TECHNICALREPORTS

OF

THE

STUDY

METEOROLOGICALRESEARCH

ON

PREDICTION

BY

EARTHQUAKEGEOPHYSICALINSTITUTE

METHODBY

SEISMOLOGYAND

VOLCANOLOGYRESEARCH

DIVISION，MRI

気象研究所技術報告第16号

地震予知に関する実験的乃び理論的研究
地震火山研究部

気象研究所

METEOROLOGICALRESEARCH『INSTITUTE，JAP今NMARCH1985

NO．16

MeteorologicalResearch

EstablishedDirector二Dr．
Forecast

Research

Division

TyphoonResearch

Division

Institutein1946

Kiyohide

TakeuchiHeadl

Mr．Taili

YoshidaHead：Dr．Masahiko

AiharaOkabayashi

Physica1．Meteorology

Research

DivisionHe註d：Dr．Toshio

AppliedResearch

Division

Head：Mr．Tsunehiro

Meteorology

Meteorological

Seismology

SatelliteandResearchVolcanology

Oceanographical8esearqh

Division

Research

Head：Dr．Keikichi

Division

Head：Dr．Hayato

UpPerAt・m・spherePhysicalResearchDivisi6n
Geochemical

R今search

Naito

Head：Dr．Masaharu

Division

MajimaIchikawa

Iida

Head：DLMuneya＄uKan・Division

Head：Mr．Tsutomu

Akiyama

1−1Nagamine，Yatabe−Machi，Tsukuba−Gun，Ibaraki−Ken，305Japan

Technica丑Reports．of

theM［eteorologicalE罐07一初イh好Tsmehiro
E殿o鴬：Koji〃4鍛zg初g

Yamazaki

Hiroki

KondohTomoaki

Yoshikawa

Jiro

Masahiro

Endoh

KunihikoE漉孟o欝：Keiko

Nishida，Yusai

Aoyagi
KoderaResearchInstitute

MajimaTomoyukiIto

MasamiOkadaKatsuhiko

FushimiYuhara乃・h競召IR6・廊・伽κ伽7・1・塑R6s6α名6h1％翻漉
has

been

1978asandaissuedatirregular

mediumforthepublication

articlesonmeteorology，oce4nography，seismology

review

contributedby

themembers

ofintervals

theof

MRI．

by

the

surveyMeteorologicalResearch

articles，technicalandInstitutesincereports，datareports

relatedgeosciences，

序

昭和53年6月に大規模地震対策特別措置法が制定されたことに伴い、気象庁は地震防災対策強化
地域に係わる各種データの常時監視と、その地域内の大規模地震発生の可能性に関する判定を行う
・馨

責任官庁となった。これまで、地震予知計画に一沿って、気象庁は各種の観測システムの整備を行ってきたが、さらに上記特別措置法が制定された昭和53年には、他機関から傾斜、地下水位、地下水成分などのデータが気象庁にテレメータされるようになった。
これら多種・多様なデータをリアルタイムで処理して大規模地震の前兆現象を常時監視し、かつ、検知した異常現象の評価のため、過去に蓄積された多種・多様なデータの中から必要なものを随時、短時間に検索できる総合的監視システムが必要になった。そこで、気象庁は、昭和54年度から発足した第4次地震予知計画の一環として、気象研究所に総合的監視システムの開発を要望した。これを受けて気象研究所はr地震予知に関する実験的及び理論的研究」と題する特別研究を、昭和54年度から5か年計画で開始した。このテーマは、r常時地震監視システムに関する開発研究」と、r地震予知に関する理論的研究」の2つのサブテーマからなる。
この特別研究を遂行するに当って、地震火山研究部では田望研究部長が主任研究官となり、また、昭和57年度からは渡辺偉夫部長がこれを引継ぎ、多数の研究者の協力の下に研究を進めた。

気象庁における現業システムとして、幾つかの厳しい条件に耐えうることを念頭に本研究は進められたが、関係者の並々ならぬ努力の結果、昭和58年度で当該特別研究は完成を迎えることになった。現在、気象庁はこの開発研究成果の実用化を進めている。

本報告を発刊するに当り、この開発研究に側面から協力された関係者に深甚なる謝意を表すると共に、この報告が関係方面の方々に多大な寄与をするものと期待している。大方の批判をいただければ幸である。

昭和60年2月

気象研究所

地震火山研究部長

市川政治

目次

概要（和文）、Abstract（英文）
轡

第1章

研究の背景

1．1

研究の位置づけ

1．2

研究の必要性…

1．3

関連技術の動向第2章

地震活動総合監視システムの開発研究

2．1ハードウェア設計………一…・一・…………・……

2．1．1装置の構成………・…
2．1．2

2．2

基本構想…・…∴……一・…・…………………一ソフトウェア設計・…・……………・…………一…

2．2．1

基本的条件………・…一…・・………・………・…

2．2．2

地殼変動監視処理関連のプ・グラム……・…

2．2．3地震活動監視処理関連のプ・グラム……・…

2．3

ソフトウェアの特徴…

2．3．1

地殼変動関連プ・グラム…

2．3．2

地震活動関連プ・グラム…・…

2．4

実用化試験…・…

2．4．1試験の概要……一2．4、2地殼変動関連データの処理…・・

2．4．3
2．5

地震活動関連データの処理………一まとめ…・

2．5．1実験の終了にあたって……
2．5．2

地震波形処理技術のあゆみ・……・…

2．5．3

処理技術の展望……一

2．5．4

データ処理体制の強化にむけて・・…

＼第3章

自動検測手法の研究…・……一

3．1

はじめに

3．2

信号検出問題

3．2．1

ベイズ（Bayes）の識別手法

3．2．2

識別不能状態

3．3

雑音の中の信号検出

3．3．1正規定常情報源に対する信号検出手順

3．3．2情報源のモデル
3．3．3

エント・ピー最大化原理と赤池の情報量基準AIC

3．3．4

マルコフ的情報源モデルによる信号検出

3．4

信号出現時刻の決定

3．4．1

信号出現時刻決定の統計モデル

3．4．2

ベイズの識別手法として見た信号出現時刻の決定

3．4．3

信号出現時刻の決定誤差

3．5

地震波信号における相の同定

3。5．1

地表面でのP波、S波の振動方向

3．5．2主成分分析の立場から見たpolariaztion
3．5．3

filterの構成

震央方位角の推定

3．5．4P波、S波の特徴表現
3．6

第4章
4．1

おわりに二自動処理に関する関連研究・……・3・………一
初期の地震波形リアルタイム自動処理システム

4．1．1

はじめに

4．1．2

処理能力

4．1．3

処理手法

4．2

一・マイクロプロセッサーによるデータ処理

4．2．1

導入の背景と経緯

4．2．2

東海テレメーターシステム

4．2．3

海底地震常時観測システム

4．2．4

歪地震計

4．2．5地震資料伝送網（L−ADESS）
4．2．6群列地震観測システム

ヤ

4．2．7既存のシステムに共通する問題
4．3

第5章

地殻変動観測データの補間方法

120

傾斜計による地殼変動の観測と評価

123

5．1観測の経緯

123

5．2

観測の概要

123

5．3

観測結果

129

5．4

フーリエ解析

138

5．5

まとめ

139

地震予知にかかわる前兆現象に関する研究・・

140

検潮記録による地殻変動解析

140

第6章
6．1

6．1．1検潮資料

140

6．1．2

御前崎の沈下141

6．1．3

地殼変動との関連

144

東海沖海底地雷位恋化と地震

151

6．2

6．2．1

はじめに

6．2．2

地雷位異常現象

152

6．2．3

まとめ

154

6．3

・151

東海沖地域の地震活動

155

6．3．1

サイスミック・ギャップ

155

6．3．2

r東海地震」をめぐる問題・一…一・

157

前震の規模別度数分布一b値の変化について

165

6．4

6．4．1
o

117

165

はじめに

6．4．2

前震及び余震の震央分布と規模別度数分布

167

6．4．3

前震と余震のb値の比較

175

6．4．4

前震のb値が有意に小さい地震群について

6．4．5

まとめ

あとがき

一。・・一。・一一一一一

178

181
183

概要

いわゆる『東海地震』の可能性が指摘され、それに対処するためにr大規模地震対策特別措置法」が制定・施行されてから、6年が経過した。この間気象庁では、大地震の前兆現象監視のための組織と観測体制の強化に努め、データ集中の面ではかなり整備が進行した。しかし、複雑なパターンを示す前兆現象が出現したような場合には、その評価にかなりの時間を要することも考えられる。

このようなことから地震課（当時）からの要望を受け、気象研究所では昭和54年度から始まる第4次地震予知計画の一環として、r地震予知に関する実験的及び理論的研究」を、特別研究として採り上げた。本報告はその研究におけるこれまでの成果をとりまとめたものである。

第1章のr研究の背景」は、研究開始の経緯、あるいは関連技術の動向を示し、この研究の位置付けについてまとめたものである。

第2章のr地震活動総合監視システムの開発研究」では、地震発生や地殼変動およびそれらの変化状況を即時的に解析処理するシステムの開発を行った結果について報告する。地震予知を業務として実施するためには、地殼の活動とその履歴をたえず把握する必要があり、そのためのデータ処理に最も適した装置の開発は重要な研究である。このため大構成あるいは小構成を想定した場合、それぞれについて各システムの構成手法を検討した。特にハードウェア、ソフトウェアの設計・作業手順については、それぞれの構成規模における必要条件およびプ・グラムの主なフ・一までを含め、詳しく検討した。また、システムの運用試験と結果の評価に基づいて、今後の問題点について考察し、地震活動を総合的に監視する業務用システムの設計に必要な基本概念をまとめた。

第3章のr自動検測手法の研究」では、統計的方法として知られているBayesの手法を用いた信号検出問題について考察する。内容的には、雑音の中の信号検出問題の一般的手法とその問題点について記述し、具体例として地震波信号の場合を扱い、従来の手法に対する問題点について明らか◎にする。特に、地震波信号の場合に重要な信号出現時刻の推定方法とその推定誤差について述べ、P波・S波の同定および、震源位置に対する補助的情報として震源方位の推定方式とその推定誤差について検討する。以上の方式により、地震波信号の同定が、震源も含めた形で評価でき、地震波の自動処理の信頼度が飛躍的に向上し得ることを説明する。

第4章のr自動処理に関する関連研究」では、初期の地震波形自動処理システム、マイク・プ・セッサーによるデータ処理、および地殻変動観測データの補間方法について調査・考察した成果を今後の参考のために報告する。今回のシステム開発では、これらの経験と成果が活かされている。

初期の地震波形自動処理システムは1967年に制作されたものであるが、運用テストの結果について各要素ごとに評価し、それらの処理方法について記述する。マイク・プ・セッサーによるデータ処

1

気象研究所技術報告

第16号

1985

理では、海底地震常時観測システム、歪地震計、地震資料伝送網（L−ADESS）、群列地震観測システムなどで採用されたマイク・プ・セッサー装置について紹介し、これらの既存システムに共通する問題点を検討する。地殼変動観測データの補間方法では、今回のシステムで採用された方法を示し、観測資料の基本的整理として必要な欠測時の処理方法について考察する。

第5章のr傾斜計による地殻変動の観測と評価」では、気泡管式の傾斜計を用いて、伊良湖および尾鷲で1979年から84年まで行った観測と、その解析結果について述べる。連続長期間の記録をヘワ・得ることができなかったが、数か月までの周期をもつ変動について知見を得た。この期間中には、前兆的な変化が期待できるような規模の地震が近辺に発生しなかったことと、降水時の傾斜変動がかなり大きいこともあって、地震と関連すると思われるような変動を検出することはできなかった。

これに関連して前兆的な微小な地殼変動を検出するためには、降水時におきる地域特有の地殼変動を十分把握する必要があることを説明する。

第6章のr地震予知にかかわる前兆現象に関する研究」では、主として東海地域における地殻変動、電磁気学的異常現象、地震活動、および日本とその周辺の大地震に先立つ前震活動について扱う。地殼変動については、検潮記録の解析から御前崎付近における沈下とその速度変化が明らかにされた。電磁気学的異常現象については、主として東海地域海底地震観測システムを利用して、地電位の異常と地震との関係が検討された。地震活動については、最近の地震資料を用いて、東海地域のいわゆる空白域が再検討され、小地震および微小地震活動レベルでは空白域は認められないが、M4．0以上の地震活動では空白域の存在が認められ、この空白域と大地震との関連が検討された。

前震活動については、大地震発生との相互関係をみるならば、b値ばかりではなく、前震群の時間系列および規模別度数分布の型にいたる過程の検討が必要であることを示した。

2σTech．Rep．Meteorol。Res．Inst．No．161985

StuyonEarthquake

PredictionbyGeophysical

Mlethoareawasanて《Area

Abstract
In1979，the◎Intensified

quake
theTokai

Measures

DistrictagainstCountermeasures

short−term

The

has

its

Earthqu＆keAct，Theofaprediction

JMAandneighbouring

DisasterJapan

Iarge−scale

developed

variouson

thedesignatedbasisofasthe疋疋Large−Scaleunder

Earth−

Meteorological

Agency（JMA）isresponsible

earthquake

whichmaytake

thearea．

systemsformonitoringchangesinrea1−time

place

infor

seismic

actiyitiesanddetectingtect・nicprecurs・rs．ln1979，resp。五sibilitiesf。rgathering。therdata
suchasgroun（1water，radon，andtions

to

the

JMA．This

processing

these

itto

possible

Under

activities
carrieditems
inofrequired

thetilt
JMA

weretovarious

telemetereddata，indiscriminate

precursory

evidence

theandouthasgroundcircumstances，development

fmdamental

by

the

researches

MeteorologicalthefourthFive−Yearon

Planoftheinstallaordertofrom

of

from

new

other

rea1−time

detectgovemmental

institu−systemroutinely

anomalousforchanges

which

make

noise．

athe

Researchtransferedreal・timesystemformonitoring

discriminationof

prβcursory

Institute（MRI）of

the

JMA，asNational

ProgramofEarthquake

seismic

phenomena

oneofwerethe

Prediction

major

ResearchJapan（1979−1983）．

new

The

following

is

the

In

chapter

arestatedlsystem，andsummaryof

the

the

tec㎞ical

of

the

the

positionknow−howresults

obtainedofresearch，thethewhichwillby

be

the

project

necessity

used

in

researchof

the

the

l

development

developmentofof

aanewtelemetereddatasystem。
Theのandfordesign

detectingunusual

Chapt6r2．Earthquake
evaluationofFurthermore，it
procedures
In

large

variation

inain

as

seismic

necessarytothroughanotherwhichofseismic

activities

andcmstalroutineservicein

the●JMA

precursory

situation，two

andprocessing

discriminate

view

thefor

and

inof

the

systemactivities

accumulated

computerprocesses

real−time

predictionchanges

iscomprehensive

othergeophysicalchangesvarious

movement

are

in

the

real−timean（1geochmical

phenomena．

fromrequiresdescribed

noise

by

the

diagnosis

past．

many

hard．anddifferentsystems

weremicroprocessors．In

softwarewere3

designeddesigned，one

consistingthereportarefullyandresults

obtaine母byofaratherexplained

the

the

run

test

Tech．Rep．Meteorol．Res．Inst．No．161985

usingby

the

the

test

routineofonrunservice

on

the

JMA．

in

the

describedand

S

on

noise

arewaves

basis
The

present

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themethod．A

algorithm，wasonIn

oldandconductedinreviewed

on

an

as

well

accuracy

the

data

suchexamined．In

viewofawell

problems

comprehensive

automatic

problems

as

some

as

systemextractioninrevealed
forofarrivals

discriminating

signaIthepresentone

developed
亀

as

the

wasphaseofas

the

on

is

the

oneof

the

basis

of

was

successfu1，showing

arrivaltimeofprocessingofdigitalthemicroprocessors

earthquakes

meritsandobtained

bycarried

out

and

the

P

and

S

the

developed
remarkableseismograms

usedinwaves．

inthe

cmstalmovementof

eachsystemsimplified

bubbletube

demerits

merits

the

test

the

automatic

extraction

writtenseismograms．The

digitalondesigningprocedures

program，which

methodforgivenstatistics．

epicenter

many

also

seismogram．Fundamental

microprocessors．Particularly

processing

carefully

researchesintoareconception

conventional

methodtheapplied
the

the

computer

Chapter4iscomputers

onof

the

digitalBayes

orientation

improvement

adescriptions

fundamental

Chapter3are

theforandIn

P

fromsystems．Moreover，detai至edbyvarious

existing

inthesystemJMA

examined，aweremicro−

processorsystemwasdesigned．
In

Chapter5aregivenof

cmstalmovement

Honshuduringtheobservation

westemthe

cmstalmovement

was

in

the

cmstalrainfallonthe

movement

andrai㎡all

results
wasperiod

at

Irako

from1979to1984．The

and

Owase

observationininfluenced

bymovement

relatedwith

earthquakeoccurrencewascmstalmovementsuggests

relationshipisrequired

inprecipitations，but

the

study

ondetecting

a

weak

crustaltiltmeters．The

centralhas

considerably

that

type

made
noand

it

south−

clear

significant

detected．The

local

prior

to

movementchangei㎡1uence

betweenthat

ofcrustalearthquake

occurrence．

In

Chapter6aredescribed

researches

large

earthquakes．Particularly，the10usphenomena

associatedfollowingi）

By

subsidenceii）

bottom

and

with
are

large

the

tidal
rate

Relationseismicity

results

Omaezaki

betweenseismographvariousprecursory

movement，geoelectricTokai

occurring

phenomena

andassociatedgeomagnetic

withanoma−

Districtwerestudied．Furthermore，foreshocks

inand

its

Japanvicinity

werestudied．The

obtained：

inand

the
its

anomaly量nsystem

cmstaltheearthquakes

observations

atinonTokaiDistrict，thelandvicinity

wereverified．

geopotential

andearthquakes

installed

off

the

coast

4ofsubsidence

wasstudiさd

Omaezaki，central

andchangesusing

Honshu．

thein

theocean−りTech，Rep。Meteoro1．Res．Inst。No．161985

iii）Th・ughthereexistsaseismicgapf・revents・fmagnitude4andlargerinthef。cal「egionoftheT・kaiDistrict・wherethe・ccurrence・falargeearthquakehasbeenanticipated，

manymicr・一andsmallearthquドeshave・ccurredinthegaparea．Therelati。nbetween
seismicactivityand・ccurrence・falargeearthquakeinthegapareawasstudied．
iv）Statisticalstudies・nmanyf・resh・ckactivitiesass・ciatedwithlargeearthquakes
indicatethatusefuli㎡・mati・nwil1境・btainedfr・mthemagnitude−timesequenceandpattern◎

・fthema帥itudefrequencyrelati・nshipaswellasthe6value・fthemagnitude−frequency．

勾◎5