TECHNICALREPORTSOFTHE

METEOROLOGICALS↑RONG−MOTIONFORTHE

JAPANRESEARCHSEISMOGRAPH

METEOROLOGICALINSTITUTE

MODEL83

AGENCYNETWORK

By

SEISMOLOGYAND

VOLCANOLOGYRESEARCH』DIVISION，MRI

気象研究所技術報告
第7F号

83型強震計の開発
気象研究所地震火山研究部

気象研窒所
METEOROLqG耳CALRESEA馨CH

IN串TITUTE，JAP冷NFEBRUARY1983

No．7

｝ete・r・1・gicamesearch匿nstituteEstablishedDirector

Research

S．Matsumoto

Division

Head，3

Division

Head：

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Division

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Research

1−1，

Division

Physics

ResearchHead：Research

Head：

Division

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Division

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Research

Katayanla

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Seismology

Division

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Technical

Research

lnstitute

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surveyartfcles，，tech血i￠alrep・r亡s，datarep・士tsandreview
articlesongeosciences，

meteorology，
contributed

oceanog士aphy，
bythemembers

seismologyoftheandMRI．

relatedof序昭和53年（1978）7月，測地学審議会長から内閣総理大臣および関係各大臣に「地震予知の推進に関する第4次計画の実施について」の建議がなされた。この中で大・中・小地震観測を担当している気象庁に対して『既存の観測網の大地震に対する観測能力の維持向上を図り，特に，地濃現象解明のために大地震の完全記録を目的とする強震計を開発整備する』ということが示された。このことは，気象庁の既存の強震計は震度4から5以上になると振り切れとなり，震源近傍の大地震の完全記録がほとんど得られなかったことを指摘されたものである。

一方，気象庁の津波予報において，同じ規模の地震が発生しても，これに伴う津波は必ずしも同じ規模にならないということを経験した。これは地震の発生メカニズムによるものと考えられ，津波予報の精度向上のためにも，このことの導入が議論された。このことに関連して最近，震源過程に関する研究がめざましく，このためにも周波数帯域および振幅範囲の広い強震計が強く要望された。また，地震工学の立場からも高性能の強震計の開発の必要性が強調され，昭和55年（1980）5月の第79回目本学術会議の総会において，高性能強震計による高密度の強震観測を推進すべきであるということが，政府に勧告された。

気象研究所地震火山研究部では，昭和52年（1977）度から経常研究で研究を開始していたが，これを受けて，昭和54年（1979）からは特別研究「地震予知に関する実験的並びに理論的研究」の中の常時地震監視システムに関する開発研究の一環として，実施してきた。

この特別研究の遂行に当り，地震火山研究部では田望研究部長が主任研究者となり，また，昭和57年（1982）度には渡辺偉夫研究部長が引き継いで開発研究を進めた。本研究は常時観測のためのいくつかのきびしい条件に耐え得ることに注意が払われたが，関係者の並々ならぬ努力により，昭和57年度で完成を迎えることとなった。開発研究の結果は今目の地震予知，津波予報，震度問題を含む地震工学等の観測研究の要請に答えられる高性能強震計であると考えている。今後気象庁が予定している強震計の全国展開並びに近代地震学や地震工学における研究観測に広く利用されることを心から期待するものである。

本報告を発刊するに当り，この開発研究に側面から協力された関係者に深甚なる謝意を表すると共に，この報告が関係方面の方々に多大の寄与をするものと期待している。大方の御批判をいただ
ければ幸いである。

昭和58年2月

気象研究所

地震火山研究部長

渡辺偉夫

83型強震計の開発
目

次

序

概要（和文）

アブストラクト（英文）まえがき

1．開発の背景と意義
2．開発研究の経過

機器の開発・製作

1．方式設計
2．変換・等化増幅器
3．記録器

4．処理・解析装置

5．電源

6．ディジタル記録の処理プログラム

11245FDrD

第2章

ワゴ7
1
1

第1章

実用化試験

105

1．耐震性の試験

105

2．低温特性試験

117

第3章

第4章

あとがき

123

1．強震計発達の歴史

1232。開発研究遂行の体制

129

3．謝129辞83型強震計の開発
気象研究所地震火山研究部

概1966年6月27目にSan

要

Andreas断層でマグニチュード5．6のParkfield地震が発生した。この断層を横ぎって強震観測アレイが設置されていたが，その中で断層の地表における痕跡から80mの所の観測点は重力加速度の50％にも及ぶ大きな加速度を記録した。それを数値的に積分してもとめた変位波形はかなり単純で，かつ印象的であり，その後の震源過程論の発展をもたらす大きな契機となった。すなわち，安芸とHaskel1とはそれぞれ独立に，この変形波形を説明すべく，地下に発生した転位が伝播してゆき断層が形成される，というモデルをたてた。このモデルにもとづいて計算した波形と，観測された波形を積分して得られた変位波形との間にはよい一致が認められ，以後，このモデルは震源過程をよく説明するものであるとしてうけ入れられている。それ以来，多くの地震学者の研究により震源過程論が発展していった。震源近くで得られた記象は伝播径路の影響をほとんどうけていないので，このような研究に有効である。これが，地震学における強震観測の意義といえる。

現在，気象庁には全国に114ケ所の強震観測点があり，1950年代当初の設計による純機械式の強震計が稼動している。これらの強震計は，主として目本近海のみならず，環太平洋にわたる津波予報業務に利用される。強震計は固有周期6秒，減衰定数0．5，倍率1倍，最大振幅3cm，紙送りの速さは3cm／minである。この強震計は津波予報業務の他にも上で述べたような震源過程の研究にも使われてきた。しかし，最近の震源過程論の進歩はこの事情を変えつつある。すなわち，より完全な震源過程を把握するためにより長周期でかつ大振幅の波形に関する正確な情報が必要とされるようになってきた。しかしながら，この強震計は震度4から5以上になるとふりきれてしまうことが多い。このため，測地学審議会は第4次地震予知計画（1979《・83年度）として，大・中・小地震観測を担当する気象庁に対して，地震現象解明のために大地震の完全記録の取得を目的とする強震計を開発整備することを建議した。

この報告で述べる83型強震計はこのような要請に応えるべく設計されている。津波の発生は地震波の長周期成分の振幅の大小と明瞭な関係があるので，この強震計による長周期波動の情報は津波予報業務に有効である。さらにこの強震計は，地震工学からの最近の要請にも十分対応できるであろう。

この強震計の試作にあたって変換器は3種類について，それぞれ性能の総合評価を行い，現存するものの中で最もよいと考えられるサーボ型の加速度変換器を見出した。この変換器は0．2mGa1〜2kGa1の広い振幅範囲とDCから数百Hzという広い帯域をカバーしていて，安定度も高い。

一1一

気象研究所技術報告第7号

1983

強震地動はおおむね速度スペクトルが平坦であり，また最大速度は100㎝o−P／sを超えないと言われているので，この強震計では加速度計からの出力を0．02Hz以上の帯域で積分し，長周期の速度比例出力をとりだしている。そして60Hzで標本化し，12ビットで線形に数値化する。100㎝〇一P／sを最大地動変位に設定してあるから，量子化間隔は0．049cm／sとなっている。このデータをマイク・プロセッサーで10秒遅延してJ

I

S規格のカセット式ディジタル磁気テープ（CMT）に記録する。

波形データの処理には市販の，いわゆる，パーソナル・コンピュータが利用できるが，汎用の小型計算機でも何ら特別なインターフェイスなしに，直接処理できる。積分，フィルタ，スペクトル解析などの基本的なプ・グラムも，いくつか作成した。トリガー機能により，収録が開始された後，EOT（End−of−tapemark）を検出するまでデータがテープに書かれ，CMT片面で8分間のデータを収録できる。次のトリガーにより，2台目の磁気テープ装置が記録を開始する。この強震計の設計の条件は，観測点には四六時中，人がつめているということなので，3番目のトリガーの前に最初のCMTは交換してもらえると期待できる。緊急を要する津波予報業務のために，ペン書きのアナログ記録器も用意されている。これにはペンがスケール・アウトしても1mまでの，水平動の合成最大振幅がディジタル表示できる機能も併せ備えている。

この強震計を構成するすべての装置の耐震性および耐環境温度性能が念入りに調べられた。最も懸念されたCMT装置も，耐震性では2kGa1，低温特性では一15℃という条件下でも正常な動作が保証できることが確められている。このことは埃以外はかなり過酷な環境にも耐えうることを意味し，使用条件に制限が少ないという点で高く評価できる。ペン書き記録器も，その他の装置も同様の厳しい環境下で正常に働くことが確められている。

1981年4月からは筑波において試験観測を開始し，翌年7月からは仙台管区気象台に移して，続けている。この試験観測中に数個の記録が得られたが，なかでも1981年9月24日と25日のいずれも早朝，首都圏をゆるがして話題となった2個の地震の記録をとることにも成功した。
筆者らはこの強震計を，開発研究の終了した1983年にちなんで83型と命名した。83型強震計は将来，全国の気象台，測候所に設置される計画であり，震源過程論，津波予報業務および地震工学において貢献できることが期待される。

2

Strong−Motionfor

theJapan

SeismographMeteorologicalMode183

AgencyNetworkby

Seismology

andVolcanology

Research

Division，M．R．1．

AbstractAnearthquake

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The

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The

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the

the

JMA

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study

3

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theseismologists。

Hereandpaths，

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opportunity

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Agency（JMA）has114strong−motion

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developed

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effect

focal

Japan

the

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O．50f

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dislocation

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of

3

deep

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study

and

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Japan

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proposedthus

significance

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service，r気象研究所技術報告

thedevelopment

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PlanIarger

theamplitudesituation．That

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obtainedbycannotstandagainst

the

JMA

s

seismic

Education

memori−

Geodesic

Councilthat

JMA，whichistheearthquakes，should

of

the

Ministry

responsible

develop

in

order

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recordperfectly

theNational

Programofof

hasonzonelarger．The

sma11−scale

seismographschangedseismograph，because

Govemmentandasstrong−motion

strong−motion

thehas1983

fault．

current

alized

study

第7号

and

theforEarthquake

observation

deploystrongofoflarge一，high−performance

seismic

Prediction

strong−motionラasResearch

the

in

the

fourthJapan（1979−83）．

The

meet

strong−motion

thisseismographrequirement．

tsunamiwamingWorkshoponserviceandisclosely

throughthisnewseismographdifferent

kinds

of

the

three，theltcoversalargedynamic

DC

to

more

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motionareapproximately

toobtainfromatheanda100cmo−P／s，one

delayoften

thebebeensaid

anddynamictheminutesarewritten

acceptedbythemagnetic

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other

CMT

the

tape

by

has

than100cmo甲P／s．

higherthan

O．02Hzasampling

data

results

inon

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magnetictape（CMT）ofprocessthedata，acommercial

the

wave

form

genera1−purpose

domainistrigger，theamark

isdetected．

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4

一

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micro−

process

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The

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by

set

O．049cmP−P／s，After

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integration，timestartedbeenmini−computer

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the

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written

To

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band

the

end−of−tapeunit．Asfre（luencydigitizedparticularthewideper．

effective．

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The

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abetheto

signa1・prepared，butsoandtoas

band

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and

found

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includewasandtheformofservice．

in

wave

the

information

integrated

systemcoded，whichwave．Longer−period

is12bit．Asofgeneration

velocity

computerbeen

Hawaii．The

tolntemational

maximumStandard

have

the

the

Industrial

data

in

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spectradigital（JIS）．

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designed

velocity

range

are

the

newly

the

that

is

as

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l978atto2kGal

that

paper

the

manufactured

O．2mGalJapaneseavailable

werefrom

secon（1s，the（lataalso

forrange

flat

meet

seismic

accelerometer

has

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servo−type

Itof

on

usefulvelocity−proportional

digit

also

long−period

veryinengineering

Arraystransducers

accelerographlong−period

frequency60Hz
to100Hz．

tomust

earthquake

lnstument

will

Of

outputthecorrelated

formance。

The

seismographofStrong−Motion

tsunami

Three

The

Model83described

is

the

analysis

data

for8

will
is

be

that

tke

staff

is

stayingatany

service，itcouldbepurposequick

tsunamialso
oneofprepared。

The

even

if

All

the

sub−systems

shown

that

−15◎C．The
Severe

atof

CMT

the

sub−systems

times

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exchanged

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were

amplitude

wereentertained

operateinclu（lingrecorderofis

the

the

tsunamiwamingtrigger．Forthepen−oscillographisdisplayed

digitallyup

toscale．

seismographcanallhorizontalgrows

unit

isservice，anquality。Fears
thestation

1983

theatexamine（1asto

the

CMT

to

their

quakeproof

andunit。However，examiηation

circumstancesuppen−oscillographareto2kGa1P−P

andalso

toproveddown

tooperateat

CirCUmStanCeS．

The

exper㎞ental

Apri1

1981

strongseismic

toTheobservation

June

1982，andmotions

24and25，1981，in

which

seismograph

has

been

Sendai，northem

Honshu，fromJulyl982・future．

servicean（1earthquake

been

includethetwointensity

scale4s

wereobsen7ed．

Model83，andThen，it

performed

Division

performed

They

named

wamingWatanabe，Tatsuto

of

JMA

nami

Volcanology』Research

north

thein

has

Tsukuba，50kmobserved．

stations

study

at

were

seismic

This

wasat

JMA

Hideo

the

composed

amplitude

even

other

observation
thatmaximum

the第7号

wamingmeter

temperature−proof
has

expected

気象研究所技術報告

of

will

earthqua輩eson

itissche（1uledtocontributetothe

process

focalTokyo，fromSeveralSeptemberbe㎞stalledatstudy，tsu−

engineerillg．

bythethefollowing

staff

Meteorological

Iinuma，Hideteru

Matumoto，and

5membersof

theResearchlnstitute

MichioTakahashi．

Seismology：NozomuandDen，