松代地震観測所で観測した地下核爆発と 自然地震の地震波動

験震時報、第 3
8巻
(
19
7
3
)
37
37~46頁
松代地震観測所で観測した地下核爆発と
自然地震の地震波動について*
一一(1)おもに
W.W
.
S
.
Sを用いた場合一一
山岸要吉本*・泉¥末雄料
山本雅博**キ
550.340
.ComparisonbetweenEarthquakesand UndergroundE
x
p
l
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s
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o
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sObseryed
a
tt
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eMatsushiroS
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i
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(
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.YamagishiandS
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m
i
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e
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・
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l
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g
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lObservatory，J
.M.A
.
)
M.Yamamoto
(
S
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c
a
lDivision，J
.M.A.)
・
Many underground n
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9
61
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t
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waves f
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b
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Systematic d
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s method. The spectra o
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frequency and t
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eP-waveby SP(WWSS;T二 0.6)about0
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a
t
i
o
n
.
，
，
、
ア地域(おもに Kazakh， Novaya Zemlya 周辺〉の
1
. まえがき
地下爆発と自然地震の地震波動の性質の違いを調査し
近年アメリカ・ソ連では多くの地下核爆発が実施され
た.読み取り基準にしたのは WWSS 、(World Wide
ている.地震観測所(松代〉では，これらの地下爆発に
Standard Seismograph)の SP (ShortPeriod's
e
i
s
-
よる地震波を数多く記録してきた.今回，アメリカ西部
mograph) と LP(LongPeriodseismograph) であ
i
t
e (NTS) 周辺)とユーラシ
(おもに NevadaTestS
*ReceivedJuly2，1973
林地震観測所
る.
一般に地下爆発による地震と自然地震とでは次のよう
な違いがあると考えられる.
*
*
* 気象庁地震課
(1) 震源の深さ
- 1-
38
験 震 時 報 第 38巻 第 2，
3号
多くの地下爆発は地表付近(最も深いものでも約 3
km) であるのに対して，自然、地震の多くは極く浅いも
のでも爆発よりも深ぐ今回調査した自然地震の多くは
30km前後のものである.
Table 1
. Seismographconstantsa
tMatsushiro.
V max: Maximum m
a
g
n
i
f
i
c
a
t
i
o
ni
n
displacement
To
Period o
f pendulum
T'
g
Periodo
fg
a
lvanometer
(2) Time Function
1
. V max Iロ
Instrument
通常の地下爆発が I
mpulsive な震源過程であるのに
対し，自然地震はある有限な時間過程で発生するものと
思われる.
(3) Source Dimension
自然地震はある大きさの体積(マグ、ニチュードに関連
する大きさ〉が関与する現象であるのに対し，地下爆発
に関係する体積は非常に小さい.
I問
s
e
c
SP(WWSS)
(N，E，Z)
000
1
6
0，
1
.00
0:75
LP(WWSS)
(N，E，Z)
000
3，
-1
5
'
1
0
0
HI(H.G.L
.P)
42，
800
30
1
0
0
(N，E，Z)
}し
s
e
c
(1)，(2)，(3)等の震源過程の違いが自然、地震と地下爆
発による波動発生機構の差の大きな要因になるっている
ド算出に用いているものである.
F
i
g
. 1，Table 1 Vこ SP，LP の周波数特性と常数を
と思われる
本論文で使用しているマグニチュードは，次式を用い
て算出した.
9
7
2年 1
2月以降
示す.なお，今回は使用しなかったが 1
設置されている
(1) mb (sody WaveMagnitude)
mb=log (AjT)+Q
HGLP (High Gain Long Period
Seismograph) についても示しておく.
(1ー
)
A および T は Sp.(WWSSの Shortp
e
r
i
o
d
) の上下動
2
. 資料
0
秒以内の最大振幅およびその周期で
成分で初動から約 1
今回調査に使用した地下爆発と自然、地震を Tale2に
ある . Qは震央距離と震源、の深さによって決まる定数で
示す.これらの震央位置，震源、の深さ，マグニチェード
は NOAAの PDE (
Preliminary Determination o
f
ある.
E
p
i
c
e
n
t
e
r
s
)によった. MAT(松代〉の mb，Msは(1)，
(2) Ms (Surface WaveMagnitude)
Ms=log(Aj20)+1
.6610gL
1+3.3
(2)
(2)式を用いて算出したものである. DISTはは震央距
Aは 1
7
"
'
'
2
3秒周期の Rayleigh波の水平動振幅， L
1は
離(度)， 'AZIMは松代の震源に対する方位を北から反時
震央距離(度〉である.
計まわりにはかった(度〉ものである.
これら， (1)，(2)の式は現在 NOAAでマグニチュー
S
P
3
. 松代の SPを用いた場合の検知能力
etectionCapabi
1i
t
y
世界の地震に対しての松代の D
については山岸他(19
7
2
) により詳しく調べられてい
る.それによれば， SPを用いた場合 mb が 5以上の地
震の松代での検知力は，ユーラシア中部で8
0 90%，ア
"，-，
メリカ西部でも約80%となる.
一方，地下爆発に対しても同程度の検知能力を示して
いる. Fig.2 は NTS と Kazakh， Novaya Zemlya
で実施された地下爆発に対する松代の検知回数と検知出
1
来ない回数である.この図から両地域の地下爆発のうち
mb5以上のものの大部分が検知されており，
山岸らの
調査と予盾しない. Kazakh地域は松代からの震央距離
が約45
度であり， NTS は約 80
度である.しかし松代
F
i
g
.'
1 R
esponse curveso
fseismographs(SP，
LP a
n
d
.HI)i
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eMatsushiro
S
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g
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c
a
l Observatory
一
では NTSの地下爆発の方が検知しやすいように思われ
る.これは次章で述べるように Kazakh 地域の地下爆
.
.
.
;
，0
.
6程度小
発の松代での、mbが NOAAのものより 0.4
2-
39
松代地震観測所で観測した地下核爆発と自然地震の地震波動について一一山岸・泉・山本
is
to
fEventsExplosionsandEarthquakeswhichoccurrednearKazakhandNevadaTestS
i
t
e
.
Table2
: L
九5
1 ↑
M T
Date
mb
lTirLrv￨Lat iL o n g i r l J
USSR PresumedExplosion
6602 1
3
045757.9
‘0
，
1
0 27
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5
5
7
5
7
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0 1
0
5
0
3
5
8
.
0
7
0 2
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1
0
4
5
9
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.
1
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0
3
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2
5
7
.
5
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73.4
49.8
73.4
49.8
7
8
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1
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7
8
.
1
54.8
7
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2
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.
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5
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5
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5
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5
.1
5
.
8
5
.
6
107
6813
69 03 07
，
6
69 05 1
，
69 ，05 3
1
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1
0
0
2
0
5
.
3
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0
4
0
2
5
7
.
1
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024657.0
73.4
49.8
49.8
5
0
.
0
49.7
54.9
78.2
7
8
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1
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7
8
.
2
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O
O
O
6
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0
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.
5
5
.
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6.O
5
.O
4
.
8
5
.1
4.8
69 07
u9 09
u9 09
0
u9， 1
6
9 1
0
23
11
26
0
1
14
0
2
4
6
5
8
.
1
0
4
0
1
5
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.
1
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040257.6
0
7
0
0
0
6
.
2
49.9
49.7
45.9
49.8
73.4
78.3
7
8
:
1
42.5
7
8
.
2
54.8
O
O
O
O
O
5
.
5
5
.
0
5
.
6
5
.
3
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1
5
.
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5
.
9
4
.7
6
.
1
1
1
1
2
1
2
0
1
06
30
06，
28
29
28
0
3
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2
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7
.
2
070257.4
658.O
0
O
3
7
0
4
25
7
.
5
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49.9
43.8
50.O
49.
8
49.8
79.0
54.8
77.8
7
8
.
2
7
8
.
2
O
O
O
O
O
6.0
5
.
8
5
.7
5.6
5.9.
5
.
9
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.
2
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.
6
5
.
0
5
.
1
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0
6
70 09 '
70 1
0 1
4
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0
3
0
2
5
7
.
1
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0
5
5
9
5
7
.
1
060257.0
50.0
49.8
49.8
7
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3
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0
.
0
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7
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1
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O
O
O
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.
2
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1
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5
.
2
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7
70 1
2 1
2
3
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7
1 03
7
1 03 23
070057.4
0
7
0
0
5
7
.
3
070057.3
043257.8
065956.0
49.7
43.9
43.8
4
9
.7
.3
61
7
8
.1
54.8
54.8
7
8
.
2
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O
O
O
O
O
5
.
5
6
.
1
6
.
1
5.8
5.6
04 25
06 0
6
06 1
9
0
6 30
0710
033258.0
0
4
0
2
5
7
.
1
040357.6
5
6
5
7
.
2
0
1
6
3
59
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9
.
3
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5
0
.
0
5
0
.
0
5
0
.
0
6
4
.
2
7
8
.
1
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7
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5
5
.
2
O
O
O
O
O
5
.
9
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5
.
5
5.4
5
.
3
5
.
5
5.4
5
.
2
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7
1 1
0 09
0
6
0
2
5
7
.1
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0
6
0
2
5
7
.
3
7 1
1 2 22
0
6
5
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5
6
.
3
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7
1 1
062057.7
0210
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7
U
2
SS
U
S
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5
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.
0
5
0
.
0
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7
8
.1
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O
O
O
O
O
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5
.
6
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5
.
5
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.
6
5
.
3
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70 0
2
2
70 0
3
70 0
70 03
1
9
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1
9
1
0
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0
0
3
1
5
2
.
6
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..
6
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0
5
2
0
1
0
.
3
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41
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2
3
.1
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26.8
5
2
.
2
69.3
1
0
0
.
8
94.0
97.0
1
0
5
.
8
43
33
1
8
3
3
3
3
5
.
0
5.4
5
.
5
5.4
5
.
2
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70 05
7006
70 0
0
6
7
70 0
7
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1
5
05
05
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1
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0
2
1
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.
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7
1
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.
1
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5
4
.
3
0
1
0
5
3
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3
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.
5
5
0
.
2
42.5
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3
9
.
9
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7
8
.8
1
4
6
.
2
77.8
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3
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1
3
5
.1
5
.
9
6.0
5
.
5
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.
2
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1
.
0
8 0
8
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09 1
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0
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5
2
1
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5
1
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4
1
1
4
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.3
1
3
3
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3
4
.
9
200225.0
37.8
28.6
44.3
3
2
.
0
36.4
55.9
1
0
3
.
6
81
.2
1
01
.2
68.9
1
9
25
33
33
33
5
.7
5.5
4.7
5
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31
31
.1 -116.2
31
.3 -114.2
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9
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験震時報第 3
8巻 第 2，3号
i)周期について
N
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最大振幅をあたえる波の周期は，
RECORD
NORECORD
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〉
4
マグニチュードの大きさ
(
ロ
〉
地下爆発が自然地震であるか
(
ハ
〉
震央位置
ーの違いによって以下に述べるような関係を示している.
Fig.3は Kazakh地域と NTS地域での自然地震と地
2
下爆発の r
n
bと周期の関係を示す. Kazakh周辺の自然
地震で、はマグニチュードの小さなものは周期が短く，大
きいものは周期が長くなっている.地下爆発では相関は
みられず，
6
ほとんどが 1秒以下に集中している. NTS
地域では，資料が少なく顕著ではないが，地下爆発のマ
4
グニチュードと周期の関係はあるようにもみられる.
F
i
g
..
4は，両地域の地下爆発と自然、地震での最大振
2
幅を与える波の周期の出現頻度を示したものである.
Kazakh地域の地下爆発は 0.6秒前後に， NTSでは 1秒
4
.
5
5
.
0
6
.
0
5
.
5
前後に集中しでいる.一方，自然、地震は両地域とも地下
6
.5
MB
，
CNOAA)
爆発よりも長い周期であり，ぱらつきも大きい.
F
i
g
. 2 Number o
fEvents. Huchedarearsshow
numbes o
f detected events
さくなることと関係があるように思われる.
Msについては資料が少ないので，
NTSの地下爆発や自然地震が， Kazakh地域のものよ
り，周期が長ぐなるのは，震央距離の差によるものと考
えられる.
i
i
) mbと周期について
ここで、は検知力に
ついての議論はしない.
F
i
g
. 5 は mbの偏差 [mb(MAT)-mb(NOAA)]と最
大振幅をあたえる波の周期との関係で:ある. Kazakh 周
4
. mbについて
辺左 NTS地下爆発は，約 1秒より短い周期の波の資料
mbを算出するためには P波群の最大振幅とその周期、
が必要である.
から算出された mb(MAT)
値は mb(NOAA)値よりも小
さい値を示し， 1秒より長い周期のものは，
MB
6
.
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寸 U
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- 6ー
2.~
逆に大きな
4
3
松代地震観測所で観測した地下核爆発と自然地震の地震波動について一一山岸・泉・山本
USA
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録。
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x
p
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値を示す傾向がある.一方3 自然地震では1.2
.
.
.
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.4秒を
F
i
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. 5 Devia
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fmb[mb(MAT)-mb(NOAA)]
versus p
e
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x Kazakh e
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s
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s
持
NTSe
x
p
l
o
s
i
o
n
s
.: Eurasianearthquakes
0:Californian earthquakes
境にして地下爆発と同数な傾向を示している. Kazakh
が平均的なものになると思われる.)したがって，
地域の地下爆発は 0
.6秒 前 後 の 周 期 に 集 中 し て い る た
爆発や自然、地震のうち，、 SPの記録紙上，
.
2
.
.
.
;
0
.
9程度小
め，松代の mb値は NOAAのものより 0
る周期が短いものは， NOAA の値より小さく，
秒以上の
さいものとなっている. NTSの地下爆発は1.0
のは大きくなると考えられる.
周期の場合が多く，一般に NOAAの値より大きくなっ
ている.
このような周期とマグニチュード偏差の関係は地震計
?
!
地下
最大振幅にな
長いも
Msについて
今回，用いた資料では Ms(MAT)値と Ms(NOAA)値
(SP)の周波数特性に起因するものと思われる.• Fig.l
とには mb値においてみられたような顕著な偏差はみら
のように SPは 0
.6秒前後で最高倍率であるため，記録
れない.算出した••Ms(MAT)とl
¥
1s(NOAA)の関係は
紙上では 0
.
6秒前後の周期の波が最大振幅となりやす
Ms(MAT)=1
.OMs(NOAA)-O.2
く，記録紙上の最大振幅が必ずしも P 波群の最大変位
となるが，資料が少ないので今回，松代のステーション
を示すものではない. NOAAの mb値は短周期からもっ
コレクションは考慮しない.
と長い周期の波の資料を用いている.'(結果的には，
地
松代の長周期地震計 (LP)では， NTS周辺の地震のう
.
.
.
;1
.4秒前後の波
下爆発では 1秒前後，自然地震では1.2
¥
1s=4.5地震の
ち 'Ms=5程度， Kazakh程度，周辺の 1
305
F
i
g
. 6 Exampleso
fseismogram，r
e
，
cordeda
t Matsushiro
-7-
4
4
験 震 時 報 第 38巻 第 2，3号
程度以下のものに対しては，非常に検知力は悪くなると
(
19
7
2
)
)
思われる.なお，山岸他(前出〉によれば現在，松代の
この地震計の上下動成分を用いて ，P 波の初動から約
LPは両地域の mbミ5
.
0以上の地震に対して， 約 60%
1分間を 3
0サイクルで、サンプ.リングをおこない，フーリ
の表面波を検知で、きるとしている.
エ解椋した.対象とした地下爆発と自然地震は Table3
に示したものである. これらのアナログ記録は F
i
g
.6
6
. P波のスペクトル
である.
松代には比較的周波数帯域の広い長周期磁気テープ
F
i
g
. 7 は各々最大値を 1と，した時の各周期に対する
式地震計(固有周期3
0秒〉が設置されている. (竹山他
相対振幅を示してし、る.
10
10
N02
NQ1
08
08
0
.
6
06
04
0
.
4
0
.
2
2 r3 4
1
.
0ト
"N04
08
卜
11 1
1
0
.
6ト
，1 111 111¥
0.
4
卜
1'
¥
1
~
0
.
8
1 ¥
0
.
8
06
I
0
.
6
04
11¥ 1
~~~
02
0
.2ト
2
3_ 4
5
NQ5
6
4乙
"
T
o
.
l
j
.
.
0
2
υ
u
斗
F
i
g
. 7 Exampleso
fs
p
e
c
t
r
a
-" 8
I^~vV111
2
ヨ 4
。6
松代地震観測所で観測 Lた地下核爆発と自然地震の地震波動について一一山岸・泉・山本
45
n
a
l
y
s
i
s
Table 3
. L
i
s
to
fEvents usedP-wave Fourier A
∞ l LAT
Region
OriginTime
1
N.T.S
(Explosion)
1
9
7
0
. MAR. 2
6
1
9
0
0
0
0
.
2
37.30N
2
RAT I
s
.
(Explosion)
1
9
7
0
. NOV. 6
2
2
0
0
0
0
.
1
.50N
51
3
EasternCaucasus
4
1
9
7
0
. M AY. 1
1
8
1
2
2
8
.
0
[4
3
.OON
4
USSR-Mongolia
Border
1
9
7
0
. M AY. 1
5
1
7
1
3
1
5
.1
5
0
.
20N
5
Gulf o
fC
a
l
i
f
o
r
n
i
a
1
9
71
. SEP. 30
0
8
1
7
5
4
.
6
26.80N
LONG
l
Y
:
忠￨
mb
1
1
6
.
50W
O
6
.5
5
.3
2
6.8
5
.7
4
7
.
10E'
44
5
.
6
6.5
91
.30E
N
5.9
6
.7
3
3
5
.6
6.6
179~
E
lO
1
1
0
.
80W
NOAA
A
1
s
No. 1と NO.2は地下爆発である. No. 1の NTSで
の地下爆発は， 2秒前後にピークをもち，
長周期の波は
2
6
T
W
A
T
U
S
S
R
2秒前後の波に較べて相対的に小さい振幅である.また
スベクトルの形状は単純なものとなっている. No.2は
アムチトカ島での地下爆発である.これは No.1 とは異
.
った地点の地下爆発で、あるが，スベクドルの形状等はほ
とんど同じ結果となっている. F
i
g
.7の地震波形でも似
かよった波形
(P波形波群では，、初動付近で最大振幅と
・
-.
5
.
0
卜，・.・:'
時
下爆発とくらべると複雑な地震波形であり，スベクトル
の形状も複雑である.また，
s
o
・・.
・・. .*
"
.
x
x
封
耳X
- X
x
Z
なりあとは単純な滅哀をしている〉を示している.
一方， No. 3，4，5 は自然地震であるが，いずれも地
持
ー
・
-
.
X
つ
4
.
0
ピークとなる周期も，爆発
5
.
0m
bN8
P
;
A
のものより長くなっている.
上記のような，地下爆発と自然地震の波形やスペクト
7
.
0
F
i
g
.8
.
'mb v
e
r
s
u
sMsf
o
re
x
p
l
o
s
i
o
n
sande
a
r
t
h
a
l
u
e
sa
r
efromNOAA.
quakes Thembv
r
edetermined byt
h
ea
u
t
h
o
r
s
.
TheMsa
ル形状の違いは，それぞれの震源過程を反映しているも
のと考えられる.つまり単純な震源過程である地下爆発
に較べ，自然地震の発生機構はより複雑であることを示
いが，松代の Ms と NOAA の mbの関係を用いると
しているように思われる.
Kazakh，NTS地域の地下爆発と自然地震とは明確に区
7
. Ms(MAT)と mb(NOAA)
地下爆発と自然、地震を識別する一方法として
1
s値を用いると幾
別することが出来る.松代の mbと A
bと
J
J
l
分，分離は悪くなるが，分離可能である.
しかし，地下爆発は上に述べたように表面波マグニチ
A1sの関係を用いることがよく-知られている.
mb(MAT)値は，先に述べたように NOAAの値に対
ュードで換算すると小さな値となって Lまう.したがっ
ここでは NOAAの mb値
て松代で観測する場合， LPではその性能からみて，多
して顕著な偏差を示すので，
を用いる. Fig.8 は Kazakh周辺と NTS周辺の自然
くの場合，地下爆発による表面波の記録は微弱なもので
地震と地下爆発に対する mb(NOAA) と Ms(MAT) の
あるので今後は， HGLP を用いた精度良い解析に興味
関係を示す.図から明らかなように，同じ mb値である
がある.
地下爆発と自然地震の Ms値を比較すると，顕著な差が
認められる.つまり地下爆発から発生する表面波は，非
常に小さい.このため松代で、は，地下爆発の Ms値を算
出できる率は自然地震に較べ小さく.資料は十分ではな
8
. まとめ
NTSと Kazakh 周辺で、行なわれた地下爆発と，
その
周辺で、発生した自然地震を，松代での記録を用いて各々
- 9-
4
6
験 震 時 報 第 38巻・第 2，3号
の地震波の性質を調べた.
地下爆発と自然地震とでの定性的な違いとして次のよ
うである.
、は，ある程度以上
(NTSでは Ms=5.0 以上， Kazakh
周辺では Ms=4.5程度以上〉の地下爆発と自然地震の。
識別は可能である.
(1) 地下爆発による地震波の P波のスベクトルは，
自然、地震によるものより，短い周期の波が卓越し，長い
御便宜を図って蹟きました松代地震観測所長窪田健次
周期のものの割合は少ない.またその形状は自然、地震に
氏ならびに所員の皆様に感謝します.また気象庁地震課
較べ単純である.
末広重二氏，勝叉護氏，気象研究所長宗留男氏，山川宜男
(2) 、松代の資料から算出された mb 値のうち，
氏，佐藤馨氏の御助言を得た.ここに謝意を表します.
K
a
z
a
k
h地域の地下爆発の mb値は NOAAの値に較べ
0
.
2
'
"
0
.
6程度マイナスの偏差を示す.一方， .
NTSの地
参考文献
下爆発に対してはプラスの偏差となる.これは地震計
(SP) の周波数特性と地下爆発による地震波の周期に
起因するものと思われる.
(3) Ms と mbの関係を用いると，松代の資料で
竹山一郎，柴田武男，佐藤馨 (
1
9
7
2
) :地震波形の処理に関す
る研究 C
I)，気象研究所研究報告 23，361~379.
山岸登，斎藤進，末広重二 (
1
9
7
2
): 松 代 地 震 観 測 所 の
D
e
t
e
c
t
i
o
nC
a
p
a
b
i
l
i
t
y について， 気象研究所研究報告，
23，1
9
7
:
:
2
1
3
.
1
0--