(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震計から得られる地震波初動部分の波形形状の特徴に注目し、該波形形状を関数でフィッティングすることで定量化し、得られたパラメータから、震央距離及びマグニチュードを推定する震央距離及びマグニチュード推定方法であって、前記地震計から得られる地震波初動部分のディジタル波形データ（時系列データ）をメモリに記憶し、該時系列データのオフセットを除去し、該時系列データの絶対値をＶ（ｔ）となし〔ここで、ｔは時間（秒）〕、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、該時間原点から、数秒間のデータに関数ｙ＝Ｂｔ・ｅ-At を当てはめ、Ｖ（ｔ）＝Ｂｔ  ｅｘｐ（−Ａｔ）とし（ここで、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、Ａは初動部分の最大振幅に関係するパラメータ）、上記式の両辺の常用対数をとって、ｌｏｇ〔Ｖ（ｔ）／ｔ〕＝ｌｏｇＢ−Ａ・ｌｏｇｅ・ｔを得て、これにより、前記パラメータＡ，Ｂを線形化し、該パラメータＡ，Ｂを通常の最小二乗法を用いてパラメータ演算手段において算出し、震央距離とマグニチュードの推定手段により、前記パラメータＢから震央距離を求め、該求められた震央距離と基準時間内の最大振幅値、あるいは前記パラメータＡからマグニチュードを求めることを特徴とする震央距離及びマグニチュード推定方法。
【請求項２】
（ａ）地震計と、
（ｂ）該地震計から得られる地震波の初動部分のディジタル波形データ（時系列データ）を記憶するメモリと、
（ｃ）前記時系列データのオフセットを除去し、該時系列データの絶対値をＶ（ｔ）となし〔ここで、ｔは時間（秒）〕、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、該時間原点から数秒間のデータに関数ｙ＝Ｂｔ・ｅ-At を当てはめＶ（ｔ）＝Ｂｔ  ｅｘｐ（−Ａｔ）とし（ここで、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、Ａは初動部分の最大振幅に関係するパラメータ）、上記式の両辺の常用対数をとって、ｌｏｇ〔Ｖ（ｔ）／ｔ〕＝ｌｏｇＢ−Ａ・ｌｏｇｅ・ｔを得て、これにより前記パラメータＡ，Ｂを線形化し、該パラメータＡ，Ｂを通常の最小二乗法を用いて算出するパラメータ演算手段と、
（ｄ）前記パラメータＢから震央距離を求め、該求められた震央距離と基準時間内の最大振幅値、あるいは前記パラメータＡからマグニチュードを求める震央距離及びマグニチュードの推定手段とを具備することを特徴とする震央距離及びマグニチュード推定装置。
【請求項３】
請求項２記載の震央距離及びマグニチュード推定装置において、あらかじめ決められた震央距離内で決められたマグニチュード以上の地震が発生したか否かを判定する条件判定手段を具備することを特徴とする震央距離及びマグニチュード推定装置。
【請求項４】
請求項３記載の震央距離及びマグニチュード推定装置において、早期検知情報の送信を行う情報文送出手段とを具備することを特徴とする震央距離及びマグニチュード推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１観測点の地震波の初動部分のデータから、観測点から震央までの距離（震央距離）と地震の大きさ（マグニチュード）を、地震検知から数秒で推定する方法及びそのための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００４】
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、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。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑み、震央距離やマグニチュードの違いによって特徴的に変化する初動部分の波形形状の特徴に注目し、パラメータが数個の簡易な関数でフィッティングして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及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕地震計から得られる地震波初動部分の波形形状の特徴に注目し、該波形形状を関数でフィッティングすることで定量化し、得られたパラメータから、震央距離及びマグニチュードを推定する震央距離及びマグニチュード推定方法であって、前記地震計から得られる地震波初動部分のディジタル波形データ（時系列データ）をメモリに記憶し、この時系列データのオフセットを除去し、この時系列データの絶対値をＶ（ｔ）となし〔ここで、ｔは時間（秒）〕、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、この時間原点から、数秒間のデータに関数ｙ＝Ｂｔ・ｅ-At を当てはめ、Ｖ（ｔ）＝Ｂｔ  ｅｘｐ（−Ａｔ）とし（ここで、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、Ａは初動部分の最大振幅に関係するパラメータ）、上記式の両辺の常用対数をとって、ｌｏｇ〔Ｖ（ｔ）／ｔ〕＝ｌｏｇＢ−Ａ・ｌｏｇｅ・ｔを得て、これにより、前記パラメータＡ，Ｂを線形化し、このパラメータＡ，Ｂを通常の最小二乗法を用いてパラメータ演算手段において算出し、震央距離とマグニチュードの推定手段により、前記パラメータＢから震央距離を求め、この求められた震央距離と基準時間内の最大振幅値、あるいは前記パラメータＡからマグニチュードを求めることを特徴とする。
【０００７】
〔２〕震央距離及びマグニチュード推定装置において、地震計と、この地震計から得られる地震波の初動部分のディジタル波形データ（時系列データ）を記憶するメモリと、前記時系列データのオフセットを除去し、該時系列データの絶対値をＶ（ｔ）となし〔ここで、ｔは時間（秒）〕、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、該時間原点から数秒間のデータに関数ｙ＝Ｂｔ・ｅ-At を当てはめＶ（ｔ）＝Ｂｔ  ｅｘｐ（−Ａｔ）とし（ここで、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、Ａは初動部分の最大振幅に関係するパラメータ）、上記式の両辺の常用対数をとって、ｌｏｇ〔Ｖ（ｔ）／ｔ〕＝ｌｏｇＢ−Ａ・ｌｏｇｅ・ｔを得て、これにより前記パラメータＡ，Ｂを線形化し、該パラメータＡ，Ｂを通常の最小二乗法を用いて算出するパラメータ演算手段と、前記パラメータＢから震央距離を求め、この求められた震央距離と基準時間内の最大振幅値、あるいは前記パラメータＡからマグニチュードを求める震央距離及びマグニチュードの推定手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
〔３〕上記〔２〕記載の震央距離及びマグニチュード推定装置において、あらかじめ決められた震央距離内で決められたマグニチュード以上の地震が発生したか否かを判定する条件判定手段を具備することを特徴とする。
【０００９】
〔４〕上記〔３〕記載の震央距離及びマグニチュード推定装置において、早期検知情報の送信を行う情報文送出手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
地震波形の時系列データをｖ（ｔ）とする。更に、この時系列データｖ（ｔ）の絶対値をＶ（ｔ）とする。ここで、ｔは時間（秒）を表す。
【００１２】
まず、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、そこから、数秒間のデータに簡易な関数を当てはめる。関数形として、ここでは、次式（１）を用いる。なお、Ｖ（ｔ）の時間的な変動が大きい場合は、適当な方法でＶ（ｔ）を平滑化した後に関数の当てはめを行う。
【００１３】
Ｖ（ｔ）＝Ｂｔ  ｅｘｐ（−Ａｔ）                            …（１）
ここで、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、Ａは初動部分の最大振幅に関するパラメータであり、以下、これらを形状パラメータと仮称する。上記（１）式の両辺の常用対数をとると、次式（２）のように未知パラメータが線形化されるので、その形状パラメータは通常の最小二乗法を用いて算出できる。
【００１４】
ｌｏｇ〔Ｖ（ｔ）／ｔ〕＝ｌｏｇＢ−Ａ・ｌｏｇｅ・ｔ          …（２）
上記の方法を用いて多くの地震波形データについて初動部の形状パラメータＡ，Ｂを求めた結果、パラメータＢは震央距離と良好な相関があることが分かった。
【００１５】
さらに、パラメータＢと震央距離の関係はマグニチュードにはよらないことも分かった。よって、このパラメータＢと震央距離との相関を定式化しておけば、地震波初動部の形状パラメータＢから震央距離Δを求めることが出来る。
【００１６】
震央距離が求まれば、マグニチュードは、一般に使われている震央距離と最大振幅を用いた式にならって、その推定式を定式化することが出来る。また、最大振幅の代わりに、形状パラメータＡを用いた式を定式化することも可能である。
【００１７】
上記の方法によって推定したマグニチュードは、前述の初動部の周期を用いて推定する方法に比べて、推定精度がかなり向上することが確認されている。
【００１８】
以上から、本発明によれば、地震検知から数秒程度で震央距離とマグニチュードを精度よく算出することができ、よって、地震の主要動が観測点に到達する前にその地震の加害性を判断することが出来るため、地震防災の分野において有効に活用されると考えられる。
〔実施例〕
図１は本発明に係る震央距離及びマグニチュード推定装置のブロック図、図２はその震央距離及びマグニチュード推定の処理フローチャートである。
【００１９】
これらの図において、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は震央距離及びマグニチュード推定部、１７は条件判定部、１８は情報文送出部、１９はＧＰＳ時計、２０は状態表示装置、２１はモデムである。
【００２０】
この震央距離及びマグニチュード推定方法を、図２に示すフローを参照しながら説明する。
【００２１】
（１）地震計１からの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）。
【００２２】
（２）そこで、パラメータ演算部１５において、オフセットの除去を行い（ステップＳ２）、次に、データの絶対値を取る。このとき絶対値がある基準値以下の場合には、強制的に最小基準値とする（ステップＳ３）。次に、スムージング（例えば、波形のエンベロープを取る）を行う（ステップＳ４）。次に、ｙ＝Ｂｔ・ｅ-At とフィッティングを行いパラメータ（係数）Ａ，Ｂを求める（ステップＳ５）。
【００２３】
（３）次に、震央距離及びマグニチュード推定部１６において、得られたパラメータＢから震央距離を求める（ステップＳ６）。この震央距離をもとに、基準時間内の最大振幅値、あるいは得られたパラメータＡからマグニチュードＭを推定する（ステップＳ７）。
【００２４】
（４）次いで、条件判定部１７において、あらかじめ定められた震央距離内で決められたマグニチュード以上の地震が発生したか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００２５】
（５）ステップＳ８において、ＹＥＳの場合は、情報文送出部１８において、早期検知情報の送信を行う（ステップＳ９）。
【００２６】
また、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）、図３（ｂ）はその簡易関数のフィッティング例を示す図である。
【００２７】
多くの地震データに対して、同様のフィッティングを行い、初動部の形状パラメータを求め、パラメータＢと震央距離Δの相関を示すものが図４である。この図において、横軸は震央距離（ｋｍ）、縦軸はｌｏｇＢを示している。
【００２８】
また、この図において、印の大きさはマグニチュードＭに比例しており、最大はＭ８．１、最小はＭ４．５に相当する。この図４から、パラメータＢと震央距離Δには負の相関があり、かつ、この相関関係はマグニチュードによらないことが分かる。よって、この相関関係を定式化することにより、パラメータＢのみで震央距離が推定できることになる。
【００２９】
推定式の形式は一つに限定するべきものではないが、例としては以下のような形式が考えられる。
【００３０】
ｌｏｇΔ＝α1 ｌｏｇＢ＋α2                                 …（３）
Δ＝α1 ／ｌｏｇＢ＋α2                                     …（４）
マグニチュードＭは、一般に使われている震央距離と最大振幅Ｖmax を用いた式、
Ｍ＝β1 ｌｏｇＶmax ＋β2 ｌｏｇΔ＋β3                     …（５）
にならって、パラメータＡもしくは最大振幅Ｖmax とパラメータＢにより定式化できるが、この形式も一つに限定されるものではなく、例としては次のような形式が考えられる。
【００３１】
Ｍ＝γ1 Ａ＋γ2 ｌｏｇＢ＋γ3                               …（６）
Ｍ＝γ1 ｌｏｇＶmax ＋γ2 ｌｏｇＢ＋γ3                     …（７）
Ｍ＝γ1 Ａ＋γ2 ｌｏｇ（ｌｏｇＢ）＋γ3                     …（８）
Ｍ＝γ1 ｌｏｇＶmax ＋γ2 ｌｏｇ（ｌｏｇＢ）＋γ3           …（９）
ここで、α1 ，α2 ，β1 ，β2 ，β3 ，γ1 ，γ2 ，γ3 ，は、多数の地震データから統計処理によって決定されるパラメータである。
【００３２】
図５は、式（３）を用いて推定した震央距離と実際の震央距離を比較したものである。この図において、横軸は推定した震央距離（ｋｍ）、縦軸は実際の震央距離（ｋｍ）を示している。また、図６は、式（７）を用いて推定したマグニチュードと実際のマグニチュードを比較したものである。この図において、横軸は推定したマグニチュード、縦軸は実際のマグニチュードを示している。
【００３３】
これらの図より明らかなように、本発明によって推定されたマグニチュードの実際のマグニチュードとの誤差は高々１程度であり、精度良く推定されていることがわかる。
【００３４】
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、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、震央距離やマグニチュードの違いによって特徴的に変化する初動部分の波形形状の特徴に注目して、こ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る震央距離及びマグニチュード推定装置のブロック図である。
【図２】  本発明に係る震央距離及びマグニチュード推定の処理フローチャートである。
【図３】  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。
【図４】  パラメータＢと震央距離Δの相関を示す図である。
【図５】  推定した震央距離と実際の震央距離を比較した図である。
【図６】  推定したマグニチュードと実際のマグニチュードを比較した図である。
【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
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    震央距離及びマグニチュード推定部
１７    条件判定部
１８    情報文送出部
１９    ＧＰＳ時計
２０    状態表示装置
２１    モデム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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