地震の揺れを科学するみえてきた強震動の姿～第3章地盤で変わる地震波～総合科学専攻3061-6008 遠藤恵第3章地盤で変わる地震波１．地盤と基盤２．地盤に閉じ込められた地震波３．平野を伝わる地震波４．地盤構造を知る１．地盤と基盤複雑な地下の構造Ｑ．強振動を知るには？Ａ．地下構造が地震波に及ぼす影響  「深部地盤」…新第三紀（2500万年～ 200万年）に堆積した新しい堆積層深くなるにつれて、圧密の影響で密度・地震波の速度が大きくなる  「表層地盤」…より新しい時代（200万年～現在）に堆積した「第四紀層」（硬質な「洪積層」＋軟弱な「沖積層」）複雑な地下の構造  S派の伝わる速度は、地層が硬いほど速くなる  軟弱な地盤ほど、強振動は増幅する  深部地盤と表層地盤では、S波速度に大きな変化！！基盤で地震波を考える Q.強振動の特性を考える A.地殻・マントル（「伝播経路」特性）と深部・表層地盤（「地盤」特性）での地震波の変化をわける →「基盤」という考え方定義には、S波速度・密度の地下での変化を考慮・基盤には「地震基盤」、「工学的地盤」、「深部地盤」、「表層地盤」などの区分・「地震基盤」…S波速度3km/秒程の岩盤  ①震源での地震波の放射特性（震源特性） ②伝播経路での地震波の減衰特性（伝播経路特性） ③深部・表層地盤での増幅特性（地盤特性） →これら3つの影響を個別に考慮し、重ねあわせ、地表で観測される強振動が得られる！！地震基盤までの地震波の変化 ②伝播経路特性震源から放射された地震波は、距離の増大とともに振幅が小さくなる →複数の効果による a.「幾何減衰」…震源から地震波が広がっていくために振幅が小さくなる効果 b.「距離減衰」…地盤が均整な弾性体でないために振幅が小さくなる効果（「粘性減衰」＋「散乱減衰」）左下図 しかし、振幅の差の最も大きい原因は各地点での「地盤特性の差」 伝播経路は広域の震度分布や地振動の強さに影響 比較的狭い地域を考える場合、「地盤特性の差」の方が地振動の強さの空間的分布により大きく影響！！２．地盤に閉じ込められる地震波地盤での地震波の増幅現象 ③地盤特性地盤によって地震動は大きく異なる岩盤軟弱地盤岩盤 振幅の大きさ、揺れの継続時間 地震波の周期成分・堆積層の薄い地点…短い周期でゆれる・堆積層の厚い地点…長い周期でゆれる地盤のインピーダンス比とＱ値Ｑ．なぜ、地盤によって地震波は増幅するのか？Ａ．地盤を構成する地層のＳ派速度とＱ値が関係！！ Ⅰ．震源から発生した地震波は、地層の境界を通過しながら地表に向かって伝播 Ⅱ．地層境界面でスネルの法則に応じ、反射・透過（→波の振幅はインピーダンス比による） Ⅲ．地表に向かって伝播する波の増幅は、境界面を通過するごとに大きくなる  Q値（→距離減衰）・１周期の間に減じる地震波のエネルギーに反比例する量・Q値が小さいほど減衰効果は大きく、高周波数の波ほど振幅が小さくなる  インピーダンス比・接しあう２つの地層のS波速度と密度の積・硬い地層（S波速度大）から軟らかい地層（小）へ透過するとき、インピーダンス比が大きいほど透過波の振幅は大きくなる（増幅効果）  スネルの法則・一般に光や電波は均質な媒質の中ではまっすぐに伝播する・均質ではなく、物理的性質が場所によって異なる媒質では、波は折れ曲がって伝播する→スネルの法則・２つの媒質の地震波速度の差が大きいほど、曲がる角度は大きい３．平野を伝わる地震波遠くの地震で揺れる高層ビル 1984年（昭和59年）9月14日朝「長野県西部地震」の例震央：御嶽山直下 →しかし、200ｋｍも離れた地点（横浜市の建物の 7階）でもゆっくりした揺れ（表面波）を感じた（周期数秒の地震波が１分以上） 原因：地振動に長周期成分が含まれていたため！！やや長周期地震動  1970年代中頃までの地振動の周期の考え方耐震工学：周期１～2秒より短い周期帯地震学：周期10秒より短い周期帯 →長野県西部地震は両者の間に位置 →よって「やや長周期地震動」  長い周期の地振動は、高層ビルだけでなく、ほかの大規模な構造物にも影響を与える →1980年代以降、研究が進み、高層ビルの耐震設計にもフィードバック平野を伝わる表面波 2節地震波の増幅メカニズム →「実体波」（Ｐ波・Ｓ波） 「表面波」・震源が浅く、規模が大きいほど、やや長周期表面波が発生・地表面に沿って伝播・実体波よりも伝播速度が遅い・水平構造の地層では、まっすぐ進み、震央距離の増加に伴い、振幅も小さくなる表面波  伝播経路に岩盤で囲まれた堆積平野があった場合 Ⅰ．平野と山地の境界にぶつかる Ⅱ．反射・透過表面波を生じる →平野側へ透過した表面波の振幅は大きくなる（インピーダンス比） Ⅲ．「分散性」・地震波の周期によって伝播する速度が異なる現象・長い周期成分ほど伝播速度が大きい →距離が長くなるほど、長い周期の地震波が先に進み、異なる周期の地震波の到着時間の差が大きくなる →地震の揺れの長期化！！表面波４．地盤構造を知る地下を探る物理の目信頼性のある強振動評価を行うために →地表から地震基盤までの堆積構造の高精度なモデルの設定 「物理探査」・地表での物理的計測から地下の物性を解明する技術・一般：地震波、重力、電気、磁気などの物理計測・強振動：地震波（Ｐ・Ｓ）の速度と密度、地震速度の分布の計測自然現象を利用するー微動  「微動」・人が感じないくらい微小な揺れ・波浪・風などの自然現象、車両・工場などの人間の活動など発生原因はさまざま・地震観測の際はノイズ＝邪魔者扱い… →強振動評価に活用しよう！！活用法①微動から地振動の特性を推定 ②微動の伝播柱状から地下構造の推定 →地盤モデルの作成 →数値計算によって強振動を評価微動を物理探査の1つとする