JP2813769B2

JP2813769B2 - 電磁界の観測による地震の規模と震源域の算出方法及びその装置

Info

Publication number: JP2813769B2
Application number: JP26790995A
Authority: JP
Inventors: 耕三高橋; 幸雄藤縄
Original assignee: 郵政省通信総合研究所長
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: JPH0990051A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地震前に震源域で
発生する電磁界を観測して、地震の規模と震源域を、地
震発生の少なくとも１時間前には算出する電磁界の観測
による地震の規模と震源域の算出方法及びその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、電磁界を観測して、定状的に、地
震前に、震源域・マグニチュウド・発生時期を予報して
いる技術には、下記の２種類がある。

【０００３】（１）ギリシャに於ける地電位の観測によ
る地震予報：ギリシャのアテネ大学物理部で開発され
た技術で、１９９６年から、０．１Ｈｚ以下の地電位の
観測による地震予報が定常的に行われている。１００ｋ
ｍ程度離れて１６以上の観測点がある。多くは陸軍の演
習場等人工雑音の少ないところにあり、降雨等による自
然雑音は人間が常時監視している。各観測点には、東西
・南北、長・短の組合せの４基線があり、局地的な雑音
は４基線上に異なった現れかたをすることから、また、
汎地球的な磁気嵐に伴う地電位は多くの観測点に同時に
現れることから、地震前兆の地電位と区別している。地
震前兆の地電位の異常から約１カ月以内に（１１日後頃
に最も多く）地震が発生し、場所の誤差は約１００ｋ
ｍ、マグニチュウドの誤差は約０．７、予報率・的中率
は共に約０．７である。

【０００４】（２）ロシアに於けるオメガ電波の観測に
よる地震予報：ロシア科学アカデミー地球物理研究所
で開発された技術で、１９９１年から、オメガ電波の受
信による地震予報が行われている。９〜１３ｋＨｚのオ
メガ電波は、その送受信点を除く伝搬路の近傍でマグニ
チュウド６以上の地震がある場合には、地震の約１０〜
３０日前に、その受信波の位相に異常が観測される。場
所の予報誤差、予報率、的中率は（１）の技術と同程度
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の［従来の技術］
（１）の技術は長期間の経験を必要とする欠点があり、
（２）の技術は、電波の発射を必要とし、施設の整備・
運用が困難と言う欠点がある。（１）、（２）の技術
は、共に、日時・場所の予報は何れも漠然としているた
め、これらの予報技術の有意性の有無の検定は非常に困
難である。有意性がはっきりしないこと以外にも、これ
らの予報精度が社会的要請から程遠いため、予報による
経済的損失が非常に大きい。例えば、場所の誤差を半径
１００ｋｍとし、誤差の範囲内に居住する人が、日時の
誤差の最大値の３０日間避難し、この範囲・期間内では
経済活動が停滞するならば、予報したことにより生ずる
経済的損失は、予報しなかった場合の経済的被害の２倍
以上となる可能性が大きい。以上の様に、従来の予報技
術には、我が国での利用が困難なことと、精度が社会的
要請に程遠く、予報による経済的損失が大きいと言う問
題がある。

【０００６】本発明は、上記の問題を解決するもので、
マグニチュウド及び震度が６以上の地震は、震源域を誤
差約１０ｋｍで、１〜３時間前に確実に算出し、予報に
よる経済的損失を最小にする方法及びその装置を提供す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】１８世紀には既に、地磁
気や地電流が地震前に変化すると言われていた。１９６
６年３月の中国でのマグニチュウド７．２の地震が契機
となって、地震前兆電波の存在が考えられるようになっ
た。１９７６年からは、多数の地震前兆電波の観測例が
発表されるようになった。多くの観測例があるにもかか
わらず、電磁界の観測による地震予知がこれまで疑問視
されてきたのは、地震発生と同期した電磁界が観測され
ていなかったためである。と言うのは、前兆電磁界が発
生するのならば、地震発生時にも、同じ様なメカニズム
の電磁界が多少なりとも観測される可能性が大きく、発
生時に観測されないと云うことは、前兆電磁界が無いこ
とを示すと考えられたためである。この様な状態の中
で、１９９４年１０月４日に観測史上最大のマグニチュ
ウド８．１の北海道東方沖地震が発生し、関東一円にあ
る発明者の７箇所の全観測点で、１〜９ｋＨｚ帯で、人
工雑音・近接雷を除いて最大の電界変動が観測された。
この観測の成功が契機となって、これ以降は、地震時及
び地震前後に発生する電界の波形、スペクトル等が観測
できるようになった。これまでの観測で、マグニチュウ
ド・震度が大きいほど前兆電磁界のパルス（正確には時
間長が約５ｍｓの波束）の発生頻度・振幅が大きく、地
震の１〜３時間前に、発生頻度・振幅が共に最大となる
ことが明らかになった（図２〜図４参照）。図２は、１
９９４年１０月４日２２時２３分のマグニチュウド８．
１の北海道東方沖地震の際、茨城県波崎町で受信した１
〜９ｋＨｚの電界のパルスの頻度分布図である。横軸
は、左端に示す年月の日を示す。縦軸は、毎時の０分か
ら１分迄の、振幅が０．１３４ｍＶよりも大きいパルス
の数である。図３は、１９９５年１月１０日３時０分の
マグニチュウド６．２の茨城県沖地震の際、茨城県波崎
町で受信した１〜９ｋＨｚの電界のパルスの頻度分布図
である。その他は図２と同じである。図４は、図３の地
震の際、千葉県千倉町で受信した１〜９ｋＨｚの電界の
パルスの頻度分布図である。その他は図２と同じであ
る。この現象を利用した地震予知システム（図１参照）
の開発・整備を進めてきた結果、本発明をなすに至っ
た。

【０００８】前述の従来の技術の課題を解決するため
に、本発明に係わる電磁界の観測による地震の規模と震
源域の算出方法は、地震の前に地震の発生場所たる震源
域で発生する電磁界を観測して、地震の規模と震源域を
地震の前に算出する方法において、少なくとも４箇所の
観測点で電磁界を観測し、地震前の地震前兆電磁界パル
スを同定し、その発生領域を算出して震源域とし、地震
の規模たるマグニチュウドをパルスの発生領域の広さ・
長さ、及びパルスの振幅・発生数・発生頻度から算出
し、地震の発生をパルスの発生頻度の変化から地震の発
生前に知るものとした。また、本発明に係わる電磁界
の観測による地震の規模と震源域の算出装置は、地震の
前に地震の発生場所たる震源域で発生する電磁界を観測
して、地震の規模と震源域を地震の前に算出する装置に
おいて、少なくとも４箇所の観測点で電磁界を観測する
電磁界観測手段と、各電磁界観測手段により観測された
地震前の地震前兆電磁界パルスを同定する地震前兆電磁
界同定手段と、その発生領域を算出する震源域算出手段
と、地震の規模たるマグニチュウドをパルスの発生領域
の広さ・長さ、及びパルスの振幅・発生数・発生頻度か
ら算出するマグニチュウド算出手段と、地震の発生をパ
ルスの発生頻度の変化から発生前に知る発生検出手段と
を備えるものとした。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係わる電磁界の観
測による地震の規模と震源域の算出方法の実施形態を説
明する。先ず、第一段階において、少なくとも４箇所の
観測点で電磁界を観測することにより、例えば、観測点
間の距離が１０〜１０００ｋｍ程度の場合に、受信時刻
の差がそれぞれ０．１〜１０ｍｓ以下でパルスが観測さ
れた場合、少なくとも３個の独立の受信時刻差から、パ
ルスの発生源を同定する。第二段階において、上記のパ
ルスの波形・スペクトルと既知の地震前兆電磁界のそれ
らと比較して異質なパルスは排除する。また、パルスの
発生源と、市売されている雷発生領域のデータを比較し
て、雷によるパルスの発生領域を排除する。第三段階に
おいて、排除されなっかったパルスの発生領域を地震前
兆電磁界の発生領域と同定し、震源域とする。第四段階
において、同定した領域の広さ・長さ、及びパルスの振
幅・発生数からマグニチュウドを算出する。第五段階と
して、震源域から出ているパルスの発生頻度の変化か
ら、地震の発生を地震前に知る。

【００１０】次に、図１に基づいて、本発明に係わる電
磁界の観測による地震の規模と震源域の算出装置の実施
形態を説明する。なお、本実施形態においては、マグニ
チュウドと震度が共に一定値（例えば６）以上の地震の
場合に、マグニチュウドを誤差１以下、場所を誤差１０
ｋｍ程度で、１〜３時間前に算出するものとして説明す
る。

【００１１】互いに約１００ｋｍ離れた少なくとも４箇
所の観測点で、図１の、第１センサー１ａ及び第１観測
装置２ａよりなる第１観測局、第２センサー１ｂ及び第
２観測装置２ｂよりなる第２観測局、第３センサー１ｃ
及び第３観測装置２ｃよりなる第３観測局、並びに第４
センサー１ｄ及び第４観測装置２ｄよりなる第４観測局
に於て電磁界を観測する。これら第１観測局〜第４観測
局が、少なくとも４箇所の観測点で電磁界を観測する電
磁界観測手段として機能する。この観測技術としては、
既存の技術、例えば、「地震前兆の電界変動の観測法」
（特許第１８１３５８９号）に関する技術、即ち電磁界
の検出のためのセンサーとして深井戸のケーシング鋼
管、または海底に敷設したダイポールアンテナ及びルー
プアンテナを用いる。観測された任意の一定値以上の振
幅（：Ａ０）（下記の仕様例参照）のパルスを、図１の
主局に伝送し、第１データ記録装置３ａ〜第４データ記
録装置３ｄに記録し、各観測点毎の任意の一定値以上の
振幅（：Ａ１＞Ａ０）のパルス数及びその頻度分布を出
力する。異なる観測点で、受信時刻差が一定値（例えば
１ｍｓ）以下で、振幅が任意の一定値（：Ａ２＞Ａ０）
以上で受信されたパルスがあるときは、第１相関器４ａ
〜第３相関器４ｃにより相関強度（振幅）と遅延時間を
算出し、誤差１０μｓ以下で受信時刻差を求める。電
磁波の伝搬速度として、３×１０⁵ 〜１０⁵ ｋｍ／ｓ
を仮定して、データ処理装置５により、２点で観測され
た場合は、発生源の可能性のある位置の軌跡（双曲線）
を、３点で観測された場合は虚点（イマジナリポイン
ト）を含めて、発生源の可能性のある位置を、４点以上
で観測された場合は発生源の可能性のある位置を、市売
されている雷情報と一緒に地図上に、表示装置６を用い
て表示する。

【００１２】上記の各観測点でのデータの取り込みの仕
様の一例を下記に示す。

【００１３】仕様概要（仕様例）

【００１４】周波数：１〜９ｋＨｚ．振幅：１０μｖ〜１００ｍＶ．サンプリング周波数：５０ｋＨｚ．時刻精度：１μｓ．

【００１５】地震前兆電磁界パルス（前兆パルス）の同
定は、パルスの振幅・周期。波形・スペクトル及び発生
領域の広さ・形・動きが、既知の前兆パルスのそれらと
同質のパルスを選び出すことにより行う。即ち、以下の
（１）〜（４）の条件に沿って判断する。

【００１６】（１）一定範囲の振幅（例えば、上記の仕
様例）以外のパルスは前兆パルスとはしない。（２）一定周期を持つパルスは人工雑音と見なし、前兆
パルスとはしない。（３）波形・スペクトルが、既知の前兆パルスのそれら
と異なるパルスは前兆パルスとはしない。（４）前述の表示結果を用いて、パルスの発生領域を、
雷情報と比較し、発生領域が空電のそれと同じ広さ・形
・動きをする領域のパルスは、前兆パルスとはしない。

【００１７】パルスの発生領域の同定は、既存の技術、
例えば市売されている雷位置標定システム、地震の震源
決定システム、または「地震前兆の長波・地電流の発生
領域のトモグラフイ法」（特許第１８１３６０７号）に
関する異なる観測点の観測電磁界間の相互相関により発
生領域のトモグラフを作成することにより行う。

【００１８】これまでの地震前兆電磁界の観測及び岩石
の破壊実験の結果によれば、震源域は上述の前兆パルス
の発生領域と一致する。このことは理論的には次の様に
説明できる。地震前の震源域では、地殻の比抵抗の急減
が観測されており、岩石の破壊実験でも、崩壊前の比抵
抗の急減が観測されている。比抵抗の急減は崩壊前の微
小亀裂の発生と同期しており、亀裂面が良導体となるこ
とによる。地震前の震源域の抵抗が急減すれば、そこを
流れている地電流が急変し、電磁界変動の発生源とな
る。地震の際には、震源域の岩石は破壊されるから、地
震時及びその前後には震源域では電磁界変動、即ち電磁
界パルスが発生する。

【００１９】前述のパルスの振幅（相関強度）・総数・
発生頻度がマグニチュウド・震度と共に大きくなる経験
則を基に、マグニチュウドを推定するとともに、下記の
経験式を用いてマグニチュウドを算出する。Ｍ＝Ｌｏｇ（Ｓ）＋３．９、Ｍ＝２×Ｌｏｇ（Ｌ）＋３．６、ここに、Ｍ：マグニチュウド、Ｓ：前兆パルスの発生領域の広さ（ｋｍ² ）、Ｌ：前兆パルスの発生領域の長さ（ｋｍ）。

【００２０】上式は理論的には次のように説明できる。
地震のエネルギーをＥ、すべり量をＤとすると、ＥはＳ
・Ｄにほぼ比例する。一方、ＳはＬの２乗にほぼ比例
し、ＤはＬにほぼ比例する。これらの関係を下記のＭと
Ｅの関係式（定義）に代入すると、常数項を除いて、前
述のＭとＳ、及びＭとＬの関係式が得られる。１．５×Ｍ＝Ｌｏｇ（Ｅ）＋ｋ、ここに、ｋ：常数

【００２１】地震発生前の震源域とマグニチュウドの算
出は下記の様に行う。即ち、「今、上記の場所（前兆パ
ルスの発生領域）で地震が起きれば、そのマグニチュウ
ドは上記の値となる。」とする。観測では、１時間で
は、前述のパルス頻度は３０倍以上（Ｍが１増えれば、
地震のエネルギーは約３１．６倍となる）は変わってい
ないため（図２〜図４参照）、前述の方法で、例えば、
Ｍが５になった時から始めれば、Ｍが６以上の地震は、
誤差１以下で、１時間以上前には算出できることにな
る。即ち、Ｍの計算値が５になったとき、前兆パルスの
発生領域で、１時間後以降に、Ｍが５〜６の地震が起き
ると算出し、以後、Ｍの計算値が変わり、大きくなれ
ば、その都度、それに応じてＭを大きくしていく。

【００２２】この方法は理論的には次の様に説明でき
る。岩石破壊の際、横軸に変移量、縦軸に電気伝導度ま
たは微小亀裂の発生頻度を取ると、図２〜４と同じ様な
形のグラフが得られる。このことは、地震前兆のパルス
が岩石の微小破壊に対応するとした前述の説明を支持し
ている。分布がほぼ正規分布であり、変移は時間にほぼ
比例し、ある時点から微小亀裂が増加し、微小亀裂の頻
度がほぼ最大となる時点（通常は最大値を少し過ぎた時
点）で岩石は崩壊する。即ち、微小亀裂の増加から、崩
壊前にそれを知ることが出来る。地震は岩石の崩壊を伴
うから、上記の理由により、地震前に、地震前兆パルス
の増加から地震の発生を知ることが出来ることになる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に基づき、災
害を伴う大地震の定量的直前予報が可能となるため、地
震動に伴う反応炉の暴走・爆発・火災・交通事故・圧死
等の地震災害の軽減が可能となる。また、噴火は地震を
伴い、津波は地震に伴うため、本発明に基づき、噴火・
津波の直前予報も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】地震前兆電磁界及びその発生領域を同定する
システムの概念を示すブロック図

【図２】パルス頻度分布の第１例を示すパルス頻度分
布図

【図３】パルス頻度分布の第２例を示すパルス頻度分
布図

【図４】パルス頻度分布の第３例を示すパルス頻度分
布図

【符号の説明】

１：観測点にある観測局のセンサー（電極、アンテナま
たは磁気センサー）。２：観測装置。３：データ記録装置。４：相関器。５：データ処理装置。６：表示装置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地震の前に地震の発生場所たる震源域で
発生する電磁界を観測して、地震の規模と震源地を地震
の前に算出する方法において、少なくとも４箇所の観測
点で電磁界を観測し、地震前の地震前兆電磁界パルスを
同定し、その発生領域を算出して震源域とし、地震の規
模たるマグニチュウドＭをパルスの発生領域の広さＳも
しくは長さＬから「Ｍ＝ｌｏｇ（Ｓ）＋３．９」もしく
は「Ｍ＝２×ｌｏｇ（Ｌ）＋３．６」の関係式に基づき
算出し、算出したマグニチュウドＭもしくはＭ＋１の規
模の地震の発生可能性を１時間以上前に知ることを特徴
とする電磁界の観測による地震の規模と震源域の算出方
法。
【請求項２】地震の前に地震の発生場所たる震源域で
発生する電磁界を観測して、地震の規模と震源地を地震
の前に算出する装置において、少なくとも４箇所の観測
点で電磁界を観測する電磁界観測手段と、各電磁界観測
手段により観測された地震前の地震前兆電磁界パルスを
同定する地震前兆電磁界同定手段と、その発生領域を算
出する震源域算出手段と、地震の規模たるマグニチュウ
ドＭをパルスの発生領域の広さＳもしくは長さＬから
「Ｍ＝ｌｏｇ（Ｓ）＋３．９」もしくは「Ｍ＝２×ｌｏ
ｇ（Ｌ）＋３．６」の関係式に基づき算出するマグニチ
ュウド算出手段と、算出したマグニチュウドＭもしくは
Ｍ＋１の規模の地震の発生可能性を１時間以上前に知る
発生検出手段とを備えることを特徴とする電磁界の観測
による地震の規模と震源域の算出装置。