[S-SS26] 地震波伝播：理論と応用

[SSS26-11] 強振動波形のフェーズ

*西澤 勝¹ (1.なし)

1．まえがき
　2011年東北地方大地震の近地強震動波形に見られるフェーズの特徴を述べる。用いたのは防災科学技術研究所⁽¹⁾の資料である。
2．要旨
　図-1に、北は岩手から南は千葉までの波形が示されている。波の波動の基本式はν=λ/T=fλ...(1)（f=1/T）で示される。波動には、音波、水面の波、地震波、光などたくさんある。
　(1)式より、f（振動数）が大きければ波の速度は大きくなる。文献(1)で述べたように、フェーズの最初の強震動の山は、プレート型地震により、2番目のフェーズの強震動の山はソリトンによるものである。
　文献(2)で述べているように、ベル型あるいは富士山型に正規分布が近づき、最終的にはソリトンになるのであるから、2番目のフェーズの山の振動数は、最初のプレート型のフェーズの山の振動数より大きい。したがって第二のフェーズのほうが、第一のフェーズの山よりも早く伝わると考えられる。ソリトンは文献(3)で述べたように、波高が高いほうが、低いほうより速く進むため、小さいほうに追いついて、衝突し追いこしてゆくわけである。また、波動論から述べると、波が岸に近づくにつれて、波の速度は減少し、波高が増大する。こういうことになると、波を微少振幅波とみなせなくなる。すなわち自由表面の力学的、運動学的境界条件式を線形化することができなくなる。このような波を有限振幅波（finite amplitude wave）と呼んでいる。有限振幅波の解としてはストークス波、クノイド波・孫立波、ソリトンおよびゲルストナーのトロコイド波がある。（日野幹雄著：流体力学）
　したがって、第一のフェーズの山は微少振幅波理論であつかえ、第二のフェーズの山はソリトンであるから、有限振幅の扱いになる。
　こんなことを基本に、図-1の強震動波形のフェーズについて述べる。上の3つ、IWTH08、IWT019、IWT016では南より震源に近かったため第一の山が第二の山より先に致達したと考える。震源に最も近い三つのフェーズは第一の山、第二の山のフェーズ共しっかりした型で顕著である。FKS004、FKS013の福島のフェーズを見ると、第二のフェーズが第一のフェーズに追いついてきたことを示している。第二のフェーズが卓越してきている。福島より南の千葉方面になると、第二のフェーズがほぼ完全に第一のフェーズに追いつき、IBR001、CHB012では完全に一つになっている。
　ところで、緊急地震速報であるが、昨年の横浜での日本地球惑星科学連合の学会でも、関東地方は良く合ったが、北部では合わなかったと、確か議論されていたと、記憶している。この原因は、今迄述べた、北の岩手から南の千葉までの強震動波形のフェーズの説明で明らかである。緊急地震速報が東京から発せられると聞いて、合うわけがないと思われる。
　第一のフェーズの山は微少振幅波理論で、第二のフェーズの山は有限振幅波Solitonの理論による地震波である。
　したがってこの二つの式を一本にまとめることは無理と考えられる。このフェーズの山の北から南までは40秒足らずで達している。
　筆者は緊急地震速報には詳しくないので、関東と東北で合わなかった理由のみ述べ、対応は専門に研究している方々におまかせする。
参考文献
(1)東日本大震災調査報告：防災科研
(2)西澤勝　著：GPS波浪計のSolitonと2011東日本大震災の地震波との関係．
　「The Relationship between Soliton in GPS wave gage and Seismic Wave of 2011 the Tohoku District Pacific Ocean Earthquake」日本地球惑星科学連合JGUM, 2013, 5
(3)日野幹雄　著「流体力学」1992
(4)西澤勝　著（Masaru Nishizawa）
　「Handling by Solitary Wave and Soliton Earthquake Motion」 2012, 10月18日　日本地震学会秋季大会 D22-01