(57)【要約】【課題】簡単な方法及び装置により、地震発生とほぼ同時に震源時を検知する共に、短時間に地震波の到来前に、震源距離、規模を予測できるようにする。【解決手段】地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する装置として、電界強度を計測する計測手段２１、２２と、計測手段による計測値データを収集・蓄積するデータ蓄積手段２４、２５と、データ蓄積手段に蓄積された計測値データを解析して電界上昇開始時刻から震源時を検知し、震源時からの経過時間と計測値データから震源距離と規模を予測するデータ解析手段２６とを備え、自然雑音および人工雑音が共に少ない地点で電界強度を計測し、その計測データを解析して、地震と同時に発生する電界の検知による地震の震源時・震源距離・規模の予測を行う。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する方法であって、電界強度の計測値データを収集・蓄積し、電界上昇開始時刻から震源時を検知し、前記震源時からの経過時間と前記計測値データから震源距離と規模を予測することを特徴とする電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測方法。
【請求項２】
前記震源時からの経過時間ｔにおける電界強度Ｅ（ｔ）と該経過時間ｔの関係から次式［数１］を基に２個以上の計測値データにより震源距離Ｄと規模Ｍを予測することを特徴とする請求項１記載の電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測方法。
【数１】
2004157094.tif 000004
ただし、ａ，ｂ：地質及び電界観測システムに依存する常数
ｒ（ｔ）：時刻ｔにおける震源域とＰ波の面間の距離＝ｔ×Ｐ波の速度
【請求項３】
地震波を計測する地震計と併用して震源時・震源距離・規模を予測することを特徴とする請求項１又は２記載の電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測方法。
【請求項４】
地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する装置であって、電界強度を計測する計測手段と、前記計測手段による計測値データを収集・蓄積するデータ蓄積手段と、前記データ蓄積手段に蓄積された計測値データを解析して電界上昇開始時刻から震源時を検知し、前記震源時からの経過時間と前記計測値データから震源距離と規模を予測するデータ解析手段とを備えたことを特徴とする電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測装置。
【請求項５】
前記データ解析手段は、前記震源時からの経過時間ｔにおける電界強度Ｅ（ｔ）と該経過時間ｔの関係から次式［数２］を基に２個以上の計測値データにより震源距離Ｄと規模Ｍを予測することを特徴とする請求項４記載の電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測装置。
【数２】
2004157094.tif 000005
ただし、ａ，ｂ：地質及び電界観測システムに依存する常数
ｒ（ｔ）：時刻ｔにおける震源域とＰ波の面間の距離＝ｔ×Ｐ波の速度
【請求項６】
さらに地震波を計測する地震計を備え、前記データ解析手段は、前記地震計による計測データと併用して震源時・震源距離・規模を予測することを特徴とする請求項４又は５記載の電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する方法及びその予測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来技術による震源時・震源距離・規模の算出は、地震波のＰ波のみ、またはＰ波とＳ波の計測により行われている（例えば、特許文献１参照）。これらの値の算出には、Ｐ波のみの場合、４箇所以上で同じ地震のＰ波を計測する必要があり、Ｐ波とＳ波を用いる場合でも、３箇所以上で同じ地震のＰ波とＳ波を計測する必要がある。
【０００３】
このため、例えば４箇所のＰ波の観測点の震源距離が約１００ｋｍまたはそれ以内にある場合、震源時（地震発生時刻）・震源距離（震源と観測点間の距離）・規模（マグニチュードＭ）の算出には、震源時から少なくともＰ波が観測点に到達するまでの１５秒を要する。しかし、通常はＰ波とＳ波の両方を用いているので、３箇所の観測点の震源距離が約１００ｋｍまたはそれ以内の場合、Ｓ波が観測点に到達するまでの約２５秒を要する。どちらの方法にせよ、地震波が３箇所、または４箇所の観測点に到達するまで、上記の例の場合は、地震発生から１５ないし２５秒間は、震源距離・規模を知ることはできない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３２４１６０号公報
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、簡単な方法及び装置により、地震発生とほぼ同時に震源時を検知する共に、短時間に地震波の到来前に、震源距離、規模を予測できるようにするものである。
【０００６】
そのために本発明は、地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する方法であって、電界強度の計測値データを収集・蓄積し、電界上昇開始時刻から震源時を検知し、前記震源時からの経過時間と前記計測値データから震源距離と規模を予測することを特徴とするものである。
【０００７】
また、地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する装置であって、電界強度を計測する計測手段と、前記計測手段による計測値データを収集・蓄積するデータ蓄積手段と、前記データ蓄積手段に蓄積された計測値データを解析して電界上昇開始時刻から震源時を検知し、前記震源時からの経過時間と前記計測値データから震源距離と規模を予測するデータ解析手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
さらに、前記震源時からの経過時間ｔにおける電界強度Ｅ（ｔ）と該経過時間ｔの関係から次式［数３］を基に２個以上の計測値データにより震源距離Ｄと規模Ｍを予測し、
【０００９】
【数３】
Ｅ（ｔ）＝ａ１０Ｍ  ／｛Ｄ−ｒ（ｔ）｝ｂ  
ただし、ａ，ｂ：地質及び電界観測システムに依存する常数
ｒ（ｔ）：時刻ｔにおける震源域とＰ波の面間の距離＝ｔ×Ｐ波の速度
地震波を計測する地震計と併用して震源時・震源距離・規模を予測することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測方法の実施の形態を説明するための図であり、１は震源、２は震源から伝播する地震波、３は地震波の波面（Ｗａｖｅ  Ｆｒｏｎｔ）であり、Ｐ波の波面であると同時に帯電面でもある。４は帯電面により誘起される誘導電界、５は電界強度を計測する電磁界センサーを示す。
【００１１】
図１において、地震波２は、地震発生と同時に震源１から発生し伝播して行く。この際、Ｐ波の速度が一番速いため、地震波の波面（Ｗａｖｅ  Ｆｒｏｎｔ）はＰ波の波面となる。Ｐ波は縦波であり、その波面は帯電面３となる。帯電面３は電界を誘起し誘導電界４が伝播する。
【００１２】
誘導電界４は、後述の観測例に示すように地震と同時に発生し、Ｐ波の伝播と同期して強度が増大し、Ｐ波の到達時に極大となる。そして、Ｐ波の到達時からＳ波の到達まで、電界は減少し、Ｓ波の伝播と同期した電界は観測されない。また、Ｐ波による電界パルスは観測されず、Ｓ波の到達時に電界パルスが発生する。
【００１３】
この誘導電界４の強度を電磁界センサー５により計測し、解析することにより震源時は、電界上昇開始時刻から検知し、前記震源距離及び規模（マグニチュードＭ）は、震源時からの経過時間と電磁界センサー５による計測値データから予測する。
【００１４】
Ｐ波の伝播と同期した誘導電界４の波形は、Ｐ波の波面（Ｗａｖｅ  Ｆｒｏｎｔ）に電荷が発生するとすれば、その誘導電界で定量的に説明できる。観測において、振幅は、Ｐ波の波面から電界観測点までの距離の二乗にほぼ反比例している。マグニチュードＭの定義として、地震動の最大速度振幅の常用対数を用いるものが多い。また、流動電位及びピエゾ電荷は最大速度振輻に比例するから、電界が流動電位またはピエゾ電荷によるものならば、電界は１０のＭ乗に比例する。よって、マグニチュードＭは次式［数４］から求められる。
【００１５】
【数４】
Ｅ（ｔ）＝ａ１０Ｍ  ／｛Ｄ−ｒ（ｔ）｝ｂ  
ただし、Ｅ（ｔ）：震源時からの経過時間ｔにおける電界強度
ａ，ｂ：地質及び電界観測システムに依存する常数
Ｄ：震源距離
ｒ（ｔ）：時刻ｔにおける震源域とＰ波の面間の距離＝ｔ×Ｐ波の速度
上式［数４］は、Ｐ波の到達前でも、震源時（電界上昇開始時刻）からの経過時間ｔと電界の振幅（電界強度）Ｅの関係から、マグニチュードＭと震源距離Ｄは予測できることを示している。即ち、マグニチュードＭと震源距離Ｄを未知数とする上式［数４］は、時間がｔのときの電界強度Ｅ（ｔ）の計測値データが２個以上得られれば解け、マグニチュードＭと震源距離Ｄは求められる。よって、地震発生後、サンプリング周期を０．１秒とすると５秒で１０個の計測値データが得られるので、数秒で、Ｐ波の到来前に、地震動は予測でき、上記従来の例の場合で、約１０秒は短縮するこができ、大部分の地域に対し地震波の到来前の予報が可能になる。
【００１６】
次に、観測装置の構成およびその処理を説明する。図２は本発明に係る電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測装置の構成例を示す図であり、２１は電極、２２は受信機、２３は地震計、２４はデータ収集部、２５はデータ蓄積部、２６はデータ解析部、２７はペンレコーダを示す。
【００１７】
図２において、電極２１は、電極間の電位差を出力するものである。受信機２２は、電極２１の出力電圧の内の、所要帯域外の出力を減少させると共に、所要帯域内の出力を所要電圧（通常は１０Ｖ以下）まで増幅するものである。地震計２３は、地震波による加速度等の振幅を電圧に変換して出力するものである。データ収集部２４は、所定のサンプリング周期（０，１秒以下）で、受信機２２及び地震計２３の計測値データを収集するものである。データ蓄積部２５は、その収集した計測値データについて有意・無意を判断したうえで、記憶手段に蓄積するものである。
【００１８】
データ解析部２６は、データ蓄積部２５の記憶手段に収集し蓄積した計測値データを解析して地震と同時に発生した電界を検出し、電界上昇開始時刻から震源時を予測し、震源時からの経過時間と計測値データから震源距離と規模を予測して出力する。ペンレコーダ２７は、電極２１、受信機２２及び地震計２３の計測状況を監視するものである。地震計２３の計測値データを用いる場合には、Ｐ波を検知して、Ｐ波の計測値データと電界強度の計測値データから震源距離と規模を予測する。
【００１９】
次に、観測例によって、観測データの処理法を具体的に示す。図３は地震と同時に発生する電界及び該地震のＰ波の観測例を示す図であり、下記の２００２年６月１４日の地震の際の観測例で、該地震の震源時・震源距離・規模を予測するための時刻関係が示されている。３１は地震と同時に発生した電界、３２は南北方向の加速度、３３は東西方向の加速度、３４は上下方向の加速度、３５は震源時、３６はＰ波の到達時刻、３７は電界の特異点、３８はＳ波到達による電界パルスの上昇開始時刻を示す。
【００２０】
2004157094.tif 000003
上記観測例によれば、地震と同時に発生した電界３１は、地震波が観測されなくなるまで継続した。南北方向の加速度３２、東西方向の加速度３３、上下方向の加速度３４は、何れも電界の観測点（波崎）の東南１４ｋｍの銚子での強震計の記録である。震源時３５（計算値）は、電界上昇開始時刻、１１時４２分４９．０秒と計算誤差の範囲内で一致している。Ｐ波の到達時刻３６は、電界観測点（波崎）での高感度地震計での観測値である。電界の特異点３７は、電界が増加から減少に急変する点である。Ｓ波到達による電界パルスの上昇開始時刻３８は、図２では、Ｓ波の到達時刻と一致しているが、電界の観測点（波崎）との距離差が１１ｋｍある銚子での観測値であり、Ｓ波の波崎への実際の到達時刻は、上昇開始時刻３８の１秒前である。この１秒の差は、Ｓ波による横波の誘起電圧の位相遅れによる。
【００２１】
上記の観測例の場合、震源距離９８ｋｍは、Ｐ波到達時刻３６と震源時３５の差１３．７秒にＰ波の伝播速度７．２ｋｍ／ｓを掛けて得られる。規模は、従来技術により、震源距離と地震波の振幅との関係から得られる他、Ｐ波到達時刻３６と電界の特異点３７との差からも下記の方法で得られる。本観測例の場合は、この差は０．８秒であり、これにＰ波の伝播速度を掛けると震源域の長さ５ｋｍが得られ、この値は規模５（通常、規模の誤差は０．５）の地震の震源域の長さに相当する。上記の他、下記の方法で規模は得られる。
【００２２】
電界の振幅（電界強度）は、規模と共に大きくなり、Ｐ波の波面（Ｗａｖｅ  Ｆｒｏｎｔ）から電界観測点までの距離の二乗に反比例するため、Ｐ波の到達前でも、震源時３５（電界上昇開始時刻）からの経過時間と電界の振幅の関係から、規模と震源距離は予測できる。即ち、規模と震源距離を未知数とする上記の関係式は、震源時３５からの経過時間がｔのときの電界の振幅Ｅ（ｔ）の計測値が２個以上得られれば解けて、規模と震源距離は一意的に求められる。よって、地震発生後、数秒で、地震波の到来前に、規模・震源は予測できることになる。
【００２３】
本実施形態の電磁界センサー５による電界強度の計測は、自然雑音及び人工雑音が共に少ない場所で行うようにするのが望ましい。例えば上記観測例によれば、地震に伴う電界が０．４μＶ／ｍ程度であるので、最適観測帯とされる０．０１−３０Ｈｚ帯で、自然雑音及び人工雑音が常時０．１μＶ／ｍ程度以下の観測点とすることが望ましい。
【００２４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、１観測地点から震源時・震源距離・規模を予測したが、震源距離から震源位置を求める手法として、従来のＰ波とＳ波から求める手法と同じ手法を採用してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する方法として、電界強度の計測値データを収集・蓄積し、電界上昇開始時刻から震源時を検知し、震源時からの経過時間と計測値データから震源距離と規模を予測し、また、地震動に伴い観測される電界強度の計測値データの時系列から震源時・震源距離・規模を予測する装置として、電界強度を計測する計測手段と、計測手段による計測値データを収集・蓄積するデータ蓄積手段と、データ蓄積手段に蓄積された計測値データを解析して電界上昇開始時刻から震源時を検知し、震源時からの経過時間と計測値データから震源距離と規模を予測するデータ解析手段とを備えたので、電界強度の計測と解析により短時間に地震波の到来前に、震源・震源距離・規模を予測できる。
【００２６】
このため、本発明は、原子炉、高速鉄道、高速道路、空港などでの地震波到来前の緊急停止処置への利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測方法の実施の形態を説明するための図である。
【図２】本発明に係る電界観測に基づく震源時・震源距離・規模の予測装置の構成例を示す図である。
【図３】地震と同時に発生する電界及び該地震のＰ波の観測例を示す図である。
【符号の説明】
１…震源、２…地震波、３…Ｐ波面・帯電面、４…誘導電界、５…電磁界センサー、２１…電極、２２…受信機、２３…地震計、２４…データ収集部、２５…データ蓄積部、２６…データ解析部、２７…ペンレコーダ、３１…地霞と同時に発生した電界、３２…南北方向の加速度、３３…束西方向の加速度、３４…上下方向の加速度、３５…震源時、３６…Ｐ波の到達時刻、３７…電界の特異点、３８…Ｓ波到達による電界パルスの上昇開始時刻
【図１】
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【図２】
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【図３】
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