長野盆地の地盤構造と常時微動の方向性について

長野盆地の地盤構造と常時微動の方向性について

服部秀人 国井隆弘 島坦

The Directivity of Particle Motion of 

Microtremors in the Nagano‑basin.

Hideto HATTORI Takahiro KUNII Hiromu SIMA

TheobseⅣationsofmicrotremorsweremadeintheNaganO‑basin,where192 locationsweretakenatthemeshofinteⅣalsofabout1km.WavemotionsinNS,EW

,

Particleorbitsofsurfacemotionweredepictedfrom NSandEW componentsof microtremors.Thepredominantmovementshowingthedirectivityofthenortheast･ southwestorthenorthwest‑Southeastwasratherclearinlongperiodrecordsthanshort periodrecords.ItseemstobeattrilbutedtotheundergroundstructureintheNagano‑

basin.

1

は じ め に

1985

年のメキシコ地震において,震央か ら約

離れた メキシコ市 で大 きな被害 が生 じた(

)

この被害の特徴 として,1 )メキシコ盆地の軟弱地盤上 にあ る市中心部 の建物 に被害 が集中 していること

盆地 の軟弱層厚 は

で,その地盤上 の地震動 は

秒 の 周期 をもつ繰 り返 し回数の多い波形であったこと

そのため,地盤上の最大加速度が

程度であったにもかかわ らず

秒の固有周期 をも

階程度の建物 に共振現象が 起 こり

g 程度の非常に大 きな応答加速度が生 じた ことなどが挙 げられ よう.

この地震被害は,軟弱層の堆積す る盆地独特の地震動 に起因す るものと思われ る.我 国に も同様の盆地が数多 く存在 し,盆地構造の地震動を解明する必要性 は高い.筆者 らはこれ ま で,常時微動観測や実地震観測を通 して長野盆地 の震動特性 を調べてきた( 4 ) ( 5 ) など .その結果, 長野盆地 には

秒程度の卓越周期が存在 し,その周期 と対応する基盤は深 さ

辺 りの

波速度

S層あるいは

S層であると考 えられること,当盆地の地質波 は北西一 南東の方向に伝播 しやすいことなどが解 ってきた.

本研究では, さらに当盆地の震動特性を知るために,長野盆地平地部の常時微動観測 を実 施 した.そして,卓越振動数の分布 と卓越水平動の方向性を調べた結果,当盆地内には周期

●平成

年

月 土木学会年次学術講演会において一部発表

= 土木工学科 助教授

=●東京都立大学工学部 教授

日日 信州大学 名誉教授

40

服部秀人 ･国井隆弘 ･島 坦

1秒程度以上の長周期成分の卓越する場所がかな り広 く分布す ること, またその帯域 におい て卓越 した方向性が認め られること等が明 らか となった.

2.

常 時 微 動 観 測

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図

観測メッシュ

図

に示す よ うに,盆地を

のメ ッシ ュで覆い,その平地部全域で常時微動観測を行 った.各 メッシュの中心付近の地表面で,固有周期

秒および

秒の振動計 を用いて,各々

NS,EW,UD

の

成分 の同時観測を行 った.観測地点は全部で

箇所

座標の

メ ッ シュは犀川河川敷 きで適当な観測場所が得に くいため除外 した.

秒計では変位を

秒計 では速度を各々記録 し,約

秒間の記録 を

秒刻みでデジタル化 した.

3.

長野盆地の地盤の概要

地震探査によ り長野盆地 のやや深い地盤構造が知 られている

それ によると,厚 さ

程度の

波速度

S層の下 に厚 さ数

の

S層が, さらにその下 に

以上 の

S層が,そしてその下 に

S層が存在する.

3‑1

常時微動から推定される基盤

当盆地の常時微動 に現れる

程度の卓越成分 と対応す る基盤 は,千曲川右岸平地部 では深 さ

にある

S層,左岸平地部では

の深 さにある

層,左岸 の山裾付近 では深 さ

にあ る

S層であると考 えられ る.

波の重複反 射 により求め られるこれ ら基盤上 の成層地盤地表面における増幅スペク トルの

次振動数は

0.30‑0.69Hz

であ り,常時微動の低周波域 の卓越振動数 とよく一致す る( 5 ) .

3‑2

軟弱地盤の分布

図

に支持層 の深度を示す.長野市防災基本図( 3 ) の深度曲線 を図

のメッシ ュに重ね合わ

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図

支持層深度図

せたものである. ここに言 う支持層の深度 とは,地表か ら

値

以上 の層 までの深 さであ る.

この深度曲線 によ り当盆地の軟弱地盤の広が りをかな り知 ることができる.氾濫低地 には厚 さ

程度の軟弱層が分布 してい る.

( 以下

等 と略記)辺 りには

の

辺 りには

の軟弱層が確認 されている.

にかけて存在す る

曲線 の東側 は須 坂市のため基本図に記入 されていないが,扇状地先端の低地 には軟弱層が存在す る可能性 は 高い.

4.

観測結果および考察

卓越振動数

10

秒計 と

秒計 による各記録のフー リエスペク トルか ら求めた卓越振動数を図

と図

に 示す.旧道路橋示方書耐震設計編 の地盤種別 の固有周期 と対応 させて,卓越振動数を

種 か ら

種 に分類 した.図

は

秒計で観測 した変位波形の卓越振動数であ り,図

は

秒計 で 観測 した速度波形のそれである.図

では長周期成分が強調 され, よ り深い層構造 をも反映 した卓越振動数の分布 となっているもの と思われる.図

では図

よ り短周期成分が強調 さ れ,表層地盤 の特性が現れやすい と思われる.

図

の支持層深度図 と対比すると,図

,図

共 に図

の支持層の深い所 とよく対応 して 第

種 の大 きな黒点があ らわれている.図

にはそれ以外の所 にも第

種が多 く現れてい る が, これは表層地盤の特性 とは別 の,おそらくよ り深層の地盤構造を反映 した もの と思われ る.図

の長周期卓越振動数の分布 は,当盆地の地震動特性を議論す る上で大変興味あるデ ータといえる.

4‑2 水平オービッ ト

42

服部秀人 ･国井隆弘 ･島 坦

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図4

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図

長周期成分の水平オービット

X

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25

図

短周期成分の水平オービット

44

服部秀人 ･国井隆弘 ･島 埴

長周期成分 はよ り深い地盤構造 を,短周期成分 は比較的浅い構造を各々反映するであ ろ う と考 えられるので

秒計 のデータか ら

程度以下 の長周期成分 を

秒計 について はそれ よ り短周期成分 を各々抽 出 してオー ビットを描 いた.結果 を図

,図

に示す.図

にオー ビットの作成手順 を示す.狭帯域抽出 フィルターのバ ン ド幅 は,便宜的 に,長周期 の 場合

,短周期 では

とした.

図

水平オービットの作成手順

図

の長周期 のオー ビットには明かな方向性 が見 られ る.図

の短周期 の場合には方向性 の顕著でない ものが多い.ただ,短周期 において,東西両山地山裾 の扇状地 のオー ビッ トが 特徴的な形状 を示 し,盆地 中央部 のオー ビットとの コン トラス トが興味深い.

図

のオー ビットの軸 の方向を図

に示す.

の メ ッシュは前述 のようにデータが無い.

その他の空白は軸 を定めに くいオービッ トの場所 である.実線 は方向性がきわめて強い所, 破線 は実線 ほどではないが方向性明瞭 な所 である.図

を眺めると,東北一南西方向の実線

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図

長周期成分の卓越振動方向

が多い ことに気が付 く.破線 もその方向のものがかな り多い.北西一南東方向のものも少 な くない.筆者 らは, ここに見 られ る方向性 は当盆地の地盤構造 と関係が深いのではないか と 考えている.

5.

結 論

本研究の成果 は次のように要約 され よう.

1 ) 長野盆地における常時微動の卓越振動数 と卓越成分の振動方向の分布が得 られた.

2)

長周期 の卓越成分がかな り方向性を示す ことが明 らか となった.北東一南西あ るいは北 西一南東の動 きが多 く確認 された.筆者 らは, この方向性 は当盆地の地盤構造 と関係が深 いのではないか と考 えている.

3)

長周期成分 の卓越 しやすい地域がかな り広範囲に存在す ることが明か となった.

4) 2

秒計で記録 された速度波形の卓越振動数 と支持層深度 との対応が比較的良好 であるこ とがわかった.

以上の成果は当盆地 の地震動を議論する上で有効 な示唆を与 えるもの と思われ る.

6.

お わ り に

本研究によって,長野盆地の卓越振動数 と卓越水平動の特性を具体的に知 ることがで きた.

現在当盆地内数 カ所 において地雷観測を行 ってお り,データが蓄積 されつつある( 6 ) .今後, 実地震の観測結果を中心に検討を進め,当盆地の地震動特性 を表現できる解析 モデルを研究

したい.

謝 辞

常時微動観測に当た り,測定計器 を貸 していただき, また貴重 な助言をいただいた大林組 技術研究所 の菊地敏男氏ならびに神奈川大学の荏本草久氏 にお礼申し上 げる.

卒業研究でご協力いただいた大畑雅之 ( 長野県),北沢健二 ( 東京電力) ,鈴木正幸 ( 守谷 商会)( 以上平成元年卒) ,大 日方淳 ( 高見沢) ,加藤裕之 ( 長野県),佐々木斉 ( 東信土建), 掘内肇 ( 佐田建設)( 以上平成

年卒)の各氏に感謝申 し上 げる.

参 考 文 献

1 ) 岩崎 :メキシコ地震報告,土木学会誌

2) GeologicalSuⅣeyoりapan:ExplosionseismicstudiesoftheMatsushiroearthquakeswarm area,SpecialReportNo.5,1969

3)

長野市 :長野市防災基本図

4)

島,藤井 :地震波伝播の方向性 と盆地構造について,土木学会中部支部研究発表会

服部,菊地,荏本,国井 :常時微動から推定される長野盆地の地震基盤について,土木学会中

部支部研究発表会

6)

服部,国井,島 :長野盆地の地盤特性に着目した強震観測,土木学会第

回年次学術講演会,