[論文レビュー] Observation of the prior earthquake effect on the flux of environmental neutrons, gamma-radiation, and on the local electric field in Tien Shan mountain

Н. М. Салихов, A. L. Shepetov+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2013

Earthquake Detection and Analysis参考文献 20被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、チエンシャン宇宙線観測所で環境中性子、ガンマ線放射、局所電界をモニタリングすることにより、地震の前兆を調査している。5.4 Mの地震の3日前までに、中性子フラックス、ガンマ線放射、電界強度に相関する異常が検出された。これは、観測された前兆信号の整合性を示し、短期的地震予測のためのマルチパラメータ的手法の可能性を示唆している。

ABSTRACT

A search for the possible precursors of an earthquake and its effect on the data series of diverse geophysical parameters has been made in the mountain of Northern Tien Shan. The complex installation included the NM64 type neutron supermonitor, detectors of the environmental low-energy neutrons, the scintillation gamma-detector, the sensor of the local electric field, a seismograph, and a weather-station. The specialized data filtration methodic was elaborated with an enhanced sensitivity to the transient signals of seismic origin. On the eve of, and after a 5.4 magnitude earthquake the fine features in temporal behavior of the intensity of low-energy neutron and gamma-radiation background, so as irregularities of the local electric field were observed which seem to be in a close correlation with each other. These results may be an evidence of the possibility of experimental identification of earthquake's precursors in the time up to 2-3 days before the beginning of a period of intensive tectonic activity.

研究の動機と目的

• マルチパラメータモニタリングを用いて、強い地震の前兆となる地球物理的兆候を検出・分析すること。
• 地震発生前に、環境中性子フラックス、ガンマ線放射、局所電界の変動の相関関係を調査すること。
• これらの地球物理的パラメータの一時的信号を用いた短期的地震予測の実現可能性を評価すること。
• 地殻内の応力蓄積が、低エネルギー中性子および放射線フラックス、大気電界に測定可能な変化を引き起こすという仮説を検証すること。

提案手法

• チエンシャン山に、NM64中性子スーパーサンプラー、低エネルギー中性子検出器、NaIシンチレーションガンマ線検出器、電界センサー、地震計、気象観測所を含むマルチセンサーセットを設置した。
• 地震由来の一時的信号に感度を高めるために、専用のデータフィルタリング技術を適用した。
• 50点移動平均フィルタリングを用いて、中性子強度データから日周波動の包絡線を抽出した。
• フィルタリング処理を施した中性子信号の自己相関関数と地震発生時刻を比較し、信号の整合性を検出するための手法を用いた。
• 電界スパイクとガンマ線低下を同時にモニタリングし、地震前の異常を特定した。
• 電界パルスの高分解能分析により、雷や大気的干渉要因と区別できるようにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大きな地震の数日前に、環境中性子フラックス、ガンマ線放射、局所電界に異常を検出できるか？
• RQ2 これらの異常は、地震活動の発生とどの程度時間的に相関しているか？
• RQ3 地震前の段階で、中性子およびガンマ線の異常は、局所電界の変化と整合的なパターンを示すか？
• RQ4 これらの地球物理的信号は、自然の大気的または宇宙背景変動と区別できるか？
• RQ5 地震の前兆として、2〜3日程度の一定期間にわたって異常が現れる傾向があるか？

主な発見

• 2011年5月1日の5.4 Mの地震の2〜3日前に、低エネルギー中性子フラックスおよびガンマ線放射強度に顕著な低下が観測された。
• フィルタリング処理を施した中性子信号の自己相関関数は、主な地震発生直前の期間に約0.65のピーク相関係数を示した。
• 一方向で正極性の電界パルスが観測され、各パルスは3〜5秒間持続し、通常の竜巻雷放電の約6倍の振幅を示した。
• これらの電界パルスは、主な地震発生の40分前に停止し、最も強い余震発生時に再び現れた。これは地震活動と強い時間的関連性があることを示している。
• 中性子フラックス、ガンマ線放射、電界の異常は非常に同期しており、最も強い電界活動が、中性子およびガンマ線放射の最小値と重なった。
• 地震前の期間中にインフラサウンドや雷雷雨の活動が確認されなかったため、観測された電界パルスの原因は大気的干渉ではないと結論づけられた。