京 都 大 学 防 災 研 究 所 年 報 第 48 号 B 平成 17 年 4 月
Annuals of Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ., No.48B, 2005

メカニカル拡大システムを用いた短スパンひずみ計の開発

松尾成光・尾上謙介・重富國宏・森井 亙・浅田照行・細 義信
高橋輝雄＊・石井 紘＊＊＊京都大学大学院人間・環境学研究科＊＊東濃地震科学研究所

要旨

既存の坑道を利用することを前提とした，設置が簡易で比較的経費のかからない短スパンひずみ計の開発を試みた。長スパンの基準尺ひずみ計と同等の感度を得るために石井等が開発したメカニカル拡大システムを用いた。試作の円筒形短スパンひずみ計を逢坂山観測所坑道内の岩盤内に固着し，観測を開始した。潮汐ひずみ変動や地震が記録でき，伸縮計として利用できることが確かめられた。
キーワード：短スパンひずみ計，メカニカル拡大システム，円筒

１． はじめにみた。
ひずみ計は，地球潮汐や地殻変動観測の最も有力な観測手段であるとともに，その周波数フリーとい２． システムの概要

う特性を活かした，数 Hz の地震波からコサイズミックなストレインステップまでカバーする広帯域の地上の擾乱を避けるために既存の坑道等を利用地震計でもある。
ひずみ計は，温度係数の小さい石英管や特殊合金であるスーパーインバール棒と差動トランスなどの変位センサーで構成されている。高感度・高精度の観測を維持するために，基準尺の長さは十数メートル以上である。さらにひずみ計による観測は，気温変化や地上の擾乱を避けるために，水平坑道内や深部ボアホール内において行われている。
観測坑道や深部ボアホールを掘削し，長スパンの基準尺ひずみ計を設置するのには多額の経費を要する。このことは，さらに多くの情報を得るための多点観測やアレー観測の展開の妨げとなっている。そFig.

1

Schematic view of a short span strain-

こで我々は，既存の坑道を利用することを前提にしmeter in cylinder.

た，設置が容易で，しかも現在観測に供されているひずみ計と同等の感度を有するひずみ計の開発を試してひずみ計を設置するには，基準尺はできるだけ

短く，計器そのものは可搬型のコンパクトなものにを拡大することが可能である。すなわちスパンがすることが必要である。今回，試みに 750mm ス12m 相当のひずみ計と同等になると考えられる。

パンのひずみ計を作作製した。その概観を Fig.１

センサーは差動トランスである。今回は 1 成分のに示す。これは，厚さ 10mm，幅 100mm，直径みで，このひずみ計を取り付けた円筒を岩盤内に750mm のステンレス製の円筒とスーパーインバ固着する。

ール棒で構成されている。円筒 の 内壁の一点を固定端とし，中心を通り相対する円筒の内壁に溶接3.

較正

された台座にセンサーを取り付け，その間をスーパーインバール棒でつなぎ，変位を測定するとい短スパンひずみ計システムの感度を調べるためう構造である。このような円筒形にすることで，にスクリューにより円筒を締め付け，或いは押し任意の方向にひずみ計を取り付けることができる。

広げることで円筒を変形させて変位を与えた

10 メートル以上の長スパンひずみ計に相当する(Photo 1)。変位測定には岩崎通信社製の無接点変感度を得るために，拡大システムとして，石井等位計(ST-3501，感度 10V/mm)を用いた。測定結(石井他，1990)が開発したメカニカル拡大システ

果を Fig. 2 に示す。直線近似から求められた感度ムを用いた。このシステムにより約 16 倍に変位は 358mV/μm である。

４．短スパンひずみ計の設置
短スパンひずみ計は，従来の長スパンひずみ計と比較するために，逢坂山観測所(重富他，1988)の観測坑道内(Fig. 3)に設置された。短スパンひずみ計は岩盤に固着させることが重要である。坑道口から

Photo 1 Calibration of the short span strainmeter by using a device with screw.

Fig. 3

Position of the short span strainmeter( ● )andarrangementsoflongspanstrainmeters(E1,E2,E3)

intunnelof

Osakayama Observatory.

Fig. 2 Calibration of short span strainmetersystem. The axis of abscissas is displacement ofcylinder. The axis of ordinate is output ofsystem.

Y=−358X+14.5

Photo 2 Hard rock in a hole excavated for setting
the short span strainmeter.

観測開始当初は岩盤掘削や使用したセメントの固着までの擾乱と考えられる大きなドリフトが見られた。約６日後からドリフトの反転が見られ，それとともに潮汐変動が確認された。ドリフトを除去した
記録例を Fig. 4 に示す。短スパンひずみ計は観測開

Photo 3 The setting of the cylinder of the shortspan strainmeter into the hole.
約 240m の地点で，約 2ｍの深さに掘削すると硬い頁岩層が露出した。岩盤はほぼ平坦になるように整地された(Photo 2 )。さらに周囲からの湧水を遮断す

Fig. 5るために型枠を用いて防水モルタルセメントを充填

Northern Sumatra earthquake (M8.7) occurred on

し，円筒の設置が容易になるように整形した。短ス

16:09 28 March 2005 (UTC), observed by both

パンひずみ計の円筒は膨張セメントで固着された

strainmeters.

Examples of strain seismograms of the(Photo 3)。短スパンひずみ計の方位は主坑道と平行方向の N38°E で長スパンひずみ計の E3 成分と同始後まもないため振幅の大きさに不安定さが見られじである。

るが，同時期の同じ方位の長スパンひずみ計(E3）と比較すると，潮汐変動の位相はほぼ一致しているこ５．観測とがわかる。Fig. 5 は 3 月 28 日 16 時 09 分(UT)にインドネシア北スマトラ島沖で発生した M8.7 の巨短スパンひずみ計の設置は 2005 年 1 月 24 日に完大地震の記録である。二つのひずみ地震波記録の初了した。観測は掘削孔内の濾水の防止を確認して 1動付近の波形には良い一致が見られる。また数時間

月 31 日から開始した。ひずみ計の出力は 10 秒サン後の地球周回の地震波が確認できる。しかし，振幅プリングでロガー(白山工業，LS3350)に収録された。には若干の違いが見られる。観測開始から 3 ヶ月が観測結果の記録例を Fig. 4，5 に示す。

経過し，ドリフトもほぼ長スパンひずみ計(E3)と一致が見られるようになった。

６． おわりに750ｍm の短スパンひずみ計で潮汐変動や地震波が観測できることから，ひずみ計として使用できることが確認できた。しかし，振幅の値や，地震波については波形の違いなどについてさらに検討しなければならない。これらについては，ステンレス製の円筒の影響を調べるために，3 成分の短スパンひずみ計を作って観測を行いたい。
Fig. 4

Examples of strain records by the short

参考文献

span strainmeter and the long span strainmeter(E3) with same orientation of N38E.

石井紘・松本滋夫・平田安廣・山内常生・高橋辰利・鈴木喜吉・渡辺
中尾茂・若杉忠雄・加藤照之・茂(1992)：新しい小型多成分ボアホール歪

重富國宏・橋田匡邦・藤井伸蔵(1988)：逢坂山地殻変動観測所における地下水位の連続観測について，計の開発，地球惑星科学関連学会 1992 年合同大京都大学防災研究所年報，第 31 号，B-1，pp.19

会予稿集，C22-03.

−28.

Trial Manufacture of Short Span Strainmeter using a Mechanical
Magnification System
Shigemitu MATSUO, Kensuke ONOUE, Kunihiro SHIGETOMI, Wataru MORII,Teruyuki ASADA, Yoshinobu HOSO, Teruo TAKAHASHI* and Hiroshi ISHII**＊Graduate School of Human and Environmental Studies, Kyoto University＊＊Tono Research Institute of Earthquake Science
Synopsis
We developed a short span strainmeter using a mechanical magnification system. The cylinder of the shortspan strainmeter was installed into hard rock about 2 m in depth in a tunnel at Osakayama observatory.
Observation of the short span strainmeter was started from 31 Jan.,2005. As compared with the long spanstrainmeter(E3) with the same orientation, we confirmed that the short span strainmeter could obtain records oftidal changes and strain seismograms of the northern Sumatra earthquake similar to records of the E3. We werecertain that the short span strainmeter could be useful for observing ground strains. We will plan the next
manufacture of the short span strainmeters with three components in the cylinder.
Keywords: short span strainmeter, mechanical magnification system, cylinder