6－1

地震予知研究計画にもとづく地磁気全磁力観測
Observation of Geomagnetic Total Intensity under the Project of Earthquake
Prediction Research

１．まえがき

地震予知研究計画・地磁気研究グループ
Geomagnetic Research Group on
Earthquake Prediction

地震の前後で地磁気変化を検出しようとする努力は古くから続けられてきた。事実それと覚しき変化を観測したという観測も数多い。この種の地磁気変化の観測は一般に著しく困難で，観測にあたってはいくつかの注意すべき点が存在する。第一はきわめて高い精度で地磁気の絶対値測定を繰り返し，その時間変化を追わねばならぬことである。約 10 年位前までは地磁気の絶対測定それ自身が高級な技術を要し，高精度の観測を長期間継続するのはきわめて困難なことであった。第二に人工の磁場擾乱の問題がある。観測点の近くに建物がたつな
ど周囲の状況の変化が観測に影響をおよぼす。第三には，地震現象以外の自然現象にもとづく地磁気変化の局地性の問題がある。例えば地磁気日変化は，日本の北と南とで様子が違うとか，磁気嵐や湾型変化など電離層や外圏大気に起因する磁場変化によって地殼やマントルに電流が誘導されるが，誘導電流の強さや分布が地域ごとに異なるため，地表での磁場変化が不均一になるといったことである。これらの変化と，地震によって起ると期待される局地的変化とを識別することは著しく困難なことである。
測定精度をあげる努力や，人工擾乱を避けるための注意は古くから充分なされてきたが，それでも長期間にわたって数γの微小変化を議論するとなると，従来の観測に問題がないわけではない。地震前後の磁気変化が地殼内応力変化によって起るとすると，理論的にはせいぜい数γ程度の変化しか期待できない（ 例えば行武，1967，1969 ）。以前の観測でこれだ
けの精度が充分維持されたかどうか，大いに疑問がある。しかし最近では，プロトン磁力計の開発により全磁力の絶対測定を± 1 γの精度で長期間安定に実施できるようになった。したがって固定観測点を設けて環境を整備すれば，プロトン磁力計の使用により，第一第二の問題は以前より遙かに容易に解決できるようになった。第三の問題は最近になって高精度の連続観測が密度高くおこなわれるようになって気付かれた問題である。昔は日変化や外部磁場擾乱は狭い範囲では一様であるとして処理されていた。現在では，この方面の研究も進み，地磁気局地変化の性質はかなり明らかになってきたが，それを除去するとなるとなお完全とはいえない状態にある。

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1965 ～ 1966 年の松代地震の際は，以上の諸点を考慮しても，プロトン磁力計による観測の 結 果， 地 震 活 動 に 関 連 し て 数γ の 変 化 が あ っ た と 報 告 さ れ て い る（ Rikitake.，1968 ）.
本研究計画では同一規格のプロトン磁力計を全国に配置し，高精度の全磁力絶対測定を長期間安定に実施している。この方法で，測定精度と人工擾乱の問題は解決することができる。
第三の問題について，本報告では現在可能な地磁気局地変化に対する対策を充分考慮した上で全磁力月平均値を計算し，各地での地磁気経年変化を比較する。
２．観測点の分布
1965 年地震予知研究計画の発足以来，つぎつぎとプロトン磁力計の設置がすすみ，1972
年現在では研究計画前より存在した観測点まで含めて，全国で 11 カ所におよんでいる。このほかに秋田県男鹿の付近の仁別に，伊豆大島で野増のほかに泉津に衛星観測点が設置され観測がなされた。これらの点の分布を第 1 図に示した。また観測点の緯度経度や観測担当機関は第 1 表の通りである。
３．解析の方法
前述の観測体制で地震に伴う地磁気変化を検出しようとする場合，残された問題は，どの程度完全に，地震以外の自然現象による地磁気局地変化を除去できるかという点である。地
震前後の地磁気変化の検出にあたって，いわばノイズとなるこの種の変化をいかにしてとり除くかについては，すでにいくつかの研究がある（ Rikitake，1966；Mori and Yoshino，
1970 ）。ノイズ源の最たるものは，日変化の場所による不均一性，および外部磁場擾乱の際，地殼やマントルが電気的良導体であるための電磁誘導効果によって，観測される全磁力変化が地域的にきわめて不均一であることなどである。日変化は日によって異なるし，その変化の様相は場所によっても異なる。しかし夜間値（ 例えば地方時の 0 時～ 1 時頃 ）をとれば，観測点間の日々の変化の違いは少くなり，1000 ㎞位離れた観測点間でも全磁力値の差をとって，1 月間の平均をとると，全磁力差のばらつきを標準偏差にして 3γ 以下にすることができる（ Mori and Yoshino，1970 ）。これに反し短周期の外部磁場擾乱があった場合，その地域性を解析の上で取り除くことはほとんど不可能で，擾乱のない日を選んで平均をとるといった操作をする以外方法がない。
第 1 表に示した観測点では，1 分または 10 分間隔で全磁力（ F ）を測定している。継続時間が 1 分または 10 分以上の変化なら解析できるわけであるが，ここでは地震前後の少くとも数ヵ月の緩やかな変化の検出を主目的として，月平均値を計算することにした。まず毎日 1時 00 分（ JST ）をはさんで 10 分間隔で，0 時 40 分，0 時 50 分，1 時 00 分，1 時 10 分，1 時20 分の全磁力値の平均を求めて夜間値とし，さらにその月平均を計算した。この操作を二つの場合についておこなった。ひとつは 1 月のうち利用できるすべてのデータに対して上の平― 110 ―均操作をおこなったものあり（ 全月平均 ），他は地磁気静穏日のデータについて平均をおこなった（ 静穏日平均 ）。静穏日としては，観測時間に対応する柿岡の K － index が 0 または1 の日のみを選び出した。このようにすれば，日変化はもちろん，磁気嵐やその他短周期の外部磁場変化の影響はほとんど避けられるはずである。
４．全磁力経年変化
各観測点の観測開始時期はまちまちであるが，ここでは 1968 年 7 月より 1972 年 4 月までのデータに対して，上の方法によって全磁力の月平均値とその標準偏差を計算した。全月平均の結果を第 1a，1b 表に，静穏日平均の結果を第 2a，2b 表に示した。欠測その他の事情で 1 月間必ずしも完全な記録のとれない場合もある。表中＊印は，月平均をとるにあたり，1 月のうちでデータ利用可能な日数が 20 日以下であった場合である。これらを図示したのが，第 1a，1b 図（ 全月平均 ）および第 2a，2b 図（ 静穏日平均 ）である。
図を見てまず気付くのは，日本全土にわたって全磁力が年々減少していることである。
1968 年以降，例えば女満別で約 23 γ／ yr.，柿岡で 17γ ／ yr，伊豆大島野増で 17γ ／ yr，
鳥取 19 γ，／ yr，
鹿屋 15 γ／ yr の割合で減少している。これは地球核に起源をもつ磁場変化によるところが大きいと考えられる。おそらくシベリア地方に中心をもち，日本列島付近まで張り出している優勢な非双極子磁場異常の盛衰に関係しているのであろう。これらの全磁力経年減少量は日本ではきわめて規則的な分布をしており，北北西の方向に変化量が増大している。つまり北北西の方ほど減少率が大きい（ 藤田，1972 ）。非双極子磁場異常の中心に向って減少量が大きくなっていると考えられる。
全磁力減少の全般的傾向に重なって約半年の小変動が存在する。全月平均では振幅が 10γにもおよぶ。同じ変動は静穏日平均にもみられる。月平均をとっていること，およびサンプ
リング方法からみて，27 日周期やそれより短い外部磁場変動の影響は含まれていないはずである。しかし全月平均と静穏日平均とを比較すると，静穏日平均で振幅がいくらか小さくなっている。このような比較的長周期の変化といえども外部磁場変動の影響を受けている可能性が強い。半年なり 1 年という時間幅は地震予知の立場からはきわめて重要なものであるから，詳しい解析が必要である。
全月平均と静穏日平均とを比較して，もうひとつ目につくのは，それぞれの標準偏差の相違である。例えば 1970 年 10 月の全月平均値の標準偏差は鹿屋で 17.3γ と大きいが，静穏日平均では 9.6 γと全月平均の場合の約 60％に減じている。どの観測点についても，ほぼ同様のことがいえる。全月平均をとっても，静穏日平均をとっても，平均値それ自身には大きな違いはないが，平均値のばらつきという点からいえば，静穏日平均の方が明らかにすぐれている。

― 111 ―

５．柿岡と比較した全磁力経年変化
全国的に経年変化量が大きいので，その地域差を見るために各観測点と柿岡との全磁力差を求めた。これら全磁力差について前と同様に月平均値を計算した結果を第 3a，3b 表および 第 4a，4b 表 に 示 す。 こ れ ら を 図 示 し た の が 第 3a，3b 図（ 全 月 平 均 ）お よ び 第 4a，4b図（ 静穏日平均 ）である。しかし単純に柿岡との差をとることで各点での地球核起源の磁場変化を完全に除去できるとはいえない。柿岡との全磁力差の全月平均をとっても静穏日平均をとっても，女満別，男鹿では時間とともに減少しており，鹿屋や八丈島では増加している。
特に八丈島での増加が著るしいが，変化の中心がシベリア大陸にあって，その影響が日本列島にまでおよぶ波長の長い規則的な分布を考えると無理なく解釈できる（ 藤田，1972 ）。これは日変化の地域性などより遙かに単純な分布をしており，比較的容易にとり除ける性質のものである。
全磁力の差についても，およそ半年周期の数 γ におよぶ小変動がみられる。全月平均でも静穏日平均でもあまり大きな違いはない。その位相は柿岡の北と南の観測点でほぼ逆転していることが多く，緯度によって相当規則的に変化しているようにみえる。また個々の変動は地球外を流れる赤道環電流の指標との対応がよい（ 藤田，1972 ）。したがって赤道環電流が非常にゆっくりと，半年や 1 年の時間尺度で変化しているとすると，これらの変動の説明がつく（ 柳原・白木，1970 ）。
６．地磁気経年変化の地域性と地学現象
一等磁気測量の結果より，経年変化異常地域に地震の発生しやすいことが示唆されている（ Tazima，1968 ）。本計画では，固定観測点におけるプロトン磁力計による連続観測をおこなっているのであるから，旧来の標準電池を用いた繰り返し磁気測量より遙かに精度の高い議論が可能となる。藤田（ 1972 ）は，先に述べた日本全土にわたってほぼ一様に減少する全磁力経年変化は，緯度，経度の一次式でよく近似できるとして近似式を求め，この近似からのずれを異常経年変化とした。藤田によれば，異常経年変化の著しいのは伊豆大島の野増と泉津とにおいてで，それぞれ－ 1.6 γ／ yr，+1.9γ ／ yr である。この異常経年変化は，大島三原山の熔岩が冷却されて帯磁が強まることによるとしている。明確な結論を出すには，さらにこまかいデータの吟味と解析が必要に思われる。
また現在問題にしている期間で発生した地震を調べると，1972 年 2 月 29 日の八丈島東方
約 140 ㎞，深さ約 70 ㎞，マグニチュード 7.0 の地震がある。第 4b 図の八丈島と柿岡での全磁力差では，全般的に増加の傾向にあったものが，1971 年 10 月減少を始め，1971 年 12月再び増加に転じている。地震が発生したのは，1971 年 12 月最後に全磁力差変化が増加に転じて 3 ヵ月経過してからである。この間の変化量は 5γ に達する。この変化は八丈島にお― 112 ―いて顕著で，他の観測点ではほとんど目立たないのが特徴である。しかしよく調べると，鳥取－柿岡や鹿屋－柿岡にも同様の傾向が多少みられないでもなく，八丈島に特有の現象とは速断できない。八丈島では 1969 年にも似たような変化が起っているが，地震は発生していない。観測担当機関の水路部の報告（ 1972 ）では外部磁場の影響が完全に除かれておらず，1972 年 2 月の地震と直接関連する地磁気変化を見わけることはできないとしている。
研究計画の発足以来 7 年経過した今日では，質のよいデータがかなり蓄積されるに至った。
観測の継続には今後とも格段の努力が払われねばならぬが，当面の課題は集中的なデータ解
析であろう。地球核起源の磁場変化の影響を除くのはそれ程困難ではないし，半年ないし 1年の外部磁場変動の影響を除去することも必ずしも不可能ではない。これらふたつの影響をとり去って，地殻やマントルに起因する地域的経年変化異常の検出をはかるのが，まず大事なことであろう。地震や地殼活動との関連を調べる上からは，現在の観測点の分布はなお粗すぎるうらみがある。より密な観測網の整備が望まれる。
本報告のデータ解析には，東京大学地震研究所地磁気部門が当り，地震研究所地震予知観測センターの IBM360 ／ 40 計算機を使用した。
参考文献

藤田尚美；“ 日本における全磁力経年変化（ 1970.0 年 ）” 日本地球電気磁気学会第 52 回講演会，1972.
Fujita, N., ; “ Secular change of geomagnetic total force in Japan （ 1970.0 ）” , to be
published in J. Geomag. Geoelectr.
海上保安庁水路部測量課；“ 八丈島東部に起った地震と地磁気変化について” 地震予知連絡会
会報，第 8 巻，60 － 61，1972.
Mori,T. and Yoshino,T.,; "Local difference in variations of geomagnetic
total intensity in Japan," Bull. Earthq. Res. Inst.,48, 893 － 922,
1970.
Rikitake,T.,; "Elimination of non-local changes from total intensity
values of the geomagnetic field", Bull. Earthq. Res. Inst.,44,1041-1070, 1966.
Rikitake,T., ; "Geomagnetism and earthquake prediction", Tectonophys.,
6, 59-68, 1968.
Tazima,M.,; "Accuracy of recent magnetic survey and a locally anomalous behaviour of the geomagnetic secular variation in Japan",― 113 ―

Bu ll. Geog r ap h . S u r v . In s t. , 1 3 , 1 － 7 8 , 1 9 6 8 .
柳原一夫・白木正規； “地球内部地磁気変化検出に影響する外部磁場変化” 日本地球電気磁気学会第 47 回講演会，1970.
行武毅； “地震と地磁気変化” 地震，20，241 － 245，1967.
行武毅； “地震にともなう地磁気変化” 科学，39，142 － 148，1969.
第1表

観測所の分布 .

Table 1

Locations of stations― 114 ―

第1図Fig. 1

第 1a 図Fig. 1a

観測所の分布

Locations of stations

全磁力の全月平均

第 1b 図 onthly means of total intensity
Mfor all days

全磁力の全月平均

Fig. 1b M onthly means of total intensity
for all days

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第 2a 図Fig. 2a全磁力の静穏日平均

 onthly means of total intensity forMmagnetically quiet days

第 3a 図Fig. 3a

第 2b 図全磁力の静穏日平均

Fig. 2b M onthly means of total intensity formagnetically quiet days

柿岡を基準とした全磁力差の全月平均

 onthly means of difference in total intensity with reference to Kakioka Magnetic ObservaMtory based on all day data

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第 3b 図Fig. 3b

 onthly means of difference in total intensity with reference to Kakioka Magnetic ObservaMtory based on all day data

第 4a 図Fig. 4a

柿岡を基準とした全磁力差の全月平均

柿岡を基準とした全磁力差の静穏日月平均

 onthly means of difference in total intensity with reference to Kakioka Magnetic ObservaMtory based on magnetically quiet day data

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第 4b 図Fig. 4b

柿岡を基準とした全磁力の静穏日月平均

 onthly means of difference in total intensity with reference to Kakioka Magnetic ObservaMtory based on magnetically quiet day data

― 118 ―

第 1a 表Table la全磁力の全月平均

Monthly means of the total force intensity for all days.

― 119 ―

第 1b 表Table lb

全磁力の全月平均

Monthly means of the total force intensity for all days.

― 120 ―

第 2a 表Table 2a全磁力の静穏日月平均

Monthly means of the total force intensity for magnetically quiet days.

― 121 ―

第 2b 表Table 2b全磁力の静穏日月平均

Monthly means of the total force intensity for magnetically quiet days.

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第 3a 表Table 3a

柿岡を基準とした全磁力差の全月平均

 onthly means of difference in the total intensity withM
reference to Kakioka Magnetic Observatory on the basisof all day data.

― 123 ―

第 3b 表

柿岡を基準とした全磁力差の全月平均

Table 3b M onthly means of difference in the total intensity withreference to Kakioka Magnetic Observatory on the basisof all day data.

― 124 ―

第 4a 表Table 4a

柿岡を基準とした全磁力差の静穏日月平均

 onthly means or difference in the total intensity withM
reference to Kakioka Magnetic Observatory on the basisof quiet day date.

― 125 ―

第 4b 表

柿岡を基準とした全磁力差の静穏日月平均

Table 4b M onthly means of difference in the total intensity withreference to Kakioka Magnetic Observatory on the basisof quiet day data.

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