(57)【要約】【課題】  早期の地震諸元推定において重要な震源に近い観測点における震央距離の推定精度を向上させる震央距離推定装置、震央距離推定システム及び震央距離推定方法を提供する。【解決手段】  地震波の初動部分の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、ｙ（ｔ）＝Ｂｔ・ｅｘｐ（−Ａｔ）をエンベロープにフィッティングし、係数Ｂを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Ｂと前記入射角θincとを式ｌｏｇΔ＝Ｃ1・ｌｏｇＢ＋Ｃ2・ｆ（θinc）＋Ｃ3、ただし、Ｃ1，Ｃ2及びＣ3：統計的に求める定数、ｆ（θinc）：入射角θincの関数、に適用し、震央距離を求めることを特徴とする。【選択図】図３
2008281462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震波を検知する検知手段と、
前記地震波の初動部分の時系列データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、
ｙ（ｔ）＝Ｂｔ・ｅｘｐ（−Ａｔ）                    ・・・（１）
をエンベロープにフィッティングし、係数Ｂを求めると共に、
地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、
前記係数Ｂと前記入射角θincとを式
ｌｏｇΔ＝Ｃ1・ｌｏｇＢ＋Ｃ2・ｆ（θinc）＋Ｃ3      ・・・（２）
ただし、Ｃ1，Ｃ2及びＣ3：統計的に求める定数、
ｆ（θinc）：入射角θincの関数
に適用し、震央距離を求める処理部と、を備えたことを特徴とする震央距離推定装置。
【請求項２】
地震波の情報を送受信するセンター通信部と、
前記地震波の初動部分の時系列データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、
ｙ（ｔ）＝Ｂｔ・ｅｘｐ（−Ａｔ）                    ・・・（１）
をエンベロープにフィッティングし、係数Ｂを求めると共に、
地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、
前記係数Ｂと前記入射角θincとを式
ｌｏｇΔ＝Ｃ1・ｌｏｇＢ＋Ｃ2・ｆ（θinc）＋Ｃ3      ・・・（２）
ただし、Ｃ1，Ｃ2及びＣ3：統計的に求める定数、
ｆ（θinc）：入射角θincの関数
に適用し、震央距離を求めるセンター処理部と、
を有するデータセンターと、
前記データセンターと地震情報を送受信する地震計と、を備え、
前記データセンターは、前記センター通信部により前記震央距離を前記地震計に送信することを特徴とする震央距離推定システム。
【請求項３】
地震波の初動部分の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、
ｙ（ｔ）＝Ｂｔ・ｅｘｐ（−Ａｔ）                    ・・・（１）
をエンベロープにフィッティングし、係数Ｂを求めると共に、
地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、
前記係数Ｂと前記入射角θincとを式
ｌｏｇΔ＝Ｃ1・ｌｏｇＢ＋Ｃ2・ｆ（θinc）＋Ｃ3      ・・・（２）
ただし、Ｃ1，Ｃ2及びＣ3：統計的に求める定数、
ｆ（θinc）：入射角θincの関数
に適用し、震央距離を求めることを特徴とする震央距離推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単独観測点で得た地震動のＰ波初動のデータから、震央距離（観測点から震央までの距離）を推定する震央距離推定装置、震央距離推定システム及び震央距離推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、震央距離を推定する震央距離推定方法であって、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算出し、前記パラメータＢから震央距離を求めることを特徴とする震央距離推定方法があった（特許文献１）。
【特許文献１】特許第３６９５５７９号公報
【非特許文献１】横田崇，自動検測手法の研究, 気象研究所技術報告, No16,P56-P100, 1985
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載された従来技術では、係数Ｂのみから震央距離を推定している。しかしながら、係数Ｂは、地震動が地中を伝播してくる過程で減衰や散乱の影響を受けて観測点に到達するので、震央距離の影響だけではなく、震源深さも考慮した震源距離（観測点から震源までの距離）の方がより相関性がある。震央距離と震源距離は、図９に示すように、入射角Θincを無視すると、震源距離は等しいが、震央距離が異なる場合がある。したがって、ある程度深い地震のデータで震央距離を推定する際に、震央距離を大きく推定する場合があり、更に震央に近い観測点ほどその傾向が強い。早期地震検知の観点から、最も早く地震諸元の推定が行える震源に近い観測点ほど推定誤差が大きくなる。
【０００４】
本発明は、このような早期の地震諸元推定において重要な震源に近い観測点における震央距離の推定精度を向上させる震央距離推定装置、震央距離推定システム及び震央距離推定方法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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の震央距離推定装置は、地震波を検知する検知手段と、前記地震波の初動部分の時系列データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、
ｙ（ｔ）＝Ｂｔ・ｅｘｐ（−Ａｔ）                    ・・・（１）
をエンベロープにフィッティングし、係数Ｂを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Ｂと前記入射角θincとを式
ｌｏｇΔ＝Ｃ1・ｌｏｇＢ＋Ｃ2・ｆ（θinc）＋Ｃ3      ・・・（２）
ただし、Ｃ1，Ｃ2及びＣ3：統計的に求める定数、ｆ（θinc）：入射角θincの関数、に適用し、震央距離を求める処理部と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の震央距離推定システムは、地震波の情報を送受信するセンター通信部と、前記地震波の初動部分の時系列データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、
ｙ（ｔ）＝Ｂｔ・ｅｘｐ（−Ａｔ）                    ・・・（１）
をエンベロープにフィッティングし、係数Ｂを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Ｂと前記入射角θincとを式
ｌｏｇΔ＝Ｃ1・ｌｏｇＢ＋Ｃ2・ｆ（θinc）＋Ｃ3      ・・・（２）
ただし、Ｃ1，Ｃ2及びＣ3：統計的に求める定数、ｆ（θinc）：入射角θincの関数、に適用し、震央距離を求めるセンター処理部と、を有するデータセンターと、前記データセンターと地震情報を送受信する地震計と、を備え、前記データセンターは、前記センター通信部により前記震央距離を前記地震計に送信することを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明の震央距離推定方法は、地震波の初動部分の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、
ｙ（ｔ）＝Ｂｔ・ｅｘｐ（−Ａｔ）                    ・・・（１）
をエンベロープにフィッティングし、係数Ｂを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Ｂと前記入射角θincとを式
ｌｏｇΔ＝Ｃ1・ｌｏｇＢ＋Ｃ2・ｆ（θinc）＋Ｃ3      ・・・（２）
ただし、Ｃ1，Ｃ2及びＣ3：統計的に求める定数、ｆ（θinc）：入射角θincの関数、に適用し、震央距離を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
このような震央距離推定装置、震央距離推定システム及び震央距離推定方法により、震央距離を入射角により補正して推定したので、推定精度が向上し、特に、早期の地震諸元推定において重要な震源に近い観測点における震央距離の推定精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の第１実施形態の地震計の主要構成を示す図である。図中、１は地震計、２は通信部、３は計測部、３１はセンサ、３２はＡ／Ｄ変換器、４は処理部、４１は処理装置、４２は記憶手段としてのリングバッファ、４３は記憶手段としてのデータ記録装置、５は時計部、６は電源部、７はＧＰＳアンテナである。
【００１０】
地震計１は、通信部２、計測部３、処理部４、時計部５及び電源部６等を有する。通信部２は、気象庁からの緊急地震速報又はそれを加工した情報等（以下、緊急地震速報等という）を受信し、処理部４に出力すると共に、地震データを外部に伝送するものである。計測部３は、センサ３１及びＡ／Ｄ変換器３２等を有し、センサ３１で計測した加速度等をＡ／Ｄ変換器３２で処理した信号を、処理部４に出力するものである。処理部４は、処理装置４１、リングバッファ４２及びデータ記録装置４３等を有し、通信部２及び計測部３からの入力信号を処理することで、地震データを記録するものである。処理装置４１は、通信部２又は計測部３から入力された情報から観測点から震央までの距離である震央距離を推定するものであり、リングバッファ４２は、ある一定時間のみの一時記憶を連続して繰り返し実行するものであり、データ記録装置４３は、リングバッファ４２上のデータのうち地震と推定される震動データを記録する装置である。時計部５は、ＧＰＳアンテナ７等から正確な時刻を取得するものであり、電源部６は、地震計１の電源を取得するものである。
【００１１】
なお、図１に示す実施形態では、通信部２、計測部３及び処理部４等を一体型とした地震計を示したが、図１に示す実施形態の変形例として図２に示すように、通信部２又は計測部３を独立させ、通信装置２０又は計測装置３０としてもよい。
【００１２】
このような構成の地震計１の動作について説明する。図３は、地震計１の震央距離推定方法のフローを示す図である。まず、ＳＴ１で、地震計１は震動のディジタル波形を取得する（ＳＴ１）。次に、ＳＴ２で、ステップ１において取得したデータからオフセットを除去する（ＳＴ２）。
【００１３】
続いて、ＳＴ３−１で、エンベロープ作成用のディジタルフィルタ処理を実行する（ＳＴ３−１）。本実施形態では、高周波数帯を通過させるようなバンドパス（あるいはハイパス）フィルタである１０−２０Ｈｚを通過させるようなＦＩＲフィルタを適用する。
【００１４】
次に、ＳＴ４−１で、データの絶対値をとり、エンベロープを計算する（ＳＴ４−１）。続いて、ＳＴ５−１で、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、式（１）をエンベロープにフィッティングし、係数Ａ，Ｂを求める（ＳＴ５−１）。
【００１５】
ｙ（ｔ）＝Ｂｔ・ｅｘｐ（−Ａｔ）                  ・・・（１）
これらステップ１からステップ５までは、特許文献１に記載されたものを参考にする。
【００１６】
また、係数を求めるステップ３−１からステップ５に並行して、入射角θを推定するステップ３−２からステップ４−２を実行する。
【００１７】
ステップ３−２で、入射角演算用のディジタルフィルタ処理を実行する（ＳＴ３−２）。本実施形態では、低周波数帯を通過させるようなバンドパス（あるいはローパス）フィルタである１−２Ｈｚを通過させるようなＦＩＲフィルタを適用する。
【００１８】
次に、ＳＴ４−２で、入射角θincの推定を実行する（ＳＴ４−２）。本実施形態では、Ｐ波初動のデータから地震動の入射角θincを推定する方法として、図４に示すように、Ｐ波検知から１秒程度の地震動の粒子軌跡に楕円体を当てはめ、最大主軸の方向を求める主成分分析により、観測点から見た震央の方向と共に入射角を求める非特許文献１の方法を参考にする。
【００１９】
続いて、ステップ６で、ステップ５において求めた係数Ｂとステップ４−２において求めた入射角θincとから震央距離を求める（ＳＴ６）。本実施形態では、震央距離の推定式として、式（２）を適用する。
【００２０】
ｌｏｇΔ＝Ｃ1・ｌｏｇＢ＋Ｃ2・ｆ（θinc）＋Ｃ3    ・・・（２）
ただし、Ｃ1，Ｃ2及びＣ3は、統計的に求める定数である。また、ｆ（θinc）は、入射角θincの関数である。
【００２１】
次に、本実施形態の式（２）で推定した震央距離と、従来の特許文献１の方法である式（３）で推定した震央距離の精度の比較をする。
【００２２】
ｌｏｇΔ＝Ａ1・ｌｏｇＢ＋Ａ2                        ・・・（３）
比較の対象となるデータは、図５に示すもので、本出願人である防災科学技術研究所の基盤強震観測網の観測点ＭＹＧＨ０３の地中で得た実際の地震によるものである。図５に示すように、横軸を震源距離、縦軸を震央距離とし、震源距離のうち約１００ｋｍの辺りにおける震央距離にばらつきがあり、実際の地震において、震源距離が等しく震央距離が異なる場合の多いことがわかる。
【００２３】
図６及び図７は、本実施形態の方法で推定した震央距離と、従来の特許文献１の方法で推定した震央距離の精度の比較を示す図である。図６が本実施形態の方法で推定した震央距離の精度、図７が従来の特許文献１の方法で推定した震央距離の精度である。なお、ここでは、本実施形態の式（２）における入射角θincの関数ｆ（θinc）として、ｆ（θinc）＝ｓｉｎ（θinc）を適用した。
【００２４】
推定した震央距離の精度は、ｌｏｇ推定Δ−ｌｏｇ真Δを求め、この値が０に近いほど精度が良いものとする。
【００２５】
図７よりも図６の方が、０に近い値にグラフが集まっているのがわかる。実際の対数誤差は、図７の従来の特許文献１の方法で推定した震央距離が０．４０であるのに対し、図６の本実施形態の方法で推定した震央距離が０．３２であり、本実施形態の方法で推定したものの方が、精度良く推定することができる。
【００２６】
このように、入射角θによる補正項の導入により、震央距離の推定精度が向上し、特に、早期の地震諸元推定において重要な震源に近い観測点における震央距離の推定精度を向上することができる。
【００２７】
次に、第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態の震央距離推定システムを示す図である。図中、１００は震央距離推定システム、１０１はデータセンター、１０２はセンター通信部、１０３はセンター処理部、１０４はセンター記憶手段としてのとしてのセンターリングバッファ、１０５はセンター記憶手段としてのセンターデータ記録装置である。地震計１に関しては、第１実施形態と同様のものを用いる。
【００２８】
本実施形態では、データセンター１０１では、センター通信部１０２で緊急地震速報や各地震計等からの地震波の情報を送受信し、センター処理部１０３のセンターリングバッファ１０４又はセンターデータ記録装置１０５が地震波の初動部分の時系列データを記憶する。そして、センター処理部１０３は、センターリングバッファ１０４又はセンターデータ記録装置１０５の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、
ｙ（ｔ）＝Ｂｔ・ｅｘｐ（−Ａｔ）                    ・・・（１）
をエンベロープにフィッティングし、係数Ｂを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから地震動の粒子軌跡に楕円体を当てはめ、最大主軸の方向を求める主成分分析により、観測点から見た震央の方向と共に入射角θincを求め、前記係数Ｂと前記入射角θincとを式
ｌｏｇΔ＝Ｃ1・ｌｏｇＢ＋Ｃ2・ｆ（θinc）＋Ｃ3      ・・・（２）
ただし、Ｃ1，Ｃ2及びＣ3：統計的に求める定数、ｆ（θinc）：入射角θincの関数に適用し、震央距離を求める。
【００２９】
また、震央距離推定システム１００は、データセンター１０１と地震情報を送受信する地震計１を備え、データセンター１０１は、センター通信部１０２により震央距離を地震計１等に送信する。
【００３０】
このように、震央距離推定システム１００は、データセンター１０１において緊急地震速報や各地震計１等からの地震波の情報を本実施形態のように処理し、各地震計１等に送信するので、地震計１等の負担が軽くなり、地震計１等を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態の地震計を示す図である。
【図２】図1の実施形態の変形例を示す図である。
【図３】第１実施形態の震央距離の推定のフローチャート図である。
【図４】入射角の推定の概念図である。
【図５】本実施形態と従来技術との比較で適用した地震データを示す図である。
【図６】本実施形態の方法で推定した震央距離の精度を示す図である。
【図７】従来の特許文献１の方法で推定した震央距離の精度を示す図である。
【図８】第２実施形態の震央距離推定システムを示す図である。
【図９】震央距離と震源距離の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…地震計、２…通信部、３…計測部、３１…センサ、３２…Ａ／Ｄ変換器、４…処理部、４１…処理装置、４２…リングバッファ、４３…データ記録装置、５…時計部、６…電源部、７…ＧＰＳアンテナ、２０…通信装置、３０…計測装置、１００…震動データ記録システム、１０１…データセンター、１０２…センター通信部、１０３…センター処理部
【図１】
2008281462.tif 000003
【図２】
2008281462.tif 000004
【図３】
2008281462.tif 000005
【図４】
2008281462.tif 000006
【図５】
2008281462.tif 000007
【図６】
2008281462.tif 000008
【図７】
2008281462.tif 000009
【図８】
2008281462.tif 000010
【図９】
2008281462.tif 000011