速度振幅及び変位振幅マグニチュードの観測点偏差と観測網偏差

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速度振幅及び変位振幅マグニチュードの観測点偏差と観測網偏差

勝間田明男*

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1.はじめに

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1)は，短周期速度型地震計により観測

された速度振幅に基づくマグニチュードの決定法を提案

した.このマグニチュードは，モーメントマクーニチュー

ドに基づき速度振幅の減衰関数を得たものであるが，用

いた振幅は津波早期検知網(気象庁，

1

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)

を中心とし

た気象官署からはなれた場所の地上に設置されている地

震計により記録されたものである.地震計により観測さ

れる振幅は，設置地盤環境によって変わる.気象庁の観

測点にも

7

6

型や

8

8

型の一部のように埋設型のものがあ

り(気象庁観測部地震課技術係，

1

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;

気象庁地震火山

部地震火山業務課技術係，

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，設置されている場所

の地盤条件も異なる.現在速度振幅からマグニチュード

を計算する上でも，

67

型 地 震 計 用 と し て 神 林 ・ 市 川

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が考案した式と

7

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型地震計用として竹内(1

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が考案した式が分けて用いられている.

また，気象庁の震源決定処理においては，

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より他機関のデータも含めている(気象庁，

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れは一元化処理と呼ばれている.マク、、ニチュードの決定

の際にも，他機関のデータを用いるようになっている.

防災科学技術研究所の多くの観測点では，地震計が埋設

設置されている.そこで，気象庁の津波早期検知網の地

上設置の地震計の振幅に比べて，他の設置方法の地震計

により観測された振幅がどのような系統的な差を持っ

かに関して調査を行う.更に，気象庁の津波早期検知網

よりも前の振幅データに基づくマグニチュードや変位振

幅マグニチュードの観測点偏差との比較についても検討

を加える.

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気象庁気象大学校

-67-験震時報第 65 巻第 1~4 号

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データ

本論文中において用いる速度振幅マグニチュードは，

原則

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により定義されたマグニチュード

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とする.各観測点の速度振幅マグニチュード

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と，その平均の地震のマグニチュード (M

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との差について検討してゆく.また，変位振幅マグニ

チュードについては，

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が津波早期検知

網よりも前の観測網の変位振幅データに対して定義した

マグニチュード

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と，津波早期検知網の変位振

幅データに対して定義したマグニチュード (M

KA2)

を

用いて検討する.

ここでは，気象庁により験測され，験測値ファイル中

に残されている振幅データに基づくこととする.短周期

速度型地震計の観測点は験測値データファイルでは，

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に示すように分類されている.各観測点ごとの

偏差を求めるとともに，この分類ごとに分けて比較検討

する.気象庁の観測点については設置されている場所の

違いとして，気象官署の敷地内に設置されたものと気象

官署から離れた場所に設置されたもの(以後，隔測と表

記する)がある.一般的に気象官署は市街地の堆積層上

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(

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鴨 川

t

)

.

O-H

-

0

.4

8

68

-にあることが多く，隔測としている地震計は比較的地盤

の硬い場所が選ばれて設置されている.また，設置方法

としては，地上設置(地震計台上の設置を含む)・ボー

リング孔内の設置・観測坑内の設置に分類される.気象

庁の隔測地上設置の地震計には

8

8

型地震計等と津波早

期検知網

(

T

-

s

y

s

)

の地震計がある.平均値や傾向に差

が少し見られるので，それらは分けて考えることとし，

津波早期検知網の地震計は]

-

S

-

R

(

2

)

とし，それ以前か

らある隔測地上設置の地震計は]

-

S

-

R

(1)というシンボ

ルをつける.但し，津波早期検知網の地震計は便宜的に

ファイル中の観測点番号で識別している(観測点番号

5

0

1

番以上)関係から，臨時観測点等も

]

-

S

-

R

(1)と分

類されている.なお，この分類は原則としてファイル中

の分類であるが，他機関の地震計の一部はファイル中の

分類ではなく再分類している.ファイル中の分類に従っ

た場合には現実の設置状況を反映していない場合もあり

つる.

調査対象の震源の深さを

6

0

k

m

以浅に制限する.

6

0

k

m

という深さは，比較的浅くかっマントル中の地震も含め

たものとして選んだ.あまり深い地震は減衰構造の不均

質性等の影響も考えられ，地域性がより強く現れると考

えられるので除くこととする.

期間として，

1989 年 1 月~

1

9

9

3

年

1

2

月(期間I)，

1

9

9

5

年 4 月~

1

9

9

7

年

9

月(期間

I

I

)

，

1997 年 10 月~

2

0

0

1

年

6

月(期間

I

I

I)の

3

つに分けて検討する.

期間

I

は津波早期検知綱が導入される前の観測網(気

象庁旧観測網)のデータを対象としたもので，

6

7

型地震

計・

7

6

型地震計・

8

8

型地震計などが短周期速度型地震計

として用いられている.期間は津波早期検知網が導入さ

れる直前の

5

年間と設定した.

5

年間という長さは，平

均をとる上で十分であると考えたからである.変位振幅

データについては

5

年では偏差が計算されない観測点が

出てしまうため

1

0

年と設定した.期間

I

I

は津波早期検

知網(気象庁新観測網)が導入されてから一元化処理が

始まる前の期間である.

K

a

t

s

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m

a

t

a

(

2

0

0

1

)

の速度振幅マ

グニチュードはこの期間の津波早期検知網の短周期速度

型地震計のデータを対象としている.期間

I

I

I

は一元化

処理開始以後の期間である.一元化処理以後は震央距離

に関する制限等が行なわれた.

2

0

0

1

年

5

月に変位振幅の

周波数特性が，それまでのバタワースの

3

次の特性から

機械式強震計特性に基づいたものに切り替えられたの

で，変位振幅については

2

0

0

1

年

4

月までとする.

-69-振幅の値が験測されている短周期速度型地震計の観測

点の数の

1

9

7

1

年

1

月から

2

0

0

1

年

6

月の問の時間変化を，

T

a

b

l

e

1

の各分類毎に分けて

F

i

g

.

1

に示す.

F

i

g

.

l

に示し

たものは，

1

ヵ月毎に実際に振幅データの残されている

観測点を計数したものである.験測値データ上では，他

機関の観測点の設置状況に関して

2

0

0

0

年

1

月より前は分

類がされていなかったが，

F

i

g

.

1

では時間を遡って分類

している.

醐 一

00 00 ‘ ， . 寸 I l l i -l J O-B O-v O-H 1975 1980 1985 1990 1995 2000 トーーーーーーー一寸 トーーー+ー一ーーーー→

Term 1 Term 11 Term 111

F

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.

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i

n

T

a

b

l

e

1

.

F

i

g

.

2

に，各観測点の験測値ファイル中の振幅の範囲

を示す.

F

i

g

.

2

において，

T

a

b

l

e

1

の分類ごとにわけでグ

ラフ化している.期間は Fig.1 と同様の 1971 年 1 月 ~2001

年

6

月である.

F

i

g

.

2

において，縦の線がそれぞれの観

測点の振幅の分布範囲を示す.横軸はそれぞれの振幅の

分布範囲の中央値の大きさ順に観測点を並べている.こ

の図によりそれぞれの観測点の振幅の下限と上限のおよ

その様子がわかる.但し下限については，ファイル

フォーマットの関係から

1

0

，

u

k

i

n

e

(=

1

0

-

I

m

!

S

)

に制限

されているものが目立つ.

これらの期間を通じて，ケーブル式海底地震計(]-O

B

S

)

を除き気象庁の短周期速度型地震計の上下動の特

性は，周期1.

0 (

s

)，減衰定数

0

.

5

が共通してしる.但

し，サンプリング周波数は津波早期検知網では

1

0

0

サン

プル毎秒であるが，それ以前は

3

0

サンフ。ル毎秒などが

用いられていた.このため，アンチエイリアスフィルタ

の特性が異なり，短周期速度型地震計の

1

0

H

z

よりも高

験震時報第 65 巻第 1~4 号

39

~

50

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三 回 ) 角 田

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刊

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三 国 ) 向 田 富 司

3

3

(

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)

向 田 富 司

50

32

一・四回Ll

I

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.

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.

1

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( 句 、

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)

角 田 園 昌 司

8

150

100

( 切 、 富 ) 色

E

d

刊

150

100

50

9

園田・圃圃

( 句 、

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)

角 田

E

4

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1

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1

.

50

150

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、 ‘

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J a

-R

S

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、

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•

•

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1

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1

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100

50

7

0

-圃・・・圃園副

200

150

100

s

o

(

ω

E

)

色

E

d

刊

周波数における特性は必ずしも共通しているとは言えな

し3

変位型地震計の周波数特性は，気象庁旧観測網と気象

庁新観測網(津波早期検知網)では異なっている.それ

らの周波数特性を

F

i

g

.

3

に示す.短破線が気象庁

5

1

型機

械式強震計(気象庁旧観測網)，実線が気象庁

5

9

型電磁

式地震計(気象庁旧観測網)，キ跡、長破線が津波早期検

知綱の変位特性を表す.気象庁

5

9

型電磁式地震計の特

性は，地震観測指針観測編(気象庁，

1

9

6

7

)

に示されて

いる図に基づく.機械式強震計の特性は周期

6

秒，減衰

定数

0

.

5

5

，摩擦

0

.

0

4

n

n

n

，入力振幅

1

0

n

n

n

として計算した

ものである.津波早期検知網においては

2

0

サンプル毎

秒の加速度計の出力を数値積分して変位記録を得てい

る.そのため，高周波側における振幅の減衰が激しい.

司3 2

210

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0

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1

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J

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1

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4

.

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9

3

，

s

i

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c

e

1

9

9

4

)

.

3

.

速度振幅マグニチュードの平均偏差

マグニチュードの観測点偏差の比較検討を行なうため

には基準の値が必要である.長期にわたり継続している

観測点のデータから求めたマグニチュードを使うことが

望ましい.隔測地上設置(J

-

S

-

R

(1))に分類される観測

点は，津波早期検知網の展開前後で継続して観測が行な

われている

(

F

i

g

.

1

).しかし，

J

-

S

-

R

(1)に分類される

ウ i

観測点のデータは一元化処理開始以後は比率が小さく

なっている.そこで，ここでは期間

I

については

J

-

S

-

R

(1)の振幅に基づき，期間

I

I

及び期間

I

I

I

については津

波早期検知網の速度型地震計(J

-

S

-

R

(

2

)

)

に基づき比較

を行なうこととする.

1

9

9

3

年以前については，変位振幅

マグニチュードに基づいて比較する方法も考えられる

が

，

5

9

型等の変位型地震計と短周期速度型地震計では振

幅の計測範囲の重なりが小さいので，短周期速度型地震

計の振幅から計算されるマグニチュードを用いる.

観測された振幅にはノイズレベルによる下限と，んII)

変換の振り切れによる上限がある.それらの測定限界に

よる平均値のずれを避けるために，基準とする速度振幅

マグニチュードの計算には

F

i

g

.

4

に示すようにマグニ

チュードに応じた震源距離のウインドウをかけた.但

し，その判定に用いるマグニチュードは一旦

J

-

S

-

R

(

1

)

あるいは

J

-

S

-

R

(

2

)

に分類される観測点の全振幅データ

を用いて決めた速度振幅マグニチュードに基づく.

6

ω

5

司3 冨 ‘ 同e

₄

-田圃 国

。

IJ

冨

e司

₃

2

f

₁₀₀₀

₁₅₀₀

distance(km)

F

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g

.

4 D

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i

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d

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d

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r

m

i

n

a

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i

o

n

.

3

.

1

期間 I

(

1

9

8

9

年

1月

，

.

.

.

，

1

9

9

3

年

1

2月)

速度振幅マグニチュードを気象庁の津波早期検知網よ

りも前の観測網のデータを用いて計算する場合について

検討する.旧観測網においては

6

7

型

，

7

6

型

，

8

8

型など

の短周期速度型地震計が使われてきた.津波早期検知網

展開にあたり

6

7

型

，

7

6

型などは廃止された.その当時

の地震のマグニチュードを再検討するために，津波早期

検知網展開後も継続使用されている

8

8

型等の隔測地上

設置の地震計(J

-

S

-

R

(1))に記録された振幅から計算さ

れるマグニチュードを基準とする.

F

i

g

.

5

に

l

観測点の振幅から計算されるマグニチュー

ド(観測点マグニチュード ，

M

l¥V-ST)

と基準マグニ

を，縦軸に

M

I¥V -S ・'[

- M

I¥川 付(1))

をとったものである.

下のグラフは横軸に観測点毎に M

I¥¥I

-ST-M

l¥

v

(jふR(I))

の

平均の順で並べて，平均と標準偏差を示したものであ

る.

T

a

b

l

e

1中に，在見測点干重別ごとに 3

.5

~

5

.

0の範囲

での平均の値を示す.個々の観測点の M

I¥

V-ST-M

_{F正 川}

験震時報第

65 巻第 1~4 号

チュード

(M

I¥V(J-S-R(

l)))との差を示す.基準マグニチュー

ドは震源距離のウインドウ (

F

i

g

.

4

) を適用して決定し

たものであるが，観測点マグニチュードについては，

データの制限は加えていない.それぞれの観測点分類に

ついて

2

グラフを示しているが，上は横軸に

M

Jイ，¥I(J-S-Ri1))

N:4176

J-8-P

2

。

-

1

1

N:73S8

J-B

・

R

+

2

。

-1

1

J-8-P-log

2

。

-

1

1

( ( 何 百

l

m

l

﹃

)

ミ

ミ

￨

包

ー

ミ

ミ

+

-2

-2

-2

MKV(J-S-R(l))

M K V(J-S-R(l))

M K V(J-S-R(l))

Y ﹃ E A T B A TiTE4 T I -A -1 -ー ム T 1 . ， E a -T I E -τ ﹄ ・ .

-1

-

1

-1

1

1

1

J

-OB8

2

。

-2

19

N:3777

2

。

-1

1

-2

-2

1

1

i

t

2

1

。

1

J-8-R(1)

， 酬

N:8646

2

。

-1

2

。

1

4

6

N:343

+

1

+ +

J-B-P

2

。

-1

1

(

(

H

E

1

m

l

円 )

ミ ミ

l

h

ー ミ

ミ (

( 何

百

l

ω

1

円 )

ミ ミ

lhlk

ミ

ミ

-2

-2

-2

M K V(J-S-R(l))

ル

I

K V(J-S-R(l))

M K V(J-S-R(l))

f

t

-1

-1

( ( 阿

)

M

I

m

-円)与 M h

ミ

l

r

g

l

k

S

ミ

-1

2

。

1

T E A T ム ' E ' E A

・

V

・

E -T E a -L ' a 企 マ ﹄ A ・ ' ' ' 企 ' B E E . ' E

且 ・

Y E -守 E ﹃ 企 V E E ‘ . ' E ' E A

・

E E S E 企

2

。

1

2

。

F

i

g

.

5 C

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p

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I¥¥lU-S-R(])))

a

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(M

I¥¥I

-

S

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.

1

9

8

9

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D

e

c

.

1

9

9

3

.

M

I¥¥ノ(j-S-R(]))

i

s

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s

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-

S

-

R

(

1

)

(

T

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b

l

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1

)

.

T

w

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.

1

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t

h

e

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p

e

r

p

a

n

e

，

l

M

I¥ ¥1-5 y-

M

I¥¥・(J-S-R(]))

i

s

s

h

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w

s

w

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a

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.

1

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t

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v

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l

鉱 山

i

nt

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o

f

t

h

e

a

v

e

r

a

g

e

.

つ

山

門 J e

8

1

-2

19

1

-2

2

1

-2

F

i

g

.

5

において，どの観測点の分類においても規模が

小さくなると ，

M

I¥V-ST

は

M

KVUふR

(J))に比べて大きめと

なっている.これは，地動ノイズによる験測振幅の下限

があり，そのために，振幅の平均値が大きめにずれてく

るためと考えられる.同一の観測点種別内であっても最

S-Ril))

の平均

(

A

v

e

.

)と標準偏差

(

S

D

)

は

A

p

p

e

n

di

x (

A

.

1

)

中に示す.

A

p

p

e

n

d

i

x

では他の観測点に比べて平均や標準

偏差が大きなものについては*をつけている.牢印をつ

ける判定の基準は，平均や標準偏差について更に標準偏

差を求め，その標準偏差の

2

倍以上外れているものとし

マグニチュードにして

大の偏差と最小の偏差の差が，

た.

J-S-p

N:4317

+ ++

2

。

1

-1

J-S-R(l)

2

。

1

-1

N:361473

J-S-R(2)

2

。

1

-1

(

(

N

E

4

l

円

)

ミ

ミ

l

h

ー

ミ

ミ

_-

₂

_-2

_-2

M

K V(J-S-R(2))

斗

f

i

2

。

-1

1

M

K V

(J-S-R(2))

? t i -B E A T I -E ム T E E

且 ・

E E E -' E E -T 2 4 ? B E E -y I 1 4 T i t -v l L ' a

且 ・

7 E A Tl 晶 Tl ム ' E B

且 ・

Y E - --T l

・

71 ふ

2

。

-1

1

λ

I

K V

(J-S-R(2))

2

。

-1

1

(

(

N

E

l

m

-円 )

ミ ミ

l

包

ー

ミ

ミ

4

1

-2

29

1

-2

1

5

0

100

5

0

-2

1

N:1243

+

J-S-V

2

。

1

-1

N:8799

+ +

J

-OBS

2

。

-1

1

J-B-P

N:1994

2

。

1

-1

( ( N U M I m -﹃ ) k

同

区

、

同

i

p

h

町 l k

同

旬

、

︿

-2

-2

-2

M

K V

(

J

'

-

S

-

R

(

2

)

)

M

K V

(J-S-R(2))

M

K V

(J-S-R(2))

2

2

2

1

。

-1

-1

(

(

N

E

l

m

-円 )

ミ ミ

l

p

g

ー

ミ

ミ

-1

T

A

T

-且

・

T 4 2 a A

・

E E -. ' E ﹄ a

企 ・

E ' a ・ ‘ 守 ' E E

・

y a -‘ ' ﹃ ' E

且 ・

7 B B E ‘ ? E 1 企 守 E l -. T A

・

E A

1

。

1

。

F

i

g

.

6 C

o

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b

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h

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k

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r

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g

n

i

t

u

d

e

(MKVU-S-R(2))) 加

ds

t

a

t

i

o

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r

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a

g

n

i

t

u

d

e

(M

K V-S T)

f

r

o

r

n

A

p

r

.

1

9

9

5

t

o

S

e

p

.

1

9

9

7

.

M

K V

(

J

-S-R(2))

i

s

c

a

l

c

u

!

a

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i

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]

-

S

-

R

(

2

)

(

T

a

b

!

e

1

)

.

T

h

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g

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h

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y

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h

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h

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t

o

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F

i

g

.

5

.

つ d 月 i

1

-2

8

-2

3

1

-2

3

.

2

期間

I

I (

1

9

9

5

年

4

月

-

-

1

9

9

7

年

9

月)

この期間では，津波早期検知網の隔測地上設置短周期

速度型地震計(J-S-R (

2

)

)の観測点から計算される速度

振幅マグ、ニチュードを基準とする.

F

i

g

.

6

に気象庁観測

点の 1995 年 4 月~

1

9

9

7

年

9

月の観測点マグニチュード

験震時報第 65 巻第 1~4 号

(M

1¥V-ST)

と基準マグニチュード

(M

1¥v(jふRW))

との差

を示す.

T

a

b

l

e

1

中に，観測点種別ごとに

M

1¥VU-S-R(2))二

2

.

5

~

4

.

0

及び

3

.5

~

5

.

0

(括弧の中)の範囲での平均値

を示す.期間

I

とは平均をとるマグニチュード範囲を変

えた場合について検討している.マグニチュードの分布

が全体として期間

I

よりも規模の小さい方にずれている

1

.

0

を越える場合が見られる.後で述べる期間

I

I

や

1

1

1

においては更に観測点問の偏差の大きな観測点種別の例

がみられる.

ので，平均をとる範囲もずらしている.本来はマグニ

チュード範囲を全期間で共通とした方が良いのではある

が，期間

I

の震源決定可能な規模は，後の期間とはかな

o-v

2

。

-1

1

0

・

B

2

。

-1

1

o

-

s

2

。

1

( ( き

1 m l

門 ) ミ

ミ

l

包 ー

ミ ミ

-2

-2

-2

M

K V

(

J

-S-R(2))

2

。

-2

1

-1

M

K V(J-S-R(2))

2

。

-2

1

-1

M

K V(J-S-R(2))

2

。

-1

1

( ( き

l m l

﹃ ) ミ

ミ

l a

ー ミ

ミ

50

C

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m

p

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(M

1¥VU-S-R(2))

a

n

d

s

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a

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m

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g

n

i

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u

d

e

(M

1¥V-ST)

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o

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]

M

A

o

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g

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m

O

c

t

.

1

9

9

7

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o

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u

n

e

2

0

0

1

.

T

h

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e

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h

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d

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t

a

t

i

o

n

s

o

f

]-S-R

(

2

)

(

T

a

b

l

e

1

)

.

T

h

e

g

r

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p

h

s

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y

l

e

i

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h

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s

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m

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h

a

t

i

n

F

i

g

.

5

.

150

100

F

i

g

.

7

50

100

50

O-H

2

。

-1

1

((剣道 l m l

円 ) ミ

ミ

l

r

a

ー ミ

ミ

-

2

A 斗 A 門 i

150

M

K V(J-S-R(2))

100

50

2

。

1

-1

( ( N E 1

∞

l 円 ) b M h

ミ

l

民

l b

肖 ミ