JP4171800B2 - 電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測方法及びその予測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する方法及びその予測装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来技術による震源時・震源距離・規模の算出は、地震波のP波のみ、またはP波とS波の計測により行われている(例えば、特許文献1参照)。これらの値の算出には、P波のみの場合、4箇所以上で同じ地震のP波を計測する必要があり、P波とS波を用いる場合でも、3箇所以上で同じ地震のP波とS波を計測する必要がある。
【0003】
このため、例えば4箇所のP波の観測点の震源距離が約100kmまたはそれ以内にある場合、震源時(地震発生時刻)・震源距離(震源と観測点間の距離)・規模(マグニチュードM)の算出には、震源時から少なくともP波が観測点に到達するまでの15秒を要する。しかし、通常はP波とS波の両方を用いているので、3箇所の観測点の震源距離が約100kmまたはそれ以内の場合、S波が観測点に到達するまでの約25秒を要する。どちらの方法にせよ、地震波が3箇所、または4箇所の観測点に到達するまで、上記の例の場合は、地震発生から15ないし25秒間は、震源距離・規模を知ることはできない。
【0004】
【特許文献1】
特開平6−324160号公報
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、簡単な方法及び装置により、地震発生とほぼ同時に震源時を検知する共に、短時間に地震波の到来前に、震源距離、規模を予測できるようにするものである。
【0006】
そのために本発明は、地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する方法であって、電界強度の計測値データを収集・蓄積し、電界上昇開始時刻から震源時を検知し、前記震源時からの経過時間と前記計測値データから震源距離と規模を予測することを特徴とするものである。
【0007】
また、地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する装置であって、電界強度を計測する計測手段と、前記計測手段による計測値データを収集・蓄積するデータ蓄積手段と、前記データ蓄積手段に蓄積された計測値データを解析して電界上昇開始時刻から震源時を検知し、前記震源時からの経過時間と前記計測値データから震源距離と規模を予測するデータ解析手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0008】
さらに、前記震源時からの経過時間tにおける電界強度E(t)と該経過時間tの関係から次式[数3]を基に2個以上の計測値データにより震源距離Dと規模Mを予測し、
【0009】
【数3】
E(t)=a10M /{D−r(t)}b
ただし、a,b:地質及び電界観測システムに依存する常数
r(t):時刻tにおける震源域とP波の面間の距離
=t×P波の速度
地震波を計測する地震計と併用して震源時・震源距離・規模を予測することを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測方法の実施の形態を説明するための図であり、1は震源、2は震源から伝播する地震波、3は地震波の波面(Wave Front)であり、P波の波面であると同時に帯電面でもある。4は帯電面により誘起される誘導電界、5は電界強度を計測する電磁界センサーを示す。
【0011】
図1において、地震波2は、地震発生と同時に震源1から発生し伝播して行く。この際、P波の速度が一番速いため、地震波の波面(Wave Front)はP波の波面となる。P波は縦波であり、その波面は帯電面3となる。帯電面3は電界を誘起し誘導電界4が伝播する。
【0012】
誘導電界4は、後述の観測例に示すように地震と同時に発生し、P波の伝播と同期して強度が増大し、P波の到達時に極大となる。そして、P波の到達時からS波の到達まで、電界は減少し、S波の伝播と同期した電界は観測されない。また、P波による電界パルスは観測されず、S波の到達時に電界パルスが発生する。
【0013】
この誘導電界4の強度を電磁界センサー5により計測し、解析することにより震源時は、電界上昇開始時刻から検知し、前記震源距離及び規模(マグニチュードM)は、震源時からの経過時間と電磁界センサー5による計測値データから予測する。
【0014】
P波の伝播と同期した誘導電界4の波形は、P波の波面(Wave Front)に電荷が発生するとすれば、その誘導電界で定量的に説明できる。観測において、振幅は、P波の波面から電界観測点までの距離の二乗にほぼ反比例している。マグニチュードMの定義として、地震動の最大速度振幅の常用対数を用いるものが多い。また、流動電位及びピエゾ電荷は最大速度振輻に比例するから、電界が流動電位またはピエゾ電荷によるものならば、電界は10のM乗に比例する。よって、マグニチュードMは次式[数4]から求められる。
【0015】
【数4】
E(t)=a10M /{D−r(t)}b
ただし、E(t):震源時からの経過時間tにおける電界強度
a,b:地質及び電界観測システムに依存する常数
D:震源距離
r(t):時刻tにおける震源域とP波の面間の距離
=t×P波の速度
上式[数4]は、P波の到達前でも、震源時(電界上昇開始時刻)からの経過時間tと電界の振幅(電界強度)Eの関係から、マグニチュードMと震源距離Dは予測できることを示している。即ち、マグニチュードMと震源距離Dを未知数とする上式[数4]は、時間がtのときの電界強度E(t)の計測値データが2個以上得られれば解け、マグニチュードMと震源距離Dは求められる。よって、地震発生後、サンプリング周期を0.1秒とすると5秒で10個の計測値データが得られるので、数秒で、P波の到来前に、地震動は予測でき、上記従来の例の場合で、約10秒は短縮するこができ、大部分の地域に対し地震波の到来前の予報が可能になる。
【0016】
次に、観測装置の構成およびその処理を説明する。図2は本発明に係る電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測装置の構成例を示す図であり、21は電極、22は受信機、23は地震計、24はデータ収集部、25はデータ蓄積部、26はデータ解析部、27はペンレコーダを示す。
【0017】
図2において、電極21は、電極間の電位差を出力するものである。受信機22は、電極21の出力電圧の内の、所要帯域外の出力を減少させると共に、所要帯域内の出力を所要電圧(通常は10V以下)まで増幅するものである。地震計23は、地震波による加速度等の振幅を電圧に変換して出力するものである。データ収集部24は、所定のサンプリング周期(0,1秒以下)で、受信機22及び地震計23の計測値データを収集するものである。データ蓄積部25は、その収集した計測値データについて有意・無意を判断したうえで、記憶手段に蓄積するものである。
【0018】
データ解析部26は、データ蓄積部25の記憶手段に収集し蓄積した計測値データを解析して地震と同時に発生した電界を検出し、電界上昇開始時刻から震源時を予測し、震源時からの経過時間と計測値データから震源距離と規模を予測して出力する。ペンレコーダ27は、電極21、受信機22及び地震計23の計測状況を監視するものである。地震計23の計測値データを用いる場合には、P波を検知して、P波の計測値データと電界強度の計測値データから震源距離と規模を予測する。
【0019】
次に、観測例によって、観測データの処理法を具体的に示す。図3は地震と同時に発生する電界及び該地震のP波の観測例を示す図であり、下記の2002年6月14日の地震の際の観測例で、該地震の震源時・震源距離・規模を予測するための時刻関係が示されている。31は地震と同時に発生した電界、32は南北方向の加速度、33は東西方向の加速度、34は上下方向の加速度、35は震源時、36はP波の到達時刻、37は電界の特異点、38はS波到達による電界パルスの上昇開始時刻を示す。
【0020】
上記観測例によれば、地震と同時に発生した電界31は、地震波が観測されなくなるまで継続した。南北方向の加速度32、東西方向の加速度33、上下方向の加速度34は、何れも電界の観測点(波崎)の東南14kmの銚子での強震計の記録である。震源時35(計算値)は、電界上昇開始時刻、11時42分49.0秒と計算誤差の範囲内で一致している。P波の到達時刻36は、電界観測点(波崎)での高感度地震計での観測値である。電界の特異点37は、電界が増加から減少に急変する点である。S波到達による電界パルスの上昇開始時刻38は、図2では、S波の到達時刻と一致しているが、電界の観測点(波崎)との距離差が11kmある銚子での観測値であり、S波の波崎への実際の到達時刻は、上昇開始時刻38の1秒前である。この1秒の差は、S波による横波の誘起電圧の位相遅れによる。
【0021】
上記の観測例の場合、震源距離98kmは、P波到達時刻36と震源時35の差13.7秒にP波の伝播速度7.2km/sを掛けて得られる。規模は、従来技術により、震源距離と地震波の振幅との関係から得られる他、P波到達時刻36と電界の特異点37との差からも下記の方法で得られる。本観測例の場合は、この差は0.8秒であり、これにP波の伝播速度を掛けると震源域の長さ5kmが得られ、この値は規模5(通常、規模の誤差は0.5)の地震の震源域の長さに相当する。上記の他、下記の方法で規模は得られる。
【0022】
電界の振幅(電界強度)は、規模と共に大きくなり、P波の波面(Wave Front)から電界観測点までの距離の二乗に反比例するため、P波の到達前でも、震源時35(電界上昇開始時刻)からの経過時間と電界の振幅の関係から、規模と震源距離は予測できる。即ち、規模と震源距離を未知数とする上記の関係式は、震源時35からの経過時間がtのときの電界の振幅E(t)の計測値が2個以上得られれば解けて、規模と震源距離は一意的に求められる。よって、地震発生後、数秒で、地震波の到来前に、規模・震源は予測できることになる。
【0023】
本実施形態の電磁界センサー5による電界強度の計測は、自然雑音及び人工雑音が共に少ない場所で行うようにするのが望ましい。例えば上記観測例によれば、地震に伴う電界が0.4μV/m程度であるので、最適観測帯とされる0.01−30Hz帯で、自然雑音及び人工雑音が常時0.1μV/m程度以下の観測点とすることが望ましい。
【0024】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、1観測地点から震源時・震源距離・規模を予測したが、震源距離から震源位置を求める手法として、従来のP波とS波から求める手法と同じ手法を採用してもよい。
【0025】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する方法として、電界強度の計測値データを収集・蓄積し、電界上昇開始時刻から震源時を検知し、震源時からの経過時間と計測値データから震源距離と規模を予測し、また、地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する装置として、電界強度を計測する計測手段と、計測手段による計測値データを収集・蓄積するデータ蓄積手段と、データ蓄積手段に蓄積された計測値データを解析して電界上昇開始時刻から震源時を検知し、震源時からの経過時間と計測値データから震源距離と規模を予測するデータ解析手段とを備えたので、電界強度の計測と解析により短時間に地震波の到来前に、震源・震源距離・規模を予測できる。
【0026】
このため、本発明は、原子炉、高速鉄道、高速道路、空港などでの地震波到来前の緊急停止処置への利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測方法の実施の形態を説明するための図である。
【図2】 本発明に係る電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測装置の構成例を示す図である。
【図3】 地震と同時に発生する電界及び該地震のP波の観測例を示す図である。
【符号の説明】
1…震源、2…地震波、3…P波面・帯電面、4…誘導電界、5…電磁界センサー、21…電極、22…受信機、23…地震計、24…データ収集部、25…データ蓄積部、26…データ解析部、27…ペンレコーダ、31…地霞と同時に発生した電界、32…南北方向の加速度、33…束西方向の加速度、34…上下方向の加速度、35…震源時、36…P波の到達時刻、37…電界の特異点、38…S波到達による電界パルスの上昇開始時刻
Claims (4)
- 地震波を計測する地震計と併用して震源時・震源距離・規模を予測することを特徴とする請求項1記載の電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測方法。
- 地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する装置であって、電界強度を計測する計測手段と、前記計測手段による計測値データを収集・蓄積するデータ蓄積手段と、前記データ蓄積手段に蓄積された計測値データを解析して電界上昇開始時刻から震源時を検知し、前記震源時からの経過時間と前記計測値データから震源距離と規模を予測するデータ解析手段とを備え、前記データ解析手段は、前記震源時からの経過時間tにおける電界強度E(t)と該経過時間tの関係から次式[数2]を基に2個以上の計測値データにより震源距離Dと規模Mを予測することを特徴とする電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測装置。
r(t):時刻tにおける震源域とP波の面間の距離
=t×P波の速度 - さらに地震波を計測する地震計を備え、前記データ解析手段は、前記地震計による計測データと併用して震源時・震源距離・規模を予測することを特徴とする請求項3記載の電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測装置。
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