特許 6995381 地震予測方法及び地震予測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-17

(45)【発行日】2022-01-14

(54)【発明の名称】地震予測方法及び地震予測システム

(51)【国際特許分類】

   G01V 1/00 20060101AFI20220106BHJP

【ＦＩ】

G01V1/00 D

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019149443

(22)【出願日】2019-08-16

(65)【公開番号】P2021032577

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2021-11-11

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】500114254

【氏名又は名称】株式会社エム・アイ・ラボ

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】高島 充

【審査官】山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１９３７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３７９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１５２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２５４０２４５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｖ １／００ － ９９／００

Ｇ０１Ｈ １／００ － １７／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地中に断層面が形成される際に放出されるアコースティックエミッションに基づく弾性波であるＰ波を、
５０Ｈｚ未満の共振周波数を有する構造物の中に無指向性マイクロホンを設置し、
前記アコースティックエミッションが有する周波数帯域中の、前記構造物の共振周波数に対応した周波数の音を、この構造物の中で共鳴させて圧力変動として増強し、
前記増強された圧力変動を、前記構造物の中に設置された前記無指向性マイクロホンで捉えること、
で捕捉し、
前記Ｐ波が、最初に捕捉された時刻から、少なくとも１０秒間連続して捕捉されたかを判断し、
前記Ｐ波が、少なくとも１０秒間連続して捕捉された場合、地震が発生する可能性がある、と判断すること
を特徴とする地震予測方法。

【請求項2】

５０Ｈｚ未満の共振周波数を有する構造物と、前記構造物の中に設置された無指向性マイクロホンと、を含む圧力変動検出装置と、
前記圧力変動検出装置と結合される観測及び予測装置と、を備え、
前記構造物は、
地中に断層面が形成される際に放出されるアコースティックエミッションが有する周波数帯域中の、前記構造物の共振周波数に対応した周波数の音を、この構造物の中で共鳴させて圧力変動として増強し、
前記無指向性マイクロホンは、
前記増強された圧力変動を、前記構造物の中で捕捉し、
前記観測及び予測装置は、
前記圧力変動が、前記無指向性マイクロホンが最初に捕捉した時刻から、少なくとも１０秒間連続して捕捉されたか否かを判断し、
前記圧力変動が、少なくとも１０秒間連続して捕捉された場合、地震が発生する可能性がある、と判断すること
を特徴とする地震予測システム。

【請求項3】

前記構造物は、共鳴器を含み、
前記共鳴器は、振動可能な振動板を含むこと又は少なくとも一面が柔軟な壁面を持つ構造物であること
を特徴とする請求項２に記載の地震予測システム。

【請求項4】

前記圧力変動検出装置及び前記観測及び予測装置は、それぞれ通信網と接続可能な通信部を含み、
前記圧力変動検出装置は、
相互に距離をおいて複数の場所に設置され、
前記観測及び予測装置は、
前記複数の場所に設置された圧力変動検出装置からの圧力変動情報を含む信号を、前記通信網を介して受信し、
前記圧力変動検出装置のそれぞれが捉えた前記圧力変動の１４０秒以内の時間差に基づいて、発生する可能性がある地震の震源地の方位を求めること、及び／又は
前記圧力変動検出装置からの圧力変動情報が１４０秒以内で一致したとき、地震が発生する可能性がある旨を知らせる注意喚起情報を、情報端末装置に、前記通信網を介して自動送信すること
を特徴とする請求項２又は３に記載の地震予測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、地震予測方法及び地震予測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

日本において、緊急地震速報が実用化されている。緊急地震速報では、地震波のうち、Ｓ（Secondary）波よりも伝搬速度が速いＰ（Primary）波を察知する。これにより、大きな揺れを伴うＳ波が到達する前に、大きな地震が発生したことを情報発信する。緊急地震速報は、地震が発生した後、地震が発生したことを速やかに情報発信するシステムである。

【0003】

これに対し、近時、地震が発生する前に、地震が発生する可能性を予測する方法が、様々に検討されている。例えば特許文献１には、震源断層の破断に先行して、震源断層の周辺で無数の「微破壊」が発生することに起因した地鳴りを検出し、この地鳴りの特徴から本震の発生が迫っていることを検知する地震早期検知方法が記載されている。

【0004】

また、特許文献２には、アスペリティで生じる「スロークエイク（スロースリップ）」によって伝わる可聴領域の音波を検出し、検出された音波を前兆としてアスペリティの弾性復帰による地震の発生を予測する地震予測方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０００－１９３７５３号公報

【文献】特開２０１５－２０３６９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の地震早期検知方法は、震源断層の破断に先行して、震源断層の周辺で発生する無数の「微破壊」による地鳴りを検出する。

【0007】

特許文献２に記載の地震予測方法は、アスペリティで生じる「スロークエイク（スロースリップ）」によって伝わる可聴領域の音波、おおむね１００Ｈｚ～１１００Ｈｚの周波数領域で大きな音波が観測されたとき、「スロークエイク（スロースリップ）」により生じた音波であると推測して検出する。

【0008】

特許文献１及び２は、本震が発生する前に起こるであろうと考えられている「地中の物理的な破壊現象」で生じた音を、本震の前兆として検出するものである。音は、人間が明瞭に感知できる５０Ｈｚ以上の領域である。

【0009】

この発明は、本震の発生を、その数日～約３０日前に予測することが可能な地震予測方法及び地震予測システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この発明の第１態様に係る地震予測方法は、地中に断層面が形成される際に放出されるアコースティックエミッションに基づく弾性波であるＰ波を、５０Ｈｚ未満の共振周波数を有する構造物の中に無指向性マイクロホンを設置し、前記アコースティックエミッションが有する周波数帯域中の、前記構造物の共振周波数に対応した周波数の音を、この構造物の中で共鳴させて圧力変動として増強し、前記増強された圧力変動を、前記構造物の中に設置された前記無指向性マイクロホンで捉えること、で捕捉し、前記Ｐ波が、最初に捕捉された時刻から、少なくとも１０秒間連続して捕捉されたかを判断し、前記Ｐ波が、少なくとも１０秒間連続して捕捉された場合、地震が発生する可能性がある、と判断することを特徴とする。

【0011】

この発明の第２態様に係る地震予測システムは、５０Ｈｚ未満の共振周波数を有する構造物と、前記構造物の中に設置された無指向性マイクロホンと、を含む圧力変動検出装置と、前記圧力変動検出装置と結合される観測及び予測装置と、を備え、前記構造物は、地中に断層面が形成される際に放出されるアコースティックエミッションが有する周波数帯域中の、前記構造物の共振周波数に対応した周波数の音を、この構造物の中で共鳴させて圧力変動として増強し、前記無指向性マイクロホンは、前記増強された圧力変動を、前記構造物の中で捕捉し、前記観測及び予測装置は、前記圧力変動が、前記無指向性マイクロホンが最初に捕捉した時刻から、少なくとも１０秒間連続して捕捉されたか否かを判断し、前記圧力変動が、少なくとも１０秒間連続して捕捉された場合、地震が発生する可能性がある、と判断することを特徴とする。

【0012】

この発明の第３態様に係る地震予測システムは、第２態様において、前記構造物は、共鳴器を含み、前記共鳴器は、振動可能な振動板を含むこと又は少なくとも一面が柔軟な壁面を持つ構造物であることを特徴とする。

【0013】

この発明の第４態様に係る地震予測システムは、第２態様又は第３態様において、前記圧力変動検出装置及び前記観測及び予測装置は、それぞれ通信網と接続可能な通信部を含み、前記圧力変動検出装置は、相互に距離をおいて複数の場所に設置され、前記観測及び予測装置は、前記複数の場所に設置された圧力変動検出装置からの圧力変動情報を含む信号を、前記通信網を介して受信し、前記圧力変動検出装置のそれぞれが捉えた前記圧力変動の１４０秒以内の時間差に基づいて、発生する可能性がある地震の震源地の方位を求めること、及び／又は前記圧力変動検出装置からの圧力変動情報が１４０秒以内で一致したとき、地震が発生する可能性がある旨を知らせる注意喚起情報を、情報端末装置に、前記通信網を介して自動送信することを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

第１態様に係る地震予測方法によれば、アコースティックエミッションに基づく弾性波であるＰ波を捕捉し、Ｐ波が、最初に捕捉された時刻から、設定された判断時間連続して捕捉されたかを判断し、Ｐ波が、設定された判断時間連続して捕捉された場合、地震が発生する可能性がある、と判断する。これにより、本震の発生を、その数日～約３０日前に予測することができる。

【0015】

また、第２態様～第４態様に係る地震予測システムによれば、本震の発生を、その数日～約３０日前に予測できる。

【0016】

しかも、第１態様に係る地震予測方法及び第２態様～第４態様に係る地震予測システムが含む圧力変動検出装置によれば、５０Ｈｚ未満の共振周波数を有する構造物の中に、無指向性マイクロホンを設置する。これにより、Ｐ波に含まれる周波数成分のうち、特定の周波数成分を構造物の共振周波数として、例えば地表で抽出できる。さらに、抽出した特定の周波数成分を共鳴により、無指向性マイクロホンによって検出可能な大きさまで増強することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１（ａ）は、地震発生前に、地中及び地表で起こるであろうと推測される一現象を模式的に示す模式図である。図１（ｂ）は、１つのＰ波をフーリエ変換して示す図である。

【図2】図２は、岩石破壊実験の結果を示す図である。

【図3】図３は、自然界における連続Ｐ波の実際の観測例を示す図である。

【図4】図４は、この発明の一実施形態に係る地震予測方法の一例を示す流れ図である。

【図5】図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、実際に観測された連続Ｐ波と実際に発生した地震との関係を示す図である。

【図6】図６は、東北地方太平洋沖地震が発生する１２日前に観測された連続Ｐ波を示す図である。

【図7】図７は、この発明の一実施形態に係る地震予測方法に使用可能な新規なＡＥ検出装置の一例を模式的に示す模式図である。

【図8】図８は、この発明の一実施形態に係る地震予測システムの一例を概略的に示すブロック図である。

【図9】図９（ａ）は、部屋の音響特性を調べた結果を示す図である。図９（ｂ）は、建物の中の部屋の一例を示す斜視図である。

【図10】図１０は、構造物の別の例を示す斜視図である。

【図11】図１１は、この発明の一実施形態に係る地震予測システムの別の例を概略的に示すブロック図である。

【図12】図１２は、この発明の一実施形態に係る地震予測システムのさらに別の例を概略的に示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

この発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。各図面において、共通する部分については、共通する参照符号を付し、重複する説明は省略する。

【0019】

（地震予測方法）
＜科学的な根拠＞
最初に、この発明の一実施形態に係る地震予測方法の科学的な根拠を説明する。

【0020】

図１（ａ）は、地震発生前に、地中及び地表で起こるであろうと推測される一現象を模式的に示す模式図である。図１（ｂ）は、１つのＰ波をフーリエ変換して示す図である。

【0021】

図１（ａ）に示すように、地震が発生する前、地中にある岩盤（ＢＲ）には、強い圧力Ｐが加わっている状態である。この岩盤が壊れてずれると、地震が発生する。本件発明者は、岩盤が壊れてずれる前、岩盤からＰ（Primary）波が連続的に発生することを見出した。本明細書では、岩盤が壊れてずれる前、連続的に発生するＰ波を「連続Ｐ波（ＣＰＷ）」と定義する。

【0022】

本件発明者の観測によれば、連続Ｐ波は１０秒以上続く。しかも、連続Ｐ波が観測された後、連続Ｐ波は、数日～約３０日間、ほぼ観測されなくなる。その後、本震が発生する。本件発明者は、本震が発生する数日～約３０日前に観測される「連続Ｐ波」について、次のように仮定した。

【0023】

１．岩盤に強い圧力Ｐが加わる。
２．すると、岩盤には、将来、断層に発展する（又は再滑りする）可能性が高い断層面（ＦＰ）が形成される。
３．連続Ｐ波は、断層面が形成される際に発生する。
４．断層面が形成されると、連続Ｐ波は、一旦ほぼ止まる。
５．数日～約３０日後、断層面が形成された岩盤が耐えきれなくなる。
６．なお、もしも特許文献１に記載の地鳴りを伴う微破壊が発生するならば、上記５．で起こると考えられる。
７．やがて、岩盤は、断層面に沿って大きくずれる。
８．本震の発生

【0024】

上記仮定は、岩石破壊実験の結果に基づく。岩石破壊実験は、花崗岩の円柱試験片に圧縮荷重を加え、円柱試験片が破壊するまでのプロセスを観測したものである。試験片の寸法は、直径φ＝５０ｍｍ、長さＬ＝１００ｍｍである。圧縮荷重の大きさは、３１～３２ｋＮである。

【0025】

図２は、岩石破壊実験の結果を示す図である。図２の横軸は時間であり、縦軸は微小破壊の大きさである。時間の単位は「秒（ｓｅｃ）」である。微小破壊の大きさは、円柱試験片から放出されるアコースティックエミッション（Accoustic Emission、以下ＡＥと略記する）の大きさと同定した。ＡＥの大きさは、既存のＡＥセンサーを円柱試験片に貼り付けて測定した。既存のＡＥセンサーは、例えば圧電素子を検出素子として利用したものである。ＡＥの大きさの単位は、「ミリボルト（ｍＶ）」である。なお、既存のＡＥセンサーを用いた岩石破壊実験において観測されるＡＥの周波数（卓越周波数）は、数十ｋＨｚ～数ＭＨｚの高周波である。

【0026】

図２に示すように、岩石破壊実験では、荷重を加え始めてから約１７００秒経過後に、特異な現象が２つ現れた。第１の現象は、約１７２０秒から約１８００秒までの約８０秒間に、大きなＰ波が突発的かつ連続的に発生したことである。第２の現象は、約１８００秒経過後から破壊に至る約１８５０秒前後までの約５０秒間、大きなＰ波が発生しなくなることである。本明細書では、前者の期間を「（１）連続Ｐ波発生期」、後者の期間を「（２）休止期（時間的猶予）」と呼ぶ。

【0027】

このように、円柱試験片が破壊するまでのプロセスを、既存のＡＥセンサーを用いて観測したところ、円柱試験片の破壊の前に、
（１）連続Ｐ波発生期
（２）休止期
の２つの現象が現れることが分かった。

【0028】

なお、休止期の後かつ破壊の直前に、「（１）連続Ｐ波発生期」に発生するＰ波よりも、さらに大きなＰ波が２つ観測されている。破壊の直前に現れたさらに大きな２つのＰ波は、特許文献１に記載の地鳴りを伴う「微破壊」に相当する現象である、と推測される。これに対して、「（１）連続Ｐ波発生期」に発生するＰ波は、地鳴りを伴う「微破壊」に先行して発生する、さらに小さい「極微破壊」である。また、連続Ｐ波は、数日～約３０日間、ほぼ観測されなくなる。これは「（２）休止期」に対応する。

【0029】

円柱試験片の破壊は、自然界における地震の発生に置き換えることができる。自然界において、上記２つの現象、特に「（１）連続Ｐ波発生期」を捕捉することができれば、その後の数日～約３０日間の「（２）休止期」を含んで、地震の発生を予測できる。Ｐ波は、ＡＥに基づく弾性波である。したがって、「（１）連続Ｐ波発生期」を捕捉するためには、例えばＡＥに基づく弾性波を観測すればよい。

【0030】

図３は、自然界における連続Ｐ波の実際の観測例を示す図である。図４は、この発明の一実施形態に係る地震予測方法の一例を示す流れ図である。

【0031】

図３に示すように、自然界における連続Ｐ波は、少なくとも１０秒継続する。この知見に基づき、この発明の一実施形態に係る地震予測方法では、図４に示すように、
（ａ）ＡＥに基づく弾性波であるＰ波を捕捉し（ＳＴ.１）、
（ｂ）上記Ｐ波が、最初に捕捉された時刻から、設定された判断時間、例えば少なくとも１０秒間連続して捕捉されたかを判断し（ＳＴ．２）、
（ｃ）上記Ｐ波が、上記設定された判断時間、連続して捕捉された場合、「（１）連続Ｐ波発生期」を捕捉したと判断し、地震（本震）が発生する可能性が高い（地震が発生する可能性がある）、と判断する（ＳＴ．３）。

【0032】

これら（ａ）～（ｃ）の手順を踏まえることにより、数日～約３０日前に、地震（本震）の発生を予測することが可能となる。

【0033】

＜実際に観測された連続Ｐ波と実際に発生した地震との関係＞
図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、実際に観測された連続Ｐ波と実際に発生した地震との関係を示す図である。観測地点は、東京都品川区北品川である。

【0034】

図５（ａ）に示すように、本件発明者は、２００７年１１月２０日に、継続時間１１７６秒、大きさ１７ｍＶＰ－Ｐ（Ｐ－Ｐ：Peak to Peak）の連続Ｐ波を観測した。観測から２日後の１１月２２日に、東京都及びその近辺においてマグニチュードＭ２．１の地震が発生した。

【0035】

また、図５（ｂ）に示すように、本件発明者は、２００８年６月７日に、継続時間７８７２秒、大きさ５ｍＶＰ－Ｐの連続Ｐ波を観測した。観測から７日後の６月１４日に、岩手県内陸南部を震源とする「岩手・宮城内陸地震（マグニチュードＭ７．２、最大震度６強）」が発生した。

【0036】

さらに、図５（ｃ）に示すように、本件発明者は、２０１１年２月２７日に、継続時間３３１８秒、大きさ３０ｍＶＰ－Ｐの連続Ｐ波を観測した。観測から１２日後の３月１１日に、岩手県沖から茨城県沖までを震源域とする「東北地方太平洋沖地震（マグニチュードＭ９．０、最大震度７）」が発生した。

【0037】

このように、連続Ｐ波と地震との間には、連続Ｐ波の発生から数日～十数日後に地震（本震）が発生する、という相関関係があることが明らかとなった。また、観測された連続Ｐ波が大きさが大きい場合、「観測地点に近い場所で地震が発生する」又は「観測地点から遠い場所で巨大な地震が発生する」ことが分かった。さらに、連続Ｐ波の捕捉から「７日未満」で地震が発生した場合には「比較的規模が小さい地震」となる可能性が高く、「７日以上」で地震が発生した場合には「巨大な地震」となる可能性が高くなることも分かった。

【0038】

これは太平洋プレートの動きである年間約８ｃｍで観測された結果である。まもなく起こるであろう南海トラフ地震ではフィリピン海プレートが中心的であり、その動きは年間４ｃｍである。このため、フィリピン海プレートの動きに基づく地震の場合、連続Ｐ波の発生から地震発生まで、太平洋プレートの動きに基づく地震の約２倍の時間がかかると推測される。したがって、南海トラフ地震の場合は、連続Ｐ波の発生から本震の発生まで、最長約３０日がかかると見込まれる。このように、太平洋プレートの動きに基づく地震の場合は、連続Ｐ波の発生から数日～十数日後に本震が発生すると考えられ、フィリピン海プレートの動きに基づく地震の場合、連続Ｐ波の発生から数日～約３０日後に本震が発生すると考えられる。

【0039】

これらの知見に基づき、この発明の一実施形態に係る地震予測方法では、さらに
（ｄ）上記「（１）連続Ｐ波発生期」に捕捉されたＰ波の大きさに基づいて、地震の規模を、予測すること
（ｅ）上記「（１）連続Ｐ波発生期」の捕捉からの経過日数に基づいて、巨大な地震が発生する可能性がある、と判断すること
が可能である。

【0040】

このようにＰ波の大きさ、経過日数等を、さらに考慮することで、「巨大な地震」が発生する可能性があることを、さらに予測することが可能である。

【0041】

また、連続Ｐ波は、少なくとも１０秒継続するが、地震が発生する前に発生する連続Ｐ波は、概ね１０００秒以上継続する。したがって、
（ｆ）継続時間が、例えば１０００秒に達したとき又は１０００秒を超えたとき、地震が発生する可能性がある、と判断すること
も可能である。

【0042】

このように継続時間を、さらに考慮することで、継続時間を考慮しない場合に比較して、予測の確度を向上させることができる。

【0043】

＜連動型地震の予測＞
東北地方太平洋沖地震は、３つの地震が連動した「連動型地震」であった。本件発明者は、連動型地震と連続Ｐ波との間にも相関関係があることをつきとめた。

【0044】

図６は、東北地方太平洋沖地震が発生する１２日前に観測された連続Ｐ波を示す図である。

【0045】

図６に示すように、東北地方太平洋沖地震が発生する１２日前に観測された連続Ｐ波の継続時間は、３３１８秒であり、Ｐ波の大きさが著しく大きい部分だけでも６５０秒継続した。この期間において、３つの大きな紡錘形ＳＳが見られた。３つの大きな紡錘形ＳＳは、東北地方太平洋沖地震において連動した３つの地震に対応する、と考えられる。

【0046】

この知見に基づき、この発明の一実施形態に係る地震予測方法では、
（ｇ）上記「（１）連続Ｐ波発生期」に捕捉されたＰ波の紡錘形ＳＳの部分の数に基づいて、連動する地震の数を、さらに予測すること
も可能である。

【0047】

このように紡錘形の部分の数を、さらに考慮することで、発生する可能性がある地震が、「単発型」であるか「連動型」であるかを予測することができる。

【0048】

（地震予測システムの一例）
＜圧力変動検出装置１００＞
Ｐ波は、ＡＥに基づく弾性波である。したがって、上述したように「（１）連続Ｐ波発生期」を捕捉するためには、例えばＡＥに基づく弾性波を観測すればよい。しかしながら、既存のＡＥセンサーを、地中にある岩盤に貼り付けることは不可能である。そこで、本件発明者は、以下に説明するような工夫をすることで、ＡＥに基づく弾性波であるＰ波を捕捉することに成功した。そして、Ｐ波が、最初に捕捉された時刻から、設定された時間、例えば１０秒連続して捕捉されたか否かを判断することで、「（１）連続Ｐ波発生期」を捕捉した、と判断することに成功した。

【0049】

ＡＥに基づく弾性波は、図１（ａ）に示したように、地中から地表まで伝搬する。また、連続Ｐ波に含まれたＰ波の１つ１つは、図２に示したように、鋭いパルス信号として観測できる。鋭いパルス信号である１つ１つのＰ波は、図１（ｂ）に示すように、それぞれ広い周波数帯域を有する。１つ１つのＰ波は、直流から高周波までのほぼ全帯域の周波数成分を含む、と考えてよい。

【0050】

これらの観点から、Ｐ波に含まれる周波数成分のうち、特定の周波数成分を地表で抽出し、抽出した特定の周波数成分を検出可能な大きさまで増強することができれば、Ｐ波を捕捉することができる。これを可能とするためには、既存のＡＥセンサーに代わる新規なＡＥ検出装置を含む地震予測システムが必要となる。新規なＡＥ検出装置では、ＡＥを圧力変動として検出する。以下、新規なＡＥ検出装置を、圧力変動検出装置という。

【0051】

図７は、この発明の一実施形態に係る地震予測方法に使用可能な圧力変動検出装置の一例を模式的に示す模式図である。図８は、この発明の一実施形態に係る地震予測システムの一例を概略的に示すブロック図である。

【0052】

図７に示すように、圧力変動検出装置１００は、構造物１と、無指向性マイクロホン２と、を含む。構造物１は、地面上に設置されている。構造物１は、その内部に空間１１を有する。無指向性マイクロホン２は、空間１１の中に設置されている。

【0053】

構造物１は共振周波数を有し、音響的に共振可能である。地表に伝搬してきたＰ波は、構造物１の空間１１の中に伝わる。空間１１の中に伝わったＰ波は、空間１１の中で、構造物１の共振周波数と共振（共鳴）する。これにより、Ｐ波が含む周波数成分のうち、構造物１の共振周波数と合致した周波数成分が、空間１１の中において、圧力変動、例えば音波として増強される。

【0054】

無指向性マイクロホン２は、空間１１の中の圧力変動を捉える。この実施形態の一例では、無指向性マイクロホン２は、空間１１の中の圧力変動を音波として捉える。音波が、無指向性マイクロホン２で捉えることが可能な大きさまで増強されると、無指向性マイクロホン２は、捉えた音波を電気的な信号に変換し、出力する。電気的な信号は、検出された圧力変動情報を含む、例えばアナログ信号である。

【0055】

図８に示すように、無指向性マイクロホン２から出力された圧力変動情報を含む電気的な信号は、増幅器３１に入力される。増幅器３１は、圧力変動情報を含む電気的な信号を増幅し、出力する。

【0056】

増幅された電気的な信号は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３２に入力される。ＬＰＦ３２は、増幅された電気的な信号から、その高周波成分をカットして出力する。これは、圧力変動検出装置１００では、構造物１の共振周波数が、数十Ｈｚの低周波であることによる。低周波の具体的な例については、後述する。ＬＰＦ３２において、高周波成分をカットすることで、例えば環境音に起因した高周波ノイズ等を除去でき、構造物１の共振周波数付近の周波数帯にある周波数成分を、精度高く取り出すことができる。ＬＰＦ３２は、ある選ばれた周波数帯、例えば共振周波数付近の周波数帯のみを通過させるＢＰＦ（バンドパスフィルタ）に置き換えることもできる。

【0057】

高周波成分がカットされた電気的な信号は、Ａ／Ｄ（アナログ－デジタル変換器）３３に入力される。Ａ／Ｄ３３は、アナログ信号をデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）し、出力する。

【0058】

＜観測及び予測装置２００＞
Ａ／Ｄ変換された電気的な信号は、観測及び予測装置２００に入力される。観測及び予測装置２００は、空間１１の中における圧力変動を、時間経過とともに観測する。観測及び予測装置２００は、観測結果に基づいて、上述した一実施形態に係る地震予測方法の一例にしたがって、地震の発生を予測する。そして、観測及び予測装置２００が「地震が発生する可能性がある」と判断したとき、観測及び予測装置２００は、地震発生予測警報を発信する。

【0059】

このように、この発明の一実施形態に係る地震予測システムの一例では、圧力変動検出装置１００と、観測及び予測装置２００と、を含む。

【0060】

圧力変動検出装置１００は、ＡＥに基づく弾性波であるＰ波を、構造物１の共振周波数に共振（共鳴）させて音波として増強し、構造物１の中の空間の圧力変動として捕捉する。これにより、地中にある岩盤から放出されたＡＥに基づく弾性波であるＰ波を、地表で捕捉することができる。

【0061】

さらに、観測及び予測装置２００は、上述した地震予測方法の一例にしたがって、地震の発生を予測する。一例を挙げれば、観測及び予測装置２００は、例えば図４に示したように、
（ａ）ＡＥに基づく弾性波であるＰ波を捕捉し（ＳＴ.１）、
（ｂ）上記Ｐ波が、最初に捕捉された時刻から、設定された判断時間、例えば少なくとも１０秒間連続して捕捉されたかを判断し（ＳＴ．２）、
（ｃ）上記Ｐ波が、上記設定された判断時間、連続して捕捉された場合、「（１）連続Ｐ波発生期」を捕捉したと判断し、地震（本震）が発生する可能性が高い（地震が発生する可能性がある）、と判断する（ＳＴ．３）。

【0062】

したがって、この発明の一実施形態に係る地震予測システムの一例によれば、本震の発生を、その数日～約３０日前に予測することができる。

【0063】

＜構造物１の共振周波数＞
共振周波数は、構造物１の共振周波数を調節することによって、任意の値に設定できる。共振周波数は、低周波がよい。高周波では、様々な環境音、通信等に使用される電磁波が含まれてしまい、空間１１の中の圧力変動が、Ｐ波に基づく圧力変動なのか否かが区別し難くなるためである。低周波の中でも、共振周波数は、例えば５０Ｈｚ未満がよい。５０Ｈｚ未満であれば、例えば電源周波数（日本では５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の影響を受け難くなる。さらに共振周波数の範囲を絞るとするならば、例えば３０Ｈｚ未満がよい。３０Ｈｚ未満であれば、自動車等に搭載されたエンジンのアイドリング時の低周波音の影響を、さらに受け難くなる。エンジンのアイドリング時の周波数は、例えば、約１０～５０Ｈｚ以上である。

【0064】

＜構造物１の一例＞
構造物１の一例は、地表に建設された建物である。この場合、空間１１は、建物の中の部屋となる。建物は、例えば３００００ｋｇ以上ある重量物であり、その共振周波数は、低周波の範囲にある。

【0065】

図９（ａ）は、部屋の音響特性を調べた結果を示す図である。図９（ｂ）は、建物の中の部屋の一例を示す斜視図である。

【0066】

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、構造物１の一例である建物は、例えば鉄筋コンクリート造であり、部屋は直方体形状で幅Ｗ＝４．５ｍ、長さＬ＝１０．７ｍ、高さＨ＝２．５ｍである。音響特性を調べた部屋では、１０Ｈｚ近傍と、１４～１５Ｈｚ付近に共振周波数があることが確認された。なお、無指向性マイクロホン２は、長さＬ＝１０．７の端で、幅Ｗ＝４．５のほぼ中央部に設置した。

【0067】

このように構造物１の一例である建物は、空間１１として部屋を有する。部屋は、低周波帯域に共振周波数を有する。したがって、例えば部屋の中では、ＡＥが有する周波数帯域中の、部屋の共振周波数に対応した周波数の音（本例では、１０Ｈｚ近傍の音及び１４～１５Ｈｚ付近の低周波音）を共鳴させ、音波として増強することができる。

【0068】

＜構造物１の別の例＞
図１０は、構造物の別の例を示す斜視図である。図１０には、構造物１の別の例として、共鳴器が示されている。

【0069】

図１０に示すように、共鳴器１２は、円筒状の筒体１２１と、筒体１２１の上面に設けられた振動可能な振動板１２２と、を含む。振動板１２２は、筒体１２１の上面に、上下に可動な上下可動エッジ１２３によって取り付けられており、上下に振動することができる。無指向性マイクロホン２は、例えば筒体１２１の底に、電気的な信号を出力をするためのリード線１２４を筒体１２１の外に出しつつ、設置される。共鳴器１２の共振周波数は、例えば５０Ｈｚ未満に設定される。

【0070】

また、共鳴器１２の共振周波数は、３０Ｈｚ未満に設定されることが、より好ましい。これは、上述した通り、電源周波数の影響を受け難くなるほか、エンジンのアイドリング時の低周波音の影響も受け難くできるためである。

【0071】

さらに、共鳴器１２は、上下に振動できる振動板１２２を備える。このため、構造物１が建物であり、その部屋の中に無指向性マイクロホン２をそのまま設置する場合と比較して、ＡＥが有する周波数帯域中の、共鳴器１２の共振周波数に対応した周波数の音を、音波として、さらによく増強することができる。また、共鳴器１２は、少なくとも一面が柔軟な壁面を持つ構造物であってもよい。柔軟な壁面は、振動板１２２と同様に振動できる。したがって、振動板１２２と同様に、共鳴器１２の共振周波数に対応した周波数の音を、音波として、さらによく増強できる、という利点を得ることができる。

【0072】

なお、共鳴器１２は、構造物１である建物の中の部屋に設置することも可能である。また、共鳴器１２は、後述する地震予測システムの別の例及びさらに別の例にも使用することが可能である。

【0073】

（地震予測システムの別の例）
図１１は、この発明の一実施形態に係る地震予測システムの別の例を概略的に示すブロック図である。

【0074】

図１１に示すように、別の例に係る地震予測システムが、一例に係る地震予測システムと異なるところは、例えば圧力変動検出装置１００を、通信機能付の圧力変動検出装置１００ａとしたこと、である。圧力変動検出装置１００ａは通信部３４を含み、観測及び予測装置２００は通信部４１を含む。通信部３４及び通信部４１は、それぞれ通信網と接続可能である。この別の例では、圧力変動検出装置１００ａと、観測及び予測装置２００とが通信網を介して接続される。これにより、観測及び予測装置２００は、例えば複数の圧力変動検出装置１００ａの集中監視を行う。

【0075】

圧力変動検出装置１００ａは、相互に距離をおいて複数の場所に設置される。観測及び予測装置２００は、複数の場所に設置された圧力変動検出装置１００ａからの圧力変動情報を含む信号を、通信網３００を介して受信する。そして、観測及び予測装置２００は、圧力変動検出装置１００ａのそれぞれが、例えば最初に捉えた圧力変動の時刻の差（時間差）に基づいて、発生する可能性が高い地震の震源地の方位を求める。ただし、最初に捉えた圧力変動の時刻から約１４０秒以内の時間差は、１つの地震による圧力変動であるとする。この根拠は、Ｐ波が伝わる速度が約７～８［ｋｍ／ｓｅｃ］、圧力変動検出装置１００ａの検出限界が約１０００～１１００［ｋｍ］であることによる。例えば１１００［ｋｍ］／８［ｋｍ／ｓｅｃ］＝１３７．５［ｓｅｃ］≒１４０［ｓｅｃ］であるから、別の例に係る地震予測システムでは、時間差が約１４０秒以内であれば１つの地震による圧力変動である、と判断する。

【0076】

このように圧力変動検出装置１００ａを、相互に距離をおいて複数の場所に設置し、圧力変動検出装置１００ａのそれぞれが捉えた圧力変動の時刻の差を求める。この時刻の差に基づいて、発生する可能性が高い地震の震源地の方位を求めることも可能である。

【0077】

（地震予測システムのさらに別の例）
図１２は、この発明の一実施形態に係る地震予測システムのさらに別の例を概略的に示すブロック図である。

【0078】

図１２に示すように、さらに別の例に係る地震予測システムが、別の例に係る地震予測システムと異なるところは、観測及び予測装置２００が、クラウドサービスの、例えば管理サーバを、さらに兼ねることである。通信網３００には、圧力変動検出装置１００ａのほか、例えばクラウドサービスを受ける顧客の情報端末装置４００が接続されている。観測及び予測装置２００は、複数の圧力変動検出装置１００ａ及び情報端末装置４００の集中監視を行う。

【0079】

本例の観測及び予測装置２００が「地震が発生する可能性がある」と判断したとき、観測及び予測装置２００は、「地震が発生する可能性がある」旨を知らせる注意喚起情報（地震発生予測警報）を、情報端末装置４００に、通信網３００を介して自動送信する。ただし、最初に捉えた圧力変動の時刻から１４０秒以内の時間差は、１つの地震による圧力変動であるとする。

【0080】

また、この自動送信は、例えば、全て又は一部の圧力変動検出装置１００ａからの圧力変動情報が一致したときに行うようにすると、例えば注意喚起情報（地震発生予測警報）の誤送信の可能性を低くでき、予測の信頼性をより高めることができる。なお、一部の圧力変動検出装置１００ａからの圧力変動の一致については、例えば１００台以上一致等のしきい値を予め定めておくとよい。この場合、注意喚起情報（地震発生予測警報）は、圧力変動検出装置１００ａからの圧力変動情報がしきい値を超えて一致したとき、自動送信される。

【0081】

また、圧力変動検出装置１００ａは、クラウドサービスにおいては、例えば家庭用設置装置とされてもよい。これにより、圧力変動検出装置１００ａを、広くかつ数多く設置することができる。この結果、例えば震源地の方位の予測等、地震予測システムの精度を、さらに向上できる。

【0082】

また、圧力変動検出装置１００ａを数多く設置することで、大量の圧力変動情報を、長期間にわたって蓄積することもできる。これにより、地震予測システムの予測精度の向上に寄与する、という利点を、さらに得ることができる。

【0083】

なお、図１２を参照して説明した地震予測システムのさらに別の例と、図１１に示した地震予測システムの別の例とは、併用しての実施が可能である。また、それぞれ単独での実施も可能である。

【0084】

また、構造物１又は共鳴器１２の共振周波数は、例えば５０Ｈｚ未満又は３０Ｈｚ未満がよい、と説明したが、共振周波数は、５０Ｈｚ未満の有限値又は３０Ｈｚ未満の有限値である。したがって、共振周波数は、５０Ｈｚ未満又は３０Ｈｚ未満で、０Ｈｚを除く任意の値を選んで設定することができる。

【0085】

以上、本発明の一実施形態を説明したが、一実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、本発明は、一実施形態のほか、様々な新規な形態で実施することができる。また、本発明の実施形態は、上述した一実施形態が唯一でもない。従って、一実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更が可能である。このような新規な形態や変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明、及び特許請求の範囲に記載された発明の均等物の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0086】

１ ：構造物
１１ ：空間
１２ ：共鳴器
１２１：筒体
１２２：振動板
１２３：上下可動エッジ
１２４：リード線
２ ：無指向性マイクロホン
３１ ：増幅器
３２ ：ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
３３ ：Ａ／Ｄ（アナログ－デジタル変換器）
３４ ：通信部
４１ ：通信部
１００ ：圧力変動検出装置
１００ａ：通信機能付の圧力変動検出装置
２００ ：観測及び予測装置
３００ ：通信網
４００ ：情報端末
ＢＲ ：岩盤
ＦＰ ：断層面
ＣＰＷ ：連続Ｐ波
ＳＳ ：紡錘形
Ｗ ：幅
Ｌ ：長さ
Ｈ ：高さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】