(57)【要約】【課題】電磁気的な計測方法によって、より早期に地震前駆現象を検出し、地震防災上の効果を高める技術開発。地震の前兆的な電磁気放射は微弱なため、各種雑音を排除して精度よく検出する機器構成の考案。次いで前兆信号の識別と処理手法を開発し、地震準備域の特定と地震に至る過程を把握し、信頼度の高い地震予知手法を確立する。【解決手段】極超長波帯の人工雑音の少ない窓観測周波数において、狭帯域に大気磁界を受信する。増幅後振幅検波により直流分を再生して極超低周波数の地殻活動信号を高感度に検出する。残留雑音と地殻放射信号を識別するため、線形予測フィルタを用いて短周期放射異常信号を検出するとともに、２方向センサによる多観測点情報により放射域が求められた。また、直流分再生による長周期放射成分の解析によって、より早期の地震前兆現象の確認を行い、規模の推定を可能とし、地震予知の信頼度の向上を実現した。【選択図】  図５
2008145351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空芯ないし鉄芯入りコイル型、あるいはフラックスゲート型磁気センサを用いて、受信信号帯域を極超長波帯10-300Hz とし、かつその周波数帯の中で人工雑音の少ない1Hz程度を観測窓周波数とする狭帯域受信機において、その出力信号を振幅検波回路により振幅検波して、直流成分を再生し数日から1ヶ月周期の極超低周波信号を高感度に検出することを特徴とする地殻活動検出受信機。  
【請求項２】
極超長波帯の狭帯域受信機の出力信号を振幅検波して地殻活動情報を検出するに際し、信号の位相情報も利用するため、GPS受信機の時間信号に位相同期した搬送波信号を観測周波数に近い周波数で形成し、その信号と90度移相した2つの信号により位相同期検波して、同相検波信号と直交検波信号の2つの検波信号により、位相情報を検出することを特徴とする地殻活動検知受信機、および観測点間の位相差から地殻活動の動的情報を得る装置。
【請求項３】
大気環境において受信した極超長波帯の電磁波信号について、地球環境雑音および雷雑音さらに人工雑音を除去する前置処理を行なって、地震活動等の電磁波放射異常のない平常時においては正規則に従う残留雑音のみからなる受信信号を形成することにより、線形予測フィルタによって平常時信号状態を近似し、線形予測誤差が小さい状態を検出し、一方地震活動等の電磁波放射異常の存在する場合には平常時に比べ大きい線形予測誤差を検出する回路構成により、電磁波放射異常期間および放射異常信号の判定を行うことを特徴とする地殻活動検知受信機。
【請求項４】
上記請求項に基づく地殻活動検知受信機において、振幅検波信号を線形予測誤差信号によりゲートして取り出し、東西と南北２方向の振幅検波信号の振幅比から放射受信波の到来方位を精度高く決定することを特徴とする地殻活動検知受信機。
【請求項５】
該受信機を複数設置した観測システムにおいて、任意に選んだ複数個所の受信信号から求めた到来方位の交点として放射域を特定し、時間経過に伴う放射域の追跡から地震活動域および交点の移動範囲から地震の規模を推定することを特徴とする地殻活動検知受信機。
【請求項６】
該予測誤差信号の大きさがある基準以上に大きく、かつ継続時間が所定より長い場合、アラームを発して地震対応活動を開始するよう通報する機能、および学習により基準レベルを修正するよう構成したることを特徴とする地殻活動検知受信機。
【請求項７】
該予測誤差信号と地震計からの信号との相互相関を計算し相関時間差、相関値を地震毎に蓄積し、統計処理により発生時間予測、発生確率、見逃し確率、誤警報確率を算出することを特徴とする地殻活動検知受信機による地震予測装置。
【請求項８】
該受信機の検出信号を解析所要周期に対応する長い期間蓄積し、それらを順次ウェーブレット周波数解析回路に入力して検出信号に含まれる長周期信号成分の振幅を周期成分毎に求め、長周期成分振幅と検出信号、短周期変動成分を比較して、放射異常の周期成分およびその発生の関連性を表示装置上で比較するようにした地殻活動検知受信機構成および地震監視システム装置。
【請求項９】
観測信号の1週間以上月単位の長周期信号成分と、他方線形予測フィルタの線形予測誤差より識別した1日以内の短周期の放射異常との対応が、前者がより先行的であり、かつ後者を包括する状況を統計的に検証して、大気電磁波放射から地震の関連情報を獲得することを特徴とする地殻活動検知受信機構成および地震監視システム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
地震の発生する前の数週間から数ヶ月間に電磁気的な各種の異常現象が存在することが世界的に報告されている。本発明は、電磁気的な計測方法によって、より早期に地震前駆現象を検出して、地震防災上の効果を高める技術に関する。本発明では、地震の前兆的な電磁放射を精度よく検出する機器構成を考案し、次いで前兆信号の処理手法を考案する。それによって地震前駆現象の検出を可能とし、地震準備域の特定と地震に至る過程を把握して、信頼度の高い地震予知情報を取得するための機器技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地殻の膨張やずれなど機械的な計測量の異常から地震直前の異常を検出して地震の発生を予測する方法が現在主に採用されている。しかし、深部震源域の機械的な異常変化が地表近くで検知可能となるのは、その変化が地表近くまで伝わるに要する時間経過の後となる。従って、地震のほうが先に発生する可能性がある。可能な場合でも、半日前から数日前の直前になることが指摘されており、充分な防災対応が採択できない欠点が指摘されている。従来技術について以下の文献をあげる。
【０００３】
また、電磁波による前兆的な放射異常現象の研究が、現在世界的に各種の方法で行われている。1つの方法は、直接大地の地電流や地電位、大地周辺の電磁界を観測する方法であり、他の方法は、航法電波や放送電波が地下からのエアロゾル等の噴出により異常伝搬することから間接的に伝搬路上の地殻の異常を検知する方法の2つに大別される。
本発明は、第1の方法に属するが、各種の雑音などによって見誤る場合が多く、充分な地殻の情報が得られない欠点がある。また、第2の方法は、観測装置の設置上の制約や、伝搬特性の影響のため地殻の状態が直接観測できない欠点がある。
【０００４】
【特許文献１】米国特許  3,136,943  6/1964  Slichter
【特許文献２】米国特許  4,825,165  4/1989  Helms et al.
【非特許文献１】長尾年恭著  地震予知研究の新展開  近未来社  2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電磁波前兆現象について多年の観測から、前兆信号の発生状況とその信号のモデルを示し、課題となる雑音の除去と前兆信号検出法について改善方法を提案することを目的とする。
地震の準備域においては、地殻に強大な圧力が加わっており、局所的に高温・高圧となっている。このため、地震の前数週間から数ヶ月間において、一部岩体が溶融しマグマ・ガス・熱水が発生し、それらが激しく地下深部から上昇や移動を繰り返している。
【０００６】
これらマグマ・ガス・熱水は強い電気伝導性を持つ電磁流体であり、溶解前に比べて地殻の電気的特性を大きく変化させる。これによって、地電流の流線の変化や地表面からの放電現象などが発生し、電磁気的な地震前兆現象が発生する。このような電磁気学的な地震前兆現象を地表から検知すれば、従来技術では不可能なより早期の地震前兆現象の検出が可能となる。
【０００７】
しかしながら、地表で検知できる電磁気異常は微弱なため、多くの雑音が障害となって、検知が困難な場合が多い。特に、太陽による地球環境雑音・雷雑音・人工雑音などの雑音源はレベルが大きく、微弱な前兆信号の検知に重大な障害となる。
【０００８】
このため、従来行った発明（特許3213688号, 特許3453272号、特開2000-180559号、特開2000-346952号）においては、地球環境雑音・雷雑音・人工雑音の除去・改善方法を考案してきた。    
【０００９】
本発明においては、検知信号のどの部分が、またどのような変化が地震に関連した前兆信号であるかを識別する手段を提供することにより、信号の解析技術が向上し、誤った処理や予測を行う可能性を改善する。すなわち、放射異常信号を特定してその発生域を求め、前兆信号の特徴を抽出することにより、地震予知の信頼度を向上することを課題とする。
【００１０】
また加えて、月単位・年単位の長周期の放射変動成分を検知する考案を付加することにより、短周期の放射がたまたま起きた単独現象なのか、深部の地殻活動に起因する基本的な放射活動なのかを識別することが可能となり予測精度を向上する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
通信等では用いられない極超低周波帯において、高感度に大気環境の微弱な電磁波信号を受信する手段と、その異常な信号状態を解析する新たな手段を提供し、地震・火山噴火・大洪水の自然災害を予知し、減災するための観測システムを提案する。
【００１２】
検知する信号はきわめて微弱であるため、大きな観測雑音である磁気圏や電離圏に起因する地球環境雑音のほか、雷雑音・人工雑音を低減・除外することが極め重要である。
【００１３】
本発明においては、観測周波数の選定が受信雑音軽減に重要であることを示し、かつ近接する大きな人工雑音を除去するため、商用電源による雑音周波数成分をフィルタにより除去して、地震等の放射異常がない平常時には各残留雑音のみによる低雑音状態を実現し、放射異常時との受信信号の統計的性質が著しく異なるようにして、異常判定を明確にした受信機構成を採用する。
【００１４】
然るに、微弱な残留雑音が安定に受信されている平常時の電磁波信号状態が、ある日ある時刻から突然に信号振幅が増加し、異常な変化をはじめて乱れることがある。これらの変化は地殻が放射している地震の前兆的な電磁波信号（以下、主として地震について説明するが、同様に火山噴火・大洪水大気団による電磁波信号についても当てはまる。）であるかも知れないし、それ以外に原因をもつ人工雑音の可能性も否定できない。このような乱れが地震に関連しているとすれば、そのことを証明することが求められる。1つの証明法としては、地震との相関を長期の観測データに基づいて統計学的に検定することである。
【００１５】
しかし、地震の場合、その発生周期はきわめて長く、統計的検定には多くの困難が伴う。したがって、大気環境の電磁波放射の異常期間のみの信号を判別し抽出して解析できれば、大きな利用価値がある。たとえば、地震の放射である場合、その放射域を特定して異常地域にアラームの発信をほぼリアルタイムで行う必要がある。したがって、高速に信頼度高く地震に関連する電磁放射であるかそうでないかを判別する考案が課題となる。
【００１６】
このため、本考案においては、環境雑音の少ない観測窓周波数において受信し、さらに人工雑音を除去して出力信号となるので、地殻活動等のない平常時の信号は、各種の雑音の微小な残留成分が合成されたものからなる。このため、中心極限定理によって、正規則を特徴とするいわゆるガウス性雑音出力である事がわかる。このことを利用して、平常時の信号であるかどうかを判別する。一方、地震に関連する放射信号はスパイク状の放射や各種の乱れが混在した信号であるため、ガウス性信号とはかけ離れているので、その区別を確実に行うことを課題とする。
【００１７】
現在までに得られた観測において、地震と相関の高い放射信号は、連続的に検知されるものではなく、特定の数日、半日、数時間と不連続的に飛び飛びにランダムに検出されることがわかってきた。また、その信号レベルについても平常時の信号レベルに近いものから数十倍と大きいものまで存在する。
【００１８】
また、地震放射信号の到来方位から放射域を決定するには、この異常放射区間の信号を用いて解析する必要がある。その到来方位、放射域、放射規模など地震に関連する重要な情報検出のための信号処理方法が課題となる。
【００１９】
地震規模が大きくなり放射が長期化するようになると、不連続的な異常放射が突発的な単独の現象か、あるいは互いに関連性を持った地震の放射であるか判別することが求められる。このため、1日を単位とする放射現象を短周期異常として検出する方策のほか、加えて2週間、1ヶ月、さらに数ヵ月に及ぶ長周期の放射変動をチェツクすることが必要になる。これによって人為的でない自然生起の放射異常である事の確認が得られる。また、その継続期間から発生する地震の規模についての情報が得られる。
【００２０】
平成17年3月20日の福岡県西方沖地震Ｍ7.0に際し、本震や余震と検知された電磁波異常信号との相関が極めて高い信号がこの発明により検知され、放射域も震源域近くに特定された。また、本震後にＭ5.0を超える余震が5つ発生したが、そのいずれにも1日以内前に前兆放射異常信号が検知された。
【００２１】
多くの地震について、放射異常と地震との相関分布が求められれば、地震の予知確率や誤認確率、見逃し確率が求められる。このような基礎的なデータの蓄積が将来の地震予知にとって重要な課題である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の地殻活動検知受信方式および装置によって、地震の前兆的な地殻活動が放射する微弱な磁場変動を高感度に検知することが可能となる。また、検知信号が異常な地殻活動に起因するものかどうかを、放射位置を求めて予想震源域に対応するかどうか確認できるほか、さらに検知信号のもつ長周期成分と対比して地震前兆による検知信号かどうかを再度確認が可能となる。このような新しい機能を付与することにより、電磁気による地震予知で課題となる雑音による誤認を改善し、従来技術では得られないより早期の異常検知が可能となり、防災対策の効果を挙げることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の一実施形態を図1から図11までを参照して説明する。
最初に、本発明の詳細を展開する上で、地震に先行する地殻活動によって電磁波が形成されるメカニズムについて考察することが必要になる。またその電気回路的なモデルを検討することが地震予知システムの開発に必要である。
【００２４】
最近の約20年における観測事実から得られた地震電磁波発生のメカニズムを図1に示す。図2は、図1の電磁波発生のメカニズムに対し、電磁結合によって信号検出を行う地震電磁波の発信と受信の信号モデルを表わす。なお、これらのメカニズムとモデルは、今後の実験と解析によって改良されて行く。
【００２５】
図1に示すよう、地震発生が近づく深い地殻11では、地震の少し前からひずみ応力が増大し、断層周辺の地殻12に変化が起きる。断層間に強い地殻ひずみ応力が加わることによって、高温高圧となった地殻が局所的に溶解する。それによって生じたマグマ・熱水・ガス13は周囲の地殻より比重が小さく、また高圧力によって地殻の割れ目14を伝わり地表に向け上昇する。
【００２６】
上昇する過程で、ガス・熱水・マグマは高温・高圧かつ強酸性であり溶解性に富むため、岩体の金属イオン（価数が酸化で変化するものとしては、還元性の2価鉄が最も多く、5-10％重量比存在する）を溶解し地表近くに輸送する。上昇した2価鉄イオン15は地表近く16で地下水や空気に含まれる酸素により3価鉄17に酸化され、1モル当たり約10万クーロンの大量の電子（電荷）18を放出する。
【００２７】
この酸化作用は空気−鉄電池の陰極で行われる作用と同様であり、この酸化作用が地表近くで行われるため、放出された電子の一部は中和されるが残った電子は地表や空気中の分子などに付着し、地表面に帯電層19を形成する。帯電層からは負の帯電電位によって、大気中へ電子が加速され大気分子との衝突電離を繰り返し増倍され、放電現象20が発生する。このため、電磁波（電気力線と磁力線）21が発生し放射される。図では磁力線のみ記す。2価鉄イオンの酸化還元作用は地震電磁気現象の最も大きな電気的エネルギー源と考えられる。
【００２８】
地表で観測される前兆電磁気現象は地下深部の震源域から直接到来すると考えられたことがあったが、大地のもつ電磁波吸収特性（表皮効果、表皮厚）によって地表に到来する可能性は少なく、現在では否定的である。特に本考案が対象とする極超長波帯(10-300Hz) の電磁波は、直流周辺の周波数に比べて表皮厚が小さいので、地表ないし浅い地殻内の電磁気現象を検知していると考えられる。この地表周辺を地震電磁波の発生に係わる活性層22と呼ぶことにする。
なお、地球の大気電気は大気と大地間を流れる正逆両方向の電流で平衡しており、局所的な地震現象による電荷不平衡は地球全体として中和される。
【００２９】
このほか、地震の前に地殻深部で多量の地下水の流動が確認されており、それに含まれる2価鉄イオンをはじめ、電気伝導性の地下水やガス・熱水・マグマの形成や流動は地殻の電気伝導度を変化させる。このため、地殻の電荷分布が変化し、その中和のための電流が流れる。また地表面に常時存在する地電流が、地震準備域の周辺で電気伝導度が変化するため流線の変化23を生じ、これらからも地震前兆電磁現象となる磁力線24が発生する。
【００３０】
金属イオンが持ち去られた断層面はシリカの含水鉱物（粘土）で覆われ、やがて金属イオンの溶解はなくなり、前兆電磁現象も止む。その段階になると、断層面の摩擦抵抗は著しく低下し、断層の滑りが発生し地震に至ると考えられる。前兆的な電磁波の発生があって、その後に地震が発生するこれらの考察は、観測事実とよく合致している。
【００３１】
図2は、図1のメカニズムによって地殻活動エネルギー25が電気的エネルギーに変換され、発生したノイズ状の信号26と、それによって生じる放電27と地電流変動28が作る磁力線29が磁気センサに捕捉される。磁気センサとしては、コイル型やフラックスゲート型など各種の構成があり使用できる。ここでは高い感度が得られる空芯ソレノイドコイル、あるいは低周波数で感度を得るために大きいインダクタンスが必要なためスーパ・パーマロイ鉄芯入りコイルが用いられる。以下簡単にコイルセンサと呼ぶ。受信コイルセンサ30に捕捉され、生じた起電力31が狭帯域な増幅器32を経由して増幅され出力される。出力信号33は、ランダムな位相を持つ搬送波信号が、地殻ひずみエネルギーによって振幅変調されている。図2はこの信号モデルを表わす。観測される電磁波振幅は、電磁波を形成する活性層に供給される地下深部物質の供給量、従って地殻活動に依存している。
【００３２】
なお、電荷による電気力線を線状アンテナで検出する方法もあるが、低い周波数では受信インピーダンスが高いため、センサ周辺の浮遊電荷による干渉を受け易く信号の品質が低下するので、利用されることは少ない。
【００３３】
図2において、狭帯域信号出力33は直流成分再生回路34において振幅検波される。振幅検波出力35、すなわち検知信号は地殻活動エネルギーに対応する信号であることが、図2の説明から理解される。この理由により、コイルセンサで検出する周波数成分は、地球環境雑音のない窓周波数の搬送波信号であるが、振幅検波することで直流分が再生され、地殻活動に対応する長周期変動成分まで検知することが出来る。このような構成によって雑音を低減し、高感度に長周期成分の検出が可能となる。
【００３４】
従来の方法においては、超低周波数成分を検知するために、センサ出力の該周波数成分を直接増幅する方法が採用されていたが、その方法に比べて、雑音除去に対し格段の性能改善が可能となる。
さらにインパルス状の雑音を排除するために、6秒間の平均化処理36を加える。地震前兆現象は地震現象とは異なり、急激に事象が変化しないので、6秒の平均操作が検出信号の劣化につながることはない。
【００３５】
この段階で検出信号は狭帯域となっているので、中央の情報処理センターにデータを伝送するの際して通信コストの点で有利である。
【００３６】
図3は検知した信号から地震発生に関する情報を抽出する信号処理回路の実施例を示す。図2の受信機構成をもちいて、東西方向と南北方向の2つのセンサによるそれぞれの出力信号41，42を、情報処理センターは受信する。
【００３７】
これらのデータは6秒平均されているので、予兆現象を検知するには十分高速であるが、前兆現象の信号処理にはなお過分である。従って、インパルス性の環境雑音を除去するため、第2の平均化回路43，44で150秒の平均化を与える。150秒毎の平均化出力は加算回路45で加算され、線形予測フィルタ回路46に加えられる。
【００３８】
なお、発明の構成を実現する手段はアナログ形式のほかデジタル形式およびそれらの混在形式など実施例示以外にも存在することは言を待たない。
【００３９】
図4は線形予測フィルタの1構成例を示す。実施例では、150秒の遅延回路10個47からなり、それぞれの出力は係数回路48により係数倍されて加算回路49により加算される。この加算結果50が地震のない平常時の受信信号の現在の値と同等となるように係数が求められる。すなわち、過去10個の値の線形和として、現在の値を与える線形予測回路である。
【００４０】
よって、加算回路51の出力52は、入力信号と予測値との誤差を示す。2乗平均回路53は誤差の平均電力を求める回路である。平均化回路54はさらに揺らぎを抑える作用も持つ。その出力55が線形予測誤差出力として、以下の処理に用いられる。
【００４１】
平常時には先に触れたように、各種雑音の残留誤差信号が出力となるため、正規則による雑音信号である。このため、比較的低次数の10次程度で良好な線形予測が可能となる。しかし、地震の前兆現象が受信されたときには、正規則の信号ではないインパルス状や不規則に変動する信号が受信されるので、大きな予測誤差が出現する。このことによって、異常放射である事が検出される。
【００４２】
線形予測係数は、予測すべき信号の自己相関係数から理論式によって求められる。実施例においては、平常時の1日データ（150秒平均）25日分についてそれぞれ線形予測係数を求め、各係数について25個の値を平均して求めた。
【００４３】
線形予測係数については、季節変動などを考慮して逐次更新する自動化を導入することが出来るが、詳細は割愛する。
【００４４】
このようにして、放射異常が受信されたとき、線形予測フィルタから大きな誤差出力が出力される。この信号の出力振幅によって、図3の処理回路では振幅識別回路によってそのレベルが十分かどうか判定して、放射異常であると確信できる場合について、受信信号をゲート回路57，58により取り出す。これら予測と識別の回路の動作設定は学習によって逐次最適化が行われる。
到来方位角度計算回路59においては、東西方向と南北方向の受信信号振幅の比を計算しそのアークタンジェントから観測点に到来する放射異常信号の到来角度60を求める。
【００４５】
また一方、図3のベクトル合成回路61は、東西と南北2方向成分をベクトル合成して、信号振幅を計算する回路である。その出力62が受信機の検出信号レベルを表す。この出力は150秒毎の出力である。
【００４６】
長周期変動解析回路63は、地震等の非定常な現象の周波数解析に適するウェーブレット周波数分析回路であり、数週間から数ヶ月間の長期間の検知信号を継続的に加えて、分析周期が１週間から数ヶ月間の長周期成分において地殻変動がどのように推移するかをカラーにより表示する。このため、地殻活動の長い期間にわたり消長を把握できるので、将来予測に有効な情報となる。
【００４７】
また、短周期変動解析部65は1日以内の変化成分について解析を行うウェーブレット周波数分析部であり、66はその出力を示す。
【００４８】
以上の図2,3,4は1つの観測点についての受信機構成とその信号解析について示した。実際の観測においては、複数の観測点からの情報を収集してより組織的な解析を行うのが普通である。複数の観測点からなるシステムにおいては、図2の出力を通信回線で情報処理センターに転送し、図3の検知情報処理回路はセンター側に持つ場合が普通である。図5はこのような複数の観測点システムからなる情報処理の構成の1例を示す。
【００４９】
ある1つの地震の予測される地域に対し、東西・南北2方向のコイルセンサ検知軸を持つ2つの受信機かなる観測点を周辺に3箇所指定する場合について、電磁波放射推定域を決定する構成を図5に示す。
【００５０】
中央の情報処理センター70では、通信回線により受信した各観測点71，72，73の受信信号74，75，76をもとに、図3に示した構成の検知情報処理回路77，78，79を動作させ、各観測点よりの到来方位角80，81，82を計算する。放射域推定回路83では、観測点の位置情報と到来方位角情報を合わせて、3観測点から電磁波放射域を推定する。
【００５１】
なお、東西と南北方位の検知レベル（振幅）から方位角を求める場合、東西・南北軸に対称な2本の方位線が引かれるが、そのうち1本は疑似方位線となる。このため、3箇所の観測点があれば、放射域は１つに確定する。この結果は、地図形式で放射域表示装置84に表示される。
【００５２】
なお、放射域が確定すると、各観測点から放射域までの距離が決まり、それによって受信レベルを規格化して、地殻活動の強さが推定できる。また、方向による検知レベルの違いによって地殻の異方性の存在など、地殻情報の獲得が可能となる。
【００５３】
なお、各観測点にGPS受信機85，86，87を用いて、時間基準を確保できれば、それを基準として基準搬送波信号を形成できるので、位相同期検波が可能となり、観測点間の位相差から放射域の正確な特定が可能になる。
【００５４】
図6は、平成17年3月20日10時53分に発生した福岡県西方沖地震Ｍ7.0（北緯33度44.3分  東経130度10.5分  震源深さ約9ｋｍ）の震央と、2つの観測点、長崎県雲仙市千々石と熊本県美里町砥用の位置関係を示す。
【００５５】
図7は、震央のほぼ南120ｋｍにある長崎県雲仙市千々石で観測した南北方向の磁束密度データを示す。本震とＭ5.0を超える5つの余震を含む平成17年2月2日から5月2日までの約3ヶ月間について示す。横軸の数字は日数を表す。
【００５６】
コイルセンサは直径約40ｃｍの空芯ソレノイド型であり、観測周波数223Hzに共振している。観測データの縦軸は、南北方向の磁束密度を150秒間平均した値を示す。縦軸の数値は、受信した磁束密度を受信帯域幅、この場合1/150Hzとなる、の平方根で規格化して示されている。帯域内で一様なスペクトラムを持つ信号を受信すると、その受信振幅は帯域幅の平方根に比例するため、規格化される。受信した磁束密度は1Hz帯域幅換算で数ピコテスラpT から10pTの値である。日変化しているのは、背景雑音レベルで、熱帯地域から到来する多数到来する微弱な雷雑音からなっている。太陽の照射によって、電離層高度が日出後低下し日没後上昇するため、電離層と大地間を透過して到来する雷雑音レベルは日中に小さく、夜間に大きくなる。日変化する背景雑音の上に、ランダムな変化やスパイクやインパルス状の電磁波放射が受信されているのが分かる。
【００５７】
図8は、図3および図4で示した10次の線形予測フィルタを用いて、図6の受信データを処理した結果を20日間ごとに示す。なお、縦軸の2乗平均誤差は、近接雷などのインパルス性雑音を平均化して除去するために、3時間の移動平均処理が加えられている。図8には,本震のほか5つのＭ5.0を超える余震について、その発生時刻を縦線で示している。なお、5つの余震についてのデータを図6に併記している。
【００５８】
図8の結果を見ると、本震約4日前の3月17日の午前中に約半日間平常時と異なる放射異常があった事がわかる。また、5つの余震の前1日以内にいずれも放射異常が存在したことを示している。これらの観測結果は、前兆的な電磁波放射現象が存在することの確かな証拠と考えられる。
【００５９】
図9は、本震の4日前の午前中に異常放射と判定された期間（図7の3月17日24時間）の観測データを拡大して示す。
【００６０】
図10は、図9の観測データに対応して、3月17日24時間の東西と南北磁界の振幅比から到来方位角（東方向から北方向に測った）を求め、３時間の移動平均を与えた結果を示す。
異常放射が3月17日の午前中に約3回順次強く出現しており、図8の線形予測誤差もこれに対応して変化していることが分かる。この放射期間を図10において、放射1, 放射2, 放射3 と表している。これらの期間の平均到来角を求め、もう1つの観測点である美里町砥用についての到来角を求め、2観測点の交点から磁界の放射域を求めた結果を図11に示す。最も放射振幅の強い放射 3が最も震央に近い放射域を示している。
【００６１】
なお、線形予測誤差が出ていない3月17日の残りの時間での到来方位角は約40度になっている。これは、ランダムな残留雑音成分がほほ同じレベルで東西と南北方向に存在したこと（正確には東西方向雑音が少し大きい）を意味している。
【００６２】
なお、観測点が2箇所の場合、疑似交点が出現することが示されている。観測点が3箇所の場合、すべての真の方位線が真の交点に集まるので、放射域が唯一に特定できる。
【００６３】
なお、余震についての放射域の計算でも、最初の2つの余震については、震源域の近いくに放射域が特定されたが、線形予測誤差が小さい3，4番目の余震については遠方にずれ、最後の最も線形予測誤差の小さい場合には、到来方位線が震源域に交点を結ばなかった。放射信号レベルが小さく、雑音による角度誤差が大きくでたためと考えられる。
【００６４】
以上の線形予測誤差による放射異常検知では、短周期の異常検知ができた。しかしながら、Ｍ7.0クラスの地震では、より長周期の放射異常が存在すると考えられる。このため、観測データを、地震活動のような非定常な現象の周波数解析に適したウェーブレット周波数分析回路に加えて、2週間周期までの極超低周波数成分がどのように観測データに含まれるか解析した。その結果が図12である。図12の上部には、平成17年1月より3月末日までの観測データを示し、図12の下側に対応するウェーブレット解析結果を示す。縦軸は周期を表わし、下に行くほどリニアーに長い分析周期成分を示す。図12の解析例では2週間成分までを表示している。
【００６５】
すぐ下に横一線に白く浮かび上がっているのは、1日周期成分を表し、上の観測データの日毎の振幅変化に対応している。解析結果を見ると、ほぼ中央に楕円状の極めて白く輝く部分が見られる。この放射成分は、福岡県西方沖地震の約33日前の前後8日間に、10日周期成分を中心として6−14日周期成分が強く放射されたことを意味している。
【００６６】
2週間後にこの強い放射はいったん弱まり、地震の10日前の3月10日に8日成分を中心に再び強まり、その後弱くなって地震発生となっている。地震後は、3日して6日成分が現れ、ここで余震が起きている。
【００６７】
地震の約1ヶ月前から10日ほどの長周期の電磁波成分が、地殻活動によって励起がされている事が示された。この結果は新しい観測結果である。このような長周期放射成分は、観測振幅データの大きな変動区間と対応している。
【００６８】
また、2003年9月26日に発生した十勝沖地震Ｍ8.0について、同様の解析を行ったところ、数ヶ月以上前から長周期の放射異常が出現していることが確認された。発生する地震規模とともに放射異常の出現期間が長期化することが予想される。これらの詳細を、より多くの事例について、統計的に処理すれば、地震規模の推定が出来る期待がある。
【００６９】
また、線形予測誤差出力との対応は個別的でなく、いくつかの発生グループの強さと関連して現れている点で、2つの解析結果は関連しており、２つの解析結果は地震予知の判断に有効な結果を与える。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
地震、火山噴火、大洪水など大災害を電磁気的名な前兆現象により事前に予知し、災害を緩和するシステムの実現ができる。また、陸海空の安全運行システムや、製造生産現場における地震時の振動による製品不良歩留まりの向上、工事現場の安全性確保や人身事故の排除に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】地震電磁波の発生メカニズムの例示図
【図２】地震電磁波の信号モデルと地殻活動検知受信機構成図
【図３】検知情報処理回路構成図
【図４】線形予測フィルタ回路構成の例示図
【図５】複数観測点による放射域推定のための構成図
【図６】2005年3月20日の福岡西方沖地震Ｍ7.0と観測点配置図
【図７】福岡県西方沖地震Ｍ7.0前後の期間（2005年2月2日〜5月2日)に観測された長崎県雲仙市千々石における223Hz 南北磁界データ（150秒平均値）
【図８】磁界観測データに対する線形予測誤差と本震と余震(M5を超える)の発生時刻（縦線）
【図９】福岡県西方沖地震発生の4日前3月17日24時間の南北磁界データ
【図１０】観測点長崎県雲仙市千々石から求めた磁界の到来角
【図１１】観測点長崎県雲仙市千々石と熊本県砥用から求めた磁界の放射域
【図１２】磁界観測データと対応する長周期ウェーブレット解析結果
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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