1967年3月6日に観測された地電流の異常変化

防災科学技術総合研究報告 第18号 1969年3月

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1967年3月6日に観測された地電流の異常変化

    一松代にお ける垂直地電流観測の報告一

   熊谷貞治

同立防災科学技術センター

Am Amomaloms Variati01I at the Time of t㎞1≡】肌tl1quake o皿Mπ．6．1967

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      By        Teiji K11magai

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Abstract

     The observation of vertica1component of earth＿current potentia1gradient has been carried out by Nationa1Research Center for Disaster Prevention near the eastern outskirt of Matsushiro town．  The geographica1coordinates of the observed station are as fo11ows；Latitude：36㌻3，16 N；Longitude：138．10，03 E； Height： 374m．

     This observation was p1anned to uti1ize the boring for the investigation of

earthquake swarms around Matsushiro region．

     The e1ectrodes in use consist of1eaden rod of about5cm in diameter and one meter in1ength．  The upper e1ectrode is burried vertica11y in a thick1ayer of pine charcoa1grains at the depth of about1．7meters be1ow the surface of ground．  And 1ower one is cemented in a thick1ayer of conductive concrete and situated vertica11y at the depth of about O．2km be1ow the surface．  The distance between two e1ectrodes

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type amp1ifier and pen−writing vo1tmeter．  The speed of record is usua11y6cm per minute，and its sensiti∀ity is1O mi11ivo1ts per250mm per base1ength．

     One of the objects of this observation was to obtain the record of shorter−period variation， not such as1unar and diurna1variation． In the region df Matsushiro， it was so difficu1t to obser∀e the natura1variation of earth−current potentia1gradient

松代群発地震に関する特別研究（第2報）防災科学技術総合研究報告第18号1969

due to the obscuration by the noise of stray e1ectric current from rai1ways， so that the present observation was executed during night hours（from OO h to04h），when the noises were comparative1y sma11．

   The writer reports here on1y the anoma1ous variation recorded at the time of the earthquake occurred at03h 03m，Mar．6．1967（JST）．

The morpho1ogy of this anoma1ous variation is as fo11ows；

   1） Beginning time of this variation is the same as the observed time of      the earthquake．

   2） Type of㌦ariation is that of dumping osci11ation，O．7sec period and      abouτ7 sec duration．

   Such a type of variation has never been found at1east in the records of wor1d−

wide rapid variation which were observed by the Kakioka Magnetic Observatory and its branches． The writer suspecte（1at first that such variation might be produced by some mechanica1shocks given to the recorder or e1ectrodes． If so， they ought to be recorded a1so at the time of other earthquakes， but the resu1ts of severa1experi−

ments and researches were negative，contrary to the ab0Ye expection．

 まえがき

 地震の群発している長野市松代町の皆神山山麓

に設けられた深さ約200mの試錐孔による観測

井6）において，地震などとともに地震流の観測を 行なっている．

 この観測中に垂直地電流について特異な変化が 記録されたので，地震との関係について検討した 結果をここに報告する．

 なお，地電流観測はその短周期変化を対象とし，

日変化などの長周期変化は対象としていない．

 1．観測の概要

 問題としてとりあげた1967年3月6日に発生

した地電流の特異な変化を観測したときの地電流 およぴ地震観測の条件は以下のようなものである．

 観測地点

   長野県長野市松代町の皆神山山筥，北緯   3ボ33 16ワ，東経138．13 03 （松代町製   1：10．OOOの地形図より）

 地電流観測装置

  1）電 極

   電極は長さ約1m，直径52．8mm，肉厚約

5㎜の鉛管を使用した．地表の電極は，地

表下1．7mのところに炭素粒（松炭）を周囲 に入れて埋設し，地下の電極は，地表と材質，

大きさとも同じ鉛管を地表下188mの位置

に電導性コンクリートで周囲を他の計測器と 一諸につつんで設置した6〜その電気的性質は，

地表電極の接地抵抗170Ω，電極電位約500 mV，地下電極は接地抵抗140Ω，電極電位約

200mVである．

測定系はFig1に示す通りである．

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松代における垂直地電流観測の報告i熊谷

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松代群発地震に関する特男I研究（第2報）防災科学技術総合研究報告第18号1969

  2）記録装置

   ベン書き直流電圧計（YEW製 LER−12   A）を使用し，7ルスヶ一ル10mV，記録紙

  速度6cm■分で観測した．

 地震観測装置

  1）地震計

   E−W N−S，U−Dの3成分で固有周期は，

  それぞれ50必で，地表下197mの附近に

  設置6）されている．

  2）記録装置

   3成分を同 の記録計で観測し，使用した   記録計はべ；・書き式直流電圧計（三栄測器製   IR−302形）である．記録紙上における感度   は地震計を含めて20〜50c／sにおいて，

  59aレ套cmである．記録紙速度は6c怖て観

  測した．

 2．観測結呆の検討と考察

 地電流観測の記録紙止に，観測井において，

1．25ga1以上の加速度が観測された地震時刻を記 入して共通した対応変化が認められるか検討した．

・i。．・一・ギ）では少なくとも発震時，感震時 およぴそれらの直前に共通した変化は認められな

い．

 しかし，6日03時33分38秒の地震時には図一

4−1のような特異な変化が記録された．（以下

ここでは仮にMX現象とよぶことにする）

 MX現象の発生原因はFig．3の事項が考えられ るのでこれらについて検討を行なった．

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 2．1人工的なものについて  1）電車電流の漏洩

 発生原因が電車電流の漏洩であれぱ，3月6日 以外の日の同時刻附近にも出現するであろうとの

仮定のもとに3月6日と同感度で観測をTab1e1

の示す期間行なった．（1967年の観測のみ示す）

 Fig．4に代表的なものを示したが・ほヅ同時刻

Tab1e1

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^1O

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23〜03

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^{23．5〜03．5 1O}

5．21

OO〜04

^{10 11．21}

OO〜04

^1O

5．22 OO〜04 ¹⁰

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松代における垂直地電流観測の報告一熊谷

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   Fig．4−4       Fig．4−5

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松代群発地震に関する特別研究（第2報）防災科学技術総合研究報告第18号1969

にA，B，Cの変化はいずれも出現しているか，MX は3月6日のみである．

 2）配線の不良

 配線の不良によるものカミ考えられるが，04時 観測終了後ただちに点検を行なったが，結線不良，

接触不良，絶縁不良などは発見出来なかった．

 3）測器の不良

 地震動により測器が振動し，この振動を記録す ることも考えられるので，測器を観測状態におい て手でゆする 測器の附近で人間がはねるなどの       ，

試験を1967年5月22日に行なったか，MXは

出現しなかった．また．地冒流観測時に観測井に おいて，屋度I程度の地屋はしぱしぱ観測されて いるが3月6日と記録紙の速度，感度とも同じで あってもMXは観測されていないし，また申すま でもなく地震時以外の時にもMXは記録されてい

ない．

次に記録紙速度を・・賜にし，感度を1m珍・・㎜

にして観測を行なった．この場合垂直200mを

使用すると変化量が大きいためスヶ一ルァゥト してしまうので，炭素電極の水平2m（両極の電 位差は26μV）を使用した．

 電極の振動による電位の変化をみるためのみな ので炭素冒極を使用したが，厳密にいえぱ設置状 態がことなるので参考にとどまるということにな るであろうか感度を10倍にして観測度間中1．25ga1 以上の地口，また電口附近で人間がとぴはねても MXは記録されない．

 振動を与えることが地中に電極かあっては困難 であるため，一方は地中に埋設した炭素電極を，

他方は地表下約6mのボーリング孔にたまった水 の中へ炭素電極を入れて試験してみた結果カ㍉

Fig．5，Fig．6 である．

 Fig．5は，炭素電極を水中に没したまま高さ

を変えて，（2cm〜16cmで2cm間隔）， 自由 落下させたものであり，Fig．6は振幅を1Ocm

にして，周期（1．2秒〜5秒前後注2））を変えて水 中において手動により振動させたものである．

 Fig．5においてH（高さ）カ、4cmの場合に

電極電位カミ高くなっているが，これは落下の際土 に直接衝突したものである．これをのぞげぱ，水 中におげる電極の移動量が増加しても・電極電位 の変動は，今回の実験では1mV未満であった．

 また同じ振幅なら周期の短かい方カミ電極電位の 変動が大きい．

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 以上から，電極の振動で電位が変動するか，振 動が電極附近において1．25ga1程度では電極電位 の変動は1m％50mmの感度では認められなかった．

 また3月6日と同程度の地震があった際にはMX カニ出現しないことから，MXは電極の振動による電 位の変化ではないといえる．

 4）その他の人工電流について

 高周波電流によるじょう乱，電信線の漏洩，商 用電源の漏洩，工場など電気施設よりの漏洩，な

どが考えられる．

 高周波電流についてトラ：・シーバー（O．5W，27 MC）により測定器の近くで送信するとじょう乱が 混入するが，MXとは異なった波形である．また このとき観測者はトラ・・シーバーを使用していな

かったし，附近20m程度以内の距離（20m程

度離れた場合，観測に影響のないことは確認して いる．）においてトランシーバーを使用したものは

松代における垂直地電流観測の報告一熊谷

認められなかった．

 電信線よりの漏洩電流によってはMXのような 変化はなく，3月6日のみに出現するということ は考えられない．

 工場などの電気施設からの漏洩は時間的にΦ3 時33分）作動しているとは考えにくく，また大 電流を漏洩させるような施設は電気鉄道以外は附 近に存在しない

 最後に商用電源交流100V，200V，3300V，

の漏洩であるが，大地に整流作用があるので漏洩 したものをひろうことも考えられるが，電線が継 続時間7秒でO．7秒位の周期で大地についたり，

はなれたり減衰しながらということは非常に考え にくい．またこのような際はFig．7のようになり MXのようにはならない．

 MXの発生原因を人為的なものと考えて，電流 の漏洩しそうなものについて検討したが，この

電源ならMXを発生させ得るというものは見当

っていないので，少なくとも現段階ではMXは人 工電流によるものではないと考えている  2．2自然的なものにっいて

 発生原因を地球内部と大気圏外とに分けて検討 を行なう．

 地電流変化は，経年変化，年変化，月変化

（Lunar）・日変化（So1ar）・短周期変化などがあ

 F i g．7  Arms㎞㎎1：he c副ses o 1晦      、ari atio皿 in e2rthFcu正ro皿t，otentia1      胴di㎝t．

り，月変化以下は主として大気圏外にその原因が あると考えられる．

 22．1大気圏外

 MX現象に似た現象でPt・Pcと呼ぱれている

変化がある．Ptの方は単独，もしくは数十分間に いくつかまとまって発生する．

 Pcは数時間ほぽ連続して発生している．Fig．8

からFi g．9にPt，PcおよぴSSOの立上り附

近に観測されたMXに似た現象を示す．

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     ん

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Fig．8

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       I minute

Fig・9−1  Pt ▽ariation of tel1u1＝igram at Kakioka

松代群発地震に関する特別研究（第2報）防災科学技術総合研究報告第18号1969

   ・m1nute

Fig．9−2

Pc var i a t i on o f magnetog ram a t Kmoy㌔

 MXは，単独で出現していることや，形態をみ るとPtに類似し，周期の短かいことはPcに類似

している．しかし，IAGA第10委員会のとりき めによると，Pcの周期は10秒〜40秒であると

いつているので，MXは周期かO．7秒であるので周 期についてもPtといえるが，通常は周期が40秒 以上のことをいうのでPtとするには間題がある．

 しかしPcは単独で出現することがないのでこ こでは一応Ptとして検討してみる．

 Ptであれぱ・地球全体にわたって同時に発生す る性質カミあり，Ptの発生時刻分布はG・M・Tで変 化するとV．A．Troycikaya2k言っているので，

KakiokaにおげるPtの出現頻度分布により出

現か期待される時刻にMXが出現したかどうか検 討した結果比校的頻度の高いところで発生してい る．Fi g．10にKaki okaにおけるPtの発生時 刻分布を示す．

 以上でMXは比較的発生頻度の高いところで発 生していることがわかったが，発生頻度のピーク を含む時間帯を他期日にも観測しているが，Ptで あれほ再度観測されてもよさそうであるが，いま

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Fi・・10鮨、ξ榊畿製鵠。鴫史

だ観測されていない．MX の観測されたのは，

1967年3月6日03時33分38秒のときのみである．

 Pt，Pc以外にS SCの立上り時に観測された記 録をMXの類似現象としてあげたカ㍉形態は類似

しているが周期は全然ことなっている．

以上をまとめると

 1．周期的に通常いわれているPtとはいいがたい．

 2．期待される時間にMX発生時以外の観測時に   観測されていない．

 3．筆者の知る限り松代以外の観測でも記録され   ていない．

 以上からMXはいわゆる汎世界的地電流現象で はなく，何かによって引起こされた局地的現象で あるとみた方がよいようである．

 2．2．2 地球内部

 一般に導体に電流を流した場合，高い周波数ほ ど表面を流れ，低い周波数ほど内部へ入り込んで 流れるという性質があり，地球内部に原因をもつ という変化の周期を併せ考えれぱ，MXが地球内 部に原因をもつ変化と考えれぱかなり浅いところ に源をもつ現象であることが考えられる．

 以上でMXは大気圏外に原因をもつPt，Pcなど の現象でもなく，通常地球内部深くに源を有する 変化でまなく，局地自然現象性の変化であることが 検討された．

 ここでMXに関係ありと思われる事柄を拾いあ げてみると次のようになる．

 1．発生は1967年3月6日03時33分（J．S．T）

  である．

 2．地震とほぽ同時に現象は開始した．

 3．周期：O．7秒  4．継続時間：約7秒

 5．MXの発生した前後の変化は当該日以外も

松代における垂直地電流観測の報告一熊谷

  出現している．

 6．他の地震時およぴ非地震時にも観測されて   いない．

 7．電極の振動，測器の振動カニあってもMXは   出現しない．

 8・減衰振動である．

 9．観測成分は垂直約200mである．

1・．測定精度は感度：10吻・・明。，紙送り

  速度：6c％in

11．群発地震の発生している地域で観測してい

  る．

12．MXの初めと，終りでレベルに変動がない．

13．Ptなどのいわゆる汎世界的現象でなく局地   的現象と考えられる

14・MXとほぽ同時に発生した地震は（1967   年3月6日03時33分）長野県更埴市南東部   の戸倉町との境界附近で深さは4kmと推定

  されている．観測点より震央までは約8kmで   ある．

 松代において地電流の観測を行なっている力武 によれぱ地震とともにFig．11のような地電流の 変化が観測されているモ）MXとは異る変化ではあ

るが・やはり地震時における地電流の変化である．

これらから地震の発震状況，地域などにより地電 流に変化を生じる場合もあるのではないかと思う．

 これまでの検討の結果，人工的なものではなく，

大気圏外に原因をもつものでもなさそうである．

自然的な局地的原因をもつ何らかの原因とすると 周囲の環境上，同時刻に発生した地震が第一に考

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Fig．11Ammlousd㎜扉in蘭r此㎝π㎝t叩tenti81

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   231966at㎜．Mi由㎞mi．

えられ・またそれ以外のものは見当らない．前の 報告6）にのべた観測時期は第二活動期中であり地 震が余りにもひんぱつしており地電流の変化と地 震の関連を把握するにはその意味では今になって 考えれぱかえって不適当であったともいえよう．

今回の観測時の方が地震と地電流変化を検討する のに適しているように思われる．

 3．今後の問題

 松代群発地震における地電流観測の結果，通常 は地震によって地電流の変化は観測されていなし、

しかし2例ほど地震と同時刻に他の原因によつて 説明しきれない地電流の変化が観測された．通常 は生じないその変化がいかなるわけで発生したか を推察する手がかりさえもまったくついていない  今後は水平成分の観測もあわせておこないつつ 地電流に変化をおこす地震について共通する特徴 の抽出を試みたい．また測器の振動に対するより 精密な検定を行なってみるなどして地震の発生に より筆者や或は力武の見出したような地電流変化 がどのような条件下で発生するものかを少しでも 明らかに出来たらと考える．

 終りに臨み御指導をいただいた地磁気観測所技 術課長柳原 夫氏，技術課研究官大地沈氏，観測 課研究官横内恒雄氏，気象庁地震課湯村哲男氏お よぴ本観測に従事された本所第2研究部地震防災 研究室長高橋博氏，同室研究員高橋末雄氏，鈴木 宏芳氏・元第3研究部計測研究室八十島久氏に感 謝いたします．

 注1：地電流観測時間中，人工じょう乱の少な いと思われる時間帯3時〜4時の記録を例として

あげた．

 注2：手勤において，周期1秒以下で，振幅を 一定にするのは困難であるため，O．7秒前後では 行えなかった．

      参  考  文  献

1） R601uti㎝：TheIntσ囮tiima1Asso：iati（mof  G6Dm俄tism，Astr〔mπy㎜d Goo郎ics，at   its CoI曲㎝mθeti㎎，April g−11，195て 2）Trqycik町ay人（1955）：T174R，T13尽Defe㎜

 Res蘭rd1Boa㎞，Ca㎜da，1955（Tra眠1a屹d in  E㎎li曲吋E兵地Pe）

3）K㎝Ohdli（1959）：0皿曲e由i1y disthb1ti〔m

 of口』1sa6ionΦt） in e1ec trornag n e ti c fi e1d，

 Memoris of曲e Kaki吐a．M叱口eti c O㎏nato町．8，

松代群発地震に関する特別研究（第2報）防災科学技術総合研究報告第18号1969

  No188

4） K吐id【a M妙tic0㎏㎜t町（1960）：R卿t

  of the gθαm卿etie aod g80e1ect1＝i c ob；enations   I．Gユ．1957−5貫

5） Ts肥ji Riki屹ke et a1．（1966）：G岬tic   ηd Geoe1㏄位ic s㎞ies of血eM自ts㎎him

  固rth枇e鮒mσ）．E』1．Eπ血q．R①．

  Inst．，44，P401．

6）高橋末雄，高橋博，鈴木宏芳（1967）：試錐   内観測装置．防災科学技術総合研究速報，5，

  72〜75