(57)【要約】【課題】本発明は、地震前兆の電界を観測し、前兆電界と人工雑音・空電等の電界とを弁別し、前兆電界を検出して地震を予知する地震予知方法および地震予知装置。【解決手段】大地震の前には、震源域の地震前兆の地殻変動に伴う流動電位・微小亀裂に伴う電荷分離などで、震源域において、広い周波数帯域に亙り、電界パルスが発生することが観測されている。本発明は、これらの電界のスペクトルの差と、発生時刻の違いから、これらを弁別して、大地震を予知するものである。【選択図】図１
2008076321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強い雑音が観測されない互いに５０ｋｍから３００ｋｍ離れた３箇所または４箇所以上の観測点において、電界を観測することによって、地震の予知を行う地震予知方法であって、
1 ｋＨｚから１３ｋＨｚを含む周波数帯で、落雷時以外の電界パルスを同時に前記観測点で観測して、前記電界パルスのスペクトルを求め、
前記電界パルスのスペクトルと、既知の雷のスペクトル特性および雷の電離層伝播減衰特性とを比較し、
前記既知の雷のスペクトルから、雷による電界パルスを除去し、近接雷および遠距離雷の受信スペクトルと異なる電界パルスのみを抽出し、
さらに、前記３箇所または４箇所以上の観測点において、雷の電界を含まない前記電界パルスの中から、人工雑音を除去し、観測点間の伝播時間差以内のパルスのみを抽出し、
前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記パルス間の２組または３組以上の時間差から、震源域を算出し、
前記震源域と、前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記パルスの解析により、地震の予知を行うことを特徴とする地震予知方法。
【請求項２】
強い雑音が観測されない互いに５０ｋｍから３００ｋｍ離れた３箇所または４箇所以上の観測点において、電界を観測することによって地震の予知を行う地震予知装置であって、
1 ｋＨｚから１３ｋＨｚを含む周波数帯で、前記観測点において、落雷時以外の電界パルスを観測し、前記電界パルスのスペクトルを求めるスペクトル抽出記憶手段と、
スペクトル抽出記憶手段で求められたスペクトルと、既知の雷のスペクトル特性および雷の電離層伝播減衰特性と比較するスペクトル比較手段と、
前記スペクトル比較手段によって雷による電界パルスを除去し、近接雷および遠距離雷の受信スペクトルとは異なる電界パルスのみを抽出する電界パルス抽出手段と、
さらに、前記観測点における雷の電界を含まない前記電界パルスに、時刻信号を付与するタイマー手段と、
時刻信号が付与された前記電界パルスの中から、前記観測点間の伝播時間差以内のパルスのみを抽出して、人工雑音を除去する雑音除去手段と、
前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記電界パルス間の２組または３組以上の時間差から、震源域を算出する震源地算出手段と、
前記震源地算出手段によって算出された震源域と、前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記電界パルスを解析する電界パルス解析手段と、
から少なくとも構成されており、前記電界パルス解析手段により、大地震の直前予知を行うことを特徴とする地震予知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震の前兆現象を電界観測に基づいて検知し、大地震を予知する地震予知方法および地震予知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大地震の前に震源域近傍において、電波雑音が観測されることは、５０年以上前から良く知られていた。地震予知は、地震前兆の電界（以下、地電流・地表電荷などを含む）を観測することが広く行われていた。
【０００３】
たとえば、本出願人が提案した特願２００６−１８４１９０号公報に記載されている緊急地震速報利用による防災システムおよび装置は、震源情報受信部で受信した震源情報と、位置情報設定部で設定された位置情報を基にして、予測地震強度と主要到達時間を演算している。特公平５−３６０００号公報に記載されている地震前兆の長波・地電流の発生領域のトモグラフィ法は、地震前兆の長波・地電流を地中または海底の少なくとも４箇所で同時に観測し、受信・検出した信号間の相互関係から、長波・地電流変動の発生地点と強度分布を３次元的に算出し、その立体画像と時間変化を得ている。
【特許文献１】特願２００６−１８４１９０号公報
【特許文献２】特公平５−３６０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の電波雑音および地震前兆の電界を観測する方法は、地震前兆電界と、人工雑音・空電等の自然雑音の電界との弁別が困難であり、これらによる地震予知の信頼性が欠けるという欠点があった。前記電界の観測による地震予知は、実用に供されず、地震前兆電界と人工雑音・自然雑音との弁別が解決すべき急務の課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（第１発明）
第１発明の地震予知方法は、強い雑音が観測されない互いに５０ｋｍから３００ｋｍ離れた３箇所または４箇所以上の観測点において、電界を観測することによって、地震の予知を行うものであり、1 ｋＨｚから１３ｋＨｚを含む周波数帯で、落雷時以外の電界パルスを同時に前記観測点で観測して、前記電界パルスのスペクトルを求め、前記電界パルスのスペクトルと、既知の雷のスペクトル特性および雷の電離層伝播減衰特性とを比較し、前記既知の雷のスペクトルから、雷による電界パルスを除去し、近接雷および遠距離雷の受信スペクトルと異なる電界パルスのみを抽出し、さらに、前記３箇所または４箇所以上の観測点において、雷の電界を含まない前記電界パルスの中から、人工雑音を除去し、観測点間の伝播時間差以内のパルスのみを抽出し、前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記パルス間の２組または３組以上の時間差から、震源域を算出し、前記震源域と、前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記パルスの解析により、地震の予知を行うことを特徴とする。
【０００６】
（第２発明）
第２発明の地震予知装置は、強い雑音が観測されない互いに５０ｋｍから３００ｋｍ離れた３箇所または４箇所以上の観測点において、電界を観測することによって地震の予知を行うものであり、1 ｋＨｚから１３ｋＨｚを含む周波数帯で、前記観測点において、落雷時以外の電界パルスを観測し、前記電界パルスのスペクトルを求めるスペクトル抽出記憶手段と、スペクトル抽出記憶手段で求められたスペクトルと、既知の雷のスペクトル特性および雷の電離層伝播減衰特性と比較するスペクトル比較手段と、前記スペクトル比較手段によって雷による電界パルスを除去し、近接雷および遠距離雷の受信スペクトルとは異なる電界パルスのみを抽出する電界パルス抽出手段と、さらに、前記観測点における雷の電界を含まない前記電界パルスに、時刻信号を付与するタイマー手段と、時刻信号が付与された前記電界パルスの中から、前記観測点間の伝播時間差以内のパルスのみを抽出して、人工雑音を除去する雑音除去手段と、前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記電界パルス間の２組または３組以上の時間差から、震源域を算出する震源地算出手段と、前記震源地算出手段によって算出された震源域と、前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記電界パルスを解析する電界パルス解析手段と、から少なくとも構成されており、前記電界パルス解析手段により、大地震の直前予知を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、人工雑音および自然雑音を除去することができるため、地震の前兆を表す電界パルスを観測することが容易にできる。また、本発明によれば、前記地震の前兆を表す電界パルスを容易に観測することができるため、大地震の予知が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の原理を説明する。大地震の前には、震源域の地震前兆の地殻変動に伴う流動電位・微小亀裂に伴う電荷分離などで、震源域において、広い周波数帯域に亙り、電界パルスが発生することが観測されている。また、自然雑音の多くは、電界強度が周波数に反比例する Pulse Burstであることが知られており、前兆電界パルスも、通常、下記の関係を満足している。
Ｅ（１２ｋＨｚ）＜Ｅ（３ｋＨｚ）＜Ｅ（１．５ｋＨｚ）・・・(1)
ここに、Ｅ（ｆｋＨｚ）は、周波数がｆｋＨｚの受信電界強度を示す。
【０００９】
自然雑音は、雷の電界が最大である。雷の電界強度最大の周波数は、通常、３ｋＨｚから１０ｋＨｚ（波長３０ｋｍから１００ｋｍ）の範囲内にある。前記雷の電界の周波数特性から、近接雷の電界は、(1) 式の右辺を満足しない。一方、雷の電界強度が大きい１００Ｈｚから１ＭＨｚでは、電離層伝播（約１０００ｋｍ以上）での減衰が１ｋＨｚから３ｋＨｚで大きい。この周波数特性と減衰特性のために、遠雷の強度は、１２ｋＨｚのあたりで最大となる。前記遠雷の電界は、(1) 式の左辺を満足しない。すなわち、(1) 式を満足する電界は、雷起源では無いことになる。
【００１０】
連続した強い雑音の少ない１ｋＨｚから１３ｋＨｚ帯では、これまでの１０年以上の観測によれば、雷以外の一時的な雑音もパルス性であるが、あまり強くなく、５０ｋｍから３００ｋｍ程度離れた地点で、同時（観測点間の伝播時間より短い時間）に観測されない。一時的なパルスが、５０ｋｍから３００ｋｍ程度離れた２地点で１ｍｓ以上の時間差で観測された場合、発生源と２地点間の距離の差は３００ｋｍ以上となり、２地点で観測されたパルスの発生源は異なることになるため、同一の地震前兆パルスでは無いことになる。
【００１１】
以上のことから、互いに、５０ｋｍから３００ｋｍ程度離れ、連続した強い雑音が無い、３箇所以上で、同時に（観測点間の伝播時間より短い時間で）観測されたパルスが、(1) 式を満たす場合、その波源は、雑音のものでは無く、地震の前に発生する前兆電界であるとする。
【００１２】
（第１発明）
第１発明の地震予知方法は、地震前兆電界パルスを検出・弁別することにより、大地震の直前予知を可能にするものである。前記地震予知方法は、強い雑音が観測されない互いに５０ｋｍから３００ｋｍ離れた３箇所または４箇所以上の観測点において、電界パルスを観測している。前記観測点は、1 ｋＨｚから１３ｋＨｚを含む周波数帯で、落雷時以外の電界パルスを同時に観測して、前記電界パルスのスペクトルが求められる。次に、前記電界パルスのスペクトルは、既知の雷のスペクトル特性および雷の電離層伝播減衰特性と比較される。
【００１３】
近接雷および遠距離雷の受信スペクトルと異なる電界パルスは、前記既知の雷のスペクトルから、雷による電界パルスが除去されて、抽出される。さらに、前記３箇所または４箇所以上の観測点は、雷の電界を含まない前記電界パルスの中から、人工雑音を除去し、観測点間の伝播時間差以内のパルスのみが抽出される。震源域は、前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記パルス間の２組または３組以上の時間差から算出される。
【００１４】
（第２発明）
第２発明の地震予知装置は、強い雑音が観測されない互いに５０ｋｍから３００ｋｍ離れた３箇所または４箇所以上の観測点において、電界を観測することによって大地震の直前の予知を行うものである。スペクトル抽出記憶手段は、前記距離だけ離れた観測点において、1 ｋＨｚから１３ｋＨｚを含む周波数帯で、たとえば、１ｋＨｚから２ｋＨｚ、２．５ｋＨｚから３．５ｋＨｚ、１０．５ｋＨｚから１３ｋＨｚ、前記観測点において、落雷時以外の電界パルスを観測し、前記電界パルスのスペクトルが求められるとともに、前記スペクトルが抽出され、記憶される。
【００１５】
スペクトル比較手段は、前記スペクトル抽出記憶手段で求められたスペクトルと、予め、既知スペクトル抽出記憶手段に記憶されている既知の雷のスペクトル特性および雷の電離層伝播減衰特性とを比較する。電界パルス抽出手段は、前記スペクトル比較手段によって雷による電界パルスを除去し、近接雷および遠距離雷の受信スペクトルとは異なる電界パルスのみを抽出する。タイマー手段は、前記観測点における雷の電界を含まない前記電界パルスに、時刻信号を付与する。雑音除去手段は、前記時刻信号が付与された前記電界パルスの中から、前記観測点間の伝播時間差以内のパルスのみを抽出することにより、人工雑音を除去する。
【００１６】
震源地算出手段は、前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記電界パルス間の２組または３組以上の時間差から、震源域を算出する。電界パルス解析手段は、前記震源地算出手段によって算出された震源域と、前記観測点間の伝播時間差以内で観測された前記電界パルスを解析する。前記電界パルス解析手段によって解析された震源域は、必要に応じて、ディスプレイに表示される。本発明の地震予知装置は、雷等の自然雑音が除去されているため、地震前に発生する電流あるいは地表電荷等による電界パルスが観測できるため、大地震の直前の電界を正確に観測することができる。
【実施例】
【００１７】
図１は本発明の一実施例に係る地震前兆電界パルスの弁別・検出による大地震の直前予知方法を説明するための概略ブロック構成図である。図１において、 System １は、観測点に設置する電界観測システムの一例である。 System ２から System ｉは、前記 System １と同じブロック構成図から構成されているため、 System １の構成のみを説明する。前記 System １は、電界観測用アンテナ１１で電界を受信し、その出力を増幅器１２で増幅し、Ａ／Ｄ変換機１３でデジタル信号に変換し、低域濾波器１４、中域濾波器１５、高域濾波器１６で三種類の周波数帯に分離し、それぞれの出力を第１コンピュータ１７に入力する。
【００１８】
前記第１コンピュータ１７は、前記三種類の周波数帯から、受信電界のスペクトルを求め、既知の雷などの雑音のスペクトルと比較し、既知の雑音のスペクトルと一致しない電界パルスのみを、ＧＰＳ用アンテナ１８から得られた時刻信号を附加して、モデム１９を通して、公衆回線でモデム１１０に送り、第２コンピュータ１１３に入力する。前記第２コンピュータ１１３は、 System １、 System ２、・・・ System ｉの３箇所以上の観測点から電送されてきた電界パルスをモデム１１１、１１２を通して受信する。
【００１９】
前記第２コンピュータ１１３は、各 System から電送されてきた電界パルスのうちで、同時（観測点間の伝播時間差以内）に受信されたもののみを記憶手段に記録する。前記第２コンピュータ１１３は、図示されていない描画手段により、観測点を焦点とし、それらの受信時刻差一定の点を軌跡とする双曲線を２個以上描き、その交点を波源とし、日時とともにディスプレイ１１４に表示する。
【００２０】
震源域は、前記第２コンピュータ１１３に描かれた波源の発生領域とし、規模は、前記波源の発生領域の広さとして、前兆電界の発生累積時間・強度から経験則に従って、前記第２コンピュータ１１３によって算出される。地震の発生日時は、前兆電界の発生開始から約１０日以内で、地震の規模に比例して長くなる傾向がある。
【００２１】
図２は第１コンピュータを説明するためのブロック構成図である。図２において、第１コンピュータ１７は、スペクトル抽出記憶手段２１と、スペクトル比較手段２２と、既知スペクトル記憶手段２３と、電界パルス抽出手段２５とから構成されている。前記第１コンピュータ１７は、前記三種類の周波数帯から、受信電界のスペクトルｆ１、ｆ２、ｆ３を求め、スペクトル抽出記憶手段２１に記憶される。既知のスペクトルＦ１は、同様に、既知スペクトル記憶手段２３に記憶される。スペクトル比較手段２２は、前記スペクトル抽出記憶手段２１に記憶されている受信電界のスペクトルと、既知の雷などの雑音のスペクトルと比較する。電界パルス抽出手段２５は、既知の雑音のスペクトルと一致しない電界パルスのみを、タイマー手段（ＧＰＳ用アンテナ）２４から得られた時刻信号を附加して、第２コンピュータ１１３に送信する。
【００２２】
図３は第２コンピュータを説明するためのブロック構成図である。図３において、第２コンピュータ１１３は、雑音除去手段３１と、記憶手段３２と、震源地算出手段３３と、電界パルス解析手段３４とから構成されている。前記第２コンピュータ１１３は、 System １、 System ２、・・・ System ｉの３箇所以上の観測点から電送されてきた電界パルスを雑音除去手段３１により、雑音を除去する。前記第２コンピュータ１１３は、各 System から電送されてきた電界パルスのうちで、同時（観測点間の伝播時間差以内）に受信されたもののみを記憶手段３２に記録する。前記第２コンピュータ１１３における震源地算出手段３３は、観測点間の距離、および伝播時間等から震源地を算出する。
【００２３】
電界パルス解析手段３４は、電界パルスを解析するとともに、図示されていない描画手段により、観測点を焦点とし、それらの受信時刻差一定の点を軌跡とする双曲線を２個以上描き、その交点を波源とし、日時とともにディスプレイ１１４に表示させる。
【００２４】
図４、上段は、従来の観測例で、中段は、上段のスペクトルから雷の雑音を除去した観測例で、下段は、中段のスペクトルから人工雑音を除去した観測例を説明するための図である。図４は、２００４年９月５日の紀伊半島沖地震の際の観測例である。図４の上段は、従来の観測例で、雷・人工雑音を含む電界パルスを示す。図４の中段は、本発明の方法と装置により、前記上段の電界パルスから雷の電界パルスを消去した図である。前記電界パルスの数は、約１％に減少している。図４の下段は、本発明の地震予知方法と地震予知装置により、中段からさらに人工雑音を消去した電界パルスのみを示す。図４の下段は、地震の約１日前に多くの電界パルスが残り、地震前兆電界が弁別・検出されている。前記の地震の他、２００４年１０月２３日の新潟県中越地震の際も、同様な前兆が観測されている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例に係る地震前兆電界パルスの弁別・検出による大地震の直前予知方法を説明するための概略ブロック構成図である。
【図２】第１コンピュータを説明するためのブロック構成図である。
【図３】第２コンピュータを説明するためのブロック構成図である。
【図４】上段は、従来の観測例で、中段は、上段のスペクトルから雷の雑音を除去した観測例で、下段は、中段のスペクトルから人工雑音を除去した観測例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１・・・電界観測用アンテナ
１２・・・増幅器
１３・・・Ａ／Ｄ変換器
１４・・・低域濾波器
１５・・・中域濾波器
１６・・・高域濾波器
１７・・・第１コンピュータ
１８・・・ＧＰＳ用アンテナ
１９、１１０、１１１、１１２・・・モデム
１１３・・・第２コンピュータ
１１４・・・ディスプレイ
２１・・・スペクトル抽出記憶手段
２２・・・スペクトル比較手段
２３・・・既知スペクトル記憶手段
２４・・・タイマー手段（ＧＰＳ用アンテナ）
２５・・・電界パルス抽出手段
３１・・・雑音除去手段
３２・・・記憶手段
３３・・・震源地算出手段
３４・・・電界パルス解析手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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