JP2010203914A - 地震予知方法および地震予知システム - Google Patents
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Abstract
【課題】地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供する。
【解決手段】地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される三角網について、監視用三角網をあらかじめ選択する選択工程と、監視用三角網の変動から地震の発生を予知する監視工程とを含み、選択工程は、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過した回数である閾値超過回数を算出すると共に、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過してから一定期間内に、三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、地震発生回数と閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が第二の閾値を超過する三角網を監視用三角網として選択することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される三角網について、監視用三角網をあらかじめ選択する選択工程と、監視用三角網の変動から地震の発生を予知する監視工程とを含み、選択工程は、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過した回数である閾値超過回数を算出すると共に、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過してから一定期間内に、三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、地震発生回数と閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が第二の閾値を超過する三角網を監視用三角網として選択することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は衛星測位記録を用いた地震の予知方法に関するものである。
従来、地震予知は、精密基準点測量による基準点における水平方向変動量、精密水準測量による水準点の標高変動量を解析して行われてきたが、観測地点が互いに異なること、観測年月日が地区毎に異なるなどの理由で、迅速且つ正確に地震予知を行うことが困難であった。時間分解能の高い災害時期の予知と、正確な被害地域の予知を可能にする地震予知の方法が強く望まれていた。
そこで、特許文献1では、全国に配置された観測点における三次元座標の観測を、人工衛星を利用したGPS観測システムにより連続的または定期的に実行し、任意の観測点の組み合わせで作られる三角網について、三次元座標系の3つの投影面に投影した三角形の所定期間内の面積変動率を用いることで、地震予知が可能になることが報告されている。
引用文献1の方法によれば、震源域や被害地域の面的な予測を、短時間かつ高い精度で行うことがでる。さらに、観測点から構成される三角網の面積変動率を用いるため、不動点を推定して選択する必要がなく、衛星測定記録の誤差、ノイズにも影響を受けにくい特徴を有している。
そこで、特許文献1では、全国に配置された観測点における三次元座標の観測を、人工衛星を利用したGPS観測システムにより連続的または定期的に実行し、任意の観測点の組み合わせで作られる三角網について、三次元座標系の3つの投影面に投影した三角形の所定期間内の面積変動率を用いることで、地震予知が可能になることが報告されている。
引用文献1の方法によれば、震源域や被害地域の面的な予測を、短時間かつ高い精度で行うことがでる。さらに、観測点から構成される三角網の面積変動率を用いるため、不動点を推定して選択する必要がなく、衛星測定記録の誤差、ノイズにも影響を受けにくい特徴を有している。
GPSの観測点(電子基準点と呼ばれることもある)は、日本全国に約1200箇所あり、それらの三点から構成される三角網は17億通りを超える膨大な数となり、その全てにおいて面積変動率を計算するのは実用的でなく、日常監視には適さないといった問題点があった。
一方、安易に監視対象の三角網を絞り込むと、地震発生時期や震源域の予知の精度が低下するといった問題点もあった。
一方、安易に監視対象の三角網を絞り込むと、地震発生時期や震源域の予知の精度が低下するといった問題点もあった。
本発明は以上の問題点を解決するためになされたものであり、地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供することにある。
我が国では、過去の地震観測記録の分析から、地震多発地帯がある程度特定されている。そこで、発明者らは過去に発生した地震との相関度の高い三角網をあらかじめ特定できるとの前提に立ち、過去の地震観測記録について鋭意検討を行った結果、発明者が提案する地震相関度を用いれば効率的に日常監視に適した監視用三角網を選択でき、前述の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明に係わる地震予知方法は、地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される三角網について、監視用三角網をあらかじめ選択する選択工程と、前記監視用三角網の変動から地震の発生を予知する監視工程とからなる地震予知方法について、前記選択工程は、過去の衛星測位記録に基づいて求められた所定期間内の三角網の面積変動率が、第一の閾値を超過した回数である閾値超過回数を算出すると共に、過去の地震観測記録に基づいて、前記三角網の面積変動率が前記第一の閾値を超過してから一定期間内に、前記三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、前記地震発生回数と前記閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が第二の閾値を超過する三角網を前記監視用三角網として選択することを特徴とする。
また、前記監視工程は、衛星測位記録に基づいて、前記監視用三角網の前記閾値超過回数を算出し、全ての監視用三角網における前記閾値超過回数の総計である閾値超過総回数を算出し、前記閾値超過総回数が増加した時期から前記一定期間内に前記一定規模以上の地震が発生すると予知してもよい。
また、前記監視工程は、前記観測点のそれぞれについて、該観測点が属する前記監視用三角網の閾値超過回数を積算して観測点閾値超過総回数として設定し、全ての観測点について前記観測点閾値超過回数の総計である観測点閾値超過総回数を算出し、前記観測点閾値超過総回数が多い観測点の位置から前記一定距離内で前記一定規模以上の地震が発生すると予知してもよい。
また、前記監視工程と共に、定期的に地震観測記録を更新して、更新された地震観測記録に基づいて求められた監視用三角網の地震相関度が前記第二の閾値を下回る場合には、再度前記選択工程を行うと判定する更新判定工程を行ってもよい。
また、前記面積変動率は、前記三角網を構成する三点の位置に関する衛星測位記録を、X,Y,Zの三軸を有する地心座標系に基づく三次元座標系で表現し、前記三次元座標系のそれぞれ二軸から構成されるXY,XZ,YZ平面への前記三点の投影点により構成されるそれぞれの投影三角形の面積変動率から算出してもよい。
地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される任意の三角網について、過去に発生した地震との相関度の高い監視用三角網へと監視対象を絞込むことで、地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供できる。
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明の技術的範囲は本実施形態に限定されるものではない。
[第一の実施形態]
図1は本発明の第一の実施形態における地震予知フロー図を示す。本フローは、大きく分けて、監視用三角網6をあらかじめ選択する選択工程S1と監視用三角網6の変動から地震発生を予知する監視工程S2の2つに分けることができる。以下、それぞれに分けて説明する。
図1は本発明の第一の実施形態における地震予知フロー図を示す。本フローは、大きく分けて、監視用三角網6をあらかじめ選択する選択工程S1と監視用三角網6の変動から地震発生を予知する監視工程S2の2つに分けることができる。以下、それぞれに分けて説明する。
[選択工程S1]
まず、ステップS11において三角網の面積変動率Rの算出を行う。地表上の複数の観測点5における任意の三点から三角網6を構成し(図4参照)、過去の衛星測位記録に基づき、その三角網6の所定期間Δt内の面積の変動率から面積変動率Rを算出する。
時刻tにおける三角網の面積をS(t)とし、所定期間Δt経過後の三角網の面積をS(t+Δt)とする。時刻t+Δtにおける三角網の面積変動率R(t+Δt)は式1から算出される。
まず、ステップS11において三角網の面積変動率Rの算出を行う。地表上の複数の観測点5における任意の三点から三角網6を構成し(図4参照)、過去の衛星測位記録に基づき、その三角網6の所定期間Δt内の面積の変動率から面積変動率Rを算出する。
時刻tにおける三角網の面積をS(t)とし、所定期間Δt経過後の三角網の面積をS(t+Δt)とする。時刻t+Δtにおける三角網の面積変動率R(t+Δt)は式1から算出される。
所定期間Δtは任意に設定することができる。便宜上、1年、1ヶ月、1日の中から設定されるが、このうち1日を設定するのが最も好ましい。この期間を短く設定する方が後述する日常監視に適しており、さらに地震予知の精度が向上するためである。
過去の衛星測位記録とは、GPSによる観測が開始された2000年1月1日から任意の期間の衛星測位記録を指す。この期間は長い方が好ましく、選択工程を行う直前までの期間から選定されるのが最も好ましい。
なお、三角網の面積変動率Rは、図3に記載の地球重心2を原点にした地心座標系1を基準に、図4に示すように三点の観測点(A,B,C)から構成される三角網6のXY,XZ,YZ平面に投影されたそれぞれの投影三角形7の面積(Sxy、Sxz、Syz)の所定期間Δt内の変動率から算出してもよい。なお、3つの投影三角形7のうち、少なくとも1つの面積変動率Rが後述する第一の閾値V1を超過した場合に、三角網6として閾値を超過したと判断する。
投影三角形7を用いて面積変動率Rを算出することで、地心座標系1のXY,XZ,YZ平面での面積変動を等しい重み付けで評価することができ、面積変動の検知精度を向上することができる。
投影三角形7を用いて面積変動率Rを算出することで、地心座標系1のXY,XZ,YZ平面での面積変動を等しい重み付けで評価することができ、面積変動の検知精度を向上することができる。
次にステップS12において、第一の閾値V1の設定を行う。第一の閾値V1とは、S11で算出された面積変動率Rについて、定常的な変動と地震発生に関連すると思われる特異な変動を区分するための閾値である。第一の閾値V1は静的閾値もしくは動的閾値を用いることができる。
静的閾値は、過去の衛星測位記録や解析結果から一律の定数として閾値を設定するものであり、例えば、面積変動率Rが20ppmを超えると危険と判断する方法がある。
動的閾値は、面積変動率Rの一定評価期間毎の移動標準偏差σに基づき閾値を逐次変化させながら設定するものである。評価期間は、1ヶ月から1年の範囲で設定することができ、好ましくは1ヶ月から3ヶ月であり、より好ましくは1ヶ月である。1ヶ月から3ヶ月の範囲では評価期間を変化させても閾値に大きな変化がないことが分かっており、計算の簡便性の点から評価期間は1ヶ月を選択するのが実用的である。また、第一の閾値V1は移動標準偏差σの3倍から7倍と設定するのが好ましい。移動標準偏差σの倍数を低く設定しすぎると面積変動率Rが第一の閾値V1を超過する回数が過多となり、高く設定しすぎると同じく超過する回数が過少となり、両者とも地震予知のための実用的かつ十分なデータを得ることができない。
なお、重要設備等に近接する地点に対して、当該地点の特性を考慮した地域固有の閾値を設定して、地震予知の精度を向上させることも可能である。特に、発電所などの重要設備周辺の局地的な地震予測などに有効な手法となる。
次に、ステップS13において、三角網の閾値超過回数Nbを算出する。閾値超過回数Nbとは、過去の衛星測位記録に基づき算出された三角網の面積変動率Rが、第一の閾値V1を超過した回数である。
次に、ステップS14において地震発生回数Neを算出する。地震発生回数Neは、「三角網の面積変動率Rが第一の閾値V1を超過してから一定期間T内」に、過去の地震観測記録に基づき、「三角網を構成するいずれかの観測点(A,B,C)から震源まで一定距離X内」で「マグニチュードM以上の地震」が発生した回数を指す。
さらに、ステップS15において、三角網の地震相関度Nrを算出する。地震相関度Nrは、地震発生回数Neと閾値超過回数Nbとの比として式2より算出される。
(数2)
地震相関度Nr=地震発生回数Ne/閾値超過回数Nb ------ (式2)
図5を用いて、地震相関度Nrの具体的な算出方法を説明する。図5aは、三角網の面積変動率Rの経時変化を表す概要図である。図5bは、三角網6と地震の震源域との関係を表す概要図である。図中のV1は第一の閾値を表し、E1、E2、E3はそれぞれ1回目、2回目、3回目に面積変動率Rが第一の閾値V1を超過した時期を表している。また、m1,m2は、それぞれE1,E2から一定期間T内に発生したマグニチュードM以上の地震を表している。さらに、m1、m2の震源は、それぞれ観測点A、Cから一定距離X内にある。
この場合、閾値超過回数Nbは3回と算出される。また、面積変動率Rが第一の閾値V1を超過した時から一定期間T内に、観測点5のいずれかから一定距離X内でマグニチュードM以上の地震が発生した回数は2回となり、これより地震発生回数Neは2回と算出される。よって、地震相関度Nrは、2/3(=地震発生回数Ne:2回/閾値超過回数Nb:3回)と算出される。
地震相関度Nr=地震発生回数Ne/閾値超過回数Nb ------ (式2)
図5を用いて、地震相関度Nrの具体的な算出方法を説明する。図5aは、三角網の面積変動率Rの経時変化を表す概要図である。図5bは、三角網6と地震の震源域との関係を表す概要図である。図中のV1は第一の閾値を表し、E1、E2、E3はそれぞれ1回目、2回目、3回目に面積変動率Rが第一の閾値V1を超過した時期を表している。また、m1,m2は、それぞれE1,E2から一定期間T内に発生したマグニチュードM以上の地震を表している。さらに、m1、m2の震源は、それぞれ観測点A、Cから一定距離X内にある。
この場合、閾値超過回数Nbは3回と算出される。また、面積変動率Rが第一の閾値V1を超過した時から一定期間T内に、観測点5のいずれかから一定距離X内でマグニチュードM以上の地震が発生した回数は2回となり、これより地震発生回数Neは2回と算出される。よって、地震相関度Nrは、2/3(=地震発生回数Ne:2回/閾値超過回数Nb:3回)と算出される。
本発明は、一定期間T、一定距離X,地震規模を示すマグニチュードMを調整することで、予知検討対象の地震を個々のニーズに応じて任意に選択できる点に特徴がある。
一定期間Tは任意の期間を設定することができるが、長すぎる期間を設定すると面積変動と無関係の地震を予知検討対象として選定することになり、好ましくない。地震の前兆と思われる面積変動が現れ始める時から地震発生までの期間に基づき設定するのが妥当であり、一般にこの期間Tは1ヶ月(約30日)とするのが実現象に即している。
一定距離Xも任意の距離を設定することができるが、長すぎる距離を設定すると、距離減衰により影響をほとんど受けない地震について予知検討対象とすることになり、好ましくない。この距離Xは、地震の影響を受ける範囲に基づき設定するのが妥当であり、一般に100kmとするのが実現象に即している。
マグニチュードMも、任意に設定することができるが、距離Xと同様に小さすぎる規模の地震を対象とするのは好ましくない。一般に、マグニチュード5以上の地震が対象とされるが、実用的な面からはマグニチュード6以上の地震を対象とするのが好ましい。
一定期間Tは任意の期間を設定することができるが、長すぎる期間を設定すると面積変動と無関係の地震を予知検討対象として選定することになり、好ましくない。地震の前兆と思われる面積変動が現れ始める時から地震発生までの期間に基づき設定するのが妥当であり、一般にこの期間Tは1ヶ月(約30日)とするのが実現象に即している。
一定距離Xも任意の距離を設定することができるが、長すぎる距離を設定すると、距離減衰により影響をほとんど受けない地震について予知検討対象とすることになり、好ましくない。この距離Xは、地震の影響を受ける範囲に基づき設定するのが妥当であり、一般に100kmとするのが実現象に即している。
マグニチュードMも、任意に設定することができるが、距離Xと同様に小さすぎる規模の地震を対象とするのは好ましくない。一般に、マグニチュード5以上の地震が対象とされるが、実用的な面からはマグニチュード6以上の地震を対象とするのが好ましい。
本発明は、震源までの距離を起算する位置として、三角網の重心位置8ではなく、三角網を構成するいずれかの観測点5の位置を採用している点にも特徴がある。
この理由を図6により説明する。この図は、プレート境界10を隔てて、三角網6が形成されており、静置しているプレート9a上にある2点の観測点(B,C)と、同図中矢印方向に移動しているプレート9b上にある1点の観測点Aから構成される三角網6を示している。この場合、プレート境界10近傍で発生した地震m1は、観測点A近傍の地殻変動に起因していると考えるのが最も現実的である。三角網の重心位置8では、必ずしも地殻変動しているとは限らず、地震の発生と関係付けるのは適切ではない。特に、三角網6の面積が大きくなり、観測点間の離隔距離が大きくなると、この影響はより顕著になる。よって、実際に地殻変動が観測される各観測点5を基準に検討対象地震を選定したものである。
この理由を図6により説明する。この図は、プレート境界10を隔てて、三角網6が形成されており、静置しているプレート9a上にある2点の観測点(B,C)と、同図中矢印方向に移動しているプレート9b上にある1点の観測点Aから構成される三角網6を示している。この場合、プレート境界10近傍で発生した地震m1は、観測点A近傍の地殻変動に起因していると考えるのが最も現実的である。三角網の重心位置8では、必ずしも地殻変動しているとは限らず、地震の発生と関係付けるのは適切ではない。特に、三角網6の面積が大きくなり、観測点間の離隔距離が大きくなると、この影響はより顕著になる。よって、実際に地殻変動が観測される各観測点5を基準に検討対象地震を選定したものである。
次にステップS16において第二の閾値V2を設定する。第二の閾値V2とは、監視用三角網6に適した三角網を選択するために地震相関度Nrに対して設定される閾値である。
第二の閾値V2は任意の値を設定することができるが、1/3から2/3の範囲とするのが好ましく、1/3から1/2の範囲とするのがより好ましい。特に、1/3と設定することで、地震予知精度と実用性のバランスが最もとれた監視用三角網6を選択できる。
第二の閾値V2は任意の値を設定することができるが、1/3から2/3の範囲とするのが好ましく、1/3から1/2の範囲とするのがより好ましい。特に、1/3と設定することで、地震予知精度と実用性のバランスが最もとれた監視用三角網6を選択できる。
選択工程の最後に、ステップS17において、三角網の地震相関度Nrが第二の閾値V2を超過する三角網を監視用三角網6として選択する。
[監視工程S2]
まず、ステップS21において、監視用三角網6の情報を取得する。
まず、ステップS21において、監視用三角網6の情報を取得する。
次に、ステップS22において、監視用三角網の面積変動率Rの算出を行う。日々更新される衛星測位記録に基づき、監視用三角網の面積変動率Rを算出し、その結果をリアルタイムまたは定期的に監視する。
定期的に監視する場合、その間隔は1ヶ月以下とするのが好ましい。多くの既往地震について地震発生の約1ヶ月前から地震発生の前兆と見られる変化が検出されているためである。地震発生に近づくほど地震発生の前兆を検出しやすいことから、定期的に監視する間隔は短い方が好ましく、1日間隔とするのが最も好ましい。
定期的に監視する場合、その間隔は1ヶ月以下とするのが好ましい。多くの既往地震について地震発生の約1ヶ月前から地震発生の前兆と見られる変化が検出されているためである。地震発生に近づくほど地震発生の前兆を検出しやすいことから、定期的に監視する間隔は短い方が好ましく、1日間隔とするのが最も好ましい。
なお、選択工程1において選択された全ての監視用三角網6を同じ頻度で監視することもできるが、一部の監視用三角網6を重点的に高頻度で監視することもできる。後者の場合、選択工程S1において三角網の地震相関度の高さや三角網と重要設備等の近接度を考慮して、重点監視する監視用三角網6を絞り込むことができる。
次に、ステップS23において、監視用三角網の閾値超過回数Nb’を算出する。閾値超過回数Nb’は、ステップS13の閾値超過回数Nbと同様の方法を用いて算出し、その際用いる第一の閾値V1も、ステップS12と同様の方法を用いて設定する。選択工程S1と同様の方法を用いることで、選択工程S1での選択の基準となった地震と同様の地震を、監視工程S2において予知対象とすることができる。なお、閾値超過回数Nbは、それぞれの監視用三角網における閾値超過回数の「のべ回数」として求める。
また、ステップS23では、監視用三角網の閾値超過総回数Nsb’も算出する。閾値超過総回数Nsb’とは、全ての監視用三角網における閾値超過回数Nb’の総計である。
次に、ステップS24において地震発生時期予知を実施する。閾値超過総回数Nsb’の経時変化を監視し、閾値超過総回数Nsb’が一定数以上増加した時には、その時から一定期間T内にマグニチュードM以上の地震が発生すると予知できる。
ステップS24で地震の発生が予知された場合には、ステップS25、26により震源域の予知を実施する。
ステップS25では、まず、観測点5のそれぞれについて、この観測点が属する監視用三角網の閾値超過回数Nb’を積算して観測点閾値超過総回数Nsb”を設定する。
表1を用いて、この観測点閾値超過総回数Nsb”の算出方法を具体的に説明する。表1では、6つの観測点(a1、a2、b1、b2、c1、c2)と、これらの観測点から構成される8つの監視用三角網(D1,D2、D3、D4,D5,D6,D7,D8)を対象としている。監視用三角網の閾値超過回数Nb’を括弧内に表記し、それぞれの監視用三角網を構成する観測点の欄に前述の閾値超過回数Nb’を記載した。例えば、監視用三角網D1の閾値超過回数Nb’は3回であり、監視用三角網D1を構成する観測点a1,b1,c1の欄にも3回と記載した。
この作業を全ての監視用三角網について行い、それぞれの観測点が属する監視用三角網の閾値超過回数Nb’を積算して観測点閾値超過総回数Nsb”を求める。例えば、観測点a1については、観測点閾値超過総回数Nsb”は15回(=3+4+3+5)となる。
この作業を全ての監視用三角網について行い、それぞれの観測点が属する監視用三角網の閾値超過回数Nb’を積算して観測点閾値超過総回数Nsb”を求める。例えば、観測点a1については、観測点閾値超過総回数Nsb”は15回(=3+4+3+5)となる。
次にステップS26において、震源域の予知を実施する。震源域の予知は、観測点閾値超過総回数Nsb”が多い観測点の位置から一定距離X内でマグニチュードM以上の地震が発生すると予知することで行う。例えば、表1においては観測点a1の観測点閾値超過総回数Nsb”が最も多くなっており、この観測点a1の位置を基準として震源を予知することができる。
上記説明した如く、膨大な数の三角網の中から過去に発生した地震との相関度の高い監視用三角網へと監視対象を絞込むことで処理負荷を軽減し、地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供することができる。
[第二の実施形態]
図2に本発明の第二の実施形態における地震予知フロー図を示す。図2aは、選択工程S1に関するフロー図であり、図2bは、監視工程S2に関するフロー図である。これら、第一の実施形態に係わるフローとともに、第二の実施形態においては、図2cに示す通り更新判定工程S3を並行して行うことに特徴がある。
図2に本発明の第二の実施形態における地震予知フロー図を示す。図2aは、選択工程S1に関するフロー図であり、図2bは、監視工程S2に関するフロー図である。これら、第一の実施形態に係わるフローとともに、第二の実施形態においては、図2cに示す通り更新判定工程S3を並行して行うことに特徴がある。
更新判定工程S3では、最新の地震観測記録に基づき、監視用三角網の閾値超過回数Nb’を算出するとともに(S31)、地震発生回数Ne’を算出し(S32)、地震相関度Nr’を算出する(S33)。その結果から、監視用三角網の地震相関度Nr’が妥当な範囲かどうか判定する(S34)。妥当と判定されれば、既選択の監視用三角網6に対する監視を継続し、これが妥当でないと判定されれば、地震予知に適した監視用三角網6を更新するため再度選択工程を行う(S1)。
監視用三角網の地震相関度Nr’の妥当性判定(S34)は、ステップS16で設定された第二の閾値V2を用いて行うことができる。具体的には、更新された最新の地震観測記録に基づいて監視用三角網の地震相関度Nr’を求め、一定割合以上の監視用三角網について地震相関度が第二の閾値V2を下回る場合には、再度選択工程を行うと判定することができる。
ステップS17において地震相関度Nrが第二の閾値V2を超過する三角網5のみ監視用三角網6として選択しており、本来ならば監視用三角網の地震相関度Nr’を再度算出しても、全て第二の閾値V2を超過するものと考えられる。しかし、GPSによる観測が開始されたのは2000年1月1日であり、比較的日が浅いため、今後の地震観測記録の蓄積によって、監視用三角網の地震相関度Nr’が変化し、それに伴って最適な監視用三角網6も変化する可能性がある。よって、定期的に地震観測記録を更新し、最新の記録に基づいて監視用三角網6を更新していくことによって、地震予知精度を維持し、さらに向上することができる。
[第三の実施形態]
第三の実施形態では、選択工程S1の前に、地震予知の検討に適した観測点5を抽出する観測点抽出工程を行う。これは、監視用三角網6を選択する上で必須ではないが、三角網の検討対象とする観測点数をあらかじめ絞り込むことができるため、実施することが好ましい。
検討に使用する観測点5は日本全国に約1,200地点存在するが、観測点5の中には観測精度の点から、地震予知に適さない箇所も存在する。そのため、次のような基準により、検討地震予知に適した観測点5を抽出することが好ましい。
1)観測点同士の距離が十分であること(例えば数10km、数100km間隔)。
2)観測点の周囲にある障害物(樹木、建物、電波原)の影響等による電波受信障害がないこと。
3)観測点の設置時期が新しいこと。
4)設置条件(地殻変動、凍上現象、温度変化、気象条件等)によるノイズの影響がないこと。
抽出する観測点数は、観測点5から形成される三角網6の数やコンピュータの処理能力を考慮して設定されるが、約100地点とするのが通常である。
第三の実施形態では、選択工程S1の前に、地震予知の検討に適した観測点5を抽出する観測点抽出工程を行う。これは、監視用三角網6を選択する上で必須ではないが、三角網の検討対象とする観測点数をあらかじめ絞り込むことができるため、実施することが好ましい。
検討に使用する観測点5は日本全国に約1,200地点存在するが、観測点5の中には観測精度の点から、地震予知に適さない箇所も存在する。そのため、次のような基準により、検討地震予知に適した観測点5を抽出することが好ましい。
1)観測点同士の距離が十分であること(例えば数10km、数100km間隔)。
2)観測点の周囲にある障害物(樹木、建物、電波原)の影響等による電波受信障害がないこと。
3)観測点の設置時期が新しいこと。
4)設置条件(地殻変動、凍上現象、温度変化、気象条件等)によるノイズの影響がないこと。
抽出する観測点数は、観測点5から形成される三角網6の数やコンピュータの処理能力を考慮して設定されるが、約100地点とするのが通常である。
さらに、抽出された観測点5の衛星測位記録について不良データを除去する衛星測位記録処理工程も行う。この工程も監視用三角網6を選択する上で必須ではないが、不良データが存在すると面積変動率Rの計算結果に誤差が生じるため、実施するのが好ましい。
衛星測位記録処理で除去される不良データとしては、欠測データおよび異常データの2種類がある。
欠測データとは、GPS観測機器の故障や電子基準点の保守・整備などにより、衛星測位記録上、欠測したデータのことを指す。具体的には、各観測点の記録を確認し、欠測が生じた期間(欠測期間)を抽出し、三角網の面積変動率の算出S11以降において欠測期間のデータを検討対象から除外することで対応する。
異常データとは、観測点5の記録が定常変動を超えて変動したデータを指す。例えば、国土地理院等が電子基準点の標高を変更する場合があり、このような時には標高データが変更分だけスライドすることになる。その際は、異常変動した時から前後一定期間内のデータを検討対象から除去することで対応する。
衛星測位記録処理で除去される不良データとしては、欠測データおよび異常データの2種類がある。
欠測データとは、GPS観測機器の故障や電子基準点の保守・整備などにより、衛星測位記録上、欠測したデータのことを指す。具体的には、各観測点の記録を確認し、欠測が生じた期間(欠測期間)を抽出し、三角網の面積変動率の算出S11以降において欠測期間のデータを検討対象から除外することで対応する。
異常データとは、観測点5の記録が定常変動を超えて変動したデータを指す。例えば、国土地理院等が電子基準点の標高を変更する場合があり、このような時には標高データが変更分だけスライドすることになる。その際は、異常変動した時から前後一定期間内のデータを検討対象から除去することで対応する。
[地震予知システムによる実施形態]
図7は本発明に係る地震予知システムの概略構成を説明する図である。地震予知システム100は、観測点位置取得部102、地震観測記録取得部104、選択部106、更新部108、監視部110、出力部112、および観測点位置テーブル、三角網テーブル、地震記録テーブル、閾値テーブルを備えている。
図7は本発明に係る地震予知システムの概略構成を説明する図である。地震予知システム100は、観測点位置取得部102、地震観測記録取得部104、選択部106、更新部108、監視部110、出力部112、および観測点位置テーブル、三角網テーブル、地震記録テーブル、閾値テーブルを備えている。
観測点位置取得部102は、広域(例えば日本全国)の地表上に設置された複数の観測点の位置情報である衛星測位記録を取得する。位置情報は、緯度、経度、および標高の3軸によって表現される。観測点のデータとしては、例えば政府が全国に設置している観測点(電子基準点)について国土地理院あるいは日本測量境界が頒布しているデータを好適に利用することができる。この観測点の位置データは基本的に一日ごとに提供されているため、観測点位置取得部102は観測点位置テーブルを最も高い頻度であれば一日に一度定期更新することができる。観測点テーブルには日ごとにその位置が記録されており、過去に遡って位置を取得できるようにデータが蓄積されている。
地震観測記録取得部104は、観測点と同等の広域範囲において発生した地震について、日付と、震源地(緯度、経度、深さ)、マグニチュードを取得し、地震記録テーブルに記録する。地震観測記録としては、例えば気象庁が頒布しているデータを好適に利用することができる。地震観測記録は地震が発生したときに提供されているため、地震観測記録取得部104は地震記録テーブルを逐次更新する。
選択部106は前述の選択工程S1に基づいて動作し、任意の三つの観測点から構成される三角網6(図5参照)について、頻繁に監視すべき監視用三角網6を選択する。三角網テーブルには、各三角点を構成する3つの観測点、および監視用三角網であるか否かを示す監視フラグが格納されている。なお三角網はメッシュ状ではなく、全国の任意の3点の観測点からなり、互いに領域が重複する場合もあり、また大きさも形も様々なものとなる。
選択部106の動作の概略を説明すると、選択部106は、三角網テーブルを参照して各三角網を構成する3つの観測点を取得し、観測点位置テーブルを取得して各観測点の位置を取得し、各三角網の面積変動率を算出し、閾値テーブルから変動率の閾値である第一の閾値を取得して、変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出する。次に地震記録テーブルから過去の地震観測記録を参照して、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過してから一定期間内に、三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数を地震発生回数として算出する。そして、地震発生回数と閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が、閾値テーブルに格納された第二の閾値を超過する三角網を、監視用三角網として選択する。すなわち、三角網を構成するいずれかの観測点が地震による影響を受けていれば、その三角網を監視用三角網6として選択する。
ここで第一の閾値および第二の閾値は、前述のように静的閾値や動的閾値として設定することができる。また図7に示すように、段階的に複数の値を設定しておくことが可能である。前述の選択工程S1で例示している閾値は1つ(1段階)のみであるが、複数の値を準備しておくことにより、迅速に切り替えて処理を行ったり、レベルごとに地震予知を併記することができる。
ここで第一の閾値および第二の閾値は、前述のように静的閾値や動的閾値として設定することができる。また図7に示すように、段階的に複数の値を設定しておくことが可能である。前述の選択工程S1で例示している閾値は1つ(1段階)のみであるが、複数の値を準備しておくことにより、迅速に切り替えて処理を行ったり、レベルごとに地震予知を併記することができる。
監視部110は前述の監視工程S2に基づいて動作し、選択部106が選択した監視用三角網6について、頻繁に面積変動率Rを算出し、地震の発生の予知を行う。算出した結果(予知の結果)は、出力部112から出力する。
監視部110について概略を説明すれば、三角網テーブルを参照して監視用三角網を構成する3つの観測点を取得し、観測点位置テーブルを取得して各観測点の位置を取得し、各三角網の面積変動率を算出し、閾値テーブルから面積変動率の閾値である第一の閾値を取得して、面積変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出する。そして、全ての監視用三角網の閾値超過回数の総計である閾値超過総回数を算出し、閾値超過総回数が増加した時期から一定期間内に一定規模以上の地震が発生すると予知する。
出力部112はシステムで処理した情報を外部に伝達する手段であって、例えばモニタによる画面表示、プリンタによる印刷、ネットワークを通じたデータの転送、ウェブサイトを用いたデータの提供などを含む。
更新判定部108は前述の更新判定工程S3に基づいて動作し、現在の監視用三角網6が過不足ないかどうかを判定する。概略を説明すれば、最新の地震観測記録に基づいて監視用三角網6の地震相関度を求め、一定割合以上の監視用三角網について地震相関度が第二の閾値を下回る場合には、選択部106を用いて再度選択工程を行うと判定する。
更新判定部108は前述の更新判定工程S3に基づいて動作し、現在の監視用三角網6が過不足ないかどうかを判定する。概略を説明すれば、最新の地震観測記録に基づいて監視用三角網6の地震相関度を求め、一定割合以上の監視用三角網について地震相関度が第二の閾値を下回る場合には、選択部106を用いて再度選択工程を行うと判定する。
[選択工程の実施例]
全国約1200地点の中について、観測点抽出工程を行い、108地点の観測点を抽出した。抽出した観測点で構成される三角網は計204,156個となった。
既往の被災実績から設備被害をもたらす可能性の高い地震はマグニチュード6以上の規模の地震だと考えられる。そこで、GPSによる観測が開始された2000年1月1日から2007年9月30日までの期間に、日本近傍で発生したマグニチュード6以上の地震(162地震)を予知検討対象とした。
全国約1200地点の中について、観測点抽出工程を行い、108地点の観測点を抽出した。抽出した観測点で構成される三角網は計204,156個となった。
既往の被災実績から設備被害をもたらす可能性の高い地震はマグニチュード6以上の規模の地震だと考えられる。そこで、GPSによる観測が開始された2000年1月1日から2007年9月30日までの期間に、日本近傍で発生したマグニチュード6以上の地震(162地震)を予知検討対象とした。
衛星測位記録について処理を行った後、三角網の面積変動率を1日間隔で計算し、動的閾値により第一の閾値を設定した。表2に、移動標準偏差評価期間を1ヶ月とした場合の動的閾値の超過数および超過率を示す。超過率は「閾値超過回数/年間日数/三角網数」として計算した。動的閾値を移動標準偏差σの3倍(3σ)とした場合には、閾値超過回数が膨大となるが、一方、5倍(5σ)、7倍(7σ)とした場合には閾値超過回数は大きく変化しなかったため、実用的な見地から、動的閾値を移動標準偏差σの5倍(5σ)と設定した。
全三角網について、一定距離X=100km、かつ一定期間T=1ヶ月の条件で地震相関度による評価を行った。全三角網204,156個のうち、地震相関度が1/3を超える三角網は6,590個(全体の3%)であったため、これが実用的なレベルと判断して、第二の閾値を1/3と設定し、監視用三角網を選択した。
監視用三角網と全ての三角網について、三角網の面積の頻度、割合を整理した結果を表3に示す。これより、監視用三角網と全ての三角網の面積分布割合はほとんど変化がないことが分かる。面積の大きな三角網は大局的な地殻変動を、面積の小さい三角網は局所的な地殻変動を捉えることができ、面積の大小にかかわらず、地震予知に適した三角網を選択できたものと考えられる。
[個別地震に対する地震予知精度の検証]
2003年5月26日に発生した三陸南地震(マグニチュード7.1、震源深さ72.0km)を対象として、監視用三角網について地震発生前から監視工程を行っていたと仮定し、地震予知精度を検証した。
2003年5月26日に発生した三陸南地震(マグニチュード7.1、震源深さ72.0km)を対象として、監視用三角網について地震発生前から監視工程を行っていたと仮定し、地震予知精度を検証した。
図8に、三陸南地震の発生60日前から地震発生日(図中矢印参照)まで、閾値超過総回数の経時変化を整理した結果に示す。閾値超過総回数は1日ごとに整理した。
地震発生の29日前、23日前、15日前、13日前、12日前、1日前の閾値超過総回数が多くなっており、特に23日前は2000回近くの回数となっている。約1ヶ月前から地震の前兆を観測できていると考えられる。
地震発生の29日前、23日前、15日前、13日前、12日前、1日前の閾値超過総回数が多くなっており、特に23日前は2000回近くの回数となっている。約1ヶ月前から地震の前兆を観測できていると考えられる。
図9に、地震発生の29日前(2003年4月27日)に面積変動率が第一の閾値を超過した監視用三角網の分布図を示す。震源(図中の×印)近傍の観測点を頂点とする三角網がほとんどを占めており、観測点位置と震源域との間に関連があると考えられる。
図10に、三陸南地震の発生1ヶ月前から発生日前日までの観測点閾値超過総回数の分布図(バブルチャート)を示す。同図右下の凡例は、バブルの大きさと観測点閾値超過総回数の対応を表している。震源(図中×印)近傍の観測点の観測点閾値超過総回数が突出して多くなっており、観測点の位置から震源域の予知が可能であることを示している。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1 地心座標系
2 地球重心
3 地心座標系軸
4 赤道
5 観測点(電子基準点)
6 三角網,監視用三角網
7 投影三角形
8 三角網の重心点
9a 静止しているプレート
9b 移動しているプレート
10 プレート境界
100 地震予知システム
102 観測点位置取得部
104 地震観測記録取得部
106 選択部
108 更新部
110 監視部
112 出力部
2 地球重心
3 地心座標系軸
4 赤道
5 観測点(電子基準点)
6 三角網,監視用三角網
7 投影三角形
8 三角網の重心点
9a 静止しているプレート
9b 移動しているプレート
10 プレート境界
100 地震予知システム
102 観測点位置取得部
104 地震観測記録取得部
106 選択部
108 更新部
110 監視部
112 出力部
Claims (6)
- 地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される三角網について、監視用三角網をあらかじめ選択する選択工程と、前記監視用三角網の面積変動率から地震の発生を予知する監視工程とからなる地震予知方法について、
前記選択工程は、
任意の三点から構成される三角網について、過去の衛星測位記録に基づいて求められた各三角網の面積変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出すると共に、
過去の地震観測記録に基づいて、前記三角網の面積変動率が前記第一の閾値を超過してから一定期間内に、前記三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、
前記地震発生回数と前記閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が、第二の閾値を超過する三角網を前記監視用三角網として選択することを特徴とする地震予知方法。 - 前記監視工程は、
衛星測位記録に基づいて、前記監視用三角網について前記閾値超過回数を算出し、
全ての監視用三角網における前記閾値超過回数の総計である閾値超過総回数を算出し、
前記閾値超過総回数が増加した時期から前記一定期間内に前記一定規模以上の地震が発生すると予知することを特徴とする請求項1に記載の地震予知方法。 - 前記監視工程は、
前記観測点のそれぞれについて、該観測点が属する前記監視用三角網の閾値超過回数を積算して観測点閾値超過総回数として設定し、
前記観測点閾値超過総回数が多い観測点の位置から前記一定距離内で前記一定規模以上の地震が発生すると予知することを特徴とする請求項2に記載の地震予知方法。 - 前記監視工程と共に、
定期的に、最新の地震観測記録に基づいて監視用三角網の地震相関度を求め、一定割合以上の監視用三角網について地震相関度が前記第二の閾値を下回る場合には、再度前記選択工程を行うと判定する更新判定工程を行うことを特徴とする請求項1から3に記載の地震予知方法。 - 前記面積変動率は、前記三角網を構成する三点の位置に関する衛星測位記録を、X,Y,Zの三軸を有する地心座標系に基づく三次元座標系で表現し、前記三次元座標系のそれぞれ二軸から構成されるXY,XZ,YZ平面への前記三点の投影点により構成されるそれぞれの投影三角形の面積変動率から算出することを特徴とする請求項1から4に記載の地震予知方法。
- 地表上の複数の観測点の位置を取得する観測点位置取得部と、
過去の地震観測記録を取得する地震観測記録取得部と、
前記複数の観測点から構成される任意の三点から構成される三角網から監視用三角網を選択する選択部と、
前記監視用三角網の面積変動率から地震の発生を予知する監視部とを備え、
前記選択部は、
任意の三点から構成される三角網について、過去の衛星測位記録に基づいて求められた各三角網の面積変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出すると共に、
過去の地震観測記録に基づいて、前記三角網の面積変動率が前記第一の閾値を超過してから一定期間内に、前記三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、
前記地震発生回数と前記閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が、第二の閾値を超過する三角網を前記監視用三角網として選択することを特徴とする地震予知システム。
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- 2009-03-03 JP JP2009049683A patent/JP2010203914A/ja active Pending
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