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物理探査のアレコレ 屈折法弾性波探査 その３
走時曲線について①
記録波形の初動を読み取れたら、その読取値でいよいよ走時曲線を作成します。
ここからが、弾性波探査のハギトリ法解析を進めていく第一歩です。
これまで何度も言葉として登場している走時曲線ですが、あまり馴染みがないと思います。
走時曲線とは、起振ごとの初動読取値を、横軸を距離（測点）、縦軸を時間（初動読取値）としてプロットしたグラフになります。
上図は、7ヶの地震計を5ｍ間隔で設置し、0ｍ地点で起振した際の初動読み取りと、その読取値を走時曲線にした模式図です。
初動読取と走時曲線の相関が理解しやすいでしょうか。
さて、これで何が分かるのか？そもそもなぜ走時曲線を作成するのか？というと、弾性波探査の屈折法解析は多くの計算式を用いた難解なものであるため、それを図式解法で単純化し視覚的に分かりやすくするためです。
地盤の硬軟は、地盤を伝わる弾性波の速度で表すので、速度値を求めるのが走時曲線の第一の目的です。速度を求めるには「距離÷時間＝速度」の計算をしなくてはなりませんが、横軸＝距離、縦軸＝時間のグラフの傾きは速度になることから、図上の傾きに定規を当てるだけで速度を求めることができます。
上図を例に用いると、起振点0ｍから地震計P4までは同じ角度の傾きです。
この傾きに定規をあてると、縦横１マスずつ 1：1の角度であり、速度は１(km/s)となります。
計算では、距離20ｍでかかった時間は20msec。20m÷20msec＝1km/s と、求まります。
さて、P4から先は傾きが変わっています。波が、表層とは速度値の異なる地層を伝わっているためです。
このP4が、表層を伝播する直接波と、下部の硬い層からの屈折波とが同着する地点です。
P1～P4は直接波が先着、P4～P7は屈折波が先着しているということです。
では先程と同様に、傾きに定規をあてると横2マス・縦1マス 2：1の角度であり、速度は２(km/s)となります。
計算では、P4（20ｍ）からP7（35ｍ）まで距離15ｍで、かかった時間は7.5msec。15ｍ÷7.5msec=2km/s と、求まります。
各速度値を上図にあてはめると、第1層はVp=1km/s、第2層はVp=2km/sであると解析されました。
（厳密に言えば、まだこの段階では真の速度値ではありません）
今回は分かりやすくするため受振点・起振数はごく少数で、地盤モデルも単純な水平2層構造ですが、実際には受振点は数十～数百に及び、起振点も多くなります。地形の変化や地層の数・形状ももっと複雑です。
これらを全て計算すると膨大で難解な作業になりますが、図式解法なら迅速かつ簡便に速度を求めることができます。
ここまでで速度値が求まりましたが、さらに速度層の数、各速度層の速度値、層厚、形状まで、走時曲線の図上で解析していきます。
走時曲線は、屈折法弾性波探査・ハギトリ法解析の要といえるのです。
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沖縄 本島
社員旅行で沖縄へ行ってきました。我が社では二度目の沖縄旅行🌺現場としては弾性波や電気探査で出張していましたが、ちゃんと観光するのは10年ぶりくらい。
滋賀県の朝の気温は15℃、小雨で肌寒いくらいでしたが、那覇空港到着から湿気と熱気が・・・南国に来たって感じです。
余談ですが、この日はWBC決勝！大阪空港の搭乗口のテレビで一回表裏の攻防を見て、那覇空港到着直後に優勝を見届けました！
周りでも歓声が上がっていました。
空港からレンタカーで、まずは、ひめゆりの塔へ。戦争の痛ましい記録。
次は知念岬、 斎場御嶽へ。
３月なのに蒸し暑く森の中を汗だくで歩く。琉球石灰岩による絶景であり、祈りの聖地。明るいところで見る鍾乳石は新鮮です。夕方になり国際通りのステーキ店で夕食。鉄板パフォーマンス（話題のペッパーミルも）が楽しかった。
南城市の浜辺の茶屋 
知念岬 翌日は斑行動。ヤング２人は青の洞窟でスキューバダイビング初体験。
アダルト３人は本島北端の大石林山へ。
琉球石灰岩が密集する熱帯カルスト地形。プレート活動で隆起したタワーカルストや多雨で浸食されたピナクル、ドリーネなど見どころたくさん。鍾乳洞ではなく、地表にこれだけ石灰岩が露出している場所は本州にも少ないのではないか。
沖縄の石を集めた博物館もあり、プチ地質巡検。
沖縄は石灰岩のイメージが強かったが、付加帯からの様々な岩石が分布している。また木材が少ないため石材が暮らしに広く活用されていることを知った。
コースの最後にガジュマルの群生地を見学。神秘的な光景でした。
大石林山 
幸福のガジュマル そこから古宇利大橋のカフェでマリンブルー見て、広陵な万座毛、石垣が勇壮な座喜味城跡を巡り那覇に戻る。
夕食は沖縄郷土料理ざんまい。ウミブドウをつまみに泡盛が最高。
万座毛 
首里城の玄関・守礼門 最終日は定番の首里城。火災から復興中。2026年の秋には再建されるそうです。
そのあと識名園、瀬長島ウミカジテラスとフライト時間まで目一杯観光。沖縄を満喫しました。
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物理探査のアレコレ 屈折法弾性波探査 その２
波形の見方と初動の読取
弾性波探査の波形記録 上図は、屈折法弾性波探査で観測した波形記録です。
（地震計を5ｍ間隔で24ヶ並べた115ｍの展開・115ｍ付近で含水爆薬100ｇによる起振）
それぞれの波線は、等間隔で設置された地震計による記録ですので、縦軸は距離（ｍ）となります。
横軸は時間（msec：ミリ秒 1/1000秒）になります。
それぞれの波形を見ると、直線だった波線が急にへこんでいますね。
この反応が、前項で述べた「初動」です。
カケヤ打撃や発破によって起振された弾性波が、屈折して地表に戻り、地表の地震計が反応したことをあらわしています。
起振に近い地震計の初動は短時間であり、距離が離れるに従って初動の到達時間が長くなるのがわかります。
初動の読取とは、弾性波が初めて到達した時間を読むということです。
初動の読取 上図は、初動を読み取ったものです。右の表には読取値（初動到達時間）が示されています。
この読み取った時間をグラフにしたものが「走時曲線」です。（走時曲線について詳しくは次項）
走時曲線の出来が解析結果の優劣を左右しますので、走時曲線の出来＝初動の読取精度であるともいえます。
この記録で言えば、どの波形も概ね、波線がへこむキワを読み取れており、読取精度としては合格点でしょう。
極端に言うと、このへこみがシャープであればあるほど読取精度は上がるワケです。
ならばもっと強い力で起振して波形の振幅を大きくしたら精度が上がるじゃないか！
ということですが、そのために発破の薬量やカケヤ打撃回数を必要以上に増やすと、安全性や作業性の著しい低下を招き、
現実的ではありません。
最大受振距離100ｍの場合、起振源が爆薬なら100ｇ、カケヤ打撃なら５～10回のスタッキング（重合）が目安です。
では、振幅を大きくする以外で読取精度を向上させるためには？
それは「ノイズ」を取り込まないことです。
弾性波探査におけるノイズとは、こちらの起振以外の全ての振動であり、風に揺れる木々や沢の水流、自動車、船、飛行機、通行人、野生動物、送電線の電波、地震計の不備・・・と、挙げればキリがありません。
ノイズと初動 例えば上図の記録の11ch・50ｍの波形と、12ch・55ｍの波形を比較してみると、11chは波形のへこみが読み取りやすいですが
12chの波形ははっきりしません。
これは、12chの方にはノイズが乗り、初動部分の波形を乱しているからで、ノイズが原因で読取精度が低下したといえます。
このようなノイズによる読取精度低下に対しては、前後の波形がはっきりしていることや、走時曲線の幾何学的特徴から、
読取値をある程度補完することができます。
従って、記録の取り方や精度の判断は、現場の状況によって異なってきます。
発破の薬量はもっと増やしたほうがいいのか？逆に減らしても効くのか？
待っていればノイズは収まるのか？
地震計はしっかり設置されているか？
地質による効きの違いは？シラス台地は効きが悪い。露岩が多い箇所は波動が減衰しやすい。軟弱地盤だと低周波が卓越する・・・
などなど
測定者は、このようなことを考慮しながら、必要十分な精度で波形を取ることを心がけているのです。
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糸魚川-静岡構造線 フォッサマグナ 新潟県糸魚川市
令和4年の地質巡検は、日本列島の形成に大きく関わるフォッサマグナ、そしてその境界線となる糸魚川静岡構造線。
日中の日差しに夏の気配を感じる6月9日、ユネスコ世界ジオパークに認定された地質の街・新潟県糸魚川市を訪れました。
ジオパーク糸魚川の中心施設・フォッサマグナミュージアムや、断層の露頭が保存されているフォッサマグナパークで、ここ糸魚川市でみられる様々な地質について学習しました。
岩石庭園 巨大なヒスイの原石 
ブラタモリのポスター フォッサマグナミュージアムの入り口では、巨大なヒスイの原石と、付近で採れる種々様々な岩石が置かれており、あまり馴染みのない「苦土リーベック閃石曹長岩」といったものから、土木工事の困りもの「蛇紋岩」なども実際に目で見て、手で触れて観察することができました。
エントランスにも展示物や地元PRビデオがあり、2021年に「ブラタモリ」にて訪れた地などの紹介もありました。
ミュージアム内は第1～第6まで展示室が分かれています。
フォッサマグナ
フォッサマグナとはラテン語で「大きな溝」。溝と言っても、周囲と比べてへこんでいるような地形的な溝ではありません。
このフォッサマグナ地域の地質は約2500万年前の新生代のものであるのに対し、これを挟む東西の地質は5億年以上前の中・古生代のものという、世界でも類を見ない地質年代の隔たりがあります。
つまり、地質学的な大きな溝ということで、明治時代の地質学者ナウマンがフォッサマグナと名付けたのです。
もともとは大陸の一部だった原始日本は、約2000万年前、プレートの沈み込みに伴う地殻変動で大陸から分離していきます。
その後、各プレートの沈み込みの方向性が異なることから（日本海溝と南海トラフ）、日本群島は真っ二つに分断されます。
この折れた日本群島の間に地層が堆積したことがフォッサマグナの誕生であると推測されています。
ナウマン博士の肖像画 
フォッサマグナの火山帯 糸魚川-静岡構造線
糸魚川-静岡構造線は、糸魚川市の親不知（おやしらず）付近から諏訪湖を通って、静岡県駿河区の安部川に至る、フォッサマグナの西端の地質境界となる大断層です。これを境に、東北日本と西南日本に分断されます。
中央構造線と並んで、日本列島の地質を大きく分断しています。
この断層沿いに街道も整備され、江戸時代などは行商も行き交ったそうです。
フォッサマグナパークは遊歩道が整備された、糸静線の断層露頭が観察できる公園施設です。
海底火山からのマグマが露出した、枕状溶岩。フォッサマグナが海だった頃の、海中で起こった海底火山の活動の大きさを感じさせるものでした。
糸静線の断層露頭 
遊歩道入口 
枕状溶岩 ヒスイ
東洋では古くから重用された宝石の一種。
糸魚川の長者ヶ原遺跡では、約5000年前の縄文時代に日本最古にして世界最古のヒスイの加工が確認されています。
ヒスイは、沈み込み帯で生成される変成岩である蛇紋岩中に含まれます。
造山活動で蛇紋岩が地表に押し出される過程で種々の鉱物を取り込み圧力を受けた結果、ヒスイが産まれると推定されています。
プレートの境界に位置する日本ならではの宝石と言えます。
ヒスイのイメージは深緑色ですが、本来は様々な色が存在します。
縄文・弥生時代には装飾品として日本全国に運ばれており、朝鮮半島にも日本からの交易品として渡った痕跡が確認されています。
しかし、奈良時代を最後にヒスイの利用はほとんど見られなくなり、歴史から姿を消します。
この、ヒスイ文化の突然の衰退は歴史のミステリーとされ、解明されていないようです。
ヒスイの原石 
長者ヶ原遺跡 
ヒスイ海岸 糸魚川市のヒスイが見つかる海岸をヒスイ海岸と通称しています。
我々もヒスイを見つけるぞ！と勇んで海岸で探し回りましたが・・・いざ実際に見るとなかなか見分けがつかない！
現地では波打ち際で海に膝辺りまで入ってヒスイを探している人もいたり、平日の午前中だが先客は何人もいたもよう。
この日は雨のせいでほとんどの石が濡れてキレイな光沢を放っており、どれもこれもヒスイなのでは？と思ってしまうような状況でした。濡れた石が乾くと光沢が消え、明らかにヒスイではないと分かるのですが・・・
糸魚川市の海岸で見られる石の種類は日本一（自称）らしく、火成岩、変成岩、堆積岩と様々な石が観察できました。
NHKの「７２時間」でヒスイ海岸が放送されるそうです。
化石の谷 
ヒスイ海岸で採取した石とパンフレット 
ご当地B級グルメ ブラック焼きそば フォッサマグナミュージアム敷地内「化石の谷」での化石発掘体験では、ウミユリの茎や二枚貝・巻貝などが見つけられました。
糸魚川名物・ブラック焼きそばは、イカスミで真っ黒な見た目も味もインパクト十分な逸品でした。
世界ジオパークに認定されているだけあって、施設やフィールドワークが行える場所が充実しており、この糸魚川での巡検は
実に充実したものであったと感じました。
