[S-SS24] リアルタイム地震情報システムの発展と利活用

[SSS24-04] オンサイト警報のためのＰ波、Ｓ波識別フィルターの提案

*堀内 茂木¹ (1.株式会社　ホームサイスモメータ)

キーワード：オンサイト警報, Ｐ波、Ｓ波識別フィルター, H/V 変化, 周波数変化, 震度予測, 自動震源決定

１．はじめに　オンサイト警報システムでは,Ｐ波とＳ波とを正しく区別して,震度予測を行うようにすることが重要である.Ｐ波とＳ波との平均振幅は約5倍違うことから,Ｐ波とＳ波とを区別できなく,Ｓ波をＰ波であると間違えると,最大振幅や震度の予測に大きな誤差が生ずる.海溝型地震を除くと,大きな被害を及ぼす地震は30km以内の地震であり,（Ｓ－Ｐ）時間は3-4秒であることから,Ｓ波到着直後の短い時間区間のデータを用いて,Ｓ波到来を決定する必要がある.また,大地震直後の,多数の地震が頻発する場合の自動震源決定システムの開発では,Ｐ波とＳ波とを間違える場合もある.そこで,Ｐ波とＳ波とを識別するためのフィルター開発を行ったので報告する.
２．Ｐ波,Ｓ波識別フィルター　１）Ｐ波は上下動成分の振幅がより大きく,Ｓ波は水平動成分がより大きいこと,２）Ｓ波の卓越周波数は,Ｐ波に比べ長いことが知られている.水平動成分と,上下動成分の振幅比（Ｈ／Ｖ）をプロットすると,Ｐ波到来時にこの値が減少し,Ｓ波到来時に増加する.しかし,微弱な遠地地震が含まれていると,Ｐ波到来時にＨ／Ｖは大きくなる.また,Ｐ波コーダの中に,Ｈ／Ｖが大きい位相が含まれている場合が多く,Ｈ／Ｖの値のみからＳ波到来を判断することは困難である.卓越周波数についても同様である.そこで,Ｐ波とＳ波とを識別するための以下のフィルターを提案する.
F(t)={ｂZ(t)-NS(t)-EW(t)} ―c{V(t)-rA(t)} 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
　ここでZ(t)，NS(t)，EW(t)：上下,南北,東西成分の絶対値の移動平均,V(t)；3成分速度波形の絶対値の移動平均,A(t)；3成分加速度波形の絶対値の移動平均,r：P波コーダ部分のV(t)とA(t)の平均値の比（r=V/A),b:上下動と水平動の振幅比（＝２）,c：H/V変化と周波数変化との重み（0.3）
　式（１）の第１項は,上下動と水平動の振幅変化に対応し,上下動成分が卓越するＰ波が到着すると正,水平動が卓越するＳ波が到着すると負になる.第2項は,卓越周波数の変化に対応し,卓越周波数の低いＳ波が到着すると負になる.　
３．結果　震度5弱以上の地震について,防災科学技術研究所のK-NETによる波形データを用いて,今回提案するフィルターの有効性を調べた.上下動成分の波形と,フィルター出力とを比較した結果,ほぼ例外なく,Ｓ波が到着すると,フィルター出力が負になり,かつ,その振幅の絶対値は,Ｐ波コーダ部分のそれの数倍になることが示された.このフィルターを用いることにより,高精度のオンサイト警報システムの開発が可能であることが示された.大地震発生直後で,余震が頻発する場合の自動震源決定時には,Ｐ波とＳ波との区別が難しいが,このフィルターは,このような場合の自動震源決定にも有効であることが示された.