JP2000346952A

JP2000346952A - 電磁波地殻活動監視装置

Info

Publication number: JP2000346952A
Application number: JP11197944A
Authority: JP
Inventors: Masatada Hata; 雅恭畑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】海底において、地上とは異なる地震の電磁
波前兆を検出し、地殻活動や地震の予知予測の信頼度を
向上する。【解決手段】地表から透過する電磁波を海底で十分減衰
せめるような、深さあるいはセンサーＱ値を用いて、海
底下よりの電磁波のみを検出するとともに、複数の周波
数のセンサーにより、海底地殻よりの地殻活動信号であ
る事を確認し、かつ海底地殻の電気伝導度で決まる表皮
厚から、電磁波の出現位置を推定し、また逆に出現位置
から電気伝導度を推定する事を可能として、地殼活動や
地震の予知予測の信頼度を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】地震や火山噴火による災害によっ
て近年大きな被害を蒙っている。これらの災害は突然襲
来し、対策や対応を講ずる時間的余裕が与えられない。
したがって、信頼性のある前兆現象を把握する観測装置
によって事前に事態を予測予知できれば、大きな災害の
軽減が期待できる。

【０００２】

【従来の技術】現在まで、環境の電磁波放射異常のほ
か、地電位変動、地下水位、放出ガス成分、動物行動の
異常など多くの現象が前兆として知られているが、その
再現性がなかったり、生成のメカニズムが不明であるた
め、充分に利用できないでいる場合が多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】さきに、地殻の異常に
よって生じる地表での電磁放射を検出し、地震との対応
関係を実地に求め、地震や火山噴火の予測を可能とする
地殻活動監視装置の実現を行ってきた。しかし、更に予
測予知の信頼度を向上する為には、より震源域に近接し
た海底で観測して、地表観測では得られない新しい電磁
波前兆信号の検出、および磁気圏や電離層に基因する雑
音や人工雑音を回避する手段が求められる。この意味に
おいて、海底に電磁界センサーを設置する観測を併用す
る事により、予知予測の信頼度が向上できる。水中では
電磁波が吸収されるため、各種の地表の雑音は減衰さ
れ、精密な観測のための有効な手段が提供される。特
に、海水や地殻での電磁波の減衰量は、媒体物質の電気
伝導度によって変わるとともに、周波数によっても変化
する為、複数の観測周波数を用いる事により地殻や震源
に関する情報の解析解明のための手段が得られる利点が
ある。また、海底下の深い地殻内の震源域で生じるエネ
ルギーによって発生する電磁波前兆のうち海中や地殻内
での減衰によって地上では検知困難な新たな電磁波予知
情報を検出できる期待がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明にかかわ
る海底電磁波地殻活動監視装置の実施例を示す。本実施
例においては、１７Ｈｚと２２３Ｈｚの異なる周波数の
磁界センサー２個１，２を海底面に垂直に設置した。そ
れぞれの磁界センサーについて、１７Ｈｚ用は高透磁率
鉄心を持つ棒状コイルであり、２２３Ｈｚ用は空心コイ
ルとなっている。それらは増幅器とともに、耐圧ラバー
材で包まれその内部に絶縁油を充填して形成されてい
る。これら磁界センサーは海底設置個所の磁界変化に比
例する起電力を発生し、増幅された後ケーブルで海上の
信号処理装置３まで送られ，その後公衆回線４を経由し
て解析センター５に送られる。

【０００５】本発明によれば、大気中の透過波や地殻深
部からの放射波など多くの観測信号を識別分離する機能
が付与され、予測予知の性能が向上される。すなわち、
観測周波数によって海水中の電磁波の減衰量が異なる事
を利用して、大気中の電磁波と深部地殻起源の電磁波を
区別する機能が付与される。さらに、海底下深部のマン
トル表面近くから放射され、その上部の地殻岩石圏を透
過してくる深部地殻起源の電磁波の出現深さや位置を、
複数の観測周波数を用いて推定可能とできる特徴を有す
る為、予知予測の性能を向上させることができる。さら
に、複数の観測点をもちいることで観測の精度と信頼度
はさらに向上させることができる。

【０００６】海中に挿入されたコイル磁界センサーは、
大気中に比べて共振特性が大きく変化する。それは、セ
ンサー周辺の媒質の電気伝導度が大きいため、磁界結合
による誘導電流が周辺媒質にながれ熱エネルギーとして
センサー共振回路の電気エネルギーが失われるからであ
る。この場合の等価回路を図２にしめす。したがって、
共振回路のＱ値（先鋭度）は、海底では大幅に低下す
る。また、共振周波数も変化する事があるが、これは付
加容量を調整することで修正することが、可能である。
なお、Ｑ値の低下を減少する為には、コイルの直径より
も十分大きいケースを用いて密閉する必要がある。そう
すれば、コイルから出る磁束の大部分はケース内周辺に
とどまるため、海水に接触する磁束が少なくなり損失が
低減する。できる限り小型化する要請からは、コイル直
径のほぼ２倍の大きさのケースを用いることで、９０％
近いエネルギーをケース内に確保できるので、Ｑ値の低
下も妥協できる値にする事ができる。

【０００７】大気中の電磁波振幅は、海底では海水の深
さと表皮厚の比によって決められる減衰量に、上記セン
サーのＱ値の低下分を加えただけの減衰となって検出さ
れる。これら、２量とも観測周波数に大きく依存するた
め、大気中から透過した後に検知される電磁波はこれら
の効果を受けるので、受信信号の出現パターンが複数観
測周波数で異なったものとなる。一方、地殻深部から出
現して検出された信号はセンサーが海底地殻上に置かれ
ている為、海水による表皮効果を殆ど受けていない。こ
のため、観測周波数による出現パターンには大きな相違
がない事が予測される。なお、海底直下には堆積岩など
の電気伝導度の大きい岩石層が存在するが、海水と比較
するとその電気伝導度は十分小さい。また、前兆として
放射される電磁波のスペクトラム振幅分布が一様でなく
周波数依存性を持つ場合もあるが、観測周波数が大きく
異ならない場合には、これらによる差異は小さい事が予
測される。よって、地震前兆として地殻深部から放射さ
れる電磁波は観測周波数によらずほぼ同パターンとして
検出される。

【０００８】設置する海底の深さが浅い場合には、小さ
いケースの耐圧ゴム材でセンサーを包むことで、地表の
雑音や干渉信号を減衰除去することができる。なお、こ
の場合には、センサーの感度がＱ値の低下分だけ悪くな
る。一方、海が深い場合には、海水による減衰が十分大
きいため地表の信号は減衰されるので、ケースを大きく
して、センサー感度を高める事ができる。

【０００９】大きな電気伝導度を持つ水や岩石などの媒
質の電磁波伝搬特性は、表皮厚（スキンデプス）で評価
される。表皮厚は電磁波が１／ｅ（約２．７分の１）に
減衰するまでに進む事のできる伝搬距離のことである。
それは、媒質の電気伝導水中では、１７Ｈｚと２２３Ｈｚそれぞれの表皮厚は、
約６２ｍと１７ｍとなる。

【００１０】図３は沼津市三津浜の湾内浮実験プラット
ホームから３３ｍの海底に設置したセンサーが、平成１
０年３月１日０２：３９に発生した東海道沖の深発地震
（Ｍ５．６，深さ３００Ｋｍ、震央距離約１７０Ｋｍ）
に際して、約４時間前の前日の２月２８日２１：００よ
り２２：００までに検出した信号振幅を示す。２２３Ｈ
ｚと１７Ｈｚで同じ出現波形である。上に述べた説明に
より、２２３Ｈｚにおいては、表皮厚が１７ｍであり、
３３ｍの海底では約６分の１に地表の電磁波は減衰し、
さらにセンサーのＱ値が約４分の１となるので、あわせ
て地表の電磁波は約２４分の１として検出される。図４
は、海底観測点から西方約１０Ｋｍに位置する大瀬崎で
観測した地表の当日の東西、南北、垂直３軸方向の磁界
強度を示す。同時刻における磁界強度は、たかだか３ｐ
Ｔ／（ｓｑｕａｒｅ−ｒｏｏｔＨｚ）であるので、海
底で検出される値は０．１２５ｐＴ／（ｓｑｕａｒｅ−
ｒｏｏｔＨｚ）となる。しかし、実際に海底で検出さ
れた振幅は、図３が示すごとく０．７４−０．８３ｐＴ
／（ｓｑｕａｒｅ−ｒｏｏｔＨｚ）である。したがっ
て、地表から海底に透過して検出された信号でなく、海
底下からの信号であると推定される。

【００１１】また、平成１０年８月２０日に鳥島近海で
大きな深発性の地震Ｍ７．１深さ４１０Ｋｍ、観測点か
らの震央距離約６８０Ｋｍが発生したが、この地震で
は、１０時間前と１５時間前にそれぞれ約２時間ほど、
図５に示すごとく、２２３Ｈｚと１７Ｈｚで同時にほぼ
同様の電磁波放射を検出した。この結果は、図３の結果
と同様であることが分かる。平成１０年１月２２日に観
測をはじめて以来、１１年５月までの間に、２２３Ｈｚ
と１７Ｈｚの両周波数で同時に同様の放射パターンを検
出したのは、この２例のみである。なを、他に直下型の
Ｍ５．５以下の近接した地震はいくつか存在したが、両
周波数で同時に検出したのは以上の２例だけであった。
規模の問題の他に深発地震特有の地殻深部における溶融
マグマの反応などの存在を考慮する必要があるかもしれ
ない。また、電磁波放射の４−１５時間と言う短時間の
後に２つの場合とも、かなりの規模の地震が発生したこ
とは、海底での電磁波放射と地震との対応を示唆するも
のと考えられる。

【００１２】海底下部の地殼構造を概観すると、海底直
下には堆積岩層と言われる風化によって形成されたまだ
十分に固まりきっていない層がほぼ数Ｋｍにわたって存
在する。この層には水分も多く電気伝導度が高い層であ
る。その下部には、陸地に近いところでは花崗岩層があ
り、またその下には玄武岩層からなる岩石圏となてい
る。この岩石圏の電気伝導度は１０Ｋｍ程度の深さでか
なり小さな値となり、それから深くなるに連れて温度が
上昇するため電気伝導度は徐々に大きくなる。３０Ｋｍ
後半から４０Ｋｍにかけ核の熱エネルギーで岩石の温度
も上昇しイオン伝導による電気伝導度が大きくなる。こ
れら岩石圏の下部には、マントルが存在し、粘性と高温
のため高い電気伝導度を持ち、準導体とみなされる。と
くに、電磁波にとっては不連続な境界面となる。それ
は、あたかも地震波に対してマントルが機械的な地震波
に対して不連続面を構成し、モホ面と命名されているの
と似通っている。図６は観測地点の地殻構造の概要をし
めす。地震の発生域と観測点間の地質構造の違いを電気
的に準導体と絶縁体の２極構造で簡易化して示す。

【００１３】ある太平洋プレートの潜り込む地殻深部で
大きなエネルギーを持つ反応が生じ、多分に地震の震源
域の近くで大きな電気的エネルギーも反応とともに放射
されたとして、準導体のマントルではその表面から、上
の絶縁体ないし誘電体とみなされる岩石圏にむけ電磁波
が放射される。海底で検出される複数周波数の振幅比か
ら、それぞれの表皮厚を用いて岩石圏中の電磁波の伝達
距離を評価する事ができる。図７に佐尾和夫著書「空
電」（成山堂書店、昭和５６年）８．３節の図８−５を
参照して示すように、岩石圏の電気伝導度は深さにより
岩質や温度が変化するため大きく変化する。数Ｋｍ（堆
積層）より深い３０Ｋｍまでの岩石圏では電気伝導度は
１０の−５乗から−７乗とみられる。３５Ｋｍをこえる
と、熱のためイオン荷電体による伝導度が大きくなる。
岩石圏の電気伝導度を１０の−５乗とすると、岩石圏の
表皮厚は２２３ＨＺと１７Ｈｚに対して、それぞれ１０
Ｋｍおよび３６Ｋｍとなる。一方、両周波数で検知され
る振幅比は図３から一例として、０．８３ｐＴ／（ｓｑ
ｕａｒｅ−ｒｏｏｔＨｚ）と２２．７ｐＴ／（ｓｑｕ
ａｒｅ−ｒｏｏｔＨｚ）となるから、電磁波の出現個所
は約４０Ｋｍ先となる。この値は震源までの距離よりず
っと近い事に成る。これは、ちようど前兆電磁波が等価
的に高伝導度のマントル表面から出現するとの推測を与
える。

【００１５】同様の評価を、今度は平成１０年８月２０
日の鳥島沖の地震について行うと、両周波数における検
知振幅は、図５に示すごとく、一例として１ｐＴ／（ｓ
ｑｕａｒｅ−ｒｏｏｔＨｚ）と２５ｐＴ／（ｓｑｕａ
ｒｅ−ｒｏｏｔＨｚ）となり、ほぼ同じ約４０Ｋｍ先
となる。震源の深さに関わらず、電磁波はマントル表面
から放射されているとみなされる。しかしながら、多く
の観測点から得られた情報から詳細に放射位置の評定を
統計学的手法を用いて行えば、地下構造および震源位置
の推定について多くの情報が得られる期待がある。これ
によって、予知に関する知見が増すと考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例と観測状況をしめす。

【図２】磁界センサーコイルの耐圧ラバー構造と、海水
によって生ずる損失の等価回路表現および損失を軽減す
る為の耐圧ラバー構造の設計要件をしめす。

【図３】平成１０年３月１日の東海沖地震の約４時間前
の２月２８日２１−２２時に１７Ｈｚと２２３Ｈｚで検
出された電磁波前兆信号をしめす。

【図４】２月２８日の近接した大瀬崎観測点で観測され
た地上での東西、南北、垂直３軸の磁界観測を比較のた
めしめす。波形と出現時間が異なる。

【図５】平成１０年８月２０日鳥島近海の地震の前に検
出された図３と同様の電磁波前兆信号を示す。

【図６】観測地点近傍の地殼構造の概要をしめす。

【図７】地殻の電気伝導度の深さ方向の変化をしめす。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の観測周波数に共振した複数のコイル
等の磁界センサーを海底に設置し、地表の雑音や干渉信
号を減衰させる深さ、センサーＱ値の条件のもとで海底
下の地殻から地震前に放射される電磁波信号を選択的に
検出し、地殻活動の監視を行うことを特徴とする電磁波
地殻活動監視装置。
【請求項２】当該の海底に設置される電磁波観測装置よ
りの検出情報を、地表に設置された各種の地殻活動観測
装置に供給し、地殻活動監視の精度と信頼度を向上した
る事を特徴とする地殻活動監視装置。
【請求項３】岩石圏の電気伝導度が小さい事と、さらに
その下部には温度が高く電気伝導度が高いマントル層が
存在する事を認めた上で、複数観測周波数を用いて検出
される電磁波放射振幅比から、岩石圏の電気伝導度が既
知のときには電磁放射を行っているマントル層表面まで
の深さを求める事を特徴とする電磁波地殻活動監視装
置。
【請求項４】前項３において、他の観測手段によりマン
トル層の深さが予測できるとき、複数観測周波数の観測
振幅比から岩石圏の電気伝導度を推定観測する事を特徴
とする電磁波地殻活動監視装置。
【請求項５】複数観測点からの該情報を多数用いて、統
計的な分布中心とその分散から電磁波放射の深さ、放射
位置を高精度に評定することを特徴とするシステム。
【請求項６】センサーを包むラバー材の大きさをコイル
に密着するほどに小さくすると、海底でのＱ値の減少が
大きくなる。ほぼコイル直径の２倍とする事で、Ｑ値の
低下を小さくする海底電磁波地殻活動監視装置用磁界セ
ンサー。
【請求項７】海底の深さに応じて、地表の雑音や干渉信
号を減衰させるため、磁界センサーのＱ値を制御したる
ことを特徴とする海底電磁波地殻活動監視装置用磁界セ
ンサーシステム。