JP2014169960A

JP2014169960A - 地震の主要動到達時刻の予測方法

Info

Publication number: JP2014169960A
Application number: JP2013042757A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Hiroishi; 恒二廣石; Masami Takagi; 政美高木; Yasuo Uchiyama; 泰生内山; Masaru Yamamoto; 山本　　優
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2014-09-18

Abstract

【課題】現地地震計で得られた地震のＰ波の情報から、震源などの情報を介すことなく、簡易にかつ高い精度でＳ波の到達時刻を予測することができる地震の主要動到達時刻の予測方法を提供する。
【解決手段】予め、過去に発生した複数の地震のデータから、各々の上記地震の計測地点におけるＰ波の観測波形から算出したＳＴＡ／ＬＴＡの最大値と当該計測地点における上記Ｐ波の継続時間との関係式を求めておき、地震発生時に、予測の対象となる現地の地震計がＰ波の到達を検知した後、連続的に当該Ｐ波を計測するとともにＳＴＡ／ＬＴＡを算出して、順次得られるＳＴＡ／ＬＴＡの最大値と上記関係式とから上記Ｐ波の継続時間を更新し、上記Ｐ波の継続時間と上記Ｐ波の検知時刻を用いて上記Ｓ波の到達時刻を予測することを特徴とするものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、地震発生時に観測された初期微動から、当該地震の主要動が到達する時刻を地震発生初期段階において予測するための地震の主要動到達時刻の予測方法に関するものである。

周知のように、地震動は、図５に示すように、大別して初期微動（以下、Ｐ波と略す。）と主要動（以下、Ｓ波と略す。）に分類することができる。そして、地震による被害は、その殆どがＳ波による地震動によって引き起こされるものである。

一方、Ｓ波は、Ｐ波よりも伝搬速度が遅いことから、地震発生時には、先ずＰ波による地震動が観測され、一定時間が経過した後にＳ波が到達する。したがって、Ｐ波到達時点で、Ｓ波が到達するまでの余裕時間を高い精度で知ることができれば、当該余裕時間に上記災害を最小限に食い止めるための的確な対応を取ることが可能になる。

なお、下記特許文献１においては、地震初期の微動の情報を用いて、震源距離や震央距離を推定する手法が提案されているが、この技術を用いてＳ波の到達時刻を推定するためには、別途気象庁による走時データＪＭＡ２００１等を用いて、近似計算を２段階にわたって行う必要があり、予測精度が低下する可能性が高い。

特開２００９−２６４９５５号公報松村正三、岡田義光、堀貞喜：地震前兆解析システムにおける地震データ（高速採取データ）の処理、国立防災科学技術センター研究報告、第４１号、ｐｐ．４４−６４、１９８８

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、現地地震計で得られた地震のＰ波の情報から、震源などの情報を介すことなく、簡易にかつ高い精度でＳ波の到達時刻を予測することができる地震の主要動到達時刻の予測方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、地震発生時に、予測の対象となる現地の地震計で計測された上記地震のＰ波による観測波形から、上記現地にＳ波が到達する時刻を予測するための地震の主要動到達時刻の予測方法であって、予め、過去に発生した複数の地震のデータから、各々の上記地震の計測地点におけるＰ波の観測波形から算出したＳＴＡ／ＬＴＡの最大値と当該計測地点における上記Ｐ波の継続時間との関係式を求めておき、地震発生時に、上記現地の地震計がＰ波の到達を検知した後、連続的に当該Ｐ波を計測するとともにＳＴＡ／ＬＴＡを算出して、順次得られるＳＴＡ／ＬＴＡの最大値と上記関係式とから上記Ｐ波の継続時間を更新し、上記Ｐ波の継続時間と上記Ｐ波の検知時刻を用いて上記Ｓ波の到達時刻を予測することを特徴とするものである。

ここで、ＳＴＡ／ＬＴＡとは、波形振幅（加速度、速度、変位等）の絶対値の短時間移動平均ＳＴＡと、長時間移動平均ＬＴＡの比である。すなわち、図１（ａ）に示す地震に対する波形振幅の絶対値のグラフにおいて、ＳＴＡとＬＴＡとの比を算出して、同様に時間軸で示せば、図１（ｂ）のように表される。図１は、加速度振幅に対して、ＳＴＡの移動平均間隔を０．１秒、ＬＴＡの移動平均間隔を５．０秒とした例である。なお、ＳＴＡ／ＬＴＡを用いた技術に関しては、例えば上記非特許文献１において開示されている。そして、本発明は、上記ＳＴＡ／ＬＴＡの最大値を、Ｓ波到達時刻の予測に使用するものである。

また、本発明においては、初期微動をＰ波と略称して用い、主要動をＳ波と略称して用いているため、Ｐ波継続時間とは、Ｐ波検知時刻からＳ波到達時刻までの時間をいうものである。

請求項１に記載の発明によれば、予め過去に発生した複数の地震のデータ、好ましくは予測対象に回避すべき災害をもたらす虞のある複数の大地震のデータから、各地震の計測地点におけるＰ波の観測波形から算出したＳＴＡ／ＬＴＡの最大値と当該計測地点における上記Ｐ波の継続時間との関係式を求めておき、地震発生時に得られたＰ波の観測波形から連続的にＳＴＡ／ＬＴＡを算出し、その最大値と上記関係式からＳ波の到達時刻を予測しているので、簡易な演算処理によって地震発生初期段階にＳ波の到達時刻を予測することができる。

この際に、一般に震源が予測対象となる現地から近距離である場合には、Ｐ波が上記現地に到達するまでの間の分散や減衰が少ないことから、ＳＴＡ／ＬＴＡの値の立ち上がりが明確に現れ、そのまま最大値を記録した後は徐々に低下する。これに対して、震源が遠距離である場合には、到達するまでのＰ波の分散や減衰により、ＳＴＡ／ＬＴＡの値が徐々に立ち上がったり、あるいは極大値が段階的に複数観測されたりして、当該ＳＴＡ／ＬＴＡの値の最大値が判別し難くなる傾向にある。

この点、本発明においては、Ｐ波を連続的に計測するとともにＳＴＡ／ＬＴＡを算出して、順次得られるＳＴＡ／ＬＴＡの最大値と上記関係式とから、Ｐ波の継続時間を更新してＳ波の到達時刻を予測しているために、震源が近距離の地震のみならず、遠距離の地震に対しても、高い精度でＳ波の到達時刻を予測することができる。

（ａ）は地震計で観測された加速度波形を示すグラフであり、（ｂ）は上記加速度波形から算出されたＳＴＡ／ＬＴＡの値を示すグラフである。本発明の一実施形態を説明するための図で、（ａ）は地震計で観測された加速度波形を示すグラフ、（ｂ）は上記加速度波形から算出されたＳＴＡ／ＬＴＡの値の最大値からＳ波の到達時刻を予測するグラフ、（ｃ）は新たに検出したＳＴＡ／ＬＴＡの値の最大値からＳ波の到達時刻予測を更新した状態を示すグラフである。Ｓ波の到達時刻の予測に用いた過去の地震のデータと得られた関係式を示すグラフである。図３の関係式を求めるために用いた過去の地震を示す図表である。現地に到達する一般的な地震動の変化を示すグラフである。

以下、図１〜図４に基づいて、本発明に係る地震の主要動到達時刻の予測方法の一実施形態について説明する。
この予測方法を実行するに際しては、予め過去に発生した複数の地震のデータのうちから、予測の対象となる現地（例えば、振動を嫌う多数の精密機械が設置された工場、病院等の施設）において、回避すべき災害をもたらす虞のある複数の大地震のデータを抽出する。

そして、これら複数の大地震のデータから、各々の地震の計測地点におけるＰ波の観測波形からＳＴＡ／ＬＴＡを算出し、その最大値と当該計測地点における上記Ｐ波の継続時間との関係式を求めておく。

これを具体的に説明すると、図４は、本実施形態において用いた複数の大地震を示すもので、図３は、これらの大地震発生時に観測されたＰ波の加速度波形について、ＳＴＡ／ＬＴＡを算出し、その最大値と当該計測地点における上記Ｐ波の継続時間とをグラフにプロットしたものである。

次いで、ＳＴＡ／ＬＴＡの最大値ＰＲ_SLと、Ｐ波検知時刻からＳ波到達時刻までの時間であるＰ波の継続時間ｄＴ_P（秒）との間には、概略下式で表される関係がある。
ｄＴ_P＝α₁ｌｏｇ₁₀（ＰＲ_SL）＋β₁
ここで、α₁、β₁は、予測に用いる係数である。

そこで、図３に示す過去の地震観測記録の分析結果から、最小二乗法を用いて係数α₁、β₁を決定する。図３中実線で示す曲線は、このようにして求めた関係式を示すものである。

そして、予測の対象となる現地に設置した地震計によって、常時振動を計測するとともに、少なくとも上記振動が所定の閾値を超えて地震のＰ波が到達したと検知された後は、連続的に当該Ｐ波の観測波形のＳＴＡ／ＬＴＡを算出する。

そして、先ず、図２（ｂ）に示すように、Ｐ波検知時刻のＳＴＡ／ＬＴＡの値と、図３に示した関係式とから、Ｐ波の継続時間ｄＴ_Pを算出して、Ｓ波の到達時刻Ｔ_S（秒）を次式を用いて予測する。
Ｔ_S＝Ｔ_P＋ｄＴ_P
ここで、Ｔ_Pは、Ｐ波検知時刻（秒）である。
次いで、図２（ｃ）に示すように、順次得られるＳＴＡ／ＬＴＡの値から最大値が得られた場合に、さらに当該最大値と上記関係式とからＰ波の継続時間ｄＴ_Pを更新して、新たなＳ波の到達時刻Ｔ_Sを予測する。

ちなみに、仮に図２（ｃ）に示す最大値を検知した後に、より大きな最大値が算出された場合には、再び当該最大値と上記関係式とからＰ波の継続時間ｄＴ_Pを更新して、新たなＳ波の到達時刻Ｔ_Sを予測する工程を繰り返す。

以上の構成からなる地震の主要動到達時刻の予測方法によれば、予め図３および図４に示すように、過去に発生した予測対象に回避すべき災害をもたらす虞のある複数の大地震のデータから、各地震の計測地点におけるＰ波の観測波形から算出したＳＴＡ／ＬＴＡの最大値と当該計測地点における上記Ｐ波の継続時間との関係式を求めておき、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、地震発生時に得られたＰ波の観測波形から連続的にＳＴＡ／ＬＴＡを算出して、その最大値と上記関係式からＳ波の到達時刻を予測しているので、簡易な演算処理によって地震発生初期段階にＳ波の到達時刻を予測することができる。

しかも、Ｐ波を連続的に計測するとともにＳＴＡ／ＬＴＡを算出して、順次得られるＳＴＡ／ＬＴＡの最大値と上記関係式とから、Ｐ波の継続時間を更新してＳ波の到達時刻を予測しているために、震源が近距離の地震のみならず、ＳＴＡ／ＬＴＡの値の最大値が判別し難い遠距離の地震に対しても、高い精度でＳ波の到達時刻を予測することができる。

Claims

地震発生時に、予測の対象となる現地の地震計で計測された上記地震のＰ波による観測波形から、上記現地にＳ波が到達する時刻を予測するための地震の主要動到達時刻の予測方法であって、
予め、過去に発生した複数の地震のデータから、各々の上記地震の計測地点におけるＰ波の観測波形から算出したＳＴＡ／ＬＴＡの最大値と当該計測地点における上記Ｐ波の継続時間との関係式を求めておき、
地震発生時に、上記現地の地震計がＰ波の到達を検知した後、連続的に当該Ｐ波を計測するとともにＳＴＡ／ＬＴＡを算出して、順次得られるＳＴＡ／ＬＴＡの最大値と上記関係式とから上記Ｐ波の継続時間を更新し、上記Ｐ波の継続時間と上記Ｐ波の検知時刻を用いて上記Ｓ波の到達時刻を予測することを特徴とする地震の主要動到達時刻の予測方法。