1
論 文1
UDG ：550．
34°
「923卩
．
日本建 築 学 会 構 造系論 文報告集 第401 号・
1989 年 7月1923
年
関
東地
震
の
や
や
長
周
期
地
震 動
’
今村
式
2
倍強 震 計記録
に よる推定
正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員横
片
田吉
田岡
中
沢
治
俊
貞
静
彦
＊＿
＊ ＊一
＊＊ ＊代
＊ ＊ ＊ ＊1．
は じ めに 超 高 層ビル，
長 大 橋，
大 型 貯 槽な どの大 規 模・
長 周 期 構造物の耐 震 設計を考え る 上で 「や や 長周 期地震 勤 」の 大 き さ を 評 価 す るこ と は 地 震 工 学に お け る 重要な課題 と なっ ている。 や や長 周 期の 地震動 は，
震源 の特性の他に 建物建設地周 辺の深い地 下構造や広範囲の地 形の影響を 強 く受け るこ と は 良 く 知 ら れてい る。
し た がっ て，
東 京 にこれ らの大 型重要 構 造 物を建 設す る場 合には，
耐 震 設 計に当たっ・
て 1923 年関東地震の地震 動特性を推 定し て，
設 計 用地 震勤の一
つ と して採 用す る場 合が多い。 この よ う な背 景か ら，1923
年 関 東 地 震の東 京に おける観 測 記 録の 評価は，
重 要な 意味を持つ と考え ら れ る。 関東地 震の本震・
余震記録 は東 京大学の本 郷 構 内で複 数の強 震計で記録さ れ ている が， 本震地動は記録 可 能な 振 幅 を超えた た め記 録 針が外れ て波 形が欠 落し た り，
飽 和し た波形 とな っ て おり完全 な 記 録は存在 し ない。
大 森 式 地 動 計 （倍 率 1倍 ）は主 要 動の始めに 両 振 幅ユ7cm
で振り切 れた。 ユー
イン グ 円盤 型 強 震 計の トレー
ス 記 録 は那須・
森 岡凵・
2ト によっ て約 2分 間が復元、
数 値 化さ れ，
最 大 変 位は約 50cm と 推 定され て い る、一・
方， 今 村 式’
2倍 強 震 計の記 録は振 幅の飽 和 部 分 が 多く，一
部に欠 落 部 分が あるもの のEW
成 分は約 20分 間に わ たっ て記 録 さ れ て お り， 本震 地 動の全体像を知ること が で き る唯一
の 記 録で あ る。
余 震 記 録は数 種の 地 震 計で記 録され てお り，
工 学的な利用 が 可 能 な 記 録 も 多い。
本 研 究では，今 村 式2倍 強 震 計の地 震 記 録 を 数 値 化し， 飽 和 波 形 を可 能な隈り修 復すると ともに地 震 計の周 期 特 性の補正 を行っ て，
関 東 地 震の際の東 京の長 周 期 地 震 動 の 特 性 を推 定 することを試み た。 また，
復 元，
推 定 され た関 菓地震の地勤を現 行の設 計 用地震 動と 比較 し，
工学 昭和63年 度の日本 建 築学会 大 会学術 講 旗会，
土 木学 会 年次学 術 講 演会 お よ び 秋季地 震学会 に 内容の一
部を発 表 ＊ 清 水 建 設 〔株 ｝技 術 研究所・
工修 ＊1 清水建 設（株｝技 術 研 究 所・
工修 ＊ 纏 清 水 建 設 （株1・
理 博 ＊1＊＃ 東 京大 学 地 震 研 究 所 （1988 年 1］月 25EI 原 稿 受 理．
1989 牢 4月25 EI採用決定） 的な評 価を行っ た。
2．
今 村 式2
倍 強 震 計の振 動 試 験 と飽 和 波 形の修 復 2，
1 今 村 式2倍 強 震 計と振 動 試 験の概 要今
村式2倍強震 計は明 治44年 （19U 年 ）に考 案さ れ， そ の後ほ ぼ 50年 間に わ たっ て定 常 観 測に使用 さ れてき た。
東 京 大 学の地 震 学 教 室関係の観測で は，
1923年 関 菓 地 震の記 録をは じ め数多く の貴重な地震記録を残して い る。 地 震 計の構 造に関す る今村の紹介に よ れ ば，
開 発 当 初の もの は水平 2成分で構成 さ れ，
ダンパー
も無か っ たが， 関 柬 地 震 当 時に は上下動 成分 が 追加さ れて 3成 分 とな り， また各 振 子は いずれも．
油の制動 器を備えて い た3L4 ）。
関 東 地 震 を 記 録し た と伝え られ る 今村 式 2倍 強 震 計 は，
地 震 研 究 所 旧 館の 「土 中 室 」 内で昭 和36
年まで観 測 が続けられ，
そ の後 国 立 科 学 博物 館に寄 贈され て現 在 は 地 震 計 展 示 室に保 管されて い る。 今回， こ の今村式 2 倍 強震計を用い て大型振 動 台に よ る振 動 試 験 を 実 施 し た。
最 初に強 震 計 を 分 解 し各部の採 寸，
計量の後に構 造 図 を作 成し た5エ。
地震計の構成を示す斜 視 図を図一
1に示 す。
幾 何 倍 率は水 平 動，
上 下動 と も 2倍で ある。
ダン パー
は振 子に取 り 付 け た薄い真 鍮 板と ブ リ キ板 製の油 槽か ら 図一
1 今 村 式 2倍 強 震 計一 35 一
成る
。
記 録 ドラ ムは水 製で，
幅300mm、
円 周 740 mm，
ゼ ンマ イ巻上げテ ンプ式の起動 器に よ り 1回転 18．
5分 で 40mm ／min の記 録 紙 速 度にな る。 地 震 計 台 座の大き さは 572×675mm，
総重量は約64
kg
（うち台座重量41kg
）で ある。
記 録 ドラム を駆 動する ゼンマ イ式 起 動 器 を分 解 掃 除 し， 水 平 成 分 振 子の ピ ボッ ト支 承 部 分を研 磨した。
振 子 の固有 周 期が 10秒とな る ように出 来る限り調 整 し，
記 録アー
ム の先 端の針 先は新しい もの と交 換した。 記 録 用 紙は滑り の良い白色の アー
ト紙で，
記 録 ド ラム に巻き付 けた後，
石 油ラ ンプに よっ てすす （煤 ）を 均一
に付 着さ せ て使 用し た。 水 平 方 向の振 子の調 整を行っ た後，
自由振 動 試 験と大 型振動台に よる強 制 振 動 試 験 （正 弦 波 加 振，
地 震 波 加 振 ） を実 施し，
す す書き記 録と と もにサー
ボ型 加 速度計，
イ ンダク タン ス式変位計に よ る計 測 を行っ た。
す す書きの 記 録は慎重に数 値 化 し，
円 弧補 正などの波 形処 理 を施し た。 正 弦 波 加 振試験に よっ て強 震 計の周 期 特 性を杷 握し た後，
地 震 波 加 振の強 震 計 記 録に周 期 特 性の補 正 を施し，
インダク タン ス式 変位 計に よ る振 動 台の変 位 記 録と比 較 し た。
次に， 大 振 幅 加 振を行っ て飽和波 形 を記 録し， そ の シ ミュ レー
ショ ン解 析お よ び飽 和 波形の修 復 方 法の検 討 を行っ た。 2．
2 試 験 結 果整備
，
調整 し た後の水 平 動 成 分の固 有 周 期は9．
3秒， 減衰定 数h
は0．
21，
記 録 紙 送 り速 度は 平均 で 34．
3 mm ／min，
幾何倍 率は 1．
96倍で あっ た。
ダンパー
を 取 り はず し た時の 減 衰 定 数 を 参 考の た め計 測し た結果 はO．
10で あっ た。
振 幅を5mm
一
定とし た正弦 波 加振 試 験に よっ て得た 振 子の 周期 特 性 （○ 印 ） と，
固有 周 期9，3
秒，
減衰 定数0．
21
の周期 特 性の計 算 値 を 比 較し て図一
2に示す。
10 秒 以 上の周 期 範 囲で実験値と計 算 値に差が 生 じる が，
10 3 僕卜2 憮 1 0 0．
512 51020 50 周期 （SEC
） 図一
2 今 村 式 2倍 強 震 計 （水 平 動 ）の 周期 特 性1
o 理 論 曲 線 T。＝
9．
35 已ch＝
O．
211
実 験値 加振 振 幅 o5 囗o D 口 6ロ 匝 △ 20団 皿 o一 36 一
cm2．
5O．
O一
2．
5 2．
5 0．
0一
2．
5 駈直X冨1．
37c皿 Pv・
”・
Atl」・
e“M 八ft EAX；1．
37c皿 榊 ∀∀v−
avN ρ 0 20 40 聞 ao 100 120 141】 IOO l80 一 TIHE（sec） 図一
3 今 村式 2倍 強 震 計とインダク タン ス式 変 位 計の記 録か ら 求め た振 勤 台の変 位 波 形の比較 秒 以 下の 周 期 範 囲で は両 者は よ く一
致 し てい る。
周 期 10秒 よ り長 い周 期 領域で は，
振 勤 台の加 速 度が O．
2 cm ／s2以 下と非 常に小さ く，
ピ ボッ ト部 分の劣 化に よる 摩 擦な どの影 響で実 験値と計算値に差が生じた と考え ら れ る。
周ma
12．
5 秒で加 振 振 幅 を20 mm （△ 印 ：加 速 度 約0．
5cm ／s2）に し た実験結果で は，
実 験 値と計 算 値は よく一
致 して い る。 関 東 地 震の余 震 記 録に よ る地 震 波 加 振 試 験 時に，
今 村 式 2倍 強 震 計に よ っ て記 録さ れ た 波 形 を 数値化 し， 各 種 の補 正 を施した変 位 波 形は，
高 精 度変位 計の記 録と波 形， 振 幅と もに良い対 応を示 した。 波形の 比 較 例 を 図一
3に 示す。
関 東地震 当 時の強 震 計の整備 状況は今回の試 験 時 より格 段に良かっ た と考え ら れ るので， 適 切な波 形 処 理 を施 し て復元 さ’
れ た地 動の 変 位 波 形は，
2秒か ら15秒 程 度の周 期 範 囲で信 頼で きる こ と が分かっ た。2．
3
飽和波形の修 復 法の検 討閧東地 震の 本 震 記 録は主 要 動 部 分が大 振幅の 地 動 に よ る 飽和波 形 と なっ てい る
。
記 録 振 幅の飽 和の原因 は，
振 子に取 り付け たダンパー
の真 鍮 板 と ダン パー
油 槽の衝 突 に よ る もの であ ることを確 認した後，
そ の衝 突 時の挙 動 を振 動 試 験お よ び シ ミュ レー
ショ ン解 析で解 明し た。
ま た，
記 録 波 形の分 析な ど か ら 飽和 波 形の修 復 法 を検 討し た。
修 復 方法 は 基本的に は 山 田・
野 田・
ほ か6） の方 法に よっ て いる。
この方 法では修 復 波 形を x（t＞，
振り切れ た波形をx’ （t）と し て，
両 者の関 係 を 次の よ うに仮定し てい る。
x（
t
）＝
x’
（t
｝十（Vi−
v2）exp （一一
んω τ）sin （ωdτ｝／ω 己…・
…………一………・
…・
…
（1） こ こ で，
t ：時 間，
to：衝突 時 刻，
τ＝ t− t
｛F，
ω ：地 震計の 固 有 円 振 勤 数，h
：地 震 計の 減衰 定数， ωd＝
ω 》T
ア，
V，：衝 突 直 前の 速度，
V
， ：衝突 直 後の速度 で ある。
こ の式は振り切 れ た波 形に初速 度 （妬一V，
｝の 地 震 計の 自 由 振 動 波 形 を加え れ ば，
波 形が修復さ れ るこ と を示してい る。
本 研 究で は振 動 試 験における衝 突 波 形 を 円 弧補正 した後，
等 間 隔デー
タ に変 換し衝 突 前 後の速cm7
．
5 o一
7．
57．
5 Hax＝
4．
Oc囗
o 1一
ア．
5 nax：
7ロ
4cm職
O L口 〜D ヨ0 4D SO Tr罔E 〔SEC】 加 振周期8秒，
振 幅6cm 図一
4 の比較、
6皿 15 Max＝
3．
70口 oトー
一
1515fo一
15 ltar＝
ltロ
ヨじロ嚇
〜
“
15 0一
150 20 10 ED 毆D 丁IME 〔SE匚】 加振周期12，
5秒，
振 幅12c囗 飽 和 波 形 （上），
修復波形〔中 ）お よ び振子の応答 波 形 〔下 ） 度を求め た。 70 組の デー
タに対 して 回 帰 分 析 を行い，
（V
、一
V
，）とV
，に関す る以 下の回帰式を得た （相 関 係 数 O．
99 ）。
（1
／1− 1
弓）＝2．
02Vi 十 〇，
0412 （cm ／s）………・
・
（2） こ の結 果か ら，
飽 和 波 形の修 復に当たっ て は 〔Vi− V
，） を2レ，と し た。 正弦 波 加 振 時の衝 突 波 形とそ の 修 復 波 形 を，
振 子の質 点モ デル の応 答 計 算 波 形 （こ れを正 しい 波 形と考え る〉と 比較 した例を図一
4に示す。 図に示し た例は，
振 動 台の 変位片 振幅が 6cm （周 期8秒 ）と12 cm （周 期12．
5秒 ）の場 合で，
比較 的 振 幅の大きい 場 合 で あ る。
修復波形の最 大 振幅が15
％前 後 小さ めに求め ら れて い る が，
振 動 台の振 幅が 4’
r
．
5 cm の 場 合に は そ の差が 8％以下で あっ た。 修復結果の傾 向と し て衝突速 度が速い ほ ど， ま た その 時の 周期が短い ほど 修 復の 誤 差が大き く な る傾 向が あ る。3．
余震 地動の特性 3．
ユ 余 震 記 録と数値化 本 震お よ び余 震の記 録を調 査する た め に，
まず 宇 津の 資料1） に よ る関東地震 の本震 お よ び余震 の概 要と，
今 村 の 報告q ） に 見ら れ る 記録 波形 との 対 応を 調べ た。
東 京 大 学地 震研 究 所の資 料室に保存され てい る原 記 録の 中か ら， 解 析に適した余 震の記 録 波 形 を 選び， 密 着 焼 付けに よる コ ピー
を作 成し た。
原 記 録に書 き込 ま れた注 釈に よ れ ば，余 震 記 録は教 室 強 震 計，2倍 強 震 計，2倍 強 震 計 （耐 震 家 屋 ）の各 地 震 計によっ て観 測さ れて’
い る。
教 室 強 震 計は幾 何 倍 率 1倍，
固有 周 期4秒の地 震 計で記 録 紙の送 り速 度は 25mm ／min である。
数 値 化し た本 震お よ び余 震の諸 元 と， 波 形 を記 録し た地 震 計の機 種 を ま とめ て表一
1に示す。
図一
5に 1923．
年 関東
地 震の推 定 断 層 面s） （金 森モ デル ｝の水 平 面 投 影図 と余震の震央分布を 示 す。 余 震記録の数 値 化は表一
ユの12
記 録につ いて行っ た。 表 表一
1 1923年 関 東 地 震の本 震と数 値 化した余 震の地 震 諸 元7 ｝ 闘o．
1923年 月 日 時 分 震 漂 地 λ（°
E）φc 卩） 深さ M」
魔
晶
地震計 零19 且 11 58 相 模 湾 139．
5 35．
1SL9A 8z9 11 〜 39 三浦半 島沿 岸 139，
7 35．
2S6．
5B 33 L1 〜 48 稟 京 湾 139，
a 35，
4s7 』 B 躍49 L14 〜3神 京 川 県 西 部 139．
0 35．
4vs5．
7A鹽
59 115 3巳山梨県東 部 138．
9 35．
5VS6．
aB 6g zU 46 目 総学島 沖 1唱o．
2 3昏．
9s7．
3A 79 218 27 〃 140．
5 3牲．
9s7．
1A 889 222 09 神 奈 川 県 西 部 ≧39，
1 35，
3 ▼56，
5A 辱99 8la o診神 奈川県 西 部 139．
0 35．
3 りS5．
9A 匸ogz617 24 伊 豆 大 島 付 近 139．
弓 34．
8 りS6．
7A ◎1110 岨 0 54 神 奈川県西部 139．
1 35．
4 望S6．
4A Ol210 5 〜2 05 〃 139，
1 35．
4VS5．
Σ A 01311231 且 32 神 奈川県 東 部 139．
5 35．
5 りS6．
2A 深 さ （目安 ） VS：0〜
30kv S：3D〜
80k瓰 t；
本研究で 解析した地 震 A：
今 村 式2倍 強撰計東 京
■ 广、、
へ
5
鑑
8
・8e
−
eg2
．
1
0
10
B‘
教室強 震 計、
7
℃
凵
b7
6100Km
一 図一
51923 年 関 東 地 震の本 震お よび余 震の震 央 位 置と推 定 断 層 面 （金 森モデル ）S） 中の ＊印は特に重 視して解 析し た 7記 録で，
震央位置が 断 層 面 内に あり，
かつ比 較 的 良 質な記 録で ある。
波 形の 読み取り はSMAC
リー
ダー
（分 解 能 0．
Ol mm ）によ り，
原 寸 大ま たは 2倍に拡 大 し た記 録 波 形 を細 心の 注 意を 払っ て数 値 化し た。
．
数 値 化は O．
1mm ピッチで等 間 隔に 行い，
磁 気テー
プに収 録 後マ イラー
ベー
ス 紙に プロ ッ ター
出 力し て原記録との照 合 を行っ た。
3．
2 数 値 化 記 録の円弧 補 正と補間 数 値 化 記録に対して まず， ペ ン の傾き を考 慮し た円 弧 補 正 を行っ た。
2倍 強 震 計の アー
ム長 は今 村の 報 告に 従っ て 400mm，
記 録 紙の送り は 1分 問に 40mm と し た。
教室 強 震 計に つ いてはアー
ム長の記 述が ない の で記 録か ら概 略の値を求め，
そ の値を初 期 値と して最 適 長 （ユ90 mm ） を 求め た。
記 録紙の送 り につ い て は，
刻 時 記 録の 平 均 を求め 25mm ／min と し た。 円弧補正後の デー
タ は 2点 補 間 または 3点 補間によ り等間 隔のデー
タに変 換 し た。
波 形 を平 滑 化す る た め，
カッ トオフ周期が O．
5秒と 30秒の チェ ビ シェ フ型の バ ン ドパ ス フ ィ ル ター
を 用い．
た。
3．
3
地 震計の計器特 性の補正 余 震を記 録した 3種 類の地 震 計の計 器 特 性の補 正に当 たっ て，
固 有 周 期と減 衰 定 数は，
今 村の論 文9 ，中に記 述一 37 一
さ れ た値
，
記 録 紙上 に残さ れ た自 由 振動波 形か ら読み とっ た値など を整理 し，
総 合的に判断して決め た。
最 終 的に補正に用いた 地 震 計の固有周期と 減衰定 数 は，
地 震 記 録に よっ て異な る が，
今 村 式2
倍 強 震 計で は 固 有 周 期 9秒ま た は ユ0秒，
減 衰定tft
O．
16，
0．
17ま た は 0，
3な どで ある。
減衰 定 数O．
3は原 記録の 自由振 動 波 形 から読み取っ た値で，
9月ユ4 日以 降の余 震 記 録に用い た。
減 衰 定 数が大き くなっ た原 因は明らかでは ない。
教 室強 震 計の場 合は固有周期4秒，
減衰定 数 0．
2の値を 用 い た。
FFT
に ょっ て地 震 計の刮 器 特 性 を補 正し た後，
再 度 バ ン ドパ ス フ ィル ター
をか け，
信 頼 出 来る周期 範囲の最 終 的な波 形 を求め た。
今 村式2
倍強 震 計につ い て は， 振 動 試 験で信 頼 性が確 認さ れ た周 期 範囲 と し，
かつ，
工学 的な利用 を考 慮し て15
秒までと し た。
バ ン ドパ ス フ ィ ル ター
の カッ ト オ フ周期は0．5
秒，15
秒で あ る。 教 室 強 震 計は振子 の固有周期が4 秒と短いが，
その た め今 村 式に比べ て 摩 擦の影 響 が 少 ない こ と，
変 位 地 震 計の 周 期 5f呂 0．
0−
5．
05．
00．
0−
5．
D0 10 an 30 駒 50 ro 80 SD 100 110 120 ：90 亘40 150 c田゜
510a．
o80．
o60，
040。
oao．
O τ1囲E 匸S匸Cコ O．
0 2 cmaaO．
0−
2．
02．
Oo 』 Ho．
8 図一
6 余 震 No．
2の地 動変 位 波形 とフー
リエ ス ペ ク トル ロ 闢一
S 麗ハ翼菖
1．
61 0皿 cm・
sI5．
O E一
り HAK＝
1．
11 c ロ ， te．
o 5．
0 5T （sec ） 1015一
2，
0O lO 20 30 40 SO 60 70 80 9D 且00 1且0 120 1eo 140 且50 0・
0 2 TIME⊂5匚c】 5T （sec ） 10 15 図一
7 余 震No．
8の地 動変位波形と フー
リエ ス ペク トル 口 Oca0，
0一
2，
02．
o0．
0，
E一
冒 EAX＝
0．
96 c囗 om唱 8．
o 6．
0一
2．
o 4』 2．
o 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10〔〕 nO 120 130 140 150 0．
0 2 T：HE 〔SEC〕 5T （sec） 10 151 図一
8 余震No．
4の 地勤変位波 形とフー
リx ス ベ ク トル c田 乢500．
oo−
D．
500。
500．
00−
0．
500 10 20 30 40 50 60 70 80 9匸〕 100且10120 TIME 〔SEC｝ 図一
9 越 中島で観 測された神 奈川・
山梨県 境の地 震 （1983．
8．
8，
M6．
O）の変位 波 形 表一
2 1923年関東 地 震の主な余 震 地 動の最 大 振 幅 最 大 変 位 振 幅。皿 閧0．
1923年 月 日 時 分 震 源 地 域 H川“ 閥s 闘 29 11239 三 浦 半 島 沿 岸 li．
57、
．
955．
32 49 11423 神 奈 川県西 部 6．
71．
47O．
86 89 22209 神 奈川県 西 部 6．
51．
611．
U 99 81809 神 奈川県 西 部 530．
，
340，
24 1110 4054 神 奈 川 県 西 部 5．
4o．
420．
41 12lo 52205 〃 5，
10．
130．
20 1311 23113 〜 神 奈 川 県東 部 IL2o．
290，
25一
38
一
cm2
。
50
−25
25−50
50−
75
75−100
100−120
（SEC
）N
・ ・k
・S
2．
5
2．
5
0
2．
5
じ皿0−25
0．
5
N
・w
審
・S
O．
50
．
5
25−
50 余 震No．
4
50−
75 75−
100100−120
（SEC
） O O．
51983
年 神 奈川・
山 梨 県 境の地 震 図一
10 余 震No．
4 と神 奈 川・
1」t梨 県 境の地 震 （1983）の水 平 内粒一
F・
軌 跡の比 較 補正で は補 正 倍 率 が 10倍 程 度 まで利 用 さ れ る 例 が多い こ1
と， な ど か ら あ え て 固有周期の3
倍の12
秒 程 度まで を 利 用で き る周 期 範 囲と考えた。
3．
4 余 震 地 動の波 形と そめ 特 性余 震の記 録に各 種の補 正を施し て
得
ら れ た地 動 波形 と そ の フー
リエ ス ペ ク トル を 図一
6〜
図一
8に示す。
余 震 記 録に共 通に見られ るや や長周期 領 域で の卓 越周期Vζ 7〜8
秒， 4− 5
秒などで， 柬京都江東 区越中 島などに お け る最 近の地 震 観 測 結果 と よ く対 応してお り［°），
東京め 深 い地下構造 を 反映し た 周 期 と 考 え ら れ る。
表一2
に復元 し た余震地 動の 最大 値一一
覧表を 示 す。
今 村の記 述で初 動 部分の震動が本震 地動に最も似てい る と さ れ た 9月 1 日14時 23分 の神 奈 川 西 部の地 震 〔余 震 No．
4，
M6．
7）の 2倍 強 震 計 記 録は，
NS 成分の一
部が 消 火 活 動と避 難の際に消 されて い るの で，
欠 落 部 分 を教 室 強 震 計の記録で補っ た。 江 東 区 越 中 島の最近の観測結果の 内，
こ の地 震と震 源 が近い 1983年 8月 8 日の 神 奈 川・
山梨県境の地震 （M 6．
0）の 地 表の変 位 波 形 を速 度記録の積分に よっ て求め た （図一9
）。 越中 島の表 層地 盤 の卓 越 周 期 約 ］秒の成 分 を除 去す る た めに，
2 秒以 下の成分を カッ トし，
比 較の た めに 余震 No．
4の記録 も同 様なハ イカッ トフ ィ ル ター
を か け た。 両 地 震の粒 子軌跡を図一
10に示 す。 両 者 を 比較す る と，
長周 期成分の波 形，
後 続 位 相の出 現，
卓 越 周期，
軌跡な ど が非 常に よく似て い る こと が分か る。
余 震地動の主 要 動 部 分の軌 跡は，
全 体 的に南 北 動が東 西 動より大きい。 余 震 No．
4の周 期 7−
8秒 成 分の軌 跡 も 南 北 方 向に主 軸 を 持 っ て お り，
図一8
の 60〜
90秒の 区間に は， 周期の長い 波が 早 く 到 達 す る表 面 波の分 散 性・
も見られる。
図一
11 ユ923年 関 東地 震の今 村式 2倍 強 震 計にょる原 記 録 波 形 （主 要 動 部分 約15分 間の白黒反 転コ ピー
）一
39
一
cm5
．
o0
．
0一
一
区間A− 一
一
区間B− 一一一一
琳
一一一一
区間C冒
5・
0材
欠 落 部 分o loo 耡 400 弸 糊 eoo goo
一
→H
cm 榊 曲 幅 1000 1且co−
一
TleECSEC］ 図
一
12EW 成分の数値 化 波 形 〔円 弧 補 正後 ） こ の よ うに，
本研究で数 値 化し た関 東 地 震の 余 震 記 録 は，
その特 性が最 近の観測結果と良く調和してお り，
数 値 化と各 種 補正 の結 果は信頼性が あ る もの と考え ら れ る。 4．
本 震 地 動の復 元 4．
1 今 村 式2倍 強 震計によ る本震 記 録と数値化 地 震 研 究 所に保 存さ れてい る原 記録 （図一
11｝によ る と，
NS 成 分お よ びUD 成 分は主 要 動の 始めで大 振 幅の た め 振 り 切 れ てい る。
し か し，EW
成分 は初 動か ら約 lO 分 間 が 飽 和 波 形で， その後の約 10分 間は飽 和 部 分の ない波形と な っ て お り， 全 体と し て約 20分 間の記 録が あ る。
ま た，後 半の約 10分 間は NS 成 分 も再び記 録され，
C田 25一
2525 o や や 長 周期 成分の 地 動 が 非 常に長い時 間 継 続 し た様 子 が 分か る。 この記 録の 数値化は， 田中・
吉沢・
大沢 川 が長周期 低 倍 率地震 計の 記 録を解 析し た際に実 施 し たもの であ り，
原 記 録の 密 着コ ピー
を用い ディジ タ イザー
（分解 能0．
l mm ）により不 等 間 隔で慎重に読み取ら れ た も の で あ る。 今 回，
直 線 補 間に よ る等間 隔デー
タ を作 成し，
ま た，
長 時 間に わ た る記 録 紙速度の精 度を調べ る た め， 1分間 隔 の タ イム マー
ク を すべ て読み取り，
平 均 速 度とばらつ き に つ い て検 討し た。
平 均 速 度は39，
2mm ／min で，
標 準 偏差は 0．
45mm ／min で あっ た。 記 録 ドラ ム の回 転む ら は小さい ことが分か る。
一
→
一
25 0 簡 一N ’
繍
編
3倍 ） L 踟o 鋤 4al 関o 0 700 細 TI−E【SEt ， 図一
13 EW 成分の修 復 波 形 〔上 〉 と 計 器 特 性 を補iEし た変 位 波形 〔下 ）一
嚇 副 倍） 蜘 tco1｝ ttco c口／5 25，
0 O．
0一
25．
o 150 o，
lsoo且OD 3004co 500 δoo Ico 跏 9DOLorro
−
l一 」
】00 TlnefSEC〕
図
一
14 EW 成 分の速 度および加 速 度 波 形幾 何 倍 率と円 弧ひずみ を補 正し た
EW
成分 の数値化 波 形を図一
12に示す。
約20分 間の全記録を3区 間に 分 けて観 察すると，
主 要 動の約 3分 間 （区 間A
｝は，
大 振 幅によ る欠 落 部 分 を 含む激しい飽 和 部 分で あ る が，
その 後の 約 7分間 （区 間B ）は，
振 動 実 験で再現 し た 程度の 比較的軽 度な 飽和 音「〜分で ある。
初 動か ら約 10分一
20分 の間 （区 間C
）は，
飽和 部 分のない波 形 となっ ている。
NS
成分に つ い ては，
同様に後 半の約 10分間の 数 値 化 を 行っ た。
な お，
今 村4） に よ る と 地震 計の設 置 方 向は正 確にNS ，
EW
で は な く，
N 方 向はN1’
3°W，
E方 向はE
ユ3°
N
で は あ る が，
本 論 文では 方向を NS， EW と表現 する。
4，
2 波 形の復 元と本 震 地 動の特 性 数値化 したEW
成分の記 録に余 震 記 録 と 同 様 な 方 法 で 円弧 補 正 を 施し， 補間 を行っ た。
飽和 波 形の修復に は 2．
3節で述べ た方 法 を 適 用し，
振 幅に よ る衝突の判 定 規 準を設けた が，
さ らに数 値 化波 形 を拡 大し，
逐一
衝突 部 分を確 認 し ながら修 復 作 業 を進めた。
強 震 計の周 期 特 性 の．
補 正に は，
本 震 記 録に対する今 村の記 述4）か ら固 有 周 期を ID秒，
減 衰 定 数を0．
17と し た。
図一
13に 飽和 部分の 修復波形お よ び 周期 特 性を 補 正 し た 地動変位波 形を示す。 本研 究で は区 間A中に含ま れ る記録の欠落部 分2個 所 （約ユ0秒 間，
図一
12中に示す） は，
欠落 し た ま ま修 復して い る。 これ は，
本 研 究で は 長 時 間 継 続す る や や長 周 期 成 分 を対
象と して い る の で，
ご く短時 間の欠落 部 分を無理に修 復 し な い方が良いと判 断 し た た め で ある。
復 元さ れ た地 動 変 位 波 形の最 大 振 幅は 14，
5cm であ る。 最 初の 3分 間は振 幅10 cm 以上の 地勤が続 き，
次 cm噸
S400．
o 200．
0 2囗o．
o LDO．
O 0．
0 2 cm・
S’
150．
o 100．
o SO．
e 区間A （0−
250秒 ） 口．
0 2cm’
540．
0 軍】．
0 20．
0 【0』 5 10 T（SEC） 15 20 区 問 i3（250−
600秒 ） 0．
0 2 5 10 T （SEC） 15 20 区間C （500秒以降 ） 5T （SEC） 1015 20 図一
15 EW 成 分 変 位 波形の フー
リエ ス ペ ク トル 後 秒 始 コ 開 04 録 5 記 p 由 ▼ r 0 5 O．
D一
5．
05．
D EW 成 分 HAX ＝ 2．
87 0皿 0．
O鬯
5．
0 NS 成 分 MA置 ； 3．
42 cmD 20
‘
40 50 BO LOO 120 140 ［60 180200 脚 240250280 細 3203 噌0360 銘04004 昂 4404 関 48D5qo
S205ua
S60
’
560500 TI旺 【s匚c〕阻
5C0
−
100 100−
200 200−
300 3eo−
40e 400−
500 500−
600（SEC）・
eS
NIPiil
5S5 0 5c 囗 図
一
16 本 震の後 半 10分 間の水 平成 分 波 形 と粒 子 軌跡一
41
一
の 3分 間は 5
−
10cm，
その 後 6分〜
10分 間で は 5cm 以 下の振 幅 が 続い てい る。
後 半の 10分〜
20分は振 幅が lcm 程 度に急 減し て い るが，
図一
11の原 波 形で も波 形 の連 続 性に不 自然な点は見られな い。 東京で観測 さ れる や や長 周 期 地 震 動には，
し ば し ば現れ る波 形 的 特徴であ る とい え よう。 図一14
にEW
成 分の変位 波 形を数値微 分し，
周期 2 秒以 下の成分 を カッ ト して求め た速 度と加 速 度の波 形を示す。 速 度 最 大 値は約26cm
／s，
加速度最 大値は約190cm
／s2 と なっ た。 振 幅5cm 以上の波の継 続 時 間は 5．
3分，
振幅が最大 値の 1／5になる までの 時 間 （主 要 動の継 続 時 間と見な す） は 8．
2分で ある。 1944年 東 南 海 地 震 （M8 ．
O
），1968
年 十 勝 沖 地 震 （M7．
9）などM8 級の大 地 震の硬質地 盤上 における低 倍 率 変位 計 記 録で みる と，
主 要 勤の継 続 時 間 は 3〜
4分 程 度で あ る。 し た がっ て，
1923年 関 東地震の 場 合は，
多重震 源 または直後の大きい 余 震に よ る実 質 的 な継続時間の延び と，
関東 平野の盆地構造に よ り発 生し た表面波の寄与に よっ て， 柬 京に お け る や や長 周 期 地 震 動が，
特に長い継 続 時 間に な っ た もの と推 測さ れ る。
本 震の フー
リェ スペ ク ト ル をA，
B，
C の各 区 間に分 けて図一
15に示す。
区 間A
の卓 越 周 期は 8秒，
10秒，
12秒，
14秒など，
区 間B で は 7，
5秒，
11秒，
14秒，
区 間C
では 7−
8秒， 10秒， 12秒， 14秒な ど が卓 越し て い る。
図一16
に記録後 半の約 10分 間のEW ，
NS
両 成 分の 変位 記 録と水 平 面 内の粒 子 軌 跡を示 し， 図一
17にNS
成分の フー
リェ スペ ク トル を 示す。NS
成 分の卓 越 周 期 は区 間C
のEW
成 分の卓 越 周 期 と 良く一
致して お り，
粒子軌 跡に も顕 著な方 向性は見ら れ な いが， 波 形 最 大 値 お よ びス ペ ク トル振 幅は NS 成 分の ほ うが 20〜
30 ％ほ ど大きい。
5．
復 元 地 動の 工学 的 評 価5．
1 本 震 地 動に関す る既 往の研 究 との比 較 本 研 究に よる L923年 関 東 地 震の地 動 推 定の結 果 を 既 往の研究と比較す る。
本研究で はEW
成 分の 復 元 変 位 波 形は，2
秒か ら15
秒の周期領域に おいて，
最 大 変 位14．
5cm，
最 大 速 度約 c瓣’
seo．
e 日0．
0 40．
O 20．
0 o．
0 2 図一
17 5 10 15 20 T （SEC） NS 成分の フー
リエ ス ペ ク トル 〔区 間C）一
42
一
26cm ／s，
最 大 加 速 度 約 190 c皿 ／sz と なっ た。
NS
成分 は 主 要 動 部 分の記 録 波 形が ないが， EW 成 分に比 較 し て よ り大き な 地動であっ た と考え られて い る4｝。 余 震 記 録 のNS
成分 とEW
成分 を 比較する と，
最 大 振 幅はNS
成 分がEW
成 分よ り平 均 的に 1．
5倍 大き く，
本 震 記 録 後半の ］O
分 間の振 幅もNS
成分 がEW
成 分よ り大き い。
ま た， 余 震 記 録 を 用い た本震 地 動の 合 成結果 1z｝ で もNS
成分 が平 均的に 1．
5 倍大きい 。 こ の 比 率が本 震 地 動 にも当て は ま る と仮定す れば，NS
成分の最：大変位は20 数cm で あっ た と推 定さ れ る。
本研究と直接 的に比 較で き るの は，
那 須・
森 岡・
ほ か131・
L4） に よ るユー
イング式の 円 盤 記 録の復元結果の みであ る。 こ の研 究で は約 2分 間 の復元 記 録の最大変 位は約 50cm で，
本 研 究の復元地 動 の約3
倍と なっ てい る。 し か し，
やや長 周 期の卓 越 周 期 は8〜9
秒，12〜13
秒な どで本研 究の結 果と お およそ対 応す る。
村 松・
入會15 】， 村松 ］6 ） ， 横田・
片岡・
田 中 ］2 ） な どの 研 究に よれ ば， 1923年 関 東 地 震の余 震 記 録を用い た本 震 地動の推 定 結 果は 10〜
30 cm 程 度とな っ て お り， 本研 究の結 果と お おむね調 和す る。
断 層モ デ ル に よる理論研 究の結 果enXt：］7 ）一
］9）では ， 周 期 範 囲 が．
本 研 究に比 較 して よ り長 周 期まで を対 象と して いる た め，
大き な最 大 変 位と なる場 合が多く，
直接 的な比 較は でき ない。
速 度 最 大 値は本 研 究では EW 成 分が約26
cnl／s であ り，NS
成 分 をその 1．
5倍 程 度と す る と約 40cm ／s と な じ囗ノs500 200 Sv lOO 50 20 10 2區 』
Kanヒ01923Sサ
ー
闢E （罰a5u ＆ 月oriロka） A ’ 、ハ
K邑飢oL923E甘 l l （TLi5study ） 1 」 I I 〃♂ 嗣ノ 、 鹽
1
、
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¶
〉、
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」
ノ単
一一
．
一
7af竃195ZE冒一匿
一一
．
ELContro1940 鰐S
曹
■
一
｝
閧aobinoheL9 匡8HS 5T （SEC） 10 20 図
一
18 関東地 震の EW 成分 地動と代表 的設計用 地 震 動 〔25 cm ／s に基 準 化 ｝の速 度 応 答ス ペ ク トル の比較る。 森 岡
・
山 田 一） の結 果で も約 40cm ／s となっ てお り，
その他の 研究 結 果もほ ぼ こ れ ら に相 当する値と なっ て い る。 本 研 究にお け る加 速 度 振 幅は，
周 期2〜
15秒に周期 範 囲を限っ て計 算し た値であり参 考 値 と考え る。
他の研 究 結 果の加速度 最 大 値との 直 接 的 比 較に は注 意を要す る。 5．
2 設 計 地 震 動との比 較 本 研 究で復 元 し た 1923年 関東地 震EW
成分の 地 動 は，
2秒か ら15秒の周 期 範 囲 を含ん でい る。
こ の周 期 領 域で は表 層の ご く浅い 地 下 構 造に よる増 幅の影 響 は少 な い か ら，
本 復 元 地 動は東 京 中心部の相当 広い範囲 を代 表 する関 東 地 震の地 動 と 考え る こと がで き る。
そこ で，
関 東地震の東 京に お け る や や長 周 期 成 分の大 きさを相 対 的に評 価する ために，
超高 層建物の耐 震 設 計に用い られ る標 準 的な 入力地震 動との比 較を行っ た。
El
Centro
l940
NS ，
Taft
1952
EW
お よびHachi・
nQhe 1968 NS の最大 速 度 振幅を 25 cm ／s に棊 準 化し た 波形と
，
本研 究のEW
成 分 波 形およびユー
イング式 地 震 計に よるsw −NE
方 向の復元波 形z｝ を 速 度 応 答ス ペ ク トル （減衰 定数0．
Ol
）に よっ て比較 し た。 結 果を図一
18
に示す。 ま た，
最 大速度振 幅を50cm
／sに基準 化し た速度応 答ス ペ グ トル と も比較し た。 本研究で復元 し た 関 東 地 震の 地 動は，
周 期 2秒から 10秒の範 囲で 25cm ／ S に基準化 し た設計用地 震動よ り は 大 き な応 答を与え る が，50
cm ／s で基準化し た 設計用 地 震動と 比較す る と ほ ぼ同程度
かそれ以下の応答と なる。 ユー
イング式 地 震計 に よ るSW −NE
の応 答スペ ク トル は， 周期 約13秒の成 分が非 常に大 きい が，
10秒 以 下の周 期 領 域の応 答 値は 逆に小さ い。
6．
結 論 本 論 文で得ら れた知 見を ま とめ て以 下に示 す。
（1） 今 村 式 2倍 強 震 計の振 勤 試 験と飽 和 波 形の修 復 1） 良 く整 備された今 村 式2倍 強 震 計は 2秒か ら15 秒 位 までの周 期 範 囲で信 頼 出来る変 位 波 形 を記 録して お り， 数値化 記 録は 工学的な目的に十分使用でき る。
2
） 記 録 波 形の飽 和の原因 は， 振子に取 り付け たダン パー
の真 鍮 板と油 槽の衝 突に よ る もの で ある。
3） 飽 和 波 形の修 復に は山田・
野田・
ほ か に よ る振子 の剛 体 衝 突の補 正 方 法が適 用で き る、
（2
） 余 震 地 動の数 値 化と そ の特性 1） 余震の 記録に各種の補正 を 施 して得ら れ た 推 定 地 動に見ら れ る卓越周 期は 7−
8秒，
4〜
5秒な どで，
東 京 に お け る最近 の地震観測結果と も よ く 調和し ている。
2） 数 値 化 し た7余震の主 要動部分の粒 子 軌跡 は，
全 体 的に南 北 動の方が東 西 動よ り大きい 。 東 京にお け る最 近の地 震 観 測 結 果で も，
南か ら西の方 向で発 生す る 地震 の 際の軌 跡は南 北 方 向に長く， 関 東 地 震の余 震と同じ傾 向 を示す。
3） 余 震 地 動の最 大 変 位 振 幅は，NS
成 分 がEW
成 分 に比べ て平 均 約 1．
5倍 大きい。
（3） 本 震 記 録の復 元’
1） 1923年 関 東 地 震のEW
成 分の復 元 波 形は，
周 期 2秒か ら15秒の帯 域に お いて， 最大 変 位 14．
5cm，
最 大 速 度 約 26cm ／s， 最大 加 速 度約ユ90
cm ／s2 と なっ た。
2） 変 位 波 形で は記 録の最 初か ら約 3分間は振 幅10 cm 以 上の地 動が続き，
次の3
分間は5一
ユOcm ，
その後6r−10
分間で は、
5
cm 以 下の振幅と なっ てい る。
後 半で は lcm 程 度の や や長周期の 波が 10分近く続いて い る。
｝ 3 記 録 波 形の卓越周期は記録 区 間別に整理 すると， 区 間A
（O−
250秒 〉 区 間B （250−
600秒 ） 区 間C
（600−
1，
］40秒 ） ：8秒，
10秒，
】2秒，
14 秒 ：7．
5秒， 11秒， 14秒 ；7〜
8秒，
10秒，
112
秒，
14秒 な どであ る。関 菓 平 野の地下 構 造によ る表 面 波 （ラブ波 ） と考え られ る周 期7−
8秒の成 分が顕 著に見ら れ，
最 近 の地 震観測結果と も よ く調 和す る。
4 ）主要 動 部 分の記 録 波 形がな い NS 成 分は
，
余 震記 録 等の検 討か らEW 成 分に比 較 して 1．
5倍 程 度 大き な 地動で あっ た と考え ら れ る。
こ の比 率 を 本 震 地 動に当て は め る と，
NS 成 分の最 大 変 位は 20数 cm と推 定され る。 5 ） 記 録の区 間C
に相 当 する後 半の ユ0分 間の記 録 波 形 を見る と，NS
成分がEW
成 分より 20−
30 ％程 度 大 きい。
両 成 分の ス ペ ク トル特 性 は 互い に よ く似て お り， 粒子軌 跡にも 顕著な方 向性は見ら れ ない の で，
これ ら の 波は震 源で発 生 し た波 動と は考え難い。
（4＞ 復元地 動の 工 学的評 価’
1） 東 京に おける地 動の全 貌が残され てい る今 村 式 2 倍 強 震 計の記 録 を復 元 し た結 果，
波 形 全 体の特 徴は今 村41の体 験に よる地 震 動の様子 と よ く 調和して いる。 周 期7−
8 秒， 14 秒の大き な振幅が 6分 問も続き，
その後 も10数分 間震 動が継 続す ること は，
超高層 建 築を始め と す る 減衰の小 さい 長 周期 構造物の耐 震 設 計上注 目すべ きこ と と考え られる。 2） 耐 震 設 計の入力 地 震 動と して通常用い ら れ る代 表的
強 震 記 録の最 大 速 度 振 幅を 25cm ／s と50 cm ／sに 基準 化 し，
そ の 速 度 応 答ス ペ ク トル と， ユ923年関東地 震 EW 方 向の ス ペ ク トル を 比 較 し た。 本 研 究で復 元さ れ た関 東地震の記 録は，
周 期 2秒か ら 10秒の範囲で 25 cm ／s に基準 化 した設 計 用地震 動より は大き な応 答 を与 え る が，50cm
／s で基 準 化し た設 計 用 地 震 動と比 較す る と ほ ぼ同程度の応答と な る。 謝 辞 本 研 究に当たっ て，
関 東 地 震の本 震・
余 震 記 録の使 用 に は柬 京 大 学 名 誉 教 授，
大 沢 胖 博 士を始め と して東 京 大 学 地 震 研 究 所の岩 田 孝 行 先 生， 工藤一
嘉博士にひ と か一 43 一
たな らぬ御 助力を頂き ま し た
。
今村式 2 倍 強震計の整備 と振 動 試 験は岩 田 先 生お よ び国 立 科 学 博 物 館の大 迫 正 弘 博士の御 好 意と御 助 力で実 現す ること ができ ま し た。 ま た，
ユー
イング式 地 震 計の復元波 形は，
早 稲田大 学理 工 学 研 究 所の故 森 岡 敬 樹 博士 と山 田 真 氏の御 厚 意で使 用 さ せて頂き ま し た。 心 か ら感 謝い た し ま す。 ま た，
振 動 実 験の実 施に当っ て清 水 建 設 技 術 研 究 所の関 係 者に協 力 し て頂き まし た。 社 内の関 連 プロ ジェ ク トの閧 係 者に は 研 究の推 進に理 解と協 力を頂き ま し た。 こ こ に記し て謝 意を表し ま す。 参 考 文 献 1） 那 須 信 治・
森 岡 敬 樹 ：烈 強 震の地 動 （4 ），
（5），
建築 技 術，
No，
259，
pp．
159−
164，
1973．
3，
No．
267，
pp．
241−
247，
1973．
ll2） Morioka
，
T．
：Tha ground rnotion of the greatKwanto
earthquake of 1923
，
Trans．
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3SYNOPSIS
'
UDC:S50. 34"1923"
ESTIMATION
OF
LONG-PERIOD
GROUND
MOTION
OF
THE
1923
GREAT
'
'
KANTO
EARTHQUAKE
byHARUHIKO YOKOTA, SHUN･ICHI KATAOKA, Dr.TEV[ TANAKA. Instituteof
.Technology,
ShimizuCorporation,a,nd
SHIZUYO
YOSH]ZAWA, EarthquakeResearchtute, Universityof Tokyo, Members of A.I.
J.
'
The
long-period
(2
to 15sec) ground motion causedby
the 1923Great
Kanto
Earthquake
wasinvestigated
to obtain moredetailed
information
forthe seismic designof long-periodstructures, especially those constructed,intheToky6 aiea.
In
order toinvestigate
themain shock ground motion, theincemplete
seismograrn obtainedby
the Imamura type strong-motion seismograph at the University ofTokyo
was used.To
examine thebehavior
ofthe pendulum system and tefinclthe cause of saturation, shaking table tests vveTe carried out
for
theImamura
type seismograph, whichhas
been
exhibited at a museum. Applicablity of the method fof mending the saturated waveforrfis wasfound
and confirmed through numerical experiments.The
fotlowing
restoration and cor[ection were'performed
:(1) mending of the saturated waveforms of the incomplete main shock
'seismogram
and
(2}
correction ofinstrument
response of theseismograph.
The
main results ofthisstudy canbe
summarized asfollows
:1) The peak ground amplitude of the 1923
Great
Kanto
Earthquake in'central
Tokyo was about 15cmin
theE-W
component.'
2) The
duration
of significant portionof the main shock ground motion was aslong
as10
minutes.3) The peak amplitudes of the velocity response spectrum with a
damping
lactor
ofO.
O]
was80
cm/sfor
theE-W
component.4)
The
ground motion intheN-S
componentis
presumed tohavebeen
aboyt 1.5timesiarge[
than that inthe
