JP2016180723A

JP2016180723A - 地震の主要動判定方法

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Publication number: JP2016180723A
Application number: JP2015062014A
Authority: JP
Inventors: 恒二廣石; Tsuneji Hiroishi; 高木　政美; Masami Takagi; 政美高木; 泰生内山; Yasuo Uchiyama; 山本　優; Masaru Yamamoto; 山本　　優
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: JP6441144B2

Abstract

【課題】Ｐ波およびＳ波の上下動に対する水平動の卓越度合いが互いに異なる観測波形の地震に対しても、高い精度で当該地震のＳ波を判定することが可能になる地震の主要動判定方法を提供する。【解決手段】地震発生時に、判定対象地点において時々刻々観測された水平方向（Ｈ方向）および上下方向（Ｖ方向）の地震動の大きさを示す値（Ｈ、Ｖ）から、Ｈ−Ｖ平面におけるＨ−Ｖ曲線を求め、当該Ｈ−Ｖ曲線の非線形化から上記地震の主要動（Ｓ波）を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、地震発生時に判定対象地点に設置された地震計で検出された観測波形から、当該検出時点の揺れが主要動（Ｓ波）によるものか否かを判定する地震の主要動判定方法に関するものである。

地震発生時に、先に到達するＰ波の情報を用いて、後に到達するＳ波の大きさを予測し、事前に警報や機器停止信号を配信するための地震直前警報システムにおいては、ある時刻に観測された地震波がＰ波であるかＳ波であるか判断することが、予測精度を担保するうえで重要になる。

すなわち、観測されたＰ波の地震動をＳ波によるものと誤判定した場合には、その後に到達する実際のＳ波によるさらに強い揺れを予測することができず、この結果警報や機器停止信号の配信が遅れる可能性がある。また逆に、観測されたＳ波の地震動を、未だＰ波によるものと誤判定した場合には、その後にさらに強い揺れが来ると予測することになり、本来警報等を発する必要が無い地震動に対して、警報や機器停止信号を配信する可能性がある。

従来の上記地震動におけるＳ波を検出する手段として、例えば下記特許文献１では、Ｐ波においては上下動が卓越し、Ｓ波においては水平動が卓越するという考えに基づいてＳ波の到達を判定するＳ波検出装置が提案されている。

このＳ波検出装置におけるＳ波の判定方法は、地震発生時に観測された上下動と水平動の平滑化波形の比（Ｖ／Ｈ）が、予め設定されたＳ波判定閾値を下まわった時にＳ波が到達したと判定するものである。

しかしながら、上記従来のＳ波判定方法にあっては、図５に示す直下型地震の観測波形に対して適切にＳ波判定閾値を設定すると、図６に示す海溝型地震の観測波形のように、Ｐ波の初動において水平動に対して上下動が卓越し難い傾向のある地震に対しては、Ｐ波をＳ波と誤判定する可能性がある。

このように、特定の観測波形の地震を想定して上下動と水平動との比（Ｖ／Ｈ）に対するＳ波判定閾値を設定しても、上下動に対する水平動の卓越度合いが異なる観測波形の地震に対しては、正しく評価することができないという問題点があった。

特開昭６１−０７６９７５号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｐ波およびＳ波の上下動に対する水平動の卓越度合いが互いに異なる観測波形の地震に対しても、高い精度で当該地震のＳ波を判定することが可能になる地震の主要動判定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、判定対象地点において時々刻々観測された水平方向（Ｈ方向）および上下方向（Ｖ方向）の地震動の大きさを示す値（Ｈ、Ｖ）から、Ｈ−Ｖ平面におけるＨ−Ｖ曲線を求め、当該Ｈ−Ｖ曲線の非線形化から上記地震の主要動（Ｓ波）を判定することを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記値（Ｈ、Ｖ）は加速度であり、かつ上記Ｈ方向およびＶ方向の加速度の絶対値を平滑化した波形をＨ−Ｖ平面に投影することにより上記Ｈ−Ｖ曲線を求めることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、予め上記Ｈ方向の加速度の値について、順次高い値となる複数の保存用閾値を設定し、上記Ｈ方向の加速度が順次上記保存用閾値を超えた時の上記値（Ｈ_Ｋ、Ｖ_Ｋ）（ｋ＝１，２，３、…）について、（全体Ｖ／Ｈ比）＝Ｖ_Ｋ／Ｈ_Ｋおよび（区間Ｖ／Ｈ比）＝（Ｖ_Ｋ−Ｖ_Ｋ−１）／（Ｈ_Ｋ−Ｈ_Ｋ−１）を算出し、上記（区間Ｖ／Ｈ比）／上記（全体Ｖ／Ｈ比）が、予め設定した判定用閾値を下回る場合を上記Ｓ波と判定することを特徴とするものである。

図１（ａ）は、図５に示した直下型地震の地震動波形を加速度平滑化した波形を示すものであり、図１（ｂ）は上記加速度平滑化波形から得られたＨ−Ｖ曲線を示すものである。また、図２（ａ）は、図６に示した海溝型地震の地震動波形を加速度平滑化した波形を示すものであり、図２（ｂ）は上記加速度平滑化波形から得られたＨ−Ｖ曲線を示すものである。

図１（ｂ）および図２（ｂ）に見られるように、いずれの地震動におけるＨ−Ｖ曲線も、Ｓ波到達時に非線形化するバイリニアのような曲線を描くことが判る。

そして、請求項１〜３のいずれかに記載の発明によれば、判定対象地点において時々刻々観測された水平方向（Ｈ方向）および上下方向（Ｖ方向）の地震動の大きさを示す値（Ｈ、Ｖ）から上記Ｈ−Ｖ曲線を求め、その非線形化から上記地震のＳ波を判定しているために、Ｐ波およびＳ波の上下動に対する水平動の卓越度合いが互いに異なる観測波形の地震に対しても、高い精度で当該地震のＳ波を判定することができる。

（ａ）は、図５に示した直下型地震の地震動波形を加速度平滑化した波形を示すものであり、（ｂ）は上記加速度平滑化波形から得られたＨ−Ｖ曲線を示すものである。（ａ）は、図６に示した海溝型地震の地震動波形を加速度平滑化した波形を示すものであり、（ｂ）は上記加速度平滑化波形から得られたＨ−Ｖ曲線を示すものである。Ｈ−Ｖ曲線から非線形化の判定を行う方法を説明するための図である。図６の地震動波形に対して本発明の一実施形態を用いてＳ波の判定を行った結果を示す図である。直下型地震の地震動波形に対して従来のＳ波判定方法を適用した場合の結果を示す図である。海溝型地震の地震動波形に対して従来のＳ波判定方法を適用した場合の結果を示す図である。

以下、図１〜図４に基づいて、本発明に係る地震動のＳ波判定方法の一実施形態について説明する。
先ず、地震発生時に、判定対象地点となる工場等の現地に設置した地震計によって、水平方向（Ｈ方向）および上下方向（Ｖ方向）の加速度を時々刻々測定するとともに、これと併行して、測定された加速度の地震動波形を平滑化する。

この加速度平滑化波形は、次式によって計算する。
水平動：Ｈ_ｉ＝Ｈ_ｉ−１×α＋（ｘ_ｉ ^２＋ｙ_ｉ ^２）^１／２×（１−α）
上下動：Ｖ_ｉ＝Ｖ_ｉ−１×α＋|ｚ_ｉ|×（１−α）
ここで、ｘ_ｉ、ｙ_ｉは加速度水平動成分、ｚ_ｉは加速度上下動成分、αは指数平滑化係数である。

図１（ａ）および図２（ａ）は、各々図５および図６に示した地震動波形を、上式を用いて平滑化したものである。
次いで、このようにして得られた加速度平滑化波形をＨ−Ｖ平面に投影することによりＨ−Ｖ曲線を得る。図１（ｂ）および図２（ｂ）は、各々図１（ａ）および図２（ａ）の加速度平滑化波形をＨ−Ｖ平面に投影したＨ−Ｖ曲線である。

そして、このＨ−Ｖ曲線が非線形化したかを判定する。この非線形化の判定手法については、様々な数学的な方法を採用することができる。
本実施形態においては、予め上記Ｈ方向の加速度の値Ｈについて、順次高い値となる複数の保存用閾値を設定しておく。ちなみに、この複数の保存用閾値は、順次対数軸上において等間隔に増加するように設定することが好ましい。

そして、地震発生時に上記加速度値Ｈが増大して、順次上記保存用閾値を超えた時の上記値（Ｈ_Ｋ、Ｖ_Ｋ）（ｋ＝１，２，３、…）を保存し、これらの加速度値（Ｈ_Ｋ、Ｖ_Ｋ）を用いて、図３に示すように、（全体Ｖ／Ｈ比）および（区間Ｖ／Ｈ比）を算出する。

ここで、（全体Ｖ／Ｈ比）は、地震発生時から保存用閾値Ｈ_Ｋを保存した時までのＨ_Ｋに対するＶ_Ｋの増加率であり、（区間Ｖ／Ｈ比）は、１つ前の保存用閾値Ｈ_Ｋ−１の保存時から保存用閾値Ｈ_Ｋを保存した時までの（Ｈ_Ｋ−Ｈ_Ｋ−１）に対する（Ｖ_Ｋ−Ｖ_Ｋ−１）の増加率である。

すなわち、（全体Ｖ／Ｈ比）および（区間Ｖ／Ｈ比）を、それぞれ下式によって算出する。
（全体Ｖ／Ｈ比）＝Ｖ_Ｋ／Ｈ_Ｋ
（区間Ｖ／Ｈ比）＝（Ｖ_Ｋ−Ｖ_Ｋ−１）／（Ｈ_Ｋ−Ｈ_Ｋ−１）

次いで、上記（区間Ｖ／Ｈ比）／上記（全体Ｖ／Ｈ比）を算出し、得られた値が予め設定した判定用閾値を上回る時には、Ｐ波と判定し、下回る時に上記Ｓ波と判定する。

図４は、図６に示した海溝型地震の観測波形に対して、上述した本実施形態のＳ波判定方法を用いて上記観測波形から加速度平滑化波形を算出し、次いで（全体Ｖ／Ｈ比）＝Ｖ_Ｋ／Ｈ_Ｋおよび（区間Ｖ／Ｈ比）＝（Ｖ_Ｋ−Ｖ_Ｋ−１）／（Ｈ_Ｋ−Ｈ_Ｋ−１）から上記（区間Ｖ／Ｈ比）／上記（全体Ｖ／Ｈ比）を算出して、予め設定した判定用閾値（本実施形態においては、０．９５）と対比してＰ波およびＳ波の判定を行った結果を示すものである。

図４に見られるように、本実施形態によれば、従来の判定方法によっては誤判定していた海溝型地震の観測波形についても、適切にＳ波の判定を行えることができる。

以上説明したように、上記構成からなる地震動のＳ波判定方法によれば、現地において時々刻々観測された水平方向（Ｈ方向）および上下方向（Ｖ方向）の地震動の加速度波形を平滑化し、得られた加速度平滑化波形をＨ−Ｖ平面に投影してＨ−Ｖ曲線を求め、このＨ−Ｖ曲線における非線形化から上記地震のＳ波を判定しているために、Ｐ波およびＳ波の上下動に対する水平動の卓越度合いが互いに異なる観測波形の地震に対しても、高い精度で当該地震のＳ波を判定することができる。

また、本実施形態においては、（全体Ｖ／Ｈ比）および（区間Ｖ／Ｈ比）を算出するための加速度値として、予めＨ方向の加速度の値Ｈについて、順次対数軸上において等間隔に増加する複数の保存用閾値を設定し、上記加速度値Ｈが増大して、順次上記保存用閾値を超えた時の上記値（Ｈ_Ｋ、Ｖ_Ｋ）（ｋ＝１，２，３、…）を保存している。

この結果、加速度値Ｈ_Ｋに対して、常に同じ比率の保存用閾値間隔（Ｈ_Ｋ−Ｈ_Ｋ−１）が設定されるため、大小さまざまな地震波に対して、安定した（区間Ｖ／Ｈ比）の値が得られ、誤判定の確率を低下させることができる。

Claims

地震発生時に、判定対象地点において時々刻々観測された水平方向（Ｈ方向）および上下方向（Ｖ方向）の地震動の大きさを示す値（Ｈ、Ｖ）から、Ｈ−Ｖ平面におけるＨ−Ｖ曲線を求め、当該Ｈ−Ｖ曲線の非線形化から上記地震の主要動（Ｓ波）を判定することを特徴とする地震の主要動判定方法。
上記値（Ｈ、Ｖ）は加速度であり、かつ上記Ｈ方向およびＶ方向の加速度の絶対値を平滑化した波形をＨ−Ｖ平面に投影することにより上記Ｈ−Ｖ曲線を求めることを特徴とする請求項１に記載の地震の主要動判定方法。
予め上記Ｈ方向の加速度の値について、順次高い値となる複数の保存用閾値を設定し、上記Ｈ方向の加速度が順次上記保存用閾値を超えた時の上記値（Ｈ_Ｋ、Ｖ_Ｋ）（ｋ＝１，２，３、…）について、（全体Ｖ／Ｈ比）＝Ｖ_Ｋ／Ｈ_Ｋおよび（区間Ｖ／Ｈ比）＝（Ｖ_Ｋ−Ｖ_Ｋ−１）／（Ｈ_Ｋ−Ｈ_Ｋ−１）を算出し、上記（区間Ｖ／Ｈ比）／上記（全体Ｖ／Ｈ比）が、予め設定した判定用閾値を下回る場合を上記Ｓ波と判定することを特徴とする請求項２に記載の地震の主要動判定方法。