WO2006103929A1 - 地震予知システム、地震予知方法、地震予知プログラム及び地震予知プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

地震予知システム、地震予知方法、地震予知プログラム及び地震予知プログラムを記録した記録媒体 Download PDF

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WO2006103929A1
WO2006103929A1 PCT/JP2006/305119 JP2006305119W WO2006103929A1 WO 2006103929 A1 WO2006103929 A1 WO 2006103929A1 JP 2006305119 W JP2006305119 W JP 2006305119W WO 2006103929 A1 WO2006103929 A1 WO 2006103929A1
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earthquake
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earthquake prediction
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PCT/JP2006/305119
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Inventor
Masashi Hayakawa
Original Assignee
National University Corporation The University Of Electro-Communications
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/01—Measuring or predicting earthquakes

Definitions

  • the present invention relates to an earthquake prediction system, an earthquake prediction method, an earthquake prediction method, and the like, which are created by using ionospheric disturbances, which occur as precursors of earthquakes, to have an impact on existing very long wave (VLF) Z long waves (LF).
  • VLF very long wave
  • LF very long wave
  • the present invention relates to a recording medium recording a prediction program and an earthquake prediction program.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-334569
  • Patent Document 2 Patent No. 2875398
  • Non-patent literature 1 AV Shvets, M. Hayakawa, OAMolchanov, and Y. Ando, A study of response to regional seismic activity by VLF radio sounding, Physics and Chemistry of the Earth, vol. 29, 627-638, 2004
  • Figure 1 shows the earth 10, the lower ionosphere 11, the epicenter 12 and the disturbance zone 13.
  • the disturbance region 13 is an anomalous ionization part locally generated in the lower ionosphere 11, and is generated above the epicenter. Then, the lower ionosphere 11 in the disturbance region 13 is falling.
  • the VLF wave transmitted from transmitting point 20 to receiving point 21 has a force propagating in the waveguide between lower ionosphere 11 and earth 10 due to this disturbance region 13. Because the lower ionosphere is descending, the propagation distance is shortened and the phase advances.
  • Radio wave interference caused by atmospheric plasma was perceived as noise mixed in the video waveform of communication radio waves or noise mixed in the audio waveform. Therefore, since the original waveform itself, which is subject to noise contamination, is already subjected to complicated amplitude modulation or complicated frequency modulation, noise selection and removal is not easy, and moreover, the original waveform and noise before noise selection removal are included. Comparison with the received waveform is also difficult.
  • noise due to radio waves generated in the earth ionosphere z magnetosphere hereinafter referred to as “space-derived noise” Noise (referred to as noise), mouth, noise derived from static electricity such as lightning, which is a weather phenomenon in the earth's atmosphere (hereinafter referred to as noise derived from weather), and artificial noise generated from electrical equipment Because of the noise, it is difficult to sort out the noise due to the ionospheric plasma derived from the medium power crust of these noises.
  • An object of the present invention is to provide an earthquake prediction system, an earthquake prediction method, an earthquake prediction program, and a recording medium recording an earthquake prediction program which can predict an earthquake with high probability by detecting a change in radio wave propagation due to layer plasma. .
  • the present invention provides a signal receiving means for receiving a VLFZLF signal having a predetermined amplitude and phase transmitted from a predetermined transmitting station, and a VLFZLF as a reference with the received VLFZLF signal.
  • the phase difference acquisition means for storing the phase difference
  • the minimum phase difference acquisition means for obtaining the minimum value of the phase difference stored in a predetermined time zone, and the time at which the minimum value is obtained It is characterized by comprising time acquisition means for obtaining a certain minimum phase difference time, and earthquake prediction means for predicting the occurrence of an earthquake based on the fluctuation of the minimum phase difference time.
  • the earthquake prediction means calculates statistical averages and standard deviations of the minimum phase difference times in a predetermined period, and the averages And an abnormality determining unit that determines whether the absolute value of the difference between the time of the phase difference and the minimum phase difference time exceeds twice the standard deviation, and the abnormality determining unit determines that it exceeds twice the standard deviation. It is characterized by predicting the occurrence of an earthquake.
  • the present invention determines signal amplitude of a VLFZLF signal, and a signal receiving means for receiving a VLFZLF signal having a predetermined amplitude and phase transmitted from a predetermined transmission station.
  • An amplitude acquiring means for storing the amplitude, a minimum amplitude acquiring means for obtaining a minimum value of amplitude stored in a predetermined time zone, a time acquiring means for obtaining a minimum amplitude time which is a time obtained by combining the minimum value;
  • earthquake prediction means for predicting the occurrence of an earthquake based on the minimum amplitude time.
  • the earthquake prediction means is a statistical processing means for obtaining an average value and a standard deviation of the minimum amplitude times in a predetermined period, the average value and the average value. And an abnormality judging means for judging whether the absolute value of the difference with the minimum amplitude time exceeds twice the standard deviation, and judging that the abnormality judging means exceeds twice the standard deviation, the earthquake It is characterized by predicting occurrence.
  • the predetermined time zone is Is characterized by including sunset time.
  • a signal receiving means for receiving a VLFZLF signal having a predetermined amplitude and phase transmitted from a predetermined transmitting station, and a predetermined time of the VLFZLF signal.
  • the present invention is characterized in that it comprises: an amplitude acquisition means for obtaining the amplitude at the point of and storing the amplitude; an earthquake prediction means for predicting an earthquake occurrence based on the average value of the amplitude for a predetermined period;
  • the earthquake prediction means obtains a difference between the average value and the amplitude, and obtains the square of the difference;
  • Statistical processing means for obtaining the mean value and standard deviation of the square of the difference in a period of time, and an abnormality for determining whether the square of the difference exceeds the value obtained by adding the double of the standard deviation to the mean value. It is characterized in that it has a judgment means, and when the abnormality judgment means judges that the value obtained by adding twice the standard deviation to the average value is exceeded, earthquake occurrence is predicted.
  • the present invention is characterized in that the predetermined time is a time from 21:00 pm to 3:00 am.
  • the phase difference acquisition step of storing the phase difference, the minimum phase difference acquisition step of calculating the minimum value of the phase difference stored in a predetermined time zone, and the time when the minimum value is connected It is characterized by having a time acquisition step of obtaining a minimum phase difference time, and an earthquake prediction step of predicting an earthquake occurrence based on the fluctuation of the minimum phase difference time.
  • the earthquake prediction step includes a statistical processing step of obtaining an average value and a standard deviation of the minimum phase difference times in a predetermined period, and the average value. And an abnormality determining step of determining whether an absolute value of a difference between the time difference and the minimum phase difference time exceeds twice the standard deviation, and it is determined that the standard deviation is exceeded at the abnormality determining step. And to predict the occurrence of earthquakes.
  • the present invention provides a signal receiving step of receiving a VLFZLF signal having a predetermined amplitude and phase transmitted from a predetermined transmitting station, and the VLFZLF signal.
  • the present invention is characterized in that the predetermined time zone includes a sunrise time or a sunset time.
  • the present invention is characterized in that it has an amplitude acquisition step of obtaining an amplitude at the step of storing the amplitude, an average value of the amplitude in a predetermined period, and an earthquake prediction step of predicting an earthquake occurrence based on the amplitude.
  • the earthquake prediction step takes a difference between the average value and the amplitude value, and obtains a difference obtaining a square of the difference; Determining an average value and a standard deviation of the square of the difference in a predetermined period, and determining whether the square of the difference exceeds a value obtained by adding the double of the standard deviation to the average value. And, when it is determined that the value obtained by adding twice the standard deviation to the average value is exceeded in the abnormality determination step, earthquake occurrence is predicted.
  • the present invention is characterized in that the predetermined time is a time from 21:00 pm to 3:00 am.
  • the present invention may be configured as an earthquake prediction program for causing a computer to execute an earthquake prediction method, and a computer-readable recording medium recording the earthquake prediction program. it can.
  • an earthquake prediction system an earthquake prediction method, an earthquake prediction program, and an earthquake prediction program capable of predicting an earthquake with high probability by detecting noise due to ionospheric plasma that is a precursor of an earthquake occurrence.
  • a recording medium recorded can be provided.
  • FIG. 1 is a view showing an atmospheric plasma and an ionosphere.
  • FIG. 2 It is a figure showing how a VLF wave propagates between a disturbance area and the earth.
  • FIG. 3 is a view showing how a VLF wave propagates.
  • FIG. 4 It is a figure which shows the position of an omega dispatch base.
  • FIG. 5 This is a diagram showing the Tsushima Omega station and the observation point (Inu).
  • FIG. 6 A diagram showing VLF data in a dog cage.
  • FIG. 7 It is a block diagram of the earthquake prediction system.
  • FIG. 8 is a diagram showing the hardware configuration of a client PC and a server PC.
  • FIG. 9 is a diagram showing the principle of measuring phase and amplitude.
  • FIG. 10 is a diagram showing the software configuration of the earthquake prediction system.
  • Terminator ⁇ It is a figure showing a time-series change of time.
  • Terminator Fig. 12 is a flowchart showing processing of the time method.
  • FIG. 13 is a diagram showing time-series changes of amplitude and average of amplitude.
  • FIG. 14 is a diagram showing time-series data of night-time fluctuation amount.
  • FIG. 15 shows time-series changes and magnitudes of fluctuation amounts.
  • FIG. 16 is a flowchart showing processing of a method using fluctuation amount.
  • FIG. 17 A diagram showing the cross-correlation between fluctuation amount and earthquake occurrence in time series.
  • FIG. 18 A diagram showing the current VLFZLF observation point (part 1).
  • FIG. 19 A diagram showing the current VLFZLF observation point (part 2).
  • FIG. 20 A diagram showing paths used in the Niigata Chuetsu Earthquake.
  • FIG. 21 This is a diagram showing the magnitudes of the Kii Peninsula Southeast Off-shore Earthquake and the Niigata Chuetsu Earthquake.
  • FIG. 22 A plot of the time-series change of terminator 'time.
  • VLF VLF
  • a monitoring line connecting both stations is set by a transmitting station and a receiving station of a long frequency radio wave having a constant frequency and a constant amplitude.
  • the VLFZLF signal is transmitted from the high power VLFZLF transmitting station 60, propagates in the waveguide between the ionospheric plasma 61 and the ground 31, and is received at the observation point 62, as shown in FIG. .
  • the receiving station consists of relatively small equipment and consumes less power, but the transmitting station is a large-scale facility and consumes more power.
  • this embodiment uses radio waves transmitted from the transmission base of the Omega system which has already been installed as a radio navigation aid system.
  • the omega base stations described above are located around the world, as shown in Figure 4, and emit long-wave radio waves of constant frequency and constant amplitude of 10.2 kHz, 11.3 kHz, 12. 05 kHz, or 13.6 kHz. Therefore, if the receiving station is installed, the surveillance network according to the present invention can be configured relatively easily and inexpensively.
  • FIG. 4 shows all of the omega transmitting stations suspended several years ago. Since there are many receiving bases of the omega system, only the receiving bases related to the present embodiment are described. did.
  • FIG. 5 shows the Tsushima Omega Bureau and the observation point (Dogyu).
  • the Kobe earthquake magnitude 7.2, depth 20 km
  • Figure 6 shows the VLF data (the same results for both amplitude and phase) in the dog cage.
  • the horizontal axis indicates time
  • the left vertical axis indicates date
  • the right vertical axis indicates phase difference.
  • the time at which the phase difference becomes minimum around the sunrise and sunset is called the terminator'time tm shown in Fig. 6 is the terminator'time near the sunrise
  • te is the day It is a terminator 'time near the death.
  • space-derived noise and weather-derived noise are selected and removed from the received waveform.
  • the characteristics of the noise from space and the noise from the weather are well known by research in recent years, so they can be removed by a filtering circuit.
  • the conventional VLF receiver is a system that receives a single frequency as a target. That is, a station radio wave transmitting a specific frequency needs to be received by a receiver tuned to that frequency, and a station radio wave transmitting another frequency needs to be received by another receiver. Therefore, in this earthquake prediction system, the vertical antenna receives broadband (10 kHz to 50 kHz), passes through the preamplifier, and is introduced to the service unit.
  • FIG. Figure 7 shows the vertical antenna 30 and the GPS An antenna 31, a preamplifier 32, a service unit part 33, a client PC 38, a server PC 39, a telephone line 40 and a data transmission line 41 are shown.
  • the GPS antenna 31 is for receiving a GPS signal as a time standard for phase measurement.
  • the client PC 38 is a PC that creates data to be transmitted to the server PC 39 and thighs the data.
  • the Sano PC 39 is a PC that analyzes the data observed at each observation point.
  • Service unit 33 further includes an oscillator unit 34, a multiplication unit 35, a low pass filter unit 36, and an AZD conversion unit 37.
  • the oscillator 34 generates a signal of the same frequency as the frequency of the omega base station based on the received GPS signal.
  • the multiplication unit 35 multiplies the signal generated by the oscillator 34 and the received signal to perform synchronous detection.
  • the low pass filter unit 36 is also used to remove noise from the synchronously detected signal power.
  • the AZD conversion unit 37 converts the synchronously detected signal into a digital signal in order to transmit data as a digital signal to the client PC 38.
  • the hardware configuration includes an input device 122, a display device 123, a drive device 124, a recording medium 125, an auxiliary storage device 126, and a memory, which are mutually connected by a bus B. It includes a device 127, an arithmetic processing unit 120, and an interface unit 121.
  • the input device 122 includes a keyboard, a mouse and the like, and is used to input various operation signals to the computer system.
  • the display device 123 displays various windows, data, etc. necessary to operate the computer system.
  • the interface device 121 is an interface for connecting a computer system to a network or an interface for connecting other devices, and is configured of, for example, a NIC (Network Interface Card), a modem, or a USB (Universal Serial Bus). .
  • a program for operating the computer system is downloaded through the network provided by the recording medium 125 such as a CD-ROM.
  • the recording medium 125 is set in the drive device 124, and data and programs are installed from the recording medium 125 to the auxiliary storage device 126 via the drive device 124.
  • the auxiliary storage device 126 stores data and programs, and also stores necessary files and the like.
  • the memory unit 127 also reads and stores the program of the auxiliary storage unit 126 when the computer system starts up.
  • the processing unit 120 executes processing in accordance with the program read out and stored in the memory unit 127.
  • Fig. 9 shows the principle of measuring phase and amplitude in the earthquake prediction system described above. The description of the same reference numerals as those described in FIG. 7 will be omitted.
  • FIG. 9 shows the antenna 30, the preamplifier 32, the multipliers 35a and 35b, the oscillator 34, the low pass filters 36a and 36b, the 90 ° phase shifter 44, and the measuring device 47. It is done.
  • the multipliers 35 a, 35 b and the 90 ° phase shifter 44 correspond to the multiplier 35 in FIG.
  • the low pass filters 36a and 36b correspond to the low pass filter unit 36 in FIG.
  • the measuring instrument 47 corresponds to the client PC 38.
  • the signal (in-phase) from the reference oscillator 34 is multiplied by the VLF / LF signal received by the antenna, and the phase of the signal from the oscillator 34 is shifted by 90 degrees (quadrature (quadrature) And the VLFZLF signal to detect the in-phase component and the quadrature component of the received signal.
  • the measuring device 47 obtains the phase ⁇ and the amplitude A of the received signal, as shown in the figure, based on these in-phase and quadrature components.
  • FIG. 10 a phase difference acquisition unit 201, a minimum phase difference acquisition unit 202, an amplitude acquisition unit 203, a minimum amplitude acquisition unit 204, a time acquisition unit 205, a difference acquisition unit 206, and a statistical processing unit 207. , And an abnormality determination unit 208 are shown.
  • the phase difference acquisition unit 201 determines the phase difference of the VLFZLF signal based on the above-mentioned phase ⁇ , and stores the phase difference.
  • the minimum phase difference acquisition unit 202 obtains the minimum value of the phase difference stored in a predetermined time zone.
  • the amplitude acquisition unit 203 obtains an amplitude ⁇ of the VLFZLF signal, and stores the amplitude.
  • the minimum amplitude acquisition unit 204 obtains the minimum value of the amplitude stored in a predetermined time zone.
  • the time acquisition unit 205 obtains a time having the minimum value of the phase difference or the amplitude.
  • the difference acquisition unit 206 takes a difference between an average value of amplitudes in a predetermined period and a certain amplitude, and finds a square of the difference.
  • the statistical processing unit 207 calculates the average value and standard value of three statistical values of the minimum phase difference time of the predetermined period, the minimum amplitude time of the predetermined period, and the square of the difference of the predetermined period. Find the deviation.
  • the abnormality determining unit 208 determines whether the absolute value of the difference between the average value of the minimum phase difference times in a predetermined period and the acquired minimum phase difference time exceeds two times the standard deviation. Further, the abnormality determination unit 208 determines whether the absolute value of the difference between the average value of the minimum amplitude times in a predetermined period and the acquired minimum amplitude time exceeds twice the standard deviation. Furthermore, the abnormality determination unit 208 determines whether the square of the obtained difference exceeds a value obtained by adding two times the standard deviation to the average value of the square of the difference in a predetermined period.
  • a transmission signal of a desired omega transmission base for example, Australia NWC station (19.8 kHz), Beijing Beijing China station (22.2 kHz), Hawaii NPM station from among broadband signals
  • a desired omega transmission base for example, Australia NWC station (19.8 kHz), Beijing Beijing China station (22.2 kHz), Hawaii NPM station from among broadband signals
  • the amplitude and phase of the signal from Japan's JJY station may be measured.
  • GPS signal is received as a time standard for phase measurement.
  • the data is transmitted daily from the observation points at multiple points in Japan to the master station (Univ. Of Electro-Communications) via a telephone line, and is analyzed.
  • VLFZLF signals (amplitude and phase) observed at each observation point are transmitted to the Dentsu master station daily as described above.
  • the daily change pattern (see Figure 6) is obtained for amplitude and phase.
  • two types of signal processing methods for detecting VLFZLF propagation abnormality are adopted. One is the terminator time method using terminator 'time, and the other is the method using nighttime fluctuation spectrum.
  • the terminator 'time is read in the daily change pattern of the VLF signal (eg, amplitude) of FIG.
  • the software automatically reads and gets ticks (ie tm and te) on a day. For example, using the daily data of te, using the data of the past 10 days of that day, calculate the mean value and variance (standard deviation) of te.
  • a day on which the absolute value of the difference between the average value and te exceeds twice the standard deviation ⁇ is defined as a VLFZ LF transmission abnormality.
  • a day on which the absolute value of the difference between the average value and te exceeds twice the standard deviation ⁇ is defined as a VLFZ LF transmission abnormality.
  • the same process is performed for tm and te.
  • the phase difference is used.
  • the amplitude may be used. Again, the time at which the amplitude is at a minimum is the terminator time.
  • the horizontal axis indicates the date
  • the vertical axis indicates the difference between te and the average value of the date.
  • step S101 a VLFZLF signal is received.
  • step S102 the phase difference (or amplitude) is determined and stored.
  • step S103 it is determined whether a predetermined time has elapsed.
  • the minimum value of the phase difference (or amplitude) stored in the predetermined time in step S104 is determined.
  • step S105 the time with the minimum value is obtained, and this is taken as a terminator 'time T.
  • step S106 the average value and standard deviation ⁇ of terminator 'time in a predetermined period are obtained.
  • step S107 it is determined whether the absolute value of the difference between the average value and ⁇ exceeds 2 ⁇ . If it exceeds, it is judged as abnormal at step S108 and the occurrence of earthquake is predicted. If it does not exceed, it is judged as abnormal.
  • the prediction of the earthquake occurrence is notified to the observer, for example, by displaying it on the screen of the server PC.
  • This signal processing method focuses on the variation of night time (21 o'clock to 3 o'clock local time) in the daily change pattern as shown in Fig.6.
  • the following equation is operated on the observed daily change pattern.
  • a (t) shows the daily change pattern of the amplitude of a day
  • ⁇ A (t)> shows the average daily change pattern of the previous N days
  • dA (t) shows the difference.
  • the graph shown in FIG. 13 is an explanatory curve for helping understanding of A (t)> and dA (t), and ⁇ A (t)> and dA (t) The graph is plotted for each time, the vertical axis shows the amplitude, and the horizontal axis shows the time.
  • a (t)> is an average (for example, a 10-hour moving average). Therefore, each point of A (t)> plotted in the graph indicates the average from 10 hours ago, including the current value. Also, dA (t) shows the difference from the moving average at each time point.
  • FIG. 14 is a graph showing time-series data of the nighttime fluctuation amount.
  • the vertical axis shows the fluctuation amount
  • the horizontal axis shows the date.
  • those exceeding the average value + 2 ⁇ are judged as abnormal.
  • This graph shows the change in fluctuation amount and the amplitude
  • the horizontal axis shows the date
  • the left vertical axis shows the fluctuation amount
  • the right vertical axis shows the amplitude.
  • the thick line shows the average value + 2 ⁇
  • the thin line shows the fluctuation amount
  • the bar shows the amplitude.
  • This magnitude is the magnitude of an earthquake that occurred near the path connecting the transmitting station and the observation point (see Non-Patent Document 1). As shown in this figure, it can be seen that anomalous fluctuation appeared before the earthquake.
  • step S201 the amplitude ⁇ at time t is determined and stored.
  • step S202 the difference between the average value of the amplitude at t and the amplitude A in a predetermined period is taken, the difference is taken as dA, and the square of the difference dA is found.
  • step S203 an average value of standard deviation dA squared at t in a predetermined period and a standard deviation ⁇ are obtained.
  • step S204 it is determined whether the difference dA2 exceeds the average value + 2 ⁇ . If it exceeds, it is determined that there is an abnormality in step S205, and the occurrence of an earthquake is predicted. If not exceeded, it is judged that there is no abnormality. [0064] The prediction of the earthquake occurrence is notified to the observer, for example, by displaying it on the screen of the server PC.
  • the combination of the above-mentioned terminator time and the delay amount can increase the accuracy of the abnormality. That is, when there is an abnormality in the terminator's time and an abnormality is also occurring in the fluctuation amount, the probability as an earthquake precursor increases remarkably. Therefore, the accuracy of earthquake prediction can be increased by using both
  • FIG. 17 shows the cross-correlation between fluctuation amount and earthquake occurrence in time series.
  • the vertical axis shows the correlation coefficient, and the horizontal axis shows the date when the earthquake occurrence day is 0. .
  • a peak of cross correlation appears several days before the earthquake, and an earthquake will occur several days after the propagation anomaly. There is almost the same delay as the terminator time error. This time delay is about several days to about one week (see Non-Patent Document 1).
  • the method used in the present embodiment is a method based on multi-transmission station reception at multiple observation points. That is, it is a method using the overlap of the fifth Fresnel zone around the great circle connecting the transmitting station and the observation point.
  • FIGS. Figure 18 shows the reception facilities of the VLF transmitters, which will be the seven observation points in Japan.
  • the line in the figure shows the great circle connecting the observation point and the VLF transmitter station.
  • FIG. 19 shows a transmission facility of the 40 kHz standard radio wave CiJY in the eastern part of Fukushima Prefecture and its observation points.
  • the VLFZLF observation points are currently from the north at Moshiri (Hokkaido), Chofu, Chiba Tateyama, Shimizu, Kasugai (Nagoya), Maizuru, Kochi, and seven stations.
  • CHI stations China at each observation point Receiving radio waves from NW C station (Australia), NPM station (Hawaii), and JJY station (Fukushima)!
  • NW C station Australia
  • NPM station Hawaii
  • JJY station Feukushima
  • VLFZLF networks have an accuracy of about 100 km for domestic earthquakes.
  • FIG. Figure 20 shows the path between the observation point and the transmitting station.
  • the solid line shows the 5th Fresnel zone, which is considered to be responsive to an earthquake whose location is contained in this Fresnel zone.
  • FIG. 22 is a plot of the change in terminator 'time (tm) for all the paths described above.
  • the horizontal axis indicates date
  • the left vertical axis indicates te
  • the right vertical axis indicates magnitude. Note that the vertical axis on the left indicates te for the plotted points and V, but in the case of a bar graph, it indicates the difference between the mean and te.
  • XXX-YYY described on the left vertical axis indicates that it is a graph in a path between XXX and YYY.
  • CHI—HOK is the path between the CHI station and mother and child.
  • graphs corresponding to the paths of CHI station and mother-child, CHI station and Chofu, CHI station and Chibayama, CHI station and Kochi, and JJY station and Kochi, respectively, are drawn.
  • the bottom graph in FIG. 22 shows solar activity by solar radio wave flux, and also indicates a geomagnetic activity index, and indicates the degree of geomagnetism around the earth.
  • the solid line indicates the solar radio flux
  • the bar display indicates the geomagnetic activity index (AP).
  • the vertical axis on the right corresponds to the solar radio flux
  • the vertical axis on the left corresponds to the geomagnetic activity index
  • the units are nanoterrace and flux, respectively.
  • the earthquake prediction system accurately recognizes propagation anomalies due to earthquakes generated in the vicinity of a path, and in this way, it is possible to predict earthquake occurrence.

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Abstract

　所定の送信局より送信された所定の振幅と位相を有するＶＬＦ／ＬＦ信号を受信する信号受信手段と、受信したＶＬＦ／ＬＦ信号と基準となるＶＬＦ／ＬＦ信号の位相差を求め、該位相差を記憶する位相差取得手段と、所定の時間帯に記憶した位相差の最小値を求める最小位相差取得手段と、最小値をとった時刻である最小位相差時刻を求める時刻取得手段と、最小位相差時刻の変動に基づき、地震発生を予知する地震予知手段とを有する。

Description

明 細 書
地震予知システム、地震予知方法、地震予知プログラム及び地震予知プ ログラムを記録した記録媒体
技術分野
[0001] 本発明は、地震の予兆として発生する電離層擾乱が既存の超長波 (VLF) Z長波（ LF)〖こ影響を及ぼすことを利用して創作した地震予知システム、地震予知方法、地 震予知プログラム及び地震予知プログラムを記録した記録媒体に関する。 背景技術
[0002] 従来における地震の予知技術は地殻の移動を検知して地盤内に蓄積された歪み エネルギーを推定することが基本となっていた。すなわち、三角測量法によって地盤 の移動を計測して歪みエネルギーの分布状態を算出し、地盤が歪み応力に耐えら れなくなって正断層もしくは逆断層を生じる可能性を推測していた。近年に至ってレ 一ザ一測量技術が適用されたり歪ゲージの性能が向上したりして地震予知技術が向 上したが、本質的には地盤が歪み応力に耐えられなくなる状態を予測するものであ るから、危険地域を指定することは出来ても、地震発生の期日については 10年単位 の予告すら困難であった。すなわち、例えば相模湾トラフに地盤の歪みエネルギー が蓄積されていて断層を生じる危険が有るということは指摘できても、地盤の耐力が 限界に達して断層を生じる時期については 10年以上の誤差を含んだ予告しかでき ない。このため有史以来の大地震発生の周期性までが参考に供されている。最近の 例としては、阪神大震災に関して予告した者が無力つた。
特許文献 1：特開平 8— 334569号公報
特許文献 2：特許第 2875398号公報
非特許文献 1 :A.V. Shvets, M.Hayakawa, O.A.Molchanov, and Y.Ando, A study ofio nospheric response to regional seismic activity by VLF radio sounding, Physics and Chemistry of the Earth, vol. 29, 627 - 638, 2004
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0003] 地震発生に先立って岩盤の破壊が始まろうとするとき、地表から空気中へラドンな どが放出され、大気プラズマが形成されると言う現象が知られている。このことを具体 的に図を用いて説明する。図 1には、地球 10と、下部電離層 11と、震源 12と、擾乱 域 13とが示されている。擾乱域 13は、下部電離層 11に局所的に発生した異常電離 部分であり、震源の上空に発生するものである。そして、擾乱域 13の下部電離層 11 が降下している。
[0004] 図 2に示されるように、送信点 20から受信点 21へ送信された VLF波は、下部電離 層 11と地球 10の間の導波管の内を伝播する力 この擾乱域 13により、下部電離層 が降下しているので伝播距離が短くなり位相が進む。
[0005] この大気プラズマの本質や、それに伴う電離層擾乱の発生メカニズムについては、 目下解明が進められているが、地震発生の数日前の夜間に発光が目視されたり、通 信電波が障害を被ったりすることから、前述の大気プラズマの効果や待機の振動など がー原因であると考えられている。前記の電波障害の情況を解析することによって地 震の予兆を検知し得るのではなかろうかという着想の下に研究が試みられた力 次に 述べるような理由により、電波障害の情況を解析して地震の発生を予知することは出 来なかった。すなわち、
a.大気プラズマによる電波障害は、通信電波の映像波形の中に混入するノイズとし て、もしくは音声波形の中に混入するノイズとして捉えられていた。従って、ノイズの 混入を受ける原波形自体が既に複雑な振幅変調もしくは複雑な周波数変調を受け ているのでノイズの選別除去が容易でなぐその上、ノイズ選別除去前の原波形とノ ィズを含んだ受信波形との比較も困難である。
b.通信電波の中に混入するノイズとしては、地震発生を予告する電離層プラズマに 因るノイズの他に、ィ.地球電離圏 z磁気圏で発生する電波に因るノイズ (以下、宇 宙由来のノイズと呼ぶ）、口.地球大気圏の気象現象である雷などの空電に由来する ノイズ (以下、気象由来のノイズと呼ぶ）、および、ノ、.もろもろの電気機器から発生す る人工的なノイズが有るので、これらのノイズの中力 地殻に由来する電離層プラズ マに因るノイズを選別することが困難である。
[0006] 本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、地震発生の予兆である電離 層プラズマに因る電波伝搬の変化を検出して高い確率で地震を予知し得る地震予 知システム、地震予知方法、地震予知プログラム及び地震予知プログラムを記録した 記録媒体を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 上記課題を解決するために、本発明は、所定の送信局より送信された所定の振幅 と位相を有する VLFZLF信号を受信する信号受信手段と、受信した VLFZLF信 号と基準となる VLFZLF信号の位相差を求め、該位相差を記憶する位相差取得手 段と、所定の時間帯に記憶した位相差の最小値を求める最小位相差取得手段と、前 記最小値をとつた時刻である最小位相差時刻を求める時刻取得手段と、前記最小位 相差時刻の変動に基づき、地震発生を予知する地震予知手段とを有することを特徴 とする。
[0008] また、上記課題を解決するために、本発明は、前記地震予知手段は、所定の期間 における前記最小位相差時刻の平均値と標準偏差とを求める統計処理手段と、前 記平均値と前記最小位相差時刻との差分の絶対値が前記標準偏差の 2倍を超える かどうか判断する異常判断手段とを有し、前記異常判断手段が前記標準偏差の 2倍 を超えたと判断すると、地震発生を予知することを特徴とする。
[0009] また、上記課題を解決するために、本発明は、所定の送信局より送信された所定の 振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する信号受信手段と、前記 VLFZLF信 号の振幅を求め、該振幅を記憶する振幅取得手段と、所定の時間帯に記憶した振 幅の最小値を求める最小振幅取得手段と、前記最小値をとつた時刻である最小振幅 時刻を求める時刻取得手段と、前記最小振幅時刻に基づき、地震発生を予知する 地震予知手段とを有することを特徴とする。
[0010] また、上記課題を解決するために、本発明は、前記地震予知手段は、所定の期間 における前記最小振幅時刻の平均値と標準偏差とを求める統計処理手段と、前記 平均値と前記最小振幅時刻との差分の絶対値が前記標準偏差の 2倍を超えるかどう か判断する異常判断手段とを有し、前記異常判断手段が前記標準偏差の 2倍を超 えたと判断すると、地震発生を予知することを特徴とする。
[0011] また、上記課題を解決するために、本発明は、前記所定の時間帯は、日出時刻ま たは日没時刻を含むことを特徴とする。
[0012] また、上記課題を解決するために、本発明は、所定の送信局より送信された所定の 振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する信号受信手段と、前記 VLFZLF信 号の所定の時刻における振幅を求め、該振幅を記憶する振幅取得手段と、所定の 期間の前記振幅の平均値と、前記振幅に基づき、地震発生を予知する地震予知手 段とを有することを特徴とする。
[0013] また、上記課題を解決するために、本発明は、前記地震予知手段は、前記平均値 と、前記振幅との差分をとり、その差分の 2乗を求める差分取得手段と、前記所定の 期間における前記差分の 2乗の平均値と標準偏差とを求める統計処理手段と、前記 差分の 2乗が、前記平均値に前記標準偏差の 2倍を加えた値を超えるかどうか判断 する異常判断手段とを有し、前記異常判断手段が前記平均値に前記標準偏差の 2 倍を加えた値を超えたと判断すると、地震発生を予知することを特徴とする。
[0014] また、上記課題を解決するために、本発明は、前記所定の時刻は、午後 21時から 午前 3時までの時刻であることを特徴とする。
[0015] また、上記課題を解決するために、本発明は、所定の送信局より送信された所定の 振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する信号受信段階と、受信した VLFZL F信号と基準となる VLFZLF信号の位相差を求め、該位相差を記憶する位相差取 得段階と、所定の時間帯に記憶した位相差の最小値を求める最小位相差取得段階 と、前記最小値をとつた時刻である最小位相差時刻を求める時刻取得段階と、前記 最小位相差時刻の変動に基づき、地震発生を予知する地震予知段階とを有すること を特徴とする。
[0016] また、上記課題を解決するために、本発明は、前記地震予知段階は、所定の期間 における前記最小位相差時刻の平均値と標準偏差とを求める統計処理段階と、前 記平均値と前記最小位相差時刻との差分の絶対値が前記標準偏差の 2倍を超える かどうか判断する異常判断段階とを有し、前記異常判断段階で前記標準偏差の 2倍 を超えたと判断されると、地震発生を予知することを特徴とする。
[0017] また、上記課題を解決するために、本発明は、所定の送信局より送信された所定の 振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する信号受信段階と、前記 VLFZLF信 号の振幅を求め、該振幅を記憶する振幅取得段階と、所定の時間帯に記憶した振 幅の最小値を求める最小振幅取得段階と、前記最小値をとつた時刻である最小振幅 時刻を求める時刻取得段階と、前記最小振幅時刻に基づき、地震発生を予知する 地震予知段階とを有することを特徴とする。
[0018] また、上記課題を解決するために、本発明は、前記地震予知段階は、所定の期間 における前記最小振幅時刻の平均値と標準偏差とを求める統計段階と、前記平均 値と前記最小振幅時刻との差分の絶対値が前記標準偏差の 2倍を超えるかどうか判 断する異常判断段階とを有し、前記異常判断段階で前記標準偏差の 2倍を超えたと 判断されると、地震発生を予知することを特徴とする。
[0019] また、上記課題を解決するために、本発明は、前記所定の時間帯は、日出時刻ま たは日没時刻を含むことを特徴とする。
[0020] また、上記課題を解決するために、本発明は、所定の送信局より送信された所定の 振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する信号受信段階と、前記 VLFZLF信 号の所定の時刻における振幅を求め、該振幅を記憶する振幅取得段階と、所定の 期間の前記振幅の平均値と、前記振幅に基づき、地震発生を予知する地震予知段 階とを有することを特徴とする。
[0021] また、上記課題を解決するために、本発明は、前記地震予知段階は、前記平均値 と、前記振幅値との差分をとり、その差分の 2乗を求める差分取得段階と、前記所定 の期間における前記差分の 2乗の平均値と標準偏差とを求める統計段階と、前記差 分の 2乗が、前記平均値に前記標準偏差の 2倍を加えた値を超えるかどうか判断す る異常判断段階とを有し、前記異常判断段階で前記平均値に前記標準偏差の 2倍 を加えた値を超えたと判断されると、地震発生を予知することを特徴とする。
[0022] また、上記課題を解決するために、本発明は、前記所定の時刻は、午後 21時から 午前 3時までの時刻であることを特徴とする。
[0023] また、上記課題を解決するために、本発明は、地震予知方法をコンピュータに実行 させるための地震予知プログラム及び該地震予知プログラムを記録したコンピュータ が読み取り可能な記録媒体として構成することができる。
発明の効果 [0024] 本発明によれば、地震発生の予兆である電離層プラズマに因るノイズを検出して高 い確率で地震を予知し得る地震予知システム、地震予知方法、地震予知プログラム 及び地震予知プログラムを記録した記録媒体を提供できる。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]大気プラズマと電離層とを示す図である。
[図 2]VLF波が擾乱域と地球の間を伝播する様子を示す図である。
[図 3]VLF波が伝播する様子を示す図である。
[図 4]オメガ発信基地の位置を示す図である。
[図 5]対馬オメガ局と観測点 (犬吠)とを示す図である。
[図 6]犬吠での VLFデータを示す図である。
[図 7]地震予知システムの構成図である。
[図 8]クライアント PCとサーバ PCのハードウェア構成を示す図である。
[図 9]位相と振幅を測定する原理を示す図である。
[図 10]地震予知システムのソフトウェア構成を示す図である。
[図 11]ターミネータ ·タイムの時系列変化を示す図である。
[図 12]ターミネータ ·タイム法の処理を示すフローチャートである。
[図 13]振幅と、振幅の平均の時系列変化を示す図である。
[図 14]夜間ゆらぎ量の時系列データを示す図である。
[図 15]ゆらぎ量の時系列変化とマグニチュードを示す図である。
[図 16]ゆらぎ量を用いた方法の処理を示すフローチャートである。
[図 17]ゆらぎ量と地震発生との相互相関関係を時系列で示した図である。
[図 18]現在の VLFZLF観測点を示す図である（その 1)。
[図 19]現在の VLFZLF観測点を示す図である（その 2)。
[図 20]新潟中越地震で用いたパスを示す図である。
[図 21]紀伊半島南東沖地震と新潟中越地震の規模を示す図である。
[図 22]ターミネータ 'タイムの時系列変化をプロットした図である。
符号の説明
[0026] 10 地球 下部電離層
震源
擾乱域
送信点 垂直アンテナ
GPSアンテナ 前置増幅部
サービスユニット オシレータ部 乗算部
a、 35b 乗算器
ローパスフィルタ部a、 36b ローノ スフィルタ
AZD変換部 クライアント PC サーバ PC
電話回線
データ伝送線 増幅部
90° 移相器
測定器
VLF,LF送信局 電離層プラズマ 観測点
大地
0 演算処理装置1 インタフェース装置 122 入力装置
123 表示装置
124 ドライブ装置
125 記録媒体
126 補助記憶装置
127 メモリ装置
201 位相差取得部
202 最小位相差取得部
203 振幅取得部
204 最小振幅取得部
205 時刻取得部
206 差分取得部
207 統計処理部
208 異常判断部
発明を実施するための最良の形態
[0027] 本実施の形態では、一定周波数、一定振幅の長波電波の発信局と受信局とによつ て、両局を結ぶ監視線を設定する。 VLFZLF信号は、図 3に示されるように、大出 力の VLFZLF送信局 60から送信され、電離層プラズマ 61と大地 31との間の導波 管の内を伝播し、観測点 62で受信される。
[0028] 受信局は比較的小規模の機器で構成でき消費電力も小さ!、が、これに比して発信 局は大規模設備であり消費電力も大きい。
[0029] そこで本実施の形態は電波航法援助システムとして既に設置されて!ヽるオメガシス テムの発信基地から送信される電波を利用する。上記のオメガ発信基地は図 4に示 されるように全世界の各地に配置され、 10. 2kHz, 11. 3kHz, 12. 05kHz,または 13. 6kHzの一定周波数 ·一定振幅の長波電波を放射しているから、受信局を設置 すれば比較的容易かつ安価に、本発明に係る監視網を構成することができる。
[0030] なお、図 4には数年前に停波したオメガ発信基地を全部記載してある力 オメガシ ステムの受信基地は多数有るので、本実施の形態に関連する受信基地のみを記載 した。
[0031] 次に、世界で最も顕著な地震に伴う電離層プラズマ擾乱による VLF伝播異常を紹 介する。図 5は、対馬オメガ局と観測点 (犬吠)とを示す図である。対馬オメガ局と犬 吠とを結ぶ大円の近傍に神戸地震 (マグニチュード 7. 2、深さ 20km)が 1995年 1月 17日に発生した。犬吠での VLFデータ (振幅も位相も同様の結果)を図 6に示す。
[0032] 図 6に示されるグラフは、横軸が時刻を示し、左の縦軸が日付を示し、右の縦軸が 位相差を示して ヽる。 日出と日没時付近にぉ 、て位相差が最小となる時刻をターミ ネータ 'タイムという力 図 6中に示されている tmは、日出付近のターミネータ 'タイム であり、 teは、日没付近のターミネータ 'タイムである。
[0033] この図において、 tm、 teにおける位相差力 影を受けた部分のようになって、通常 とは異なる時間、異なる位相差を示し、異常が示されていることがわかる。この異常は 、地震の数日前から地震日までとなっている。そして、このときの tm、 teと、所定の期 間の tm、 teを統計値としたときの平均値との差分の絶対値は、標準偏差 (以下、 σと 表現することがある）の 2倍を超えて ヽる。
[0034] その後、多くの事例に対する発明者らの解析から、ターミネータ 'タイムの変動に対 して同じ基準（2 σ )を用いて、マグニチュードが大きく（6. 0以上）、浅い (深さ 50km )、し力も送信局と観測点とを結ぶ大円の近くに発生する地震に対しては、約 80%の 確率にて電離層擾乱が発生し、 VLF伝播異常が発生することがわ力つた。更に VLF 伝播異常の数日前力も約 1週間程度の時間遅れがあることもわ力つている。
[0035] そこで本実施の形態では、受信波形から宇宙由来のノイズと、気象由来のノイズと を選別除去する。ここ何年かの研究により宇宙由来のノイズと気象由来のノイズの諸 特性 (特に継続時間）が良く知られているので、濾波回路にて除去することができる。
[0036] 従来の VLF受信器は、単一の周波数をターゲットとして受信するシステムであった 。即ち、ある特定の周波数を送信する局電波は、その周波数に同調した受信器にて 受信し、別の周波数を送信する局電波は別の受信器が受信する必要があった。そこ で本地震予知システムでは、垂直アンテナにて広帯域（10kHz〜50kHz)にて受信 し、前置増幅器を通し、サービスユニットへ導入される。
[0037] この地震予知システムの構成図を図 7に示す。図 7には、垂直アンテナ 30と、 GPS アンテナ 31と、前置増幅器 32と、サービスユニット部 33と、クライアント PC38と、サー バ PC39と、電話回線 40と、データ伝送線 41とが示されている。
[0038] このうち、 GPSアンテナ 31は、位相測定のための時刻標準として GPS信号を受信 するためのものである。クライアント PC38は、サーバ PC39に送信するデータを作成 するとともに、そのデータを腿する PCである。サーノ PC39は、各観測点で観測し たデータを解析する PCである。
[0039] また、サービスユニット 33は、オシレータ部 34と、乗算部 35と、ローパスフィルタ部 3 6と、 AZD変換部 37とを含む。オシレータ 34は、受信した GPS信号に基づき、オメ ガ発信基地の周波数と同じ周波数の信号を発生する。乗算部 35は、オシレータ 34 が発生する信号と受信した信号を乗算して同期検波を行う。ローパスフィルタ部 36は 、同期検波した信号力もノイズを除去するために用いられる。 AZD変換部 37は、ク ライアント PC38にデータをディジタル信号として送信するために、同期検波した信号 をディジタル信号に変換する。
[0040] クライアント PC38とサーバ PC39のハードウェア構成図を、図 8を用いて説明する。
図 8に示されるように、ハードウェア構成は、それぞれバス Bで相互に接続されている 入力装置 122と、表示装置 123と、ドライブ装置 124と、記録媒体 125と、補助記憶 装置 126と、メモリ装置 127と、演算処理装置 120と、インタフェース装置 121とを含 む。
[0041] 入力装置 122は、キーボード及びマウスなどで構成され、コンピュータシステムに各 種操作信号を入力するために用いられる。表示装置 123は、コンピュータシステムを 操作するのに必要な各種ウィンドウやデータ等を表示する。インタフェース装置 121 は、コンピュータシステムをネットワークに接続する為のインタフェースや他の機器を 接続するためのインタフェースであり、例えば NIC (Network Interface Card)ゃモデ ム、 USB (Universal Serial Bus)等で構成される。
[0042] そして、上記コンピュータシステムを動作させるためのプログラムは、 CD— ROM等 の記録媒体 125によって提供される力 ネットワークを通じてダウンロードされる。また 、記録媒体 125は、ドライブ装置 124にセットされ、データやプログラムが記録媒体 1 25からドライブ装置 124を介して補助記憶装置 126にインストールされる。 [0043] 補助記憶装置 126は、データやプログラムを格納されると共に、必要なファイル等 を格納する。メモリ装置 127は、コンピュータシステムの起動時に補助記憶装置 126 力もプログラムを読み出して格納する。演算処理装置 120は、メモリ装置 127に読み 出され格納されたプログラムに従って処理を実行する。
[0044] 以上説明した地震予知システムで、位相と振幅を測定する原理を示したのが図 9で ある。図 7で説明した符号と同一の符号については説明を省略する。
[0045] 図 9には、アンテナ 30と、前置増幅器 32と、乗算器 35a、 35bと、オシレータ 34と、 ローパスフィルタ 36a、 36bと、 90° 移相器 44と、測定器 47とが示されている。
[0046] 乗算器 35a、 35bならびに 90° 移相器 44は、図 7の乗算部 35に対応する。ローバ スフィルタ 36a、 36bは、図 7のローパスフィルタ部 36に対応する。測定器 47は、クラ イアント PC38に対応する。
[0047] この図 9は、基準となるオシレータ 34からの信号（同相）とアンテナで受信した VLF /LF信号とを乗算し、更に、オシレータ 34からの信号の位相を 90度ずらしたもの（ 直交)と VLFZLF信号とを乗算して、受信した信号の同相成分と直交成分を検出す る。測定器 47は、これらの同相成分と直交成分に基づいて、図に示すように、受信し た信号の位相 Θと振幅 Aを得る。
[0048] 次に本実施の形態における地震予知システムのソフトウェア構成について、図 10を 用いて説明する。図 10には、位相差取得部 201と、最小位相差取得部 202と、振幅 取得部 203と、最小振幅取得部 204と、時刻取得部 205と、差分取得部 206と、統計 処理部 207と、異常判断部 208とが示されている。
[0049] 位相差取得部 201は、上記した位相 Θに基づ!/、て、 VLFZLF信号の位相差を求 め、その位相差を記憶する。最小位相差取得部 202は、所定の時間帯に記憶した位 相差の最小値を求める。振幅取得部 203は、 VLFZLF信号の振幅 Δを求め、その 振幅を記憶する。最小振幅取得部 204は、所定の時間帯に記憶した振幅の最小値 を求める。時刻取得部 205は、位相差または振幅の最小値をとつた時刻を求める。 差分取得部 206は、所定の期間の振幅の平均値と、ある振幅との差分をとり、その差 分の 2乗を求める。統計処理部 207は、所定の期間の最小位相差時刻、所定の期間 の最小振幅時刻、所定の期間の差分の 2乗、の 3つの統計値における平均値と標準 偏差とを求める。異常判断部 208は、所定の期間の最小位相差時刻の平均値と、取 得した最小位相差時刻との差分の絶対値が標準偏差の 2倍を超えるかどうか判断す る。また、異常判断部 208は、所定の期間の最小振幅時刻の平均値と、取得した最 小振幅時刻との差分の絶対値が標準偏差の 2倍を超えるかどうか判断する。さらに、 異常判断部 208は、取得した差分の 2乗が、所定の期間の差分の 2乗の平均値に標 準偏差の 2倍を加えた値を超えるかどうか判断する。
[0050] 以上説明した地震予知システムにより、広帯域信号の中から所望のオメガ発信基 地の送信信号 (例えばオーストラリア NWC局（19. 8kHz)、中国北京 CHI局（22. 2 kHz)、ハワイ NPM局（21. 4kHz)、；)の振幅と位相を連続観測する。同様に、日本 の JJY局 (福島、 40kHz)の信号の振幅と位相を測定するようにしてもよい。なお。位 相測定のための時刻標準として GPS信号を受信して 、る。国内多点での観測点から データは電話回線を通してマスターステーション (電通大)へ毎日伝送され、解析さ れるシステムになっている。
[0051] 各観測点で観測される VLFZLF信号 (振幅と位相）は、上述したように毎日電通 大のマスターステーションへ伝送される。その一日の変化パターン（図 6参照）が振幅 と位相に対して得られる。本実施の形態では VLFZLF伝播異常を検出する信号処 理法として二種類を採用する。その一つは、ターミネータ 'タイムを用いるターミネータ •タイム法と、もう一つは夜間ゆらぎスペクトルを用いる方法である。
[0052] まず、ターミネータ 'タイム法を用いる場合について説明する。図 6の VLF信号 (例 えば振幅）の日変化パターンにおいてターミネータ 'タイムを読み取る。ソフトウェアが 自動的に読み取り、一日にーケ（即ち、 tmと te)を得る。例えば、 teの毎日のデータを 用い、当該日の過去 10日間のデータを用いて、 teの平均値と分散 (標準偏差)を計 算する。
[0053] そして、図 11に示すように、平均値と teとの差の絶対値が標準偏差 σの 2倍を超え る日を VLFZLF伝播異常と定義する。この方法によるアルゴリズムを開発し、計算機 に自動的に図 11を作成する手法を用いる。さらに異常が発生した時には生の元デ ータ（日変化パターン）に立ち帰り、ターミネータ 'タイムの異常を確認する。ターミネ ータ'タイムは tm、 teともに同様の処理を行う。また、上述した説明では、位相差を用 いるものであつたが、振幅を用いても良い。この場合も同様に、振幅が最小となる時 刻がターミネータ ·タイムである。
[0054] なお、図 11に示されるグラフは、横軸が日付を示し、縦軸がその日付における teと 平均値との差を示している。
[0055] このターミネータ ·タイム法を用いる場合の処理を、図 12のフローチャートを用いて 説明する。この処理は地震予知システム全体が実行する処理である。ステップ S101 で、 VLFZLF信号を受信する。ステップ S 102で位相差 (又は振幅）を求め、記憶す る。ステップ S103で、所定の時間が経過したかどうか判断する。ステップ S104で所 定の時間内に記憶した位相差 (又は振幅）の最小値を求める。ステップ S105で、最 小値をとつた時刻を求め、それをターミネータ 'タイム Tとする。ステップ S 106で、所 定の期間におけるターミネータ 'タイムの平均値と標準偏差 σを求める。ステップ S10 7で、平均値と Τの差の絶対値が 2 σを超えているか判断する。超えている場合、ステ ップ S 108で異常ありと判断し、地震発生を予知する。超えていない場合は、異常な しと判断する。
[0056] 地震発生の予知は、例えばサーバ PCの画面に表示するなどして、観測者に通知 するよう〖こする。
[0057] 次に、夜間ゆらぎスペクトルを用いる方法について説明する。この信号処理法は、 図 6のような日変化パターンにおいて夜間の時刻（地方時 21時から 3時まで）の変動 に注目するものである。観測された日変化パターンに対して次式の操作を行う。
[0058] [数 1]
dAk (t) = Ak (t)- ^- ∑AXt) = Ak (t)- (A(t))
但し、 kは当該日を示し、 Nは平均値を取る日数で、通常は N= 10日とする。また、 A (t)はある日の振幅の日変化パターンを示し、 <A(t) >は前 N日間の平均日変化パ ターンを示し、 dA (t)はその差分を示している。 [0059] 図 13に示されるグラフは、く A(t) >と dA(t)の理解を助けるための説明用のダラ フであって、 <A(t) >と dA(t)を 1時間毎にプロットしたグラフであり、縦軸が振幅を 示し、横軸が時刻を示している。く A(t) >は、平均 (例えば、 10時間の移動平均)で ある。したがって、グラフでプロットされているく A (t) >の各点は、現時点における値 を含む、その 10時間前からの平均を示している。また dA(t)は、各時点における移 動平均との差を示している。
[0060] これらのプロセスも計算機でのアルゴリズムが開発されており、毎日 dA(t)を計算し 、 21時から 3時までの時間の dA (t)の 2乗を毎日計算し、一日のデータとする。すると 、ターミネータ 'タイムと同様の時系列データが得られる。平均と分散 (標準偏差)の作 成はターミネータ 'タイムのときと同じ方法を用いる。ゆらぎ量が平均値 + 2 σを超え た時を異常とする。地震の前兆と考えられる。ゆらぎ量と地震の相関関係には発明者 らの最新の論文である非特許文献 1を参照された 、。
[0061] 図 14は、夜間ゆらぎ量の時系列データを示すグラフである。このグラフは、縦軸が ゆらぎ量を示し、横軸が日付を示している。このグラフにおいて、平均値 + 2 σを超え たものを異常と判断する。
[0062] 次に図 15のグラフについて説明する。このグラフは、ゆらぎ量の変化とマグ -チュ ードを示すもので、横軸が日付を示し、左の縦軸がゆらぎ量を示し、右の縦軸がマグ 二チュードを示す。太線は平均値 + 2 σを示し、細線はゆらぎ量を示し、棒線がマグ 二チユードを示している。このマグニチュードは、送信局と観測点とを結ぶパスの近傍 で発生した地震のマグニチュードである（非特許文献 1参照)。この図に示されるよう に、地震の前にはゆらぎの異常が出ていることがわかる。
[0063] このゆらぎ量を用いた処理を、図 16のフローチャートを用いて説明する。ステップ S 201で、時刻 tにおける振幅 Αを求め、記憶される。ステップ S202で、所定の期間に おける tでの振幅の平均値と振幅 Aの差をとり、その差分を dAとし、その差分 dAの 2 乗を求める。ステップ S203で、所定の期間における tでの差分 dA2乗の平均値と標 準偏差 σを求める。ステップ S204で、差分 dA2乗が、平均値 + 2 σを超えているか が判断される。超えている場合、ステップ S205で異常ありと判断され、地震発生が予 知される。超えていない場合は、異常なしと判断される。 [0064] 地震発生の予知は、例えばサーバ PCの画面に表示するなどして、観測者に通知 するよう〖こする。
[0065] 次に、地震予知の確度の上昇について説明する。上述したターミネータ 'タイムとゆ らぎ量との併用により、異常の確度は高めることができる。即ちターミネータ 'タイムの 異常があり、更にゆらぎ量にも異常が発生している時には、地震前兆としての確率は 著しく上昇する。従って、両者を用いることで地震予知の確度を上昇することができる
[0066] では次に、いつ地震が発生するかという地震の発生時期について説明する。 VLF ZLF伝播異常と地震との時間遅れに関しては、図 15からもわかる。しかし、より定量 的にするため、相互相関関係を用いる。図 17はゆらぎ量と地震発生との相互相関関 係を時系列にて示したものであり、縦軸が相関係数を示し、横軸が地震発生日を 0日 とした日付を示している。地震の数日前に相互相関のピークが出現しており、伝播異 常の数日後に地震が発生することになる。ターミネータ ·タイムの異常ともほぼ同様の 時間遅れがある。この時間遅れは、数日から 1週間程度である (非特許文献 1参照)。
[0067] 次に、地震が発生する場所の決定につ!、て説明する。先ず、以上より VLFZLF伝 播異常が検出された時には、いつ発生するかは予知できるが、どこで発生するかに 関しては、これまでの解析では、送信局と観測点を結ぶ大円近傍 (もう少し定量的に 言うと、例えば第 5フレネル帯)で発生することが予測される。そこで本実施の形態で 用いる手法は多観測点での多送信局受信に基づく手法である。即ち、送信局と観測 点とを結ぶ大円の廻りの第 5フレネル帯の重なり合いを利用する方法である。
[0068] 現在の VLFZLF観測点を図 18、 19を用いて説明する。図 18は、国内 7観測点と なる VLF送信局の受信施設を示して 、る。図中の線は観測点と VLF送信局を結ぶ 大円を示している。
[0069] また、図 19は、福島県東部の 40kHz標準電波 CiJY)の送信施設とその観測点を示 している。
[0070] このように、現在 VLFZLF観測点は、北から母子里 (北海道）、調布、千葉館山、 清水、春日井 (名古屋）、舞鶴、高知の 7地点で、各観測点では CHI局（中国）、 NW C局 (オーストラリア）、 NPM局 (ハワイ）、 JJY局 (福島）の送信局電波を受信して!/、る [0071] 図 18及び図 19において、点線のパス上の地点に地震が発生した場合、点線のパ ス上の測定点で、受信の異常を検出することになる。
[0072] したがって、いろいろなパスでの異常の出現状況から、異常を引き起こす電離層擾 乱の場所、即ち将来の地震発生位置を決定することができる。このような発明者らの VLFZLFネットワークでは国内の地震に対しては、約 100kmの精度がある。
[0073] また、この VLFZLFネットワークによる将来の地震位置予報法は、本地震予知シス テムにて初めて提案されたものである。
[0074] 以上説明した地震予知システムと送信局ならびに観測点による新潟中越地震に対 する結果を示す。まず、このとき用いたパスを図 20に示す。図 20は、観測点と送信局 とのパスを示すものである。この図において、実線は第 5フレネル帯を示し、このフレ ネル帯に含まれる位置を震源とする地震には反応すると考えられる。
[0075] 図 20に示されるように、母子里 (HOK)は CHI局（中国）を受信し、調布（CHO)、 千葉館山（CBA)でも CHI局を受信し、高知 (KOC)も CHI局を受信している。更に、 JJY局を高知にて受信するパスを用いる。
[0076] 2004年後半には図 21に示される表の様に、二つの大きな地震が発生した。即ち、 紀伊半島南東沖地震と新潟中越地震である。ともにマグニチュード 6. 0を超える地 震であるが、前者は海の中という点が、後者と大きく異なる点である。従来の発明者ら の研究で、陸上での浅い地震に対しては、電離層は極めて敏感であることがわかつ てきている。
[0077] 図 22は、上述したすべてのパスに対するターミネータ 'タイム（tm)の変化をプロット したものである。このグラフは、横軸が日付を示し、左の縦軸が teを示し、右の縦軸は 、マグニチュードを示す。なお、左の縦軸は、プロットされた点に対しては teを示して V、るが、棒グラフの場合は平均と teの差分を示して 、る。
[0078] また、左の縦軸に記載されている XXX— YYYは、 XXXと YYY間のパスにおける グラフであることを示している。例えば CHI— HOKは、 CHI局と母子里とのパスであ る。従って、図 22には、上のグラフ力も CHI局と母子里、 CHI局と調布、 CHI局と千 葉館山、 CHI局と高知、 JJY局と高知のパスに対応するグラフが描かれている。 [0079] また、図 22の一番下のグラフは、太陽電波フラックスで太陽活動を示し、また地磁 気活動指標を示しており、地球周辺での地磁気の荒れ具合を表すものである。この グラフにおいて、実線は太陽電波フラックスを示し、棒線表示は地磁気活動指標 (A P)を示している。そして、右の縦軸は太陽電波フラックスに対応し、左の縦軸は棒線 表示は地磁気活動指標に対応し、単位はそれぞれナノテラス、フラックスである。
[0080] 新潟中越地震の前には、 CHO、 CBA観測点での CHI局に伝播異常が明瞭に出 ている。新潟中越地震両パスのすぐ近傍であるためである。北海道母子里— CHIパ スには何の変化もない。伝播異常は地磁気活動が低い時に発生しており、地震との 関係を示唆している。
[0081] このように、本実施の形態による地震予知システムは、パスの近傍で発生した地震 による伝播異常を正確に把握しており、このようにすることで、地震発生を予知するこ とがでさる。
[0082] 本件国際出願は、 2005年 3月 29日に出願した日本国特許出願 2005— 95137号 に基づく優先権を主張するものであり、特許出願 2005— 95137号の全内容を本国 際出願に援用する。

Claims

請求の範囲
[1] 所定の送信局より送信された所定の振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する 信号受信手段と、
受信した VLFZLF信号と基準となる VLFZLF信号の位相差を求め、該位相差を 記憶する位相差取得手段と、
所定の時間帯に記憶した位相差の最小値を求める最小位相差取得手段と、 前記最小値をとつた時刻である最小位相差時刻を求める時刻取得手段と、 前記最小位相差時刻の変動に基づき、地震発生を予知する地震予知手段と を有することを特徴とする地震予知システム。
[2] 前記地震予知手段は、
所定の期間における前記最小位相差時刻の平均値と標準偏差とを求める統計処 理手段と、
前記平均値と前記最小位相差時刻との差分の絶対値が前記標準偏差の 2倍を超 えるかどうか判断する異常判断手段とを有し、
前記異常判断手段が前記標準偏差の 2倍を超えたと判断すると、地震発生を予知 することを特徴とする請求項 1に記載の地震予知システム。
[3] 所定の送信局より送信された所定の振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する 信号受信手段と、
前記 VLFZLF信号の振幅を求め、該振幅を記憶する振幅取得手段と、 所定の時間帯に記憶した振幅の最小値を求める最小振幅取得手段と、 前記最小値をとつた時刻である最小振幅時刻を求める時刻取得手段と、 前記最小振幅時刻に基づき、地震発生を予知する地震予知手段と
を有することを特徴とする地震予知システム。
[4] 前記地震予知手段は、
所定の期間における前記最小振幅時刻の平均値と標準偏差とを求める統計処理 手段と、
前記平均値と前記最小振幅時刻との差分の絶対値が前記標準偏差の 2倍を超え るかどうか判断する異常判断手段とを有し、 前記異常判断手段が前記標準偏差の 2倍を超えたと判断すると、地震発生を予知 することを特徴とする請求項 3に記載の地震予知システム。
[5] 前記所定の時間帯は、 日出時刻または日没時刻を含むことを特徴とする請求項 1か ら 4の!、ずれ力 1項に記載の地震予知システム。
[6] 所定の送信局より送信された所定の振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する 信号受信手段と、
前記 VLFZLF信号の所定の時刻における振幅を求め、該振幅を記憶する振幅取 得手段と、
所定の期間の前記振幅の平均値と、前記振幅に基づき、地震発生を予知する地震 予知手段と
を有することを特徴とする地震予知システム。
[7] 前記地震予知手段は、
前記平均値と、前記振幅との差分をとり、その差分の 2乗を求める差分取得手段と、 前記所定の期間における前記差分の 2乗の平均値と標準偏差とを求める統計処理 手段と、
前記差分の 2乗が、前記平均値に前記標準偏差の 2倍を加えた値を超えるかどうか 判断する異常判断手段とを有し、
前記異常判断手段が前記平均値に前記標準偏差の 2倍を加えた値を超えたと判 断すると、地震発生を予知することを特徴とする請求項 6に記載の地震予知システム
[8] 前記所定の時刻は、午後 21時力も午前 3時までの時刻であることを特徴とする請求 項 6または 7に記載の地震予知システム。
[9] 所定の送信局より送信された所定の振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する 信号受信段階と、
受信した VLFZLF信号と基準となる VLFZLF信号の位相差を求め、該位相差を 記憶する位相差取得段階と、
所定の時間帯に記憶した位相差の最小値を求める最小位相差取得段階と、 前記最小値をとつた時刻である最小位相差時刻を求める時刻取得段階と、 前記最小位相差時刻の変動に基づき、地震発生を予知する地震予知段階と を有することを特徴とする地震予知方法。
[10] 前記地震予知段階は、
所定の期間における前記最小位相差時刻の平均値と標準偏差とを求める統計処 理段階と、
前記平均値と前記最小位相差時刻との差分の絶対値が前記標準偏差の 2倍を超 えるかどうか判断する異常判断段階とを有し、
前記異常判断段階で前記標準偏差の 2倍を超えたと判断されると、地震発生を予 知することを特徴とする請求項 9に記載の地震予知方法。
[11] 所定の送信局より送信された所定の振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する 信号受信段階と、
前記 VLFZLF信号の振幅を求め、該振幅を記憶する振幅取得段階と、 所定の時間帯に記憶した振幅の最小値を求める最小振幅取得段階と、 前記最小値をとつた時刻である最小振幅時刻を求める時刻取得段階と、 前記最小振幅時刻に基づき、地震発生を予知する地震予知段階と
を有することを特徴とする地震予知方法。
[12] 前記地震予知段階は、
所定の期間における前記最小振幅時刻の平均値と標準偏差とを求める統計段階と 前記平均値と前記最小振幅時刻との差分の絶対値が前記標準偏差の 2倍を超え るかどうか判断する異常判断段階とを有し、
前記異常判断段階で前記標準偏差の 2倍を超えたと判断されると、地震発生を予 知することを特徴とする請求項 11に記載の地震予知方法。
[13] 前記所定の時間帯は、 日出時刻または日没時刻を含むことを特徴とする請求項 9か ら 12のいずれか 1項に記載の地震予知方法。
[14] 所定の送信局より送信された所定の振幅と位相を有する VLFZLF信号を受信する 信号受信段階と、
前記 VLFZLF信号の所定の時刻における振幅を求め、該振幅を記憶する振幅取 得段階と、
所定の期間の前記振幅の平均値と、前記振幅に基づき、地震発生を予知する地震 予知段階と
を有することを特徴とする地震予知方法。
[15] 前記地震予知段階は、
前記平均値と、前記振幅値との差分をとり、その差分の 2乗を求める差分取得段階 と、
前記所定の期間における前記差分の 2乗の平均値と標準偏差とを求める統計段階 と、
前記差分の 2乗が、前記平均値に前記標準偏差の 2倍を加えた値を超えるかどうか 判断する異常判断段階とを有し、
前記異常判断段階で前記平均値に前記標準偏差の 2倍を加えた値を超えたと判 断されると、地震発生を予知することを特徴とする請求項 14に記載の地震予知方法
[16] 前記所定の時刻は、午後 21時力も午前 3時までの時刻であることを特徴とする請求 項 14または 15に記載の地震予知方法。
[17] 請求項 9から 16のいずれか 1項に記載の地震予知方法をコンピュータに実行させる ための地震予知プログラム。
[18] 請求項 17に記載の地震予知プログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記 録媒体。
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