(14)硬
質 地 盤 に お け る 鉛 直 ア レ-観 測 で 得 られ た 地 震 動 特 性
日本 原 子力研 究所
正 員
○ 蛯沢 勝 三 、馬場
治 、鈴木 偉 之
佐 藤工 業
正 員
中村
晋
大阪 土質 試験 所
正員
田居
優、香 川敬 生
1. は じ め に
鹿 島灘 沖 は 、 多 く の有 感 地 震 の 発 生 地 域 で あ る と 共 に 、 周 波 数 特 性 の 異 な る 地 震 動 の震 源 域
で も あ る[1]。
そ の た め 、 鹿 島 灘 沖 に 面 し た大 洗 周 辺 で は 、 周 波 数 特 性 の 異 な る 多 数 の 地 震
動 を期 待 し得 る の で 、 地 震 動 の サ イ ト地 盤 局 所 特 性 等 を研 究 す る 上 で 有 用 な 場 所 で あ る と考 え
ら れ る 。 日本 原 子 力 研 究 所 で は 、 大 洗 町 に あ る大 洗 研 究 所 敷 地 内 で1987年12月
か ら、 加 速 度 計
(水 平2成
分 、 鉛 直1成
分)を
鉛 直 方 向 に4箇 所 設 置 し た鉛 直 ア レー 観 測 を 行 っ て い る 。
鉛 直 ア レー 観 測 に 当 た り、 敷 地 内 の 地 盤 を対 象 と し て 、 ボ ー リ ン グ調 査 、PS検 層 等 の 原 位 置 試
験 、 浅 層 反 射 法 探 査 等 が 行 わ れ 、 地 盤 物 性 が 詳 細 に 調 査 さ れ た 。
著 者 等 は 、 加 速 度 フ ー リエ ス ベ ク トル を パ ラ メ ー タ と す る 断 層 モ デ ル に 基 づ く地 震 動 予 測 式
作 成 法 の 開 発 の た め に 、 こ の サ イ トで の 観 測 地 震 動 を 用 い た イ ン バ ー ジ ョ ン解 析 等 を行 っ て い
る 。 こ れ ま で に 、 震 源 特 性 や 局 所 地 盤 で の 水 平 及 び 鉛 直 動 の 増 幅 特 性 に 関 す る 知 見 が 得 られ た 。
本 報 で は 、 大 洗 サ イ トで の鉛 直 ア レ ー 観 測 シ ス テ ム とサ イ ト地 盤 物 性 に つ い て 述 べ る と共 に 、
こ れ ま で に観 測 さ れ た 地 震 動 の 諸 元 と主 な 地 震 動 の 震 源 ス ペ ク トル 等 に つ い て 述 べ る 。 水 平 及
び鉛 直 動 の 増 幅 特 性 に 関 す る 知 見 に つ い て は 、 本 発 表 会 で の他 の 報 告 で 行 わ れ る[2]。
2. 鉛 直 ア レ ー 観 測 シ ス テ ム (1) 観 測 機 器 の 概 要 鉛 直 ア レ ー 観 測 機 器 は 、 地 震 計 、 増 幅 器 、 収 録 装 置 、 無 停 電 電 源 装 置 等 か ら な る 。 主 な 機 器 の 概 要 に つ い て 述 べ る 。 地 震 計 は 、NS、EW、UDの3成 分 を 有 す る サ ー ボ 型 加 速 度 計 で あ る 。 増 幅 器 の 加 速 度 の 最 大 測 定 値 は ±1000Gal、 加 速 度 の 周 波 数 特 性 は0.1∼30Hz、 速 度 の 周 波 数 特 性 は0.5∼35Hzで あ る 。 収 録 装 置 は 、 ス タ ー タ ー 、 磁 気 記 録 、 遅 延 、 時 計 の 各 装 置 か ら な る 。 ス タ ー タ ー 装 置 で は 、 信 頼 性 工 学 で の"OR"及 び"AND"ゲ ー ト を 用 い て 作 成 さ れ た3チ ャ ン ネ ル 構 成 の ト リ ガ ー シ ス テ ム に よ り 、 任 意 の 地 震 動 レ ベ ル を 検 知 す る 。 継 続 時 間 は 、 地 震 波 終 了 後 の 約30秒 ま で で あ る 。 磁 気 記 録 装 置 の サ ン プ リ ン グ 時 間 は1/100秒 で 、 サ ン プ リ ン グ デ ー タ は デ ィ ジ タ ル テ ー プ に 記 録 さ れ 、 最 大 記 録 時 間 は 約150分 で あ る 。 遅 延 装 置 の 遅 延 時 間 は 約10秒 で あ る 。 時 計 装 置 の 時 間 は 、NHKの 時 報 で 自 動 修 正 さ れ る 。 無 停 電 電 源 装 置 の 停 電 保 償 時 間 は 約30分 で あ る 。 (2) 地 震 計 の 設 置 位 置 地 震 計 は 、 地 表 面 か ら1.2m、32.1m、95.15m、173.6mの 場 所 に そ れ ぞ れ1個 、 合 計4個 設 置 さ れ て い る 。 ト リ ガ ー は 、 地 表 面 か ら173.6mの 地 震 計 に0.5Galで 設 定 さ れ て い る 。 3. サ イ ト 地 盤 の 調 査 ・ 試 験 (1) 調 査 ・試 験 の 内 容 サ イ ト地 盤 に 関 す る 調 査 ・試 験 と し て は 、 ボ ー リ ン グ 調 査 、 原 位 置 試 験 と し て のPS検 層 、 孔 壁 加 圧 試 験 、 標 準 貫 入 試 験 、 ボ ー リ ン グ コ ア に よ る 室 内 土 質 及 び 岩 石 試 験 及 び 浅 層 反 射 法 探 査 等 が 行 わ れ た 。 (2) ボ ー リ ン グ 調 査 及 び 原 位 置 試 験 深 さ 約200mの ボ ー リ ン グ が3本 、 約100mの ボ ー リ ン グ が7本 、 そ の 他4本 試 錐 さ れ た 。 孔 径 は 、5種 類 で 、 不 撹 乱 試 料 が 採 取 さ れ た 。 表1に ボ ー リ ン グ に よ り 得 ら れ た 地 層 名 及 び 地 層 区 分 を 示 す 。 こ の 敷 地 で の 層 相 は 、 上 か ら ロ ー ム 層 、 見 和 層 及 び 石 崎 層 の 第4紀 系 が 水 平 に 堆 積 し 、 こ れ ら の 下 に 鮮 新 統 、 中 新 統 が 堆 積 し て い る が 、 両 者 は 不 整 合 面 を 介 し て 分 布 し て い る 。 ―53―原 位 置 試 験 のPS検 層 で は 、9本 の ボ ー リ ン グ 孔 を 対 象 と し て 、 サ ス ペ ン シ ョ ン 法 と 板 た た き 法 に よ り原 位 置 で のP波 とS波 速 度 を 求 め た 。 表1中 にPS検 層 結 果 を 示 す 。 表 か ら ロ ー ム 層 と 見 和 層 で は 、 サ ス ペ ン シ ョ ン 法 の 値 が 高 い が 、 石 崎 層 、 鮮 新 統 、 中 新 統 で は ほ ぼ 一 致 し て い る 。 孔 壁 加 圧 試 験 で の 静 的 及 び 動 的 加 圧 試 験 を 行 い 、 原 位 置 で の 静 的 及 び 動 的 地 盤 定 数(初 期 側 方 圧 、 降 伏 応 力 、 破 壊 応 力 、 地 盤 反 力 係 数 、 静 的 変 形 係 数)を 求 め る と 共 に 、 標 準 貫 入 試 験 に よ りN値 を 求 め た 。 室 内 土 質 試 験 で は 、9本 の ボ ー リ ン グ コ ア を 用 い て 、 単 位 体 積 重 量 、 間 隙 比 、 平 均 粒 径 等 の 物 理 特 性 、 一 軸 圧 縮 強 度 、 粘 着 力 、 内 部 摩 擦 角 の 強 度 特 性 、 静 的 変 形 係 数 、 圧 密 降 伏 応 力 等 の 変 形 特 性 を 求 め た 。 同 様 に 、 室 内 岩 石 試 験 で は 、3本 の ボ ー リ ン グ コ ア を 用 い て 、こ れ ら の 物 理 ・ 強 度 ・変 形 特 性 を 求 め た 。 (3) 浅 層 反 射 法 探 査 ボ ー リ ン グ 孔 間 の 地 層 の 連 続 性 と 地 盤 速 度 値 を 把 握 す る た め に 、 東 西 ・南 北 方 向200mの 測 線 長 を 対 象 と し て 、 電 磁 ハ ン マ ー 板 た た き 方 式 と 重 錘 落 下 方 式 に よ るP波 とS波 の 浅 層 反 射 法 探 査 を 行 い 、 地 盤 構 造 図 を 作 成 し た 。 探 査 の 結 果 、 主 に5つ の 反 射 面 が 認 め ら れ 、 ボ ー リ ン グ に よ
り得 られ た 地 質 柱 状 図 の 各 層 の 境 界 面 と よ く一 致 し て い た 。
4. 観 測 地 震 動 の 特 性
(1) 地 震 の マ グ ニ チ ュ ー ド 、 震 央 距 離 と 最 大 加 速 度 1987年12月 か ら 地 震 動 を 観 測 し て い る が 、 整 理 済 み の1992 年2月 ま で の60個 の 地 震 動 デ ー タ の 概 要 に つ い て 述 べ る 。 図1に 地 震 の マ グ ニ チ ュ ー ド 及 び 震 央 距 離 の ヒ ス ト グ ラ ム を 、 図2に 各 地 震 の マ グ ニ チ ュ ー ド と 震 央 距 離 の 関 係 を 示 す 。 表1 ボ ー リング調 査 及 びPS検 層 の 結 果 (注)深 さ、層 厚 は9本 の ポー リ ング の平均 で あ る。 表 中の数 値 は各層 の平均 値 であ る。 GLは 、 地表 面 か らの深 さを表 わ す。 図1 地 震 の マ グ ニ チ ュ ー ドと 震 央 距 離 の ヒ ス トグ ラ ム 図2 地震 のマ グニチュ ー ドと 震央 距離 の関係 ―54―表2に 主 な 地 震 動 の 諸 元 を 、 図3に 主 な 地 震 の 分 布 状 況 を 示 す 。 地 表 面 で の 水 平 地 震 動 の 最 大 加 速 度 が 、 約20Gal以 上 の も の が28個 観 測 さ れ て い る 。 こ れ ら の う ち 、 最 も 大 き な 水 平 動 は 1990年5月 の 地 震 の 約187Gal、 上 下 動 は 同 じ 地 震 の 約69Ga1で あ る 。 水 戸 気 象 台 で の 大 正10年12月 か ら 昭 和61年2月 ま で の 地 震 記 録 の 震 度 を 整 理 し た と こ ろ 、 震 度III(約10∼25Gal)の 地 震 が 年 に 約5∼6回 程 度 、 震 度IV(約25∼80Gal)の 地 震 が 年 に1回 程 度 、 震 度V(約80∼250Gal)の 地 震 が10年 に1回 程 度 襲 来 し て お り 、 こ の 周 辺 は 地 震 活 動 度 の 高 い 地 域 で あ る と 考 え ら れ る 。 (2) 水 平 動 と 上 下 動 の 最 大 加 速 度 の 比 地 表 面 で の 最 大 加 速 度 が8Gal以 上 の20波 を 対 象 と し て 求 め た 上 下 動 成 分 と 水 平 動 成 分 の 最 大 加 速 度 比 の 測 点 毎 の 平 均 値 と標 準 偏 差 を 表3に 示 す 。 表 か ら 、 各 測 点 で の 平 均 値 は 、 約0.39か ら0.58の 範 囲 で 測 定 箇 所 に よ る 違 い は 小 さ い 。 上 下 動 成 分 に 対 す る 水 平 動 成 分 の 比 に つ い て 渡 部 等 は 、 震 源 近 傍 で は1に 近 い が 、震 央 距 離 が 増 す と 約0.4か ら0.6の 値 に な る と 述 べ て い る[3] 今 回 対 象 と し た 地 震 動 の 震 央 距 離 は 、 比 較 的 大 き い こ と か ら 、 渡 部 等 の 結 果 と 整 合 し て い る 。 一 方、 標 準 偏 差 は 、 第1側 点 以 外 は 約0.12か ら0.16の 範 囲 で 近 似 し て い る が 、 第1測 点 は 約 0.27で 他 よ り ば ら つ き が 大 き い 。 表2 主な観測地震動の諸元 表3 上 下動成 と 水平動成分 の 最大加速度 の比 最 大加速度2Gal以 上 の20波 を用 いて評価す る。 5. 観 測 地 雷 動 の 応 用 図3 主な地震 の分布 状況 (1) 地 震 動 予 測 式 作 成 法 の 概 要 地 震 動 は 、 震 源 特 性 、 伝 播 特 性 、 サ イ ト局 所 地 盤 特 性 に 影 響 さ れ る 。 断 層 モ デ ル に 基 づ く 地 震 動 予 測 式 は 、 こ れ ら3つ の 特 性 か ら な り、 加 速 度 フ ー リ エ ス ペ ク トル と し て 表 わ す 。 各 特 性 を 構 成 す る パ ラ メ ー タ を 確 率 変 数 と し て 、 そ れ ら の 分 布 関 数 を 決 め た 上 で 、 そ の 中 央 値 と標 準 偏 差 を 求 め 、 こ れ ら の 不 確 実 さ の 伝 播 解 析 か ら 加 速 度 フ ー リ エ ス ペ ク ト ル の 中 央 値 と 標 準 偏 差 を 求 め る 。 各 特 性 は 、 観 測 地 震 動 ス ペ ク トル を 用 い た イ ン バ ー ジ ョ ン 手 法[4]に よ っ て 求 め る 。 ―55―
(2) 観 測 及 び 震 源 ス ペ ク トル と 応 力 降 下 量 大 洗 サ イ ト を 対 象 と し て 、 こ の サ イ ト と こ れ を 取 り 巻 く 気 象 庁 の7つ の 観 測 所(小 名 浜 、 水 戸 、 銚 子 、 館 山 、 横 浜 、 東 京 、 前 橋 、 宇 都 宮)で の 観 測 ス ペ ク ト ル を 用 い て 、 イ ン バ ー ジ ョ ン 手 法 に よ り震 源 特 性 、 伝 播 特 性 、 サ イ ト局 所 地 盤 特 性 を 構 成 す る 各 パ ラ メ ー タ を 求 め た 。 ま た 、 得 ら れ た 断 層 パ ラ メ ー タ を 用 い て 各 震 源 で の 応 力 降 下 量 等 も 求 め た 。 現 在 、 各 パ ラ メ ー タ の ば ら つ き や 加 速 度 フ ー リ エ ス ペ ク トル の ば ら つ き に つ い て 検 討 中 で あ る の で 、 観 測 及 び 震 源 ス ペ ク ト ル と 応 力 降 下 量 の 評 価 結 果 の1例 に つ い て 述 べ る 。 評 価 に 用 い た 地 震 動 は 、 大 洗 と 上 述7観 測 所 で 同 時 観 測 さ れ て い る 表2中 のNo.1、5、10を 除 い た7波 で あ る 。 図4にNo.6の 波 の 観 測 ス ペ ク トル を 、 図5に 震 源 ス ペ ク トル を 示 す 。 観 測 さ れ た 変 位 ス ペ ク ト ル か ら 、 波 動 伝 播 に よ る 影 響 と観 測 点 近 傍 の 増 幅 特 性 が 取 り 除 か れ 、 断 層 理 論 に 良 く 一 致 す る 震 源 ス ペ ク ト ル が 求 め ら れ た 。 こ れ ら の 震 源 ス ペ ク ト ル か ら 表2中 の 応 力 降 下 量 が 計 算 さ れ た 。 茨 城 県 沖 の 地 震 の 応 力 降 下 量 は 、 他 の 地 域 に 比 べ 低 い と の 傾 向 が 得 ら れ た 。 こ れ は 従 来 の 研 究 成 果[5]と も 整 合 し て い る 。 図4 大 洗 サ イ トで の 観 測 ス ペ ク トル (1990年8月5日 の 地 震 、M5.8) 図5 震 源 スペ ク トル (1990年8月5日 の 地 震 、M5.8)
