一人工地震波の周波数分析（工）一 （1） （2） β） （2）

国立防災科学炭術セソター研究塵報第5号凹67年3月

550・340・9：550・341：550・834（521．62）

渥美沖人工地震の作手における観測と周波数分析   一人工地震波の周波数分析（工）一

     （1）   （2）   β）   （2）

熊谷貞治 ・鈴木宏芳 ・八十島久 ・高橋末雄

目       次

 概要一一一一一一一一一一一一一一一一1  3分析結果一一一i一一i．一一一一■一 3

 まえがき一一一一一一一一一一一一一一一一一 1      3．1 P波平均速度 一一一一一一一一一一一3  L 観測の概要一一一一一一一一一一一一 2      3．2 周波数分析 一一一一一一一一一一 4  2 観測点の地質概要一一一一一一一一一 2     4 結果と考察一一一一一一一一・一一一■一 6  慨  要

 この報告は，2点で観測された同じ地震波を周波数分析し，この結果から2地点間の地質構造・岩質を 知ることの可能性にっいて検討した第1報である．

 本報告に使用した観測資料は，1966年6月2〜3日に爆破地震動研究グループによって行なわれた 渥美半島沖爆破のものである．

 分析結果は・周波数特性の全体的傾向は2点とも同じようであるが，細部についてはかなり異なる場合 が認められる．

 特にエネルギーの大きさの順位で2番目のピークに着目するならば，爆破点の位置によりピークの出る 周波数に変動が認められる．

 今後はこの変動が持つ意味について，すでに地質構造・岩質の知られている他の地域の資料を分析し対 比する考えである．

 まえがき

 この研究は，同一の地震波動を離れた異なった地点で観測し周波数分析を行なえば2地点間の構造・岩 質あるいはその状態を知る手段とすることが可能かどうか知ることを最終の目的とするものである．

 このような研究には地点問の距離のほか，各々の測器の種類・地形精度などから生ずる問題があるので，

同種同性能の測器およぴ記録装置で観測している爆破地震動研究グループの観測資料を分析することが，

適当であると考えた．

 この報告には爆破地震動研究グルーブが，ほぽ東経137度〜138度に沿って本州を縦断する測線に

■ T． Kumagai，H． Suzuk㌔H． Ya80shima．and M．Takahashi： Observatioo a血Freq壬ncy  A㎜1ysis of ATSUMI＿一0KI I≡：xplosion Earthq直ke at TSUKUDI≡：，A ICH I P祀｛ecture；

 Frequgncy Ana1ysis of Exp109ion Ea工thquake CRePort I）

（1） 国立防災科学技術セソター第2研究部地表変動防災研究室

      ｝（爆破地震動研究クツレーブTSUKUDE観測班）

（2）        同        地震防災研究室

（3） 国立防災科学技術セソター第3研究部計測研究室

国立防災科学技術セソター研究速報第5号1967年3月

おける構造を知るために1966年6月2目〜3日に愛知県渥美半島沖で行なった爆破地震動観測に当所 グル＿プもTSUKUDE（作手）観測点を分担したので，この観測結果およぴ隣接観測点で通産省地質調査 所が観測した結果とを分析したので，その結果について報告する．

 1 観測の概要

 全体の観測点は図一1のようにほぼ東経1ろ7。〜138。に沿って分布し，当所の観測点はTSUKUDE

（愛知県南設楽郡作手村杉平 協和」・学校，北緯34056 22．6 ・東経137027 孤4 ・標高340皿）

である．

 爆破船は最北端の爆破点より南に146k囮ほどの間を，約7時間で航行し，その問23回の水中爆破 を試み，うち20回（図一1のx印）カミ爆破に成功した．

 使用した火薬量は，S亘OT−1〜12（不発を含む）が450kg，SHOT−13以降は600kgである．

 TSUKUDEにおける換振器（上下動成分，固有周期：4％）の設置状況は，一っは風化はしている が岩体を成している花嵩岩上（A点）に，他の一つは基部が岩盤に達していると思われるコンクリート台 上（B点）に設置した（図一2）・

 付近の状況は，A点については2〜3m脇を幅3皿程度の地方道（未舗装の砂利道で凹凸あまりなし）

が走り，道路にほぽ平行して横川の文流巴川カ㍉比較的ゆるやかに流れている．

 観測日の数日前に約80皿㎜の目雨量が高里（TSUKUDE観測点北西方約45km）で観測され巴川の 流量増加が認められたが，地震観狽吹影響を与えたと思われる記象は見当らなかった．

 測器の構成を図一3に示す．増幅器の観測時におげる利得は次のようであった．

  TSUKUDE ・

  2チマ不ル（A点）：2日20時30分〜3目03時15分は80．5αb，3日03時15分〜05時

は99 d−b，

  3チャネル（B点）：2目20時30分〜3日03時15分は99d−b， 3日03時15分〜05時

は80．5d−bである．

  ，地質調査所の霞測概要

 観測点は工SH工NOMAK工（愛知県豊橋市嵩山町石巻，北緯54．47 58．1 ，東経137．29 157 ， 標高130m）である．

 換振器（上下動成分・固有周期：1％）は鍾乳洞の中（入ロカ＝ら25㎜奥）に設置され・観測時にお

ける増幅器の利得は，SHOト1〜8は90ab・SHOT−9は100ab・S亘Oト10は90帥・SHOT−

11以降は100d−bであった・

 工SH工NOMAK工では上記のほかに換振器（上下動成分。固有周期：4％を1台設置したが，この観 測値は％などに問題があったので分析に使用していない・

 TSUKUDE，工S肛NOMAK工間の距離は国土地理院発行1：500，000地方図（中部近畿）によると

171kmである．

 なほ，震源距離もこの地形図より求めた．

 2 観測点付近の地質概要

 TSUKUDEと工S肛NOMAK工の観測点の間には，中央構造線が存在し，これにほぽ平行しあるいま 交わる断層もいくつか観察されている．中央構造線は，両観測点を結ぷ線上では，第四紀層におおわれて

直接観察されないが，豊川の流路付近をほぽNE−sw方向に走っているものと推定されている・

一2一

渥菊中人工地震獅曲ける観測と周波数分析一熊谷・鈴木・八十島・高橋一

 中央構造線をはさんで・その両側の地質には大きな相違がある．すなわち，その北側は領家変成帯に属 し，花腸岩類か，小規模な片岩類をともなって，広大な面杭にわたって分布する．

 この花嗣岩類は・地表付近では風化による変質が進んでいる．その南側は結晶片岩よりなる三波川変成 帯が分布し，工SH工NOMAK工観測点付近の地質は，50万分の1京都図幅によると，三波川変成帯のさ

らに南方に分布する古生層となっている．

 3 分析結果

  31 P波平均遠度

 TSUKUDE幟ける験測値を表一1に示す．

表一1  渥美半島沖人工地震の験測表

 観圓庶：TSUKUDE，観測目：1966．6．2〜3．

Sh01；κ

震源距離 p   波 発震時

^{P波走時 工波平均伝搬速度}

1

^km72．5

2nd−h m   6

21 1322．16

^{08．368 13．80s}

5．25呪 2 80．0 3833．57

^{17．66 15．91}

5．03 5 84．8 ^{53 27．78 11．78 16．00} 5．30 4 _{90．5 22 0835．26 16．19}

_17．07

5．30 5 _95．4

2ろ 31．92 13．23

18．69 5．10 6

_105．5

_38 29．83

_{10．36 19．47}

_5．42

7

一

1

^{一 一 一}

8 _{110．3 23 0833．96}

_13．38

_20．50 5．38 9 _120．5 3837．99 16．28

21．71

5．67 10

_125．6

_{53 32．12 09．88 22．24} 5．65

11 131．O

000738．12

^{3rd一 15．21 22．91}

^5．72

12 _136．4 2341．67 18．23 23．44 5．82

13

14ろ．2

4339．52 ^15．05

^24．47

5．85

14

_150．ろ

010337．74 ^12．55

^25．21

^5．96

15

_157．2

2340．17 ^{13．65 26．52} 5．93

16． ■ ■ 一 一 ＾

17 170．8 020339．21 ^{11．07 28．14}

^6。．07

18｝ 一

2340．40

^{■ 一 一}

19t 一 ＾ ｝

1

一

20榊

_■

0ろ0543．6

｝

1

^一

21｝ _一

2353．15

一 一 ^一

2戸

1 ^43 43．79

^{一 ■ μ}

23｝ 一

04 0341．60

一 一 ^■

注．ぐ印は不発． ｝印ま周波数分析を行なわなかったので、P波の立上り時のほかは  計算しなかった．

国立防災科学技術セソター研売速報第5号1967年3月

 平均P波速度を図一4によってみると，走時の連続でない地域がTSUKUDEより南80km 5k皿

の距離に認められる．

 他の観測点の観損1値によっても検討したが，同様な傾向が認められ，発破時刻は正しいであろうから当 該地域付近に速度の遅い層の存往が推定される・ただしその付近の地質構造についての検討はいまだ行な

っていない．

 32周波数分析

 TOSBAC−3400を使用し，次の手順にょって作業をした（図一5）．

 1）磁気テーブに収録した記録（アナログ）をマルチブレクサーと光変換器を通してディジタル化し・

計算機の磁気テープに記録する．％変換の際抽出問隔は％0秒とした・

 ディジタル・データは純2進10けたである．な惇，原記録は多くのノイズを含んでいるので・モニタ

＿のペン書き記録により目視でわかる範囲のノイズは修正した・その方法はパルス的ノイズは除去し・そ こを補間法によったのである．

 また，％変換したデータから地震波記録のみを選別して分析データとした・

 2）コレログラムとパワースペクトルを算出した・

 以上によって得られた結果を図一6〜8に示す・

 図の縦座標（亙煽己録波形のエネルギーの相対的な比であり，横座標（τ）は周波数を示す．

 なほ今回の爆破は20回とも地震動観測に成功してはいるが，目祝記録を検討して％比の悪いものを 除いてSHOT−1〜17（SHOT−7，16は不発）の15例について分析を行なった・

 両観測点の比較

 エS肛NOMAKエ，TSUKUDEのエネルギーの大きさが図一6によれぱ。SHOT−1〜6（S亘OT−3は        エSHINOMAK工のS／N比が悪く分析せず）は 表＿2 TSUKUDE，工SH工NO肌K工の卓越周波銑）TSUKUDEが上回り，S且OT−8以降はエS亘エー        NOMAK工が上回るかあるいは同程度であるのは

TSUKUDE

^{工S亘工NOMAK工}

shOt妬．

第1位 第2位 第1位 第2位 1 ^aO％

^10．5％

^62％

^10．O％

2

^{8．O 10．5 10．0 8．0}

3

一 ＿2） 一

一2）

4 90

11．0

90

11．0

5

^{ス5 66 スO 10．0}

6 ⁷²

^{8．6 718}

⁷⁵

7

一 一 ＾ 一

8

^5．6

⁷⁷

^{8．4 5．2}

9

^{715 6．3 8．0 5．8}

10

^8．3 72 ^5．9 72 11 10．O

77

^{6．2 8．2}

注1）P波立上りより100％0sθcの分析による

注2）工SH工NOMAK工の％比が悪し鰍分析せず

注3）s hot No．12以降の分析は工SH工NOMAK工    の信号が弱いのでしない

注4）SHOT No．7は不発

すべて増幅器の利得の差による．

 両者の周波数によるエネルギー分布の総体的 傾向は，ほぽ同じようであるが，各々のピーク

（極大値）の出方は必ずしも一致しない・その 原因は各観測点の雑微動によるものか，両観測 点間の地質構造・岩質などの影響であるカ㍉今 のところ考察はすすんでいない．

 表一2に各S亘OTごとにエネルギーの大きい 順の1番目と2番目のピークの周波数を示す．

 5秒間ごとの分析値

 p波の立上りから時問とともに周波数特性が 変化するか否か，また変化がみとめられた場合

には．発破点と観測点の間の地質構造・岩質に より差がでるかなどを知るために，P波の立上 りから5秒問ずつ30秒間についてSHOT−3，

12，13，15，17につきTSUKUDEの記像

を分析した．

一4一

渥美沖入工地震の停葺籔ける観測と周波数分析一熊谷・鈴木・八十島・高橋一

その結果を図一1に，また最大卓越周期と相対的エネルギーの比を表一3に示す．

表一3  P波の立上りより各5秒間隔内におげる卓越周波数（TSUKUDE）

区

6h01＝NO サソプリング区問

別 P〜5国c 6H08θc 511〜15sθc

16〜206ec

^{121〜25。。。 26〜308θc}

3 r 76％

^一

7淋j ZO％

■ ^{8・5舶 8．2％ 8．1眺}

12 ^τ

77 78 1 Z7 ⁷⁹ 1 83

^{一 8．0}

13

^γ

76 8．3 j70

^{8．1 83 8．2}

15

^{τ 8．0}

78 i g2

^8．2

⁹²

^6．1

17 ^τ _12．5

90   93

^{8．3 711 8．1}

注）τ二周波数

 これらの図表でみるかぎり，（1）各5秒間隔相互間にも，（2）各爆破点間にも著しい差はみとめられず，

（3）図一6の傾向と大差は認められない．5秒問隔の方か全体的に細かい変動がないのは前者に比較し抽 出数の少ないためである・S HOT−17をのそいては・8〜9％前後にピークが出ている・しかしSHOT

−17−1の2番目のピークの周波数は90％であるので1番目の1Z5％のピークは雑微動によるもの と考えることもできるが明らかではない、

 P波とS波の立上り別による分析

 S波の立上りを爆破時刻とP波の立上り時刻から推定し，SHO卜2，3，4，5，6の爆破地震について S波の立上りと見られる時刻から100％秒問についてTSUKUDEの言豫を分析した．

 まも以上の分析値とP波の立上りから200％0秒分析した結果についても比較した．

 図一8・表一4によればp−100％O秒の分析値とS波の立上りSi100％0秒の分析値による周波数特性 を比較するとピークの位置は前者の方がr股に多少周波数の高い方にある．

表一4 P波およぴS波各立ヒり時刻より100％0sθc間隔別卓越周波数（TSUKUDE）

ソプリ維 ・一100吸0。・・ 1001−200％0。・・ S−100％0s・c

皿 ⊥       ■   ■ 一

8hOt ． 1

第1位 第2位第1位 第2位 第1位 第2位

^{S波吐り推定時刻！}

1 2

788  10，08  4−98

788

8，08 5．0s

21h38m495・

3 85   ス1  92

^{5．2 8．7 5−1}       ■21 534三8

4

8，4  10．1  78

55

^{8，1 5．1} 22 08 50．3

5 71   52  90

^{710 8．9 6．8} 22 23 5α6

6 75   a9  75

¹⁰⁻⁴

77〜84

^10．7

22 38493

 しかし，1001・200％秒とS−100％o秒の周波数特性は非常に類似している．

 これは結果的に1001■200％0秒とS・100％0秒は両者ともほぽ同じ時間を抽出したことによる．

 なほ，SHOT−Z3の｝100％o秒にはS波が117秒〜1秒問程度含圭れるが，SHOT−4，5，6の

p−100％O秒にはS波は含まれていない・SHOT−2，3から今回の方法では：P波の分析には。通常の爆 破による人工地震においては，S波の混入が6％程度までならぱ周波数のパワー分布に影響カニみられな

、・．

 また各SHOTとも爆破点か異なっても：P沈S波とも周波数特性は総体的㈲ま同じ傾向である．

国立防災科学技術セソター研究速報第5号1967年3月

 SHOT−1〜SHOT−17・までの記象を図一9に示す．

 換振器の制動について

 前述のように，P波とS波の周波性特性が著しくよく似ている点に疑間が生じた．すなわち，4％の 換振器にGMA−301増幅器を連結した場合に制動が非常に劣り，ある範囲の周波数入力のあった場合，常 に同一の共鳴振動を書くのではないかという疑いがもたれた．そこで実験を行なってみたが，その疑し吻 ないことが明らかとなったので，これまでの検討結果は正しいものと考えられる・

 ム 結果と考秦

 t P波の平均速度からT SUmDEより80，95k皿南の地域に速度の遅い層の存在．が推定される・

 2．周波数分析の結果では

  a．2点問（工S亘工NOMAKI−TSUKUDE問171k囮）に周波数特性の大略的差は認められな

   し・．

  b．周波数分析をするのにP波の立上りから30秒間については，抽出時問間隔5秒ならばどこをと    っても特性に著しい差はみられない・

  c．今回にっいてぱ P波の周波数特性を求めるのにS波が6％程度混入してもP波の特性を求める    ことができた．

  a．2点間の周波数特性，異なる発破点のP波，S波の周波数特性は詳細にみればそのピークの出方    は相異なる．

    特に，エネルギーの大きさの順位が2番目のピークに着目するならぱ，2地点間の差，P波，S    波と思われるところのピーク周波数に大きい差が認められるので，地質構造や岩質を周波数分析よ    り求める手がかりとすることができるのではないかと考えられる．

 5．あとがき

 今回は，2観洞庶の観測値を分析し，方法と問題点にっいて述べたが，将来の発展方向として  1．すでに岩質・地質構造の明らかにされているところにおいて同様な作桑を行ない結果と対比する・

 2．爆破地震動研究グループが人工地震により求めた構造を参考とし，観測点ごとの周波数分析を行な   い対比する．

などの作業を行ない検討する．

 終りに臨み観測・分析にあたり，東京大学地震研究所助教授南雲昭三郎氏，名古屋大学青木治三氏，作 手村立協和イ」・学校，通産省地質調査所爆破地震動研究グループ，国立防災科学技術セニ■ター第ろ研究部長 菅原正已氏，第2研究部地震防災研究室長高橋博氏，第3研究部勝山ヨシ子氏からご指導，ご協力をいた だいたので，ここに記して感謝いたします．

一6一

渥美矛杁工地震の作孕哉ける観測と周波数分析一熊谷・鈴木・八十島・高橋一

4

●TONAMI

●TOGA

●KAWAI

●KIYOMI

つ

齪測点・む破点概宴図 ●HAGIWARA ^3ポ

●MAZE

●GER0

●SHIRAKAWA

？

●0HKUTE

●AKECHI

∫

／

ケ

ρ 、

●AぐUKEり・

TSUKUDE

^35．I

4劣ψ双     メb l

被

^θ

¹

  西紗。 、

、

ク

SHOT

× 1

X

²

× 3

X4

_×5

X6

3ペエ

×8

●OBSERVATION STATION ×9

×SHOTPOINT

×lO^Xll

×12

×13

×14

×15

3ぴE 13プE ^{×17 138。}

図一1

137．E

観測点・蜴破点概要図

3ポN

3『N

3ぺN

13ガE

国立防災科学技術〃ター研究速報第5号1967年3月

校

舎

くト＼3測室

^講

堂

B

石垣

   ／   ／道   ／  ／   ！  路  ／ 高圧線

 7

A

1

7

1

0   10 20m

図一2

^{換振器位竈図}

地占B

屋外 屋内  増幅器

        チャネル   Pre  Mえm

データレコーダ

■］■一、、U

Pre． Main r

13

一     ノ   ー  1、 一

31

・ ・・ ・．一一 ・ ．   一   ・   ■ 一   ・一．．

上下動4％

GPA−201S GMA−301 ^{211 変}_調 ^復

112

⑳

「・・一． 調

換振器 増幅器 1 ^{1I 部 部}

1

1

1

Pre． Majn 1 1

1

・1刻^1時1

I

・ 一・  一．一一 ・ ^{一   一 一  ・} ・一

上下動4％ 1 1

^{ビジグラニ}

GPA−201S GMA−301 ^．

1

地点A

¹

₁

_記録部

，

水晶時計1 ^．

I＿

   I■ ．一        ．

4

受信機

J

Y J

_{音声モニター}

図一3

音声

TSUKUDEの測器構成図

シンクロスコープ

ビンクラフ

一8一

渥美沖人工地震の作手に拓ける観測と周汲数分析一熊谷・鈴木・八十島・高橋一

 SeC

30・OO

平均P波走時曲線

20・00

10・00

6×

・〆。

Shot No．

 1   2 3 4

P波平均速度

   6  8

5 910111213

^{14 15   17}

50  60 ⁸⁰

図一4

100      120      140

 震 源 距 離 P波走時曲線、平均遠度図

160 km

計時機能

マ 1

宅1％

引姦

サ  器

命令読込み

60％

TOSBAC−3400

 本  体

磁気テー一プ

（デイジタル）

アナログ1デイジタル

計算結果

 印 刷

図一5

データ処理および計算システム構成図

一〇4

103■

10＝

ベヒ

SHOT−1

  トlOO％。S・・

・一一一一一一TSUKUDE

   ISHINOMAKI

〜

国立防災絆学技触ソタ 研究産報第5号

汽        E

    、

！  ！

ノ 1

）

、ll

10

10I

o l

図一6・1

1      10 100％o秒ごとの層波叡分析

102

lo

         1 10ヨ％τ

1967年3月

SHOT−2   0−1㎜％。S㏄

一一■ 一一 TSUKUDE

   lSHINOMAKI 〔

＾ギ 1！1l ︑

 ＝ 1

 ミ

O．1

図一6−2

 1        10

㎜ん砂ごとの月泣鐵分析

lO言聡丁

］o

loo

10i

lo

SHOT−2 mO1珊％O・e・

＿一一一 一＿一一一一TSUKUDE

     ISHINOMAKI

＼  ！

！ ノ

ヂハ

   、

10

oΨ

レ

ー     m

》彗彗

10

O．1

図・6・3

1      10 100％o秒ごとの周汕與分析

11

SHOT−4  ・O珊％OS㏄

一一一一一一一＿一TSUKUDE

    lSHINOMAKI

・、、ノ

   μ．

  、ノ

 j

／     1。

     1

！  、

へ

102 ％T   ㎝ ¹

図一6・4

      10      101 1㎝％砂ごとの月泣蟹分析

弘丁

■10・

竈美浦人工削三の作手における観測と蔵厳分析一熊谷・鉛木・八十島・高橋一

10

10コ

lo

1

SHOT−4

100卜㎜ ・0S㏄

＿＿一＿一＿一一TSじKUDF

■11SHINOMAK一

、！

ノ

！

（         E

，ぺ l       lO｛

，1

い       川

川

      10   も

lo

O．1

1﹂

 1 図一6・5

SHOT−6   ト100％OS㏄

11一一一一 TSUKUDE

   JSHINOMAK1

       10 100％O秒ごとの眉波敷分析

         l lo！％T

SHOT−5

  0−1㎝ノ60S㏄

 ＿＿＿＿一T Sし K U l〕E

    I S111Xコ〕、I AK I ㌧

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O．1       1         図一6・6

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国立防災科学皮触ソター研究速報第5号1967年3月

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渥美沖人工地震の作手における観測と周汲数分析一熊谷・鈴木・八十島・高橋一

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図一9−3■二沖人工螂8日○図

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図一9−3■二沖人エ螂8日○図

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