〈山崎賞〉

１１「地震波と初期微動継続時間」

１ 研究の動機

Ｐ波は進行方向と震動方向が同じ「縦波」で、近い将来、静岡県で起こると予想されている「東地盤を約 7～8 ㎞/秒で伝わり圧縮または伸長した海地震」の危険性とその被害の大きについて、広状態を作る。Ｓ波は進行方向に対して震動方向が報などでよく目にするようになり、1 年生の時か垂直な「横波」で、約 3.5～4 ㎞/秒で伝わる。Ｓ

ら東海地震と地震によって引き起こされる自然現波はＰ波よりはるかに大きいエネルギーを持ち、象について調べてきた。1 年生では「地盤の液状地震の規模に応じてＳ波の振幅（揺れる幅）は大化」、2 年生では「津波」の研究を行い、次第に地きくなり、激しく揺れれば地表にある様々なもの震についての興味や疑問が増していった。

を破壊する。Ｓ波、Ｐ波とも、その伝わる速度は2 年生の夏休み、宮城県沖地震で、「初期微動を地盤の固さで違い、地下の深い部分で堅い地殻中とらえ、新幹線が緊急停止する」というニュース

では速く、地表近くの軟弱な堆積層では遅くなる。

を聞いた。それは気象庁が地震の初期微動をとらえ、強い揺れが来る前のＰ波とＳ波の時間差の間に地震の発生を知らせるシステムだった。このニュースを聞き、Ｐ波、Ｓ波についても、授業では習わなかった部分まで詳しく調べ、地震をさらに深く理解し、私の住んでいる袋井市の被害を少なくする方法を研究したいと思った。
２ 準備調査Ｐ波とＳ波は、同時に発生しているが、Ｐ波は(1) 地震波

Ｓ波の 2 倍近い速度で地中を伝わるため、Ｐ波の大きな地震が発生した時、最初に遠くからの地後からＳ波が来る。このＰ波が来てからＳ波が到響きのような音とともに、「がたがた」という小さ着するまでの時間を「初期微動継続時間」という。

な揺れを感じる。これが、最初にやって来る地震(2) 震度とマグニチュード波の「Ｐ波」で「初期微動」を引き起こす。その同じ地震でも観測した場所によって震源からの後「ぐらぐら」と大きな揺れを感じる。これが、距離が近ければ大きく揺れ、遠ければ小さく揺れＰ波に遅れて伝わる地震波で「Ｓ波」と呼ばれ、る。このような各場所の地面や建物の揺れる激し「主要動」を引き起こす。

さを示す尺度が「震度」である。
一方、規模の大きい地震は、広い範囲で揺れ、規模の小さな地震は、揺れる範囲が狭くなる。このような揺れる範囲の大小は、地震のエネルギーの大きさにより違い、この地震エネルギーの大小を示す尺度が「マグニチュード」である。
３ 研究の目的(1) 地震波を起こし、その種類と伝わり方、地面の揺れ方との関係を調べる。
(2)

地盤の固さと地震波の伝わり方や地面の揺れ方との関係を調べる。

(3)地震エネルギーと地震波の伝わり方や地面の揺れ方との関係を調べる。

さが変えられる。
振り子のエネルギーは、おもりの質量や持ち上げられる位置（高さ）によって変化する。振り子

４ 準備物の長さを一定にして、おもりの質量を変えれば仮(1)想の地震エネルギーを変えられる。

地震発生装置の制作

Ｐ波とＳ波が同じ装置で同時に観察できる装置には、「岡久式地震発生装置」があり、この装置を５ 研究 1･･･震波の種類と伝わり方改造して地震波の実験を行う。

(1)

研究の方法

ア 端の振り子を斜め前方へ持ち上げてから手を離し、地震波を起こす。
イ 振り子の震動が輪ゴムを通して、次の振り子へと順次伝わっていく様子を観察し、Ｐ波とＳ波やその違いを見つける。
ウ 地面への伝わり方を観察し、揺れ方の違いを見つける。
(2)

結果の予想

Ｐ波とＳ波が同時に発生し、Ｐ波がＳ波よりも速く進むと思う。地盤の揺れは、Ｐ波の到達時には縦に、Ｓ波の到達時には横に揺れると思う。
(3)

実験結果

振り子は輪ゴムを通し、前後と左右の 2 種類のア 棚用のスチールアングルを組み立て、実験台
イ

揺れを伝えた。前後の縦揺れは輪ゴムの間を伸縮を作る。

させ、速い速度で地面まで伝わり、地面を前後に20 号の釣り用おもりにたこ糸を結んだ振り揺らした。左右の横揺れは、縦揺れよりも少し遅子を 11 個作り、実験台に 20cm 間隔で取り付れて伝わり、前後の揺れにかわって地面を左右にけ、輪ゴム 3 個で各振り子をつなげる。

揺らした。

ウ 竹ひごで支えたベニヤ板を、振り子の一方側の端から 50cm 離れた所に設置し、輪ゴム 9個で振り子とつなげる。

(2) 地震発生装置の改造

前後の縦揺れはＰ波、左右の横揺れはＳ波で、各振り子や地面となる板をつなぐ輪ゴムは、振伝わる速度が違い、Ｐ波が地面に伝わってからＳり子が揺れれば張力が働き伸縮する。輪ゴムを二波が伝わるまでに時間差があることが分かった。

重にすれば、張力も 2 倍になり、仮想の地盤の固震源から地面までの距離を短くすると、Ｐ波、Ｓ波とも、到達時間が距離に比例し短くなった。まば小さくなると思う。

た、地面の揺れは、縦揺れ横揺れとも、震源まで(3) 実験結果
Ｐ波Ｓ波とも伝わる速は研究 1 より速くなった。の距離が短いほど大きくなった。

震源から地面までの距離を短くすると、輪ゴムが実験結果表
震源距離1.70ｍ

2.10ｍ

2.50ｍ

おもり数7個9個11 個

一重のときと同様に到達時間や初期微動継続時間
平均速度は距離に比例し短くなった。しかし、地震の揺れ

時間・速度 到達時間 速 度 到達時間 速 度 到達時間 速 度 （ｍ/秒）の方向や大きさは、輪ゴムが一重のときとほとんど変わらなかった。

（秒） （ｍ/秒） （秒） （ｍ/秒） （秒） （ｍ/秒）
Ｐ 波 1.50

1.13

1.73

1.21

2.30

1.09

1.14

Ｓ 波 4.23

0.40

5.50

0.38

6.47

0.39

0.39

継続時間 2.73
Ｐ：Ｓ速度比3.77
2.38：1

4.17
3.18：1

2.79：1 2.92：1

堅い地盤（輪ゴム二重）での実験結果表
震源距離

1.70ｍ

2.10ｍ

2.50ｍ

おもり数7個9個

11 個

時間・速度 到達時間 速 度 到達時間 速 度 到達時間 速 度 （ｍ/秒）（秒） （ｍ/秒） （秒） （ｍ/秒） （秒） （ｍ/秒）

地震動 この中では一番大きく揺 基準よりも大きく揺れた 建て揺れは横揺れよりもれた速く伝わる（揺れの基準）

柔らかい地盤：輪ゴム一重 エネルギー小：おもり 20 号

平均速度

Ｐ 波 1.03

1.65

1.37

1.53

1.60

1.56

1.58

Ｓ 波 3.10

0.55

3.73

0.56

4.37

0.57

0.56

継続時間 2.07
Ｐ：Ｓ速度比2.36
3.00：1

2.77
2.73：1

2.74：1 2.82：1

エネルギー小：おもり 20 号

(4) 考察波の伝わる速度は、地盤を固くしたことで、予想した通り速くなることが分かり、到着時間や初期微動継続時間は、研究 1 と同じく距離に比例した。しかし、地震の揺れは小さくなると予想したが、研究１とほぼ同じ揺れの大きさで、原因は分からなかった。
(4)

考察

結果は予想の通り、振り子をＰ波は縦に、Ｓ波

７ 研究 3･･･地震エネルギーと地震波(1) 研究の方法

は横に振り子を揺らし、Ｐ波がＳ波よりも速く進

釣り用のおもりを 20 号から 30 号に変え、地震んだ。このＰ波とＳ波には伝わる時間差の初期微のエネルギーを大きくして、実験 1 と同様の実験

動継続時間があり、距離に比例することが分かっを行う。

た。また、揺れの大きさは、震源までの距離が短(2) 結果の予想いほど大きく、振り子のエネルギーを多く伝えることが分かった。

おもりが重くなるため、地震エネルギーが大きくなり、地面が実験 1 よりも大きく揺れると思う。
(3) 実験結果

６ 研究 2･･･地盤の固さと地震波の速度(1) 研究の方法
振り子をつなぐ輪ゴムを二重にし、地盤の固さ到着距離が 2.5ｍと 2.1ｍのときでは、地震波がよく伝わらず、振り子の揺れが途中で小さくなってしまった。地面の揺れも地震波がよく伝わらなを変化させ研究 1 と同様な実験を行う。

かったため、少し揺れただけだった。Ｓ波、Ｐ波(2) 結果の予想の伝わる様子や速度は確認できた。

ゴムが二重になることで、地盤が固くなり、研到着距離を 1.7m にすると、地震波はよく伝わり、究 1 のときよりも、地震波の伝わる速度が速くな地面が激しく揺れた。このときの揺れは、おもりると思う。また、地面の揺れは、地盤が固くなれが 20 号のときと比べると、縦揺れ、横揺れとも、かなり大きく、地震エネルギーを大きくしたためになる。震源は震央の真下にあり、観測地点からだと思われる。Ｐ波、Ｓ波の伝わる速度は、おもの震源までの距離は、震央までの距離よりも少しり 20 号の時とあまり変わらなかった。

遠い。この差から震源の深さが分かる。

地震エネルギー大（おもり 30 号）での実験結果表
震源距離

1.70ｍ

2.10ｍ

2.50ｍ

おもり数

7個

9個

11 個

平均速度時間・速度 到達時間 速 度 到達時間 速 度 到達時間 速 度 （ｍ/秒）（秒） （ｍ/秒） （秒） （ｍ/秒） （秒） （ｍ/秒）
Ｐ 波 1.53

1.11

1.73

1.21

2.43

1.03

1.12

Ｓ 波 4.07

0.42

5.40

0.39

6.57

0.38

0.40

継続時間 2.543.67

地震動 あまり揺れなかった基準と同じくらいの揺れ 基準よりもとても激しくだった

4.14

揺れた

柔らかい地盤：輪ゴム一重(4) 考察予想される東海地震は、御前崎沖に震源がある。

結果では、2.5m、2.1m のとき、波が途中で小さ浅羽中学校から震央と予想される場所までの距離くなってしまい、地震動も小さく、予想とまったと震源深さを想定して、震源距離を求めると、約く違った。1.7m のときは、予想どおり激しく揺れ42.5km となる。係数 7.5 で震源距離を割って、初た。2.5m と 2.1m のときに、地震波や地震動が小期微動継続時間を求めると約 6 秒と予想される。

さくなってしまった原因は分からなかった。

(2) 緊急地震速報システム
気象庁の「緊急地震速報」の情報が、鉄道、工８ 研究のまとめ場、病院、百貨店、学校などに提供されることに(1)なった。地震の被害を減らすためには、緊急情報震源と初期微動継続時間を広く一般的にも知らせることが必要だと思う。
放送や広報無線はもちろん、サイレンや交通信号の特別な点滅、携帯電話への信号など様々な方法があると思う。静岡県は東海地震の予想震源域近くで、浅羽中学校の初期微動継続時間の予測は約6 秒と短く、緊急地震速報システムは役に立たないかもしれない。しかし、初期微動の小さな揺れが、大きな主要動の前兆だと知っていれば、家具やブロック塀から遠ざかるなど、素早く避難行動
初期微動継続時間は、Ｐ波とＳ波の時間差で、を取ることができる。

震源から観察地点までの距離に比例するため、震源距離は、初期微動継続時間に、Ｐ波とＳ波の速９ 感想と今後の課題度の差から求めた一定の数値を掛ければ推測でき実験装置では、地震波が複雑な動きをするため、る。地震波の速度は伝わる地盤の固さによって異縦揺れと横揺れの様子を見極めることが難しく、なるため、この数値には差があるが、様々な地震何度もビデオをスローモーションで見て時間を測の観測結果から、標準で約 7.5 だと言われている。

定していった。さらに、揺れの様子や大きさを表震源から観測地点までの距離が分かれば、地図現すことも難しかった。

上に同じ距離の各地の観測点を中心とし、震源ま今後は、地震についての研究を生活の中で生かでの距離を半径とした円を描く。その円が重なっすことを考え、ニュースなどで興味を持ったり疑たところが、震源の上にある地表面の位置（震央）問に感じたりしたことは調べ、さらに地震について理解を深め、知識として役立てていきたい。