JP3453272B2

JP3453272B2 - 地殻活動監視システム

Info

Publication number: JP3453272B2
Application number: JP07169197A
Authority: JP
Inventors: 雅恭畑
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2003-10-06
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JPH10268057A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気電磁波の異常
から地震や火山噴火の前兆を検出する地殻活動監視シス
テムに関する。

【０００２】地震や火山噴火による災害によって、近年
大きな被害が出ている。これらの災害は突然襲来し、対
策・対応を講じる時間的余裕はない。したがって、何か
信頼性のある前兆現象を把握しそれによって対処できれ
ば、大きな被害の軽減を期待することができる。

【０００３】

【従来の技術】現在まで電波雑音のほか、地下水位、放
出ガス成分、動物などの異常行動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なため、十分に利用できないでいる
場合が多い。電気磁気学の分野でも多くの試みがなされ
ているが、安定的に前兆を検出するまでには至っていな
い。たとえば、地電流を計測するＶＡＮ法などが知られ
るが、雑音の多い地域での利用や、利用のための条件が
明確でなく、実績がギリシャだけに限られているため、
一般に適用可能かどうかは不明である。

【０００４】そこで本発明者は、先に、地震の電磁波異
常という前兆現象のメカニズムを解明して、その異常を
正確に理解し、メカニズムに沿って、正しい電磁波前兆
をつねに安定にかつ高感度に検出できる地殻活動監視装
置の技術を開発し、特許出願を行った（特願平７−２６
２４０３号）。この技術は、地球圏、磁気圏の強い放射
パワーを持つ数十Ｈｚ以下の雑音及び、大地・電離層間
を高次モードで伝搬する１ｋＨｚ以上の熱雷電波の雑音
の影響を除くため、地殻活動に基因する電磁波の観測周
波数を、数十Ｈｚと１ｋＨｚの中間の周波数に設定する
というものである。これにより、地殻異常により発生す
る放射・誘導電磁波を安定して検出できるようになり、
電磁波前兆に基づく地震や火山噴火の予測、予知が実現
可能となったが、なお、太陽よりの放射強度の増大や変
動、さらには近隣の雷による受信波形によって、前兆信
号と見誤りを生じる危険性があり、これらを識別し除去
する必要があった。また、観測周波数帯の、例えばＥＬ
Ｆ帯（３０〜３００Ｈｚ）では、基底の受信雑音は、熱
帯地域から伝搬してくる雷電波がなお起因している。こ
の雑音は、弱い前兆信号や遠い場所からの前兆信号に対
しては重大な検出障害となるのでさらに除去する必要が
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような雑音か
ら信号を見分ける１つの方法として、複数の監視装置を
設置し、それらの受信信号を用いて相互比較することが
考えられる。しかしながら、実際の運用では設置場所ご
とに電気的環境が異なるため受信感度等が互いに相違し
たり、また各受信機の感度も一定となる様に長期にわた
り安定した維持管理を行うことが困難なため、比較によ
る消去動作が良好に行われ得ず地殻活動監視システムを
有効に動作させることが困難である場合が多い。本発明
は以上のような基本的な課題を解決するための手段を提
供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、地殻活動に起
因する電磁波を観測する複数の受信装置を、監視対象地
域に設定された複数の観測点にそれぞれ配置し、各観測
点の受信装置の観測データを観測点間で比較照合するこ
とにより、地殻活動域を決定するようにしたものであ
る。

【０００７】本発明による地殻活動監視システムは、以
下の構成により特徴づけられる。（１）地殻活動に基因する電磁波を直接観測する複数の
受信装置を、監視対象地域に設定された複数の観測点に
それぞれ配置し、各観測点の受信装置が観測した上記電
磁波のデータから地殻異常信号を検出し、観測点間で比
較照合することにより地殻活動域を決定する地殻活動監
視システムであって、上記観測点ごとの受信装置の受信
装置自体の受信感度の相違や、受信装置設置環境の違い
による受信感度の相違を、それぞれの受信装置で受信さ
れる遠方からの熱雷電波の日変化を基準として補正する
ことを特徴とする構成。（２）前項（１）において，熱雷電波の日変化は、観測
点ごとに、それぞれの受信装置で受信される熱雷電波の
受信レベルを所定日数期間、各時間ごとに平均化したも
のであることを特徴とする構成。（３）前項（１）ないし（２）において，各観測点に配
置されている受信装置の受信感度の相違の補正は、それ
ぞれの受信装置で受信される熱雷電波の日変化の最大値
と最小値の差を同じレベルに規格化することにより行な
うことを特徴とする構成。（４）前項（１）ないし（２）において，複数の観測点
を監視対象地域に設定する外に、上記地殻活動に基因す
る電磁波の及ぶ範囲外の数百Ｋｍないし数千Ｋｍ離れた
地域に参照観測点を設定し、該参照観測点の観測データ
と上記監視対象地域に設定した観測点の観測データとを
比較して、地殻異常信号が局地的なものか否かを識別す
ることを特徴とする構成。（５）前項（１）ないし（４）において、遠地の観測点
間で観測データを比較照合する場合、日の出・日の入り
の時差でなく、実際に観測データ上に現われる時差を用
いて比較照合することを特徴とする構成。（６）前項（１）において、監視対象地域に設定する観
測点の間隔を、検出すべきマグニチュードに対応しかつ
受信信号強度の識別特性に基づいて、直接結合領域であ
る地殻電波源の直径と同程度としたことを特徴とする構
成。（７）前項（１）ないし（４）において、各観測点ごと
に受信した水平磁束強度の記録を南北Ｎ−Ｓ，東西Ｅ−
Ｗごとにそれぞれ１０日ないし１ヵ月分、各時間ごとに
平均化して、雑音や特記的な異常を抑制し、標準的なそ
の地点のその日、その月、そのシーズンごとの日変化記
録を作成し、さらに当該日の太陽活動の強弱を考慮し
て、当日の異常成分のみを抽出することを特徴とする構
成。（８）前項（７）において、各観測点の標準的日変化記
録を、さらにほぼ１００Ｋｍ、数百Ｋｍ単位の地域ごと
に平均化して、地域の標準的日変化データを作成し、そ
れに対する各観測点の観測データの日々の変化から、雷
の影響や地殻異常の地域内での移動や変遷を検出するこ
とを特徴とする構成。（９）前項（１）において、直接的な観測データの振幅
の変化、あるいは時間当りの振幅値、あるいはウェーブ
レット等の解析から得られるスペクトラム成分、さらに
は、到来電波の入射方位の変化等の情報を上記検出した
地殻異常信号に反映させて、検出信頼度を向上させるこ
とを特徴とする構成。（１０）前項（１）において、垂直磁束の異常から得ら
れる観測点直下の電気特性の異常変化に関する情報と、
水平磁束によるより広域的な異常から得られる情報とに
より、地殻活動監視のパラメータの次元を拡大すること
を特徴とする。（１１）前項（１）において、前兆となる地殻異常信号
のレベルを、発生した地震の規模と距離とから、理論電
磁界計算値と比較参照し、地震の電磁気パラメータであ
る放射強度、放射半径を地震のタイプ、地域ごとに決定
し、基礎データを蓄積することを特徴とする構成。（１２）前項（１１）において、蓄積された基礎データ
を基礎パターンとして、前兆となる地殻異常信号の解析
パターンを照合し、最も適合するデータから来るべき地
震の規模、距離、種類などを予測するパターン認識機能
と、各地震ごとのデータを新規登録し性能向上をはかる
学習機能を有することを特徴とする構成。

【０００８】図１は、本発明による地殻活動監視システ
ムの基本構成を示す。

【０００９】図１において、監視対象地域１内に設定さ
れた観測点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄには、それぞれ電磁波センサ
ーを備えた受信装置２−ａ，２−ｂ，２−ｃ，２−ｄが
配置されている。各観測点Ａ〜Ｄの受信装置２−ａ〜２
−ｄから得られる観測データは、回線網３を介して監視
センター４に集められ、ここでデータ処理される。まず
各観測点Ａ〜Ｄの観測データからそれぞれ前兆となりう
る異常信号が検出され、検出された異常信号の強度を相
互比較することにより、異常信号レベルの分布を求め、
地殻活動域を決定する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明による地殻活動監視システ
ムの実施例構成を図２に示す。電磁波等を受信する複数
の地殻活動監視装置５−１〜５−ｎが観測対象地域内に
分散設置され、また比較参照用の地殻活動監視装置６
が、監視対象地域からは遠隔にある適当な地域に設置さ
れる。各地殻活動監視装置５−１〜５−ｎ，６は、それ
ぞれ公衆回線網７を介して監視センター８に結合され
る。なお各地殻活動監視装置５−１〜５−ｎ，６は同じ
構成をもつので、簡単化のため、図では地殻活動監視装
置５−１についてのみ細部構成を示してある。そこで、
以下に行なう地殻活動監視装置５−１の細部構成につい
ての説明は、他の全ての地殻活動監視装置にも適用され
る。

【００１１】地殻活動監視装置５−１は、各種センサー
群９として、電磁波センサー１０、電界観測器１１、地
震計１２を備えている。これらのセンサーの出力信号
は、データ処理蓄積装置１３へ入力され、データ蓄積さ
れるとともに、異常検出等の処理が行なわれる。処理結
果のデータは、公衆回線網７を介して監視センター８の
コンピュータ１４に転送され、ここで他の地殻活動監視
装置からのデータや過去の観測データとの間で比較照合
等の解析処理が行なわれ、震源域の特定や、地震の規
模、発生日の予測などが行なわれる。

【００１２】電磁波センサー１０は、直交する３つのル
ープコイル１５−１，１５−２，１５−３をもつ小型ル
ープアンテナと、各ループコイルごとの信号を受信する
地殻活動監視受信装置１６−１，１６−２，１６−３か
らなっている。

【００１３】図３（ａ）に示すように、小型ループアン
テナの各ループコイル１５−１，１５−２，１５−３
は、３軸方向の大気中の電磁波の磁界成分である、東西
水平方向、南北水平方向および垂直の３磁界成分を検出
する。すなわち、ループコイルを貫通する磁束変化に比
例する誘起電圧がコイル端に発生する。また図３（ｂ）
のように、アンテナに適当なコンデンサＣを並列に付加
して観測周波数に共振させることにより、商用電源によ
る干渉雑音を著しく軽減させることができ、入力端の信
号対雑音比を改善できる。また、円周方向のループ電流
をカットする切断部をもつ２つの大きさの異なる円環シ
ールドを、それぞれの切断部が円環の中心に関して反対
側にくるように重ね合わせて２重シールドを形成するこ
とにより、環境雑音に対するシールド効果を向上させた
アンテナを用いるのが有効である。

【００１４】各ループコイル１５−１，１５−２，１５
−３の出力は、それぞれ図４に示す地殻活動監視受信装
置に入力される。図４に示すごとく、商用電源による電
源周波数およびその倍調周波成分を電気回路フィルタ
（ＢＥＦ）により除去する機能を有する帯域増幅器（Ｂ
ＰＡ）からなるプリアンプＰｒｅＡ１〜ＰｒｅＡｎを多
段に接続したもので観測周波数の入力信号を増幅し、か
つその後周波数変換器で低周波域の中間周波数に周波数
変換して、帯域特性の良好な中間周波数増幅装置Ａ１〜
ＡＭでさらに狭帯域増幅することにより、商用機器の放
出する大きな雑音や干渉を効果的に除去して増幅を行な
う。また広いダイナミックレンジを有する増幅器を用
い、かつ商用電源雑音のない周波数として、商用電源周
波数と互いに素となる周波数を観測周波数として選定
し、かつ商用電源周波数の成分周波数の最小の値よりも
受信帯域を狭帯域に選択することにより、地震・火山活
動による地殻活動が大気中に放射する電磁波を高感度に
検出することができる。

【００１５】なお、観測周波数としては、地球圏、磁気
圏から放射される数十Ｈｚ以下の周波数を避けるととも
に、１ｋＨｚ以上では大地とＤ層電離層間で形成される
導波路に高次モードの伝搬が存在し得るため、遠方の熱
帯雷などによる放電電波が複雑に受信されるため、主観
測周波数としては、数十〜１ｋＨｚの間に設定されるこ
とが望ましい。

【００１６】図２の監視センター８において、コンピュ
ータ１４は、各地殻活動監視装置５−１〜５−ｎが受信
した電磁波等の検出信号のデータをそれぞれの監視装置
から集めて、推論や学習を行ない、高精度で地震予測を
行なうが、その際、遠隔地の比較参照用の地殻活動監視
装置６からのデータと比較することにより、確度を向上
させることができる。

【００１７】次に、本発明の地殻活動監視システムの実
施例を説明する。

【００１８】図５は、観測点の配置例を示し、伊豆半島
を中心とする地方を監視対象地域として想定した場合の
ものである。監視対象地域内の御前崎Ａ、大瀬崎Ｂ、川
奈Ｃ、赤沢Ｄを観測点として、それぞれに地殻活動監視
装置を配置するとともに、九州の島原Ｅのように遠隔
地、例えば監視対象地域から数百ｋｍから千ｋｍ程度離
れた地点にも、参照観測点を配置する。以下、この観測
結果をもとに手段を具体的に説明する。なお、対象とし
た地震は平成８年３月６日午後１１時３５分マグニチュ
ード５．８の山梨県東部地震であり、人的被害が発生す
る限界の地震であり、このクラス以上の地震に対する監
視が特に重要な監視対象となるので本実施例の説明に採
用した。

【００１９】これらの地殻活動監視装置の受信機には、
それぞれ熱帯地域で発生した雷による雑音が受信されて
おり、その受信レベルには、電離層の吸収により昼夜の
変化が生じる。太陽が照射されている日中は電離層の電
子密度が高く、電波のエネルギーが電子振動エネルギー
として吸収されるため、伝搬損失が大きいが、夜間は電
子密度が低く吸収損失が少なく、雑音レベルは上昇す
る。

【００２０】熱雷電波は、一般に１万ｋｍから３万ｋｍ
の離れた地域で発生するため、数百ｋｍから１０００ｋ
ｍの範囲ではほぼ同一の強度条件で受信される事にな
る。このため、この雑音電波強度を用いて、受信機の感
度や、設置地域の地形や電気的特性による受信感度の相
違を較正する事が可能であり、複数の監視装置のデータ
と情報を有効に生かす事を可能にする。

【００２１】図６は、図５の各観測点Ａ〜Ｅにおける、
南北方向の水平磁束の強度変化を示す観測データ例であ
る。

【００２２】図６では、周波数２２３Ｈｚで帯域±０．
５Ｈｚの狭帯域の信号を受信し、振幅検波したのち１５
０秒間の平均を加えて不要な雑音成分を除去した出力信
号を用いている。同図ではさらにガウス型の移動平均フ
ィルタをかけて全体の変化をわかり易くしている。図６
から、監視装置の設置場所により受信レベルがまちまち
になることがわかる。このため、まず比較的、受信レベ
ルの安定な２月１９日から３月３日までの受信レベルを
各地点ごとに、かつ各時間ごとに平均して、不必要な雑
音を除去する処理を行うと、図７のような結果が得られ
る。

【００２３】図７の日変化グラフでは、観測点により平
均受信レベルが相違しているので、その最大値と最小値
の差をそれぞれにおいて同じ１に規格化するように、水
平レベルの差異は除外して規格化する処理を行うと、図
８の日変化データが得られる。

【００２４】御前崎のデータは、この期間地殻の活動が
あったため、他とは異なるが、ほかはほぼ同一に規格さ
れている事がわかる。なお、１０００ｋｍ離れた長崎県
島原は、太陽の日の出・日の入りはこの期間で３３〜３
４分遅れるが実際は電離層の関係で約１時間の時差が生
じている。この平均化データをもとに各地点の観測値を
補正した結果が、図９に示す各観測点の水平磁束強度変
化グラフである。この規格化により、各地点間の相違が
きわめてよく補正されている事がわかる。

【００２５】この図９の規格化されたデータを用いて、
さらに最も震源地に近い大瀬崎（南方５０ｋｍ）と最も
遠い長崎島原（西南西１０００ｋｍ）のデータの差をと
ると、図１０に示す近地・遠地比較結果データが得られ
る。なお、この比較では、大瀬崎と長崎県島原での時差
を考慮して比較している。また、遠い島原には地震の前
兆電磁波が届かないので、差をとるとほぼ大瀬崎で受信
した局地的な前兆信号が分離できる。

【００２６】その結果、２月２６日から３月６日までの
期間漸次増大している過剰な放射すなわち電磁波前兆信
号が最も震源地に近い大瀬崎（震源より約５０ｋｍ）で
検出されている事がわかる。他の遠い観測点ではこの前
兆信号が弱くなる。地震の当日は異常信号が検出されて
いないが、これは他の多くの地震でも共通的に観測され
る事実である。一因として、岩盤の破断面で、深部から
上昇した地熱水との電気化学的反応を生じ、鉄の酸化に
より電流が流れるが、さらに反応が進むとシリカの含水
鉱物がその面に形成され電気化学反応が止まり、電波前
兆もなくなると同時に、逆に機械的に滑りやすくなり摩
擦抵抗が減少し、断層の滑りが生じて地震になると考え
ている。

【００２７】なお、図９のグラフにおいて３月１５日か
ら３月１９日にかけてみられる大きな振幅は、太陽照射
によるものである。また３月８日の大きな振幅は、近接
雷によるものである。

【００２８】図１１は、地下の地殻歪みによって直接的
あるいは間接的な原因によって地表面に等価的に発生し
た電気モーメントから放射される水平磁束成分を計算に
より求めたものである。生じた電気ダイポールモーメン
トの強さは平米当たりの電気ダイポールモーメント〔Ａ
・ｍ〕で与えられ、それらがある広がりを持って分布す
ると考えられるので、電気ダイポールの存在半径Ｒを規
定している。なお電気ダイポールモーメントの強さは中
心から端に行くにつれ余弦２乗関数に従い弱まるものと
仮定し、かつランダムに加わるものとしている。

【００２９】電気モーメントの強度や半径の数値は実際
の地震の際の観測値から求められる。

【００３０】観測装置の検出感度は０．１ｐＴ／√Ｈｚ
（ピコテスラパールートヘルツ）あるいは１０^-13Ｔ／
√Ｈｚであり、受信機の熱雑音レベルは０．００６６ｐ
Ｔ／√Ｈｚであるので充分良質な信号の検出が可能であ
る。

【００３１】マグニチュード６クラスでは、地殻異常の
半径は約３．７ｋｍという壇原氏らの研究がある。ここ
では、山梨県東部地震に対する前に述べた電気ダイポー
ルの存在半径Ｒを５ｋｍと仮定した。

【００３２】図１１の計算結果に、山梨県東部地震の際
に得られた前兆信号が、サブピコテスラであることを、
距離５０ｋｍとともに合わせて示すと、Ａの値となる。
Ｒ＝５ｋｍに対しては、Ａを通る曲線はモーメントの強
度が１〔Ａ・ｍ／ｍ²〕となることがわかる。観測の磁
束強度は図の実線の如く近接領域（ニアフィールド，ne
ar field）にあり距離の２乗に逆比例して磁束強度が変
化する領域である。観測距離が近くなり、５ｋｍぐらい
から急激に磁束強度が増し、２ｋｍぐらいでは、約３桁
（６０ｄＢ）上昇する事がわかる。なお、それ以上近づ
いても、後は殆ど強まる事はない。これは、電気ダイポ
ールからの放射が少し離れると急激に減少するため、主
として観測点の回りだけからの放射が支配的であり、そ
れ以外の部分からの信号は無視される事を示している。
この一定となる領域を以下では直接結合領域という。

【００３３】図１２は、図６の例とは異なる第２の観測
データ例であり、１９９５年９月１７日から始まった、
静岡県伊東市の群発地震の際の観測結果を示す。７月１
日から７月９日までは震源域に最も近い汐吹崎のみで水
平磁界の異常が検出されたが、２ｋｍと５ｋｍの距離に
ある他の川奈崎と大崎の観測点では検出されていないこ
とがわかる。７月１０日からは３箇所同時にバースト状
の異常放射が数ピコテスラから１０ピコテスラ弱で観測
された。このときの監視観測点の配置と、気象庁による
震源域を図１３に示す。

【００３４】また、この観測結果を先の磁束強度の計算
結果の上に示したのが図１１のＢである。この観測強度
に対応する電気ダイポールの強度は１０^-3〜１０^-4〔Ａ
ｍ／ｍ²〕であることがわかり、また電気ダイポールの
存在半径は１ｋｍ程度である事が、２ｋｍでは殆ど検出
していないことから知られる。またこの観測結果から、
同時に電気ダイポールが、地表面に近い事が知られる。
もし、数ｋｍと深い電気ダイポールが原因となって放射
が生じているものとすると、少なくとも汐吹崎と２ｋｍ
しか離れていない川奈崎には何らかの放射を感知するは
ずであるし、大崎にもその一部が検出されねばならない
が、観測事実はそうでない。

【００３５】距離に対する検知限界に識別特性が存在す
る事が実際の結果から予想されるが、理論計算にも、そ
の様な段階状の強度変化が約３桁存在する事が示されて
いる。理論は正しい事がわかる。

【００３６】図１４は、第３の観測データ例である。こ
れは、先に大きな被害を出した、北海道南西沖地震にお
けるものである。このときの地震は、マグニチュード
７．８の巨大なものであり、約８００ｋｍ離れた伊東市
宇佐美で観測された。サブピコテスラの強度で地震の６
日前から日中のレベルが上昇し、地震の当日には、元の
レベルに復帰するいつものパターンが見られた。この観
測結果は、図１１にＣとして示されている。電気ダイポ
ールの存在半径は約５０ｋｍ程度と推定しているが、そ
の１０倍の５００ｋｍと仮定した場合を鎖線で示す。な
お、Ｃ点で両者が同一レベルであるためには、電気ダイ
ポールの強度とその存在半径の積は一定でなければなら
ない。

【００３７】以上の各々３つの異なる地震について、観
測結果の検討を行ったが、マグニチュード６クラスの検
知限界は約１００ｋｍ、７〜８クラスの巨大地震で約１
０００ｋｍである。また、監視装置を直接結合領域内に
設置すれば、検出レベルが雑音より圧倒的に強くなるの
で誤りのない検出と、震源域の確実な検出が可能とな
る。このことは都市部において本方式を適用するときに
有効である。都市雑音は時として山間部の数十倍の値を
示すからである。図１５に示す様に、予想される震源域
をメッシュ状に区分して監視装置を均一間隔で設置すれ
ば、各監視装置の検知レベルの差から活動域を知ること
ができる。そのメッシュの間隔は、以上の説明から明ら
かな様に、群発地震に対しては１ｋｍ、マグニチュード
６クラスの直下型に対しては５ｋｍ間隔から高々１０ｋ
ｍ間隔、巨大地震に対しては、５０ｋｍから１００ｋｍ
であることが明らかになった。

【００３８】図６の観測データ例では、３月１６日から
１９日までの間に大きな放射レベルが存在したが、図１
０の近地・遠地比較結果データでは、ほぼきれいに除去
されている。これらの大きな放射レベルは太陽の照射に
より生じていることが以下より知られる。図１６は、規
格化した図９のグラフのうち、御前崎と、大瀬崎と、島
原の各波形を２つずつ組み合わせて重ねて図示したもの
で、観測点間での相違が良くわかる様に示してある。同
じ本州中央部の大瀬崎と御前崎とでは（上段）、殆ど波
形の変化に時間差が見られないが、中段は御前崎と１０
００ｋｍ離れた島原の観測結果で、明らかに島原が約１
時間遅れている。また同様に下段は大瀬崎と島原の対応
を示し、同じく島原の観測結果が約１時間遅れている事
がわかる。なお、実際の日の出・日の入りの時差と、デ
ータ上での時差は電離層の関連で差異が生じているの
で、処理における時差はデータ上の時差によるべきであ
る。

【００３９】図１７は、同一の観測点について、コイル
軸が東西（Ｅ−Ｗ）と南北（Ｎ−Ｓ）の２つのセンサー
の出力を比較したもので、（Ｅ−Ｗ）の方が（Ｎ−Ｓ）
より変化が急峻である事がわかる。このことに対する説
明図が図１８であり、（Ｅ−Ｗ）コイルの面が地球の回
転とともに太陽に対し、面が最大−最小−最大と変化す
るのに応じて、結合感度も同様に変化すると考えると、
（Ｅ−Ｗ）センサーの日変化が急峻になることが説明で
きる。一方（Ｎ−Ｓ）のそれは常に同じである。即ち、
（Ｅ−Ｗ）コイル面方向の結合は誘導界であり、近接界
からの信号を受けている事を意味する。それは、６０〜
７０ｋｍの高さにある最も低高度のＤ層電離層からの誘
導である事になる。また、（Ｎ−Ｓ）コイルが感度を持
つのは電離層の赤道面に流れる電流による磁束であり、
この磁束は（Ｅ−Ｗ）コイルに対しては結合が小さい。
正午１２時の時点で電流の流れる方向の分岐点に当たり
（Ｎ−Ｓ）コイルの受ける磁束は最も小さくなる。

【００４０】以上の理解から、太陽から照射されている
高いエネルギーの紫外線やＸ線がＤ層電離層で、低いエ
ネルギーの電流に変換され（Ｅ−Ｗ）コイルに誘導する
とともに、この時電離層内に流れる電流により（Ｎ−
Ｓ）コイルに誘導している事が知られる。また夜間の領
域においても、励起された電離層の領域から電流が流れ
込んでおり、また昼間領域からの電磁エネルギーも進入
するが、夜間の領域は損失が小さいため強く受信され
る。

【００４１】この様な太陽と地球との対応状態はいつも
と変わらないことであるが、ただ太陽からの照射が強い
か弱いかによって観測上の変化が生じていることがわか
る。電子・プロトン等の紫外線・Ｘ線からなる電磁波と
は性質の異なった粒子などの照射でないことは、これら
の期間に磁気嵐が生じていない事でも知られる。

【００４２】以上の結果、太陽による受信レベルの変化
は大きくとも、効果的に分離でき除去できることが明ら
かになった。

【００４３】以上の処理を行っても、図１０には、３月
８日の半日間に、なお大きい信号が残っていることがわ
かる。この信号の分析を図１９に示す。上段は時間軸の
拡大を行った３月８日の水平磁束（Ｎ−Ｓ）を示す。ま
ず、遠隔地の島原を除いて、本州中央部のみの４地点の
平均を作り、この地域の平均的な値を求め、それに対し
て各地点での振幅がどれ程突出しているかを示したのが
下図である。その結果、西方の赤沢、御前崎、川奈崎と
西方か東方へと順にレベルの強い所が移動して行ってい
る事がわかる。これは雷雲の移動の特徴をそなえてお
り、時速４０ｋｍ前後で移動する雷雲による現象と矛盾
がなく、またその変化の単調なことからも雷によること
は明らかである。

【００４４】以上、本発明にかかわる地殻活動監視シス
テムでは、監視地域のほか遠方地点の観測点を設けるこ
とにより、太陽に原因をもつ受信レベルの増大を分類す
ることができる。また、数百ｋｍにわたり数時間におよ
ぶ比較的単調な受信レベルの増加は雷によるものであ
り、これは、同区間内の観測点の平均による空間相関を
もとめ、これに対する各地点の優位度が西方より東方に
移動するかどうかで識別出来ることが明らかになった。

【００４５】以上、水平磁束を主に説明を行ったが、垂
直磁束の異常は、大地が電気伝導性を持つために、観測
点の近傍での垂直磁束異常による。よってこの磁束異常
は、地下浅部での電流異常に基づくものであり、それ
は、遠隔の断層のスリップなどで生じたゆっくりした地
殻歪みが機械的伝搬によって伝わってきて、観測点直下
の地殻の電気伝導度を変化させ、生じた地電流変化によ
る。この場合には観測点ごとに到来時間差を調べること
で、地殻異常の位置を決定できる事になる。

【００４６】垂直磁束は大地のもつ電気伝導度のために
水平に伝搬する波には通常は存在せず、水平磁束の様な
熱雷電波の影響もなく、水平磁束との相関も少ない。な
お、雷雲が近接した場合に限り、雷の水平磁束と相関を
持つ波形が出現することがある。また、地殻の局地的異
常で電気伝導度が変化している場合、雷電波の一部が２
次効果として部分的に垂直磁束となる場合があるので、
垂直磁界が水平磁界と同様の熱雷の日変化を示す場合は
異常とみなされる。

【００４７】図２０は、本発明による地殻活動監視シス
テムにおいて、観測データから種々の雑音を除去し、前
兆となる有意な地殻活動信号を検出可能にするための、
基本となるデータ処理過程を示す。

【００４８】図２０において、各観測点Ａ，Ｂ，・・
・，Ｎの電磁波センサーから得られる図６のような観測
データは、それぞれ日平均処理手段１７−Ａ，１７−
Ｂ，・・・，１７−Ｎに入力されて、１日内の時間単位
で、たとえば１０日ないし１ケ月分のデータについて平
均化される。このようにして平均化された図７に示され
るような日変化データは、最大−最小規格化手段１８に
入力され、観測点ごとに、１日内の変化の最大値と最小
値の間を１として、図８のように規格化される。このよ
うにして、最大−最小規格化手段１８からは、観測点ご
との規格化データ１９−Ａ，１９−Ｂ，・・・，１９−
Ｎと、規格化データの規格化最小値２０が得られる。規
格化データの最小値は、環境雑音データとして用いられ
る。他方、各観測点の規格化データ１９−Ａ，１９−
Ｂ，・・・，１９−Ｎは、自主比較・相互比較処理手段
２１に入力され、観測点ごとに、時系列上で異なる自己
データ同士を比較し、あるいは異なる観測点同士でデー
タを相互比較することにより、前兆となる異常信号を識
別する。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、多観測点の観測データ
を熱雷電波雑音を基準信号として用いる事が出来、受信
機や環境によらない受信信号の規格化が可能となる。そ
の結果、熱雷信号や太陽照射変動による変動成分を規格
化信号から除去できる。また以上の過程で消去出来ない
雷による放射は、雷の影響の及ぶ範囲での観測点の受信
レベルを平均化し、この値（空間相関値）に対する各観
測点のレベルの移動から雷の判定が可能である。これに
より、電磁波観測データの中から高い信頼性で前兆とな
る異常信号を検出することができ、地殻活動域を的確に
判定することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による地殻活動監視システムの基本構成
図である。

【図２】地殻活動監視システムの実施例構成である。

【図３】電磁波センサーの説明図である。

【図４】地殻活動監視受信装置の構成例を示すブロック
図である。

【図５】実施例にかかわる観測点配置例を示す説明図で
ある。

【図６】実施例にかかわる観測データ例（南北方向の水
平磁束強度変化）を示す説明図である。

【図７】平均化した各地点毎の水平磁束（南北方向）の
日変化グラフを示す説明図である。

【図８】日変化磁束の最大値と最小値で規格化した日変
化グラフを示す説明図である。

【図９】日変化データで規格化した各観測点の水平磁束
強度変化グラフを示す説明図である。

【図１０】近地・遠地比較結果データを示す説明図であ
る。

【図１１】地表に等価的に出現した電気ダイポールによ
る水平磁束放射特性の理論計算結果と観測結果Ａ，Ｂ，
Ｃを示す説明図である。

【図１２】平成７年伊東市群発地震にかかわる前兆的電
磁放射例データを示す説明図である。

【図１３】平成７年伊東市群発地震における震源域と３
観測点の配置を示す説明図である。

【図１４】平成５年奥尻島巨大地震の遠地点伊東市にお
ける電磁前兆観測例データを示す説明図である。

【図１５】想定震源域と観測点の配置例を示す説明図で
ある。

【図１６】規格化データにおける時差を示すグラフの説
明図である。

【図１７】規格化データにおける検出方位による違いを
示すグラフの説明図である。

【図１８】時差，方位による相違の生成原因を示す説明
図である。

【図１９】雷電波が西方から東方へ移ってゆく様子を示
すデータの説明図である。

【図２０】地殻活動監視システムにおけるデータ処理過
程を示すブロック図である。

【符号の説明】

１：監視対象地域２−ａ〜２−ｄ：受信装置３：回線網４：観測センターＡ〜Ｄ：観測点

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 1/00 G01S 13/88 G01V 3/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地殻活動に基因する電磁波を直接観測す
る複数の受信装置を、監視対象地域に設定された複数の
観測点にそれぞれ配置し、各観測点の受信装置が観測し
た上記電磁波のデータから地殻異常信号を検出し、観測
点間で比較照合することにより地殻活動域を決定する地
殻活動監視システムであって、上記観測点ごとの受信装
置の受信装置自体の受信感度の相違や、受信装置設置環
境の違いによる受信感度の相違を、それぞれの受信装置
で受信される遠方からの熱雷電波の日変化を基準として
補正することを特徴とする地殻活動監視システム。
【請求項２】熱雷電波の日変化は、観測点ごとに、そ
れぞれの受信装置で受信される熱雷電波の受信レベルを
所定日数期間、各時間ごとに平均化したものであること
を特徴とする請求項１に記載の地殻活動監視システム。
【請求項３】各観測点に配置されている受信装置の受
信感度の相違の補正は、それぞれの受信装置で受信され
る熱雷電波の日変化の最大値と最小値の差を同じレベル
に規格化することにより行なうことを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の地殻活動監視システム。
【請求項４】複数の観測点を監視対象地域に設定する
外に、上記地殻活動に基因する電磁波の及ぶ範囲外の数
百Ｋｍないし数千Ｋｍ離れた地域に参照観測点を設定
し、該参照観測点の観測データと上記監視対象地域に設
定した観測点の観測データとを比較して、地殻異常信号
が局地的なものか否かを識別することを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の地殻活動監視システム。
【請求項５】遠地の観測点間で観測データを比較照合
する場合、日の出・日の入りの時差でなく、実際に観測
データ上に現われる時差を用いて比較照合することを特
徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の地
殻活動監視システム。
【請求項６】監視対象地域に設定する観測点の間隔
を、検出すべきマグニチュードに対応しかつ受信信号強
度の識別特性に基づいて、直接結合領域である地殻電波
源の直径と同程度としたことを特徴とする請求項１に記
載の地殻活動監視システム。
【請求項７】各観測点ごとに受信した水平磁束強度の
記録を南北Ｎ−Ｓ，東西Ｅ−Ｗごとにそれぞれ１０日な
いし１ヵ月分、各時間ごとに平均化して、雑音や特記的
な異常を抑制し、標準的なその地点のその日、その月、
そのシーズンごとの日変化記録を作成し、さらに当該日
の太陽活動の強弱を考慮して、当日の異常成分のみを抽
出することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいず
れかに記載の地殻活動監視システム。
【請求項８】各観測点の標準的日変化記録を、さらに
ほぼ１００Ｋｍ、数百Ｋｍ単位の地域ごとに平均化し
て、地域の標準的日変化データを作成し、それに対する
各観測点の観測データの日々の変化から、雷の影響や地
殻異常の地域内での移動や変遷を検出することを特徴と
する請求項７に記載の地殻活動監視システム。
【請求項９】直接的な観測データの振幅の変化、ある
いは時間当りの振幅値、あるいはウェーブレット等の解
析から得られるスペクトラム成分、さらには、到来電波
の入射方位の変化等の情報を上記検出した地殻異常信号
に反映させて、検出信頼度を向上させることを特徴とす
る請求項１に記載の地殻活動監視システム。
【請求項１０】垂直磁束の異常から得られる観測点直
下の電気特性の異常変化に関する情報と、水平磁束によ
るより広域的な異常から得られる情報とにより、地殻活
動監視のパラメータの次元を拡大することを特徴とする
請求項１に記載の地殻活動監視システム。
【請求項１１】前兆となる地殻異常信号のレベルを、
発生した地震の規模と距離とから、理論電磁界計算値と
比較参照し、地震の電磁気パラメータである放射強度、
放射半径を地震のタイプ、地域ごとに決定し、基礎デー
タを蓄積することを特徴とする請求項１に記載の地殻活
動監視システム。
【請求項１２】蓄積された基礎データを基礎パターン
として、前兆となる地殻異常信号の解析パターンを照合
し、最も適合するデータから来るべき地震の規模、距
離、種類などを予測するパターン認識機能と、各地震ご
とのデータを新規登録し性能向上をはかる学習機能を有
することを特徴とする請求項１１に記載の地殻活動監視
システム。