでは、長周期地震動がさらに増幅される可能性がある。　

　長周期地震動の特徴はまだある。規模(M)の大きい地震ほど長周期地震動が励起しやすく、震源が浅い(地表面に近い)ほど卓越する(1-3図参照)。ということで、南海トラフ巨大地震は長周期地震動が発生しやすい超巨大地震と考えられている。

　モデル検討会は報告の中で、長周期地震動について、「～いずれの地震でも、三大都市圏の沿岸部を中心とする地域において、1～2m程度の変位が推計されている。さらに、超高層建築物の固有周期別にみると、中部圏及び近畿圏の一部地域において、固有周期5～6秒の建物で3m以上の変位も推計されている。首都圏においては、固有周期が長い建物ほど変位は大きくなり、固有周期5～6秒の建物で2m程度の変位となっている」と書かれている。これはスーパーコンピューターで計算した長周期地震動の変位。ここでいう変位とは、揺れの大きさを言っている。

　南海トラフ巨大地震について、モデル検討会が推計している長周期地震動の揺れの大きさは、三大都市の沿岸部で1～2mの変位(1-2図参照)、ということは、首都圏にある超高層建物における長周期地震動の揺れは、左右に最大2mずつ、往復で最大4m揺れることになり、東日本大震災時の倍の揺れ幅となる。

　消防法では、高さ31mを超える建築物を高層建築物(第8条の2)と呼ぶ。また、11階建て以上の階は、はしご車が届かなくなることから、スプリンクラー消火設備の設置義務が課せられている。という背景もあり、一般的には高さ4～10階までを「中層階・中層建築物」、11階又は高さ31m以上の建築物を高層建築物と呼ぶ場合が多い。

　超高層建築物についても、明確な定義があるわけではないが、高さ60mを超える建築物を超高層建築物と呼ぶことがある。一方で、1968年に東京都千代田区に建てられた「霞ヶ関ビルディング」(147m・地上36階)が、わが国第一号の超高層建築物として誕生。これを機に「超高層」という言葉が多く使われるようになったことから、一般的には、高さ約100m以上の建築物を超高層建築物と呼ぶようになったといわれる。

長周期地震動による影響を大きく受ける人口が増加
写真：現代ビジネス

　前述したように、長周期地震動が発生すると、低層建物よりも高層建物や超高層建物の高層階ほど、大きく長く揺れる。一般的木造家屋(低層建物)の固有周期(0.1～0.5秒)に比べ、一般的な高層建物は固有周期(5～7秒)が長いため、長周期地震動と共振しやすく、共振して大きく長く揺れる。

とくに大阪・名古屋・東京のように堆積層や干拓・埋め立てなどの軟弱地盤都市では、揺れが増幅され、揺れの継続時間が長くなる傾向にある。11年の
東日本大震災では、震源から約200～700km離れた東京や大阪の超高層建物が長周期地震動で大きく長く揺れ、高層階の揺れ幅は最大2mにも達した。　モデル検討会も、「南海トラフ沿いの巨大地震による長周期地震動に関する報告」で、三大都市圏(東京、名古屋、大阪)では、南海トラフ巨大地震発生時に長周期地震動が励起されやすく、揺れの継続時間が長くなりやすいとしている。その主な根拠として、南海トラフの陸側には、「付加体」とよばれる海洋プレートの上面に、海底の比較的柔らかい堆積物が積もっている領域が存在(1-4図参照)。こうした付加体は長周期地震動の表面波をよく伝え、場合によっては発達(増幅)させる。首都圏、中京圏、近畿圏などの多くは、付加体の上にあるといわれる。これらの都市では年々建物の高層化が進み、長周期地震動による影響を大きく受ける人口が増加し続けている。

　東京は震源域から遠く離れていても、沿岸部では揺れ幅2～4mの揺れが長時間継続すると推計されている。超高層建築物だけでなく、高層建築物でもかなりの揺れになることを覚悟する必要がある。固定していない什器や家具が大移動し、キャスター付きの什器備品は勢いよく走り回り、人は立っておられず、固定したものにつかまらないと同じ場所に居られない状態となり、揺れに飛ばされる危険性もある。

　体育館、屋内プール、劇場などの大規模空間を有する施設では、柱、壁など、構造自体に大きな被害を生じない程度の短周期地震動でも、長周期地震動で天井等が大きく揺れて破損、脱落もあり得る。また建物(天井)の揺れと配管の揺れが異なると、スプリンクラー消火設備や配管継ぎ手などから漏水することがある。

　総務省消防庁によると、東日本大震災時のスプリンクラー消火設備の水損事案が全国で1113件報告されている。東京都だけでも345件のスプリンクラー消火設備の損傷又は誤作動で、水損(水浸し)事案が出ている。スプリンクラー消火設備が誤作動を起こすと、天井面に取り付けられたスプリンクラーヘッドから1分間に約80リットルの水が放水される。各階にあるアラームバルブや緊急遮断弁を閉じない限り放水は止まらず、10分間で約800リットルの水(ドラム缶約4本分)が放水される可能性がある。夜間・休日などで対応が遅れると、パソコンやサーバー、電子・電気機器・通信設備などが水損し業務支障に直結する。そうした不測の事態に備え、今や電子機器などにかぶせる防水シートを準備している所もある。

　＜「最大震度3」で「死ぬかと思った」…東京を襲った「2004年の地震」の意外な恐怖＞の記事に続きます。

山村 武彦（防災システム研究所 所長）