JP4160033B2 - 早期計測震度予測方法及びそのための装置 - Google Patents

Description

本発明は、地震動の初期微動（Ｐ波到達から２〜３秒）のデータから計測震度を予測する早期計測震度予測方法及びそのための装置に関するものである。

従来、震央距離やマグニチュードを推定するためには、
（ａ）多点の観測データから震源位置を求め、各観測点までの震央距離を算出する、
（ｂ）震央距離と振幅値や周期、又は振動継続時間等からマグニチュードを推定する、
（ｃ）１観測点の初動部分の周期からマグニチュードを推定し、このマグニチュードと初動部の振幅などから、震源距離、深さ、震央距離を推定する、
等の方法がある。
特開２００２−２７７５５７号公報

しかしながら、上記した（ａ）や（ｂ）の方法は、従来から行われている一般的な手法で精度は高いが、推定には地震検知から数分程度もかかってしまう。

また、上記した（ｃ）の方法は、地震の主要動（被害をもたらす大きな振動）が観測点に到達する前に、１観測点の初動部分のデータから推定する方法であり、地震検知から数秒で地震諸元を大まかに推定できるが、その推定精度はあまり高くなく、特に、震源が遠方の地震や深い地震などに対して推定精度が悪いという課題があった。

そこで、本願発明者らは、既に、地震波の初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数でフィッティングしてその波形形状を定量化し、得られたパラメータから震央距離とマグニチュードを推定することができる、震央距離及びマグニチュード推定方法とそのための装置（上記特許文献１参照）を提案している。

さらに、これまでの地震動のＰ波部分に、以下に示す簡単な関数
ｙ（ｔ）＝Ｂｔ×ｅｘｐ（−Ａｔ） …（１）
（ここで、ｔはＰ波到達時からの経過時間）
をフィッティングすることによって、係数Ａ，Ｂを決定し、地震のマグニチュードを地震検知から数秒間で推定する方法を開発している。

本発明は、地震動の初期振幅への関数フィッティング法に基づいてＰ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂと、初期微動（Ｐ波到達から２〜３秒）の最大振幅（Ａ_max ）から、計測震度を早期に予測する早期計測震度予測方法及びそのための装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕早期計測震度予測方法であって、地震動の初期振幅への関数フィッティングの際に得られる、Ｐ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂと、震央距離（観測点と震央の距離）との相関に基づいて、前記係数Ｂと初期微動の最大振幅を含む下記の式を用いることにより、地震計の設置されている場所の計測震度Ｉ_s を早期に予測することを特徴とする。

Ｉ_s ＝α₁ ｌｏｇ（Ａ_max ）＋α₂ Ｂ^-0.5＋α₃ ｌｏｇＢ＋α₄
ここで、α₁ 〜α₄ は統計的に求められる係数である。

〔２〕早期計測震度予測装置であって、地震計と、この地震計からの情報を取込み、ディジタル波形データとして取得する制御処理装置内のメモリと、前記制御処理装置内において、Ｐ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂと初期微動の最大振幅Ａ_max 、統計的に得られる係数α₁ 〜α₄ をそれぞれ求めるパラメータ演算部と、前記制御処理装置内において、計測震度Ｉ_s ＝α₁ ｌｏｇ（Ａ_max ）＋α₂ Ｂ^-0.5＋α₃ ｌｏｇＢ＋α₄ を演算する計測震度予測演算部と、前記制御処理装置内において、前記早期震度予測情報の送信を行う情報文送出部とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、地震動の初期振幅への関数フィッティング法に基づいてＰ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂと、初期微動（Ｐ波到達から２〜３秒）の最大振幅Ａ_max から、本来は地震が終了してから得られる計測震度を早期に予測することができる。

早期計測震度予測方法であって、地震動の初期振幅への関数フィッティングの際に得られる、Ｐ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂと、震央距離（観測点と震央の距離）との相関に基づいて、前記係数Ｂと初期微動の最大振幅を含む下記の式を用いることにより、地震計の設置されている場所の計測震度Ｉ_s を早期に予測することを特徴とする。

Ｉ_s ＝α₁ ｌｏｇ（Ａ_max ）＋α₂ Ｂ^-0.5＋α₃ ｌｏｇＢ＋α₄
ここで、α₁ 〜α₄ は統計的に求められる係数である。

よって、本来は地震が終了してから得られる計測震度を早期に予測することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明では、地震動の初期振幅への関数フィッティングの際に得られる、Ｐ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂは、震央距離（観測点と震央の距離）と明瞭な相関があるので、Ｐ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂと初期微動の最大振幅Ａ_max を含む下記の式（２）を用いることにより、計測震度Ｉ_s を予測する。

Ｉ_s ＝α₁ ｌｏｇ（Ａ_max ）＋α₂ Ｂ^-0.5＋α₃ ｌｏｇＢ＋α₄ …（２）
ここで、α₁ 〜α₄ は統計的に求められる係数である。

図１は本発明の実施例を示す早期計測震度予測装置のブロック図、図２はその早期計測震度予測の処理フローチャートである。

この図において、１は地震計、２は通信回線、１０は制御処理装置、１１はアンチエイリアシングフィルタ（ローパスフィルタ）、１２はＡ／Ｄ変換器、１３は波形収録部、１４はメモリ、１５はパラメータ演算部、１６は計測震度予測部、１７は情報文送出部、１８はＧＰＳ時計、１９は状態表示装置、２０はモデム、２１はメモリ１４へ統計的に求められる係数α₁ 〜α₄ を入力するデータ入力装置である。

この早期計測震度予測装置を用いた早期計測震度予測方法を図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。

（１）地震計１から情報を制御処理装置１０に取込み、ディジタル波形データとしてメモリ１４に取得する（ステップＳ１）。

（２）次に、パラメータ演算部１５において、Ｐ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂと初期微動の最大振幅Ａ_max をそれぞれ求める（ステップＳ２）。

（３）次に、ステップＳ２で求めたパラメータに基づき、計測震度予測部１６において、上記した式（２）の演算を行い、計測震度Ｉ_s を予測する（ステップＳ３）。

（４）次に、その予測された計測震度Ｉ_s を早期震度予測情報として、情報文送出部１７に取込み、ここから送信を行う（ステップＳ４）。

ここで、本発明の前提となる地震諸元の推定方法についてさらに詳細に説明する。

図３は実際の地震波に簡易関数をフィッティングした例を示す図であり、図３（ａ）は実際の初動波（Ｐ波）を通常表示した図、図３（ｂ）はそれを振幅絶対値対数表示し、上記（１）式の関数ｙ（ｔ）＝Ｂｔ×ｅｘｐ（−Ａｔ）をフィッティングさせた図である。

ここで、図３（ｂ）における初期震動の傾きＢ（Ｂは地震波形の初動振幅の時間変化に関するパラメータ）は震央距離と相関がある。本発明では、この初期震動の傾きＢと震央距離の関係に注目する。

図４は本発明にかかる真の震央距離（ｋｍ）とＰ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂ（ｇａｌ／ｓ）の特性図であり、ここでは、■はＭ（マグニチュード）７、▲はＭ６、＋はＭ５、▽はＭ４、●はＭ３を示している。

この図から明らかなように、地震動の初期振幅への関数フィッティングの際に得られる、Ｐ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂは、震央距離（観測点と震央の距離）と明瞭な負の相関があり、相関関係はマグニチュードの大きさによらないものである。そこで、この相関に基づき、下記のＰ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂと初期微動の最大振幅Ａ_max を含む下記の関係式（２）を用いることにより、計測震度Ｉ_s を予測することが可能となる。

Ｉ_s ＝α₁ ｌｏｇ（Ａ_max ）＋α₂ Ｂ^-0.5＋α₃ ｌｏｇＢ＋α₄ …（２）
但し、α₁ 〜α₄ は統計的に求める係数である。

なお、通常よく使われる震度の予測式（震度の距離減衰式）として、下記の式（３）がある。

Ｉ_s ＝β₁ Ｍ＋β₂ Δ＋β₃ ｌｏｇΔ＋β₄ …（３）
ここで、Ｉ_s は計測震度、Ｍはマグニチュード、Δは震央距離、β₁ 〜β₄ は統計的に与えられる係数である。

また、これまでの検討で得られた関係式は次の通りである。

Ｍ＝ｃ₁ ｌｏｇ（Ａ_max ）＋ｃ₂ ｌｏｇΔ ＋ｃ₃ …（４）
Δ∝Ｂ^-0.5 …（５）
但し、Ａ_max は初動の最大振幅、Ｂは関数フィッティングで得られるＰ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂ、ｃ₁ 〜ｃ₃ は統計的に与えられる係数である。上記式（３）に上記式（４）、（５）を代入して係数をまとめると、上記式（２）が得られる。

図５は本発明の早期震度予測方法を用いた震度予測の推定精度を示す図であり、横軸に計測震度Ｉ_s −実際の震度を、縦軸に頻度を示している。

１９９６年から２００３年に発生したマグニチュード３．０〜８．０の約４００地震の記録（記録数は約２４００）に上記した本発明の早期計測震度予測方法を適用し、係数α₁ 〜α₄ は統計的に求め、推定精度を検討した。その結果、本発明の早期計測震度予測方法によって求められた計測震度の推定誤差〔計測震度Ｉ_s −実際の震度〕については、実際の震度±０．５の範囲に本発明の早期計測震度予測方法によった計測震度の全体の約６０％のデータが含まれていた。

図６は本発明の比較例としてのマグニチュード（Ｍ）と震央距離（Δ）を用いた震度予測の推定精度を示す図である。

図５と図６を比較すると、本発明の早期計測震度予測方法（図５）と地震が終了してから得られるマグニチュード（Ｍ）と震央距離（Δ）を使った震度予測方法（図６）では、ほぼ同様の精度があることが分かった。むしろ、詳細に見ると、本発明の早期計測震度予測方法を示す図５の方が計測震度±０．５の範囲により多くのデータが含まれており、精度が高いと言える。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の早期震度予測方法は、地震動の初期微動（Ｐ波到達から２〜３秒）のデータから早期に震度を予測することができるため、計測震度予測に好適である。

本発明の実施例を示す早期計測震度予測装置のブロック図である。 本発明の実施例を示す早期計測震度予測の処理フローチャートである。 実際の地震波に簡易関数をフィッティングした例を示す図である。 本発明にかかる真の震央距離とＰ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂの特性図である。 本発明の早計測期震度予測方法を用いた震度予測の推定精度を示す図である。 本発明の比較例としてのマグニチュード（Ｍ）と震央距離（Δ）を用いた震度予測の推定精度を示す図である。

符号の説明

１ 地震計
２ 通信回線
１０ 制御処理装置
１１ アンチエイリアシングフィルタ（ローパスフィルタ）
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ 波形収録部
１４ メモリ
１５ パラメータ演算部
１６ 計測震度予測部
１７ 情報文送出部
１８ ＧＰＳ時計
１９ 状態表示装置
２０ モデム
２１ データ入力装置

Claims (2)

1. 地震動の初期振幅への関数フィッティングの際に得られる、Ｐ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂと、震央距離（観測点と震央の距離）との相関に基づいて、前記係数Ｂと初期微動の最大振幅Ａ_max を含む下記の式を用いることにより、地震計の設置されている場所の計測震度Ｉ_s を早期に予測することを特徴とする早期計測震度予測方法。
   Ｉ_s ＝α₁ ｌｏｇ（Ａ_max ）＋α₂ Ｂ^-0.5＋α₃ ｌｏｇＢ＋α₄
   ここで、α₁ 〜α₄ は統計的に求められる係数である。
2. （ａ）地震計と、
   （ｂ）該地震計からの情報を取込み、ディジタル波形データとして取得する制御処理装置内のメモリと、
   （ｃ）前記制御処理装置内において、Ｐ波初動振幅の時間変化の程度を表す係数Ｂと初期微動の最大振幅Ａ_max 、統計的に得られる係数α₁ 〜α₄ をそれぞれ求めるパラメータ演算部と、
   （ｄ）前記制御処理装置内において、計測震度Ｉ_s ＝α₁ ｌｏｇ（Ａ_max ）＋α₂ Ｂ^-0.5＋α₃ ｌｏｇＢ＋α₄ を演算する計測震度予測部と、
   （ｅ）前記制御処理装置内において、前記早期計測震度予測情報の送信を行う情報文送出部とを具備することを特徴とする早期計測震度予測装置。

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