win_pickfile_peakFreq_durationコマンドマニュアル

(The documentation of win_pickfile_peakFreq_duration command)

Last Update: 2025/8/6

◆機能・用途(Purpose)

WINシステムにより震源決定済みの1つの地震についてピーク周波数と継続時間を計算する。
Coompute the peak frequency and duration of an earthquake that has been located using the WIN system.

◆概要(Outline)

ピーク周波数と継続時間は火山性地震の種類(A型地震、B型地震、微動など)を区別する重要な情報である。これらを自動的に決定できれば特に火山地域における地震活動モニタリングに有益である。このプログラムではWINシステムを用いた震源決定時に作成される「trgファイル」「pickファイル」を入力として 1つの地震のピーク周波数と継続時間を計算する。複数の地震について一括でピーク周波数と継続時間を求めたい場合は bashのスクリプトなどを用いてこのプログラムを繰り返し呼び出せば良い。
The peak frequency and duration of a volcanic earthquake is essential to determine the type of the earthquake (e.g., A-type, B-type, tremor). Automatic determination of the earthquake type is a key to monitor the seismicity, especially in volcanic regions. This program computes the peak frequency and duration of an earthquake using a trg file and a pick file as the inputs, which are created during the hypocenter determination operation by the WIN system. If the peak frequencies and durations of multiple earthquakes are needed, repeatedly call this program using, e.g., a bash script.

このプログラムの動作と使い方を理解するためにまずWINシステムの「trgファイル」「pickファイル」について理解しておく必要がある。
To understand the behavior and usage of this program, users first need to understand trg and pick files of the WIN system.

WINシステムは日本において地震活動モニタリングに標準的に用いられているツールである。 WINシステムでは連続波形から複数観測点で同時に振幅が大きくなる時間帯を地震の候補として検知する。検知した地震候補の前後の時間帯の波形を切り出したデータが「trgファイル」であり、連続波形と同じく1秒毎のバイナリ形式の波形データ(秒ブロック)を並べた WIN形式になっている。 trgファイルには年(YY)、月(MM)、日(DD)、時(hh)、分(mm)、秒(ss)を組合せた YYMMDD.hhmmssのファイル名が付けられるが、ファイル名が切り出した波形データの先頭時刻を表しているわけではない。波形データの時刻の情報は秒ブロックに含まれるのでtrgファイルの読み込み後に調べられる。また、後述のpickファイルが正しければその「#p」から始まる2行目が trgファイルの波形データの先頭日時を表すはずである。
The WIN system is a standard tool in Japan to monitor seismicity. It detects candidate time windows of earthquake signals from continuous waveforms based on the simultaneous increase in amplitudes at multiple stations. A trg file consists of the waveform data across the time window of a detected signal. The data is recorded in this file as the WIN format, which is composed of an assembly of 1-s binary format waveform data (second blocks). The name of a trg file is YYMMDD.hhmmss, where YY, MM, DD, hh, mm, and ss represent the year, month, day, hour, minute, and second, respectively. However, note that this time in the file name does not represent the beginning time of the waveform data. The information of the time of the waveform data can be surveyed, not from the file name but from the second blocks of a trg file. If the pick file (described later) is correct, its 2nd line beginning with “#p” represents the beginning date and time of the waveform data in a trg file.
地震の震源決定には各観測点へのP波とS波の到着時刻を使用する。到着時刻はWINシステムを使って自動で読み取ることもできるし、より精度を高めたければ波形から目視で読み取ることもできる。この読み取り値はtrgファイルとは別のテキストファイル(pickファイル)に記録される。 pickファイルには読み取り値に加えて観測点座標や、震源決定を行った場合には得られた震源パラメータも書かれている。 pickファイルの書式に関してより詳しくは WINシステムのマニュアル(pickfileの項目) に記載されている。 pickファイルの名前はYYMMDD.hhmmss.sssである。但し、このファイル名の時刻は一番早いP波到着時刻を表しており、発震時刻ではない点に留意する。
P- and S-wave arrival times at each station are used to determine the hypocenter of an earthquake. The arrival times can be identified automatically by the WIN system, or by manually to improve the accuracy. The arrival time data are recorded in a text file (pick file), separately from a trg file. A pick file also includes station coordinates, and hypocenter parameters if a hypocenter was determined. More details of the pick file format are available from the documentation of the WIN system (the pickfile entry). The name of a pick file is YYMMDD.hhmmss.sss, which represents the earliest P-wave arrival time, not the origin time of the earthquake.
pickファイルにはP波・S波到着時刻の読み取り時に使用したtrgファイル名も書かれており、その情報を用いることでpickファイルとtrgファイルの紐付けが可能である。但し、pickファイルにはtrgファイルのディレクトリパスは書かれないので外部から別途与える必要がある。
A pick file also includes the name of a trg file used to identify P- and S-wave arrival times. This information enables connecting pick and trg files. However, this information does not include the directory path of a trg file; therefore, the directory path has to be given from outside a pick file.
短い時間間隔で複数の地震が発生した場合など、 1つのtrgファイルの波形データには複数の地震が含まれる場合がある。それに対し、pickファイルは1つの地震につき1個である。したがって1つのtrgファイルに複数のpickファイルが紐づく場合がある。
The waveform data in a trg file may consist of multiple earthquakes if they occurred sequentially with a short interval. In contrast, each pick file consists of the information for an earthquake. Therefore, a trg file may be connected with multiple pick files.

このプログラムでは上記の仕様を満たすpickファイルを1つ指定して計算を実行する。 trgファイルはpickファイル内に書かれているものを用いるが、そのディレクトリパスはパラメータで指定する。 trgファイルの波形データ、pickファイルから読み込んだ各観測点でのP波到着時刻データを用いて以下のアルゴリズムでピーク周波数と継続時間を計算する。
Users specify a pick file that satisfies the aforementioned specifications when executing this program. A trg file is automatically determined from the information in the pick file; however, the directory path of the trg file has to be specified by a parameter. This program uses the waveform data read from the trg file and the P-wave arrival time at each station read from the pick file to compute the peak frequency and duration. The algorithm is described below.

まずtrgファイルから読み込んだ各観測点の上下動波形(平均値と線形トレンドは除去する)を用いて振幅がバックグラウンドノイズレベルを上回るサンプルの登場割合(大振幅比率)を1秒毎に計算する (Maeda et al., 2020のアルゴリズム使用)。大振幅比率が連続して閾値以上となる区間を1つの地震のシグナルであるものと見なし、その長さから継続時間を、その区間の波形のフーリエスペクトルの最大値からピーク周波数を求めるのが基本的な考え方である。但し、1つのtrgファイルの中に地震が複数含まれる場合があり、仮に地震が1つであったとしても大振幅比率に基づくシグナル区間は複数になる場合があるので、そうしたケースにおいても適切に処理できるように実際のアルゴリズムはもう少し複雑である。
First, the ratio of samples with amplitudes greater than the background noise level (a large amplitude ratio) is computed for each 1 s of the vertical waveform at each station read from a trg file and corrected for the mean and the linear trend; the algorithm proposed by Maeda et al. (2020) is used for this procedure. A time window during which the ratio is continuously greater than or equal to a threshold value is regarded to be a signal section of an earthquake. The basic idea is to use the length of the section as the duration of this signal, and the maximum amplitude of the Fourier spectrum of the waveform in this section as the peak frequency of this signal. The actual algorithm is a bit more complicated to cope with the following scenarios: a trg file may consist of multiple earthquakes, or multiple signal sections based on the large amplitude ratios even if the trg file consists of only one earthquake.

このプログラムでは2つの方法で継続時間を算出する。 1つ目の方法ではpickファイルから読み込んだP波到達時刻以降で大振幅比率が最初に閾値以上となる時刻を含む1秒をシグナル区間の先頭とし、その時刻以降で大振幅比率が連続して閾値以上となる区間の終わりまでをシグナル区間とする。但し、次の地震に対応するpickファイルを別途調べてパラメータで与えた場合には最長でも次の地震におけるP波到着時刻の読み取り値を含む1秒の直前までをシグナル区間とする。これにより、シグナル区間が複数の地震のシグナルをまたぐことを防げる。ピーク周波数はこのようにして決定したシグナル区間の波形を用いて算出する。
This program computes the duration of an earthquake by two methods. In the first method, the start of a signal section is defined as the 1-s window in which the large amplitude ratio first becomes greater than or equal to a threshold value after a picked P-wave arrival time. A section after this time during which the large amplitude ratio is greater than or equal to a threshold value is regarded to be the signal section. However, if the pick file for the next earthquake is given by a parameter, the signal section is adjusted to end before the 1-s that includes the P-wave arrival time of the next earthquake. In this way, a signal section that spreads over multiple earthquakes is avoided. The peak frequency is computed from the waveform in the signal section determined in this way.

2つ目の方法は主に微動を念頭に置いたものである。微動の波形からP波到着時刻を読み取ることは一般に難しい。しかし微動の振動の中にイベント的な地震のシグナルが含まれ、その地震の震源決定が行われる場合がある。このような場合にその地震ではなく微動の方の継続時間を求めるために 2つ目の方法が用いられる。 2つ目の方法では1つ目の方法で決定したシグナル区間を拡張するようにシグナル区間が決定される。すなわち、1つ目の方法で決定したシグナル区間の先頭から前方向(P波到着よりも前の時刻)に向かって大振幅比率を調査し、大振幅比率が連続して閾値を超えている最初の時刻を新しいシグナル区間の先頭とする。また1つ目の方法で決定したシグナル区間の末尾から後ろ方向(次の地震を用いる場合、そのP波到着以降)に向かって大振幅比率を調査し、大振幅比率が連続して閾値を超えている最後の時刻を新しいシグナル区間の末尾とする。このようにして決定したシグナル区間 (解析対象の地震のP波到着以前、次の地震のP波到着以降を含む場合がある) を用いて継続時間とピーク周波数を算出する。
The second method was developed mainly for tremor. It is generally difficult to identify the P-wave arrival times from the waveforms of a tremor. In some cases, however, an event-like earthquake signal is included in a tremor oscillation and the hypocenter of the earthquake is determined. The second method is used to determine the duration of tremor in such cases, instead of the duration of the earthquake. In this method, the signal section determined by the 1st method is extended to include the times before the P-wave arrival of the target earthquake and the times after the P-wave arrival of the next earthquake if the large amplitude ratio is continuously greater than or equal to a threshold value in these time windows. The duration and peak frequency are calculated using this extended signal section.

以上のアルゴリズムにより得られるのは1つの観測点におけるピーク周波数と継続時間である。ユーザが指定した震央距離内にあるP波読み取り値のある全観測点についてピーク周波数と継続時間を求め、その中間値をその地震のピーク周波数および継続時間とする。平均ではなく中間値を用いるのは外れ値に強くするためである。シグナル区間を自動で同定する都合上、外れ値が生じやすいのでその影響を中間値を用いることで低減する。
These algorithms give the peak frequency and duration for a station. These values are computed for every station that has a P-wave arrival time within a maximum epicentral distance specified by the user. Their medians are adopted as the peak frequency and duration of an earthquake; not average but median to reduce the effects of outliners. Automatic determination of a signal section likely results in a frequent occurrence of outliners, the effect of which is reduced by the use of the median.

WINシステムでは地震のマグニチュードの決定のために振動の終了時刻を読み取ることができる。この読み取り値もpickファイルに記録される。しかし多くの場合、マグニチュードは最大振幅に基づいて決定されるので振動の終了時刻の読み取り値が存在するケースは稀である。このプログラムではアルゴリズムがいたずらに複雑になるのを避けるため、終了時刻の読み取り値がある場合であっても使用せず、上記のアルゴリズムでシグナル区間を同定する。
In the WIN system, the time when an oscillation terminated at a station can also be marked and recorded in a pick file to determine the magnitude of an earthquake. However, the magnitude is determined from the maximum amplitude in most cases, resulting in the absence of the time of the end of an oscillation. To prevent the algorithm from being too complicated, this program does not use the manually identified times of the end of oscillation.

◆ソースコード(Source code)

$YMAEDA_OPENTOOL_DIR/win_data/src/win_pickfile_peakFreq_duration.c

◆使用方法(Usage)

コマンドライン引数でパラメータを指定する。パラメータの一覧を下表に示す。
Specify parameters by command-line arguments. The table below shows a list of parameters.

●「-」から始まらない引数 (Arguments not beginning with “-”)

引数 Argument	与える値 Quantity to be given
第1引数 1st argument	処理対象の地震のpickファイル名。ディレクトリパスは含めない。 The name of a pick file. Do not include a directory path.

●1つの「-」から始まる引数 (Arguments beginning with a single “-”)

このコマンドでは1つの「-」から始まる引数は存在しない。
This command does not have arguments beginning with a single “-”.

●「--パラメータ名=パラメータ値」の形式の引数 (Arguments of a form “--Parameter name=Parameter Value”)

「--パラメータ名=パラメータ値」の形式の引数は自由な順番で指定できる。「-」から始まらない引数の間に挿入しても良い。相反する指定がなされた場合には後の指定が優先される。デフォルト値を持つパラメータは省略できる。
Arguments of a form “--Parameter name=Parameter Value” can be placed in an arbitrary order. They can even be inserted between arguments not beginning with “-”. In case of conflicting options being specified, the latter option has a higher priority. Parameters that have default values can be omitted.

パラメータ名 Parameter name	意味 Meaning	可能なパラメータ値 Allowed parameter values	デフォルト値 Default value
pickfile_dir	pickファイルのディレクトリパス。 The directory path of a pick file.	ディレクトリパスを表す文字列。絶対パスでも作業ディレクトリからの相対パスでも良い。 A string that represents a directory path; either an absolute path or a relative path from a working directory.	picks/man
trgfile_dir	trgファイルのディレクトリパス。 The directory path of a trg file.	ディレクトリパスを表す文字列。絶対パスでも作業ディレクトリからの相対パスでも良い。 A string that represents a directory path; either an absolute path or a relative path from a working directory.	trg
outputdir	計算結果の出力先ディレクトリパス。 The output directory path.	ディレクトリパスを表す文字列。絶対パスでも作業ディレクトリからの相対パスでも良い。パラメータpickfile_dir, trgfile_dirとは異なる値でなければならない。 A string that represents a directory path; either an absolute path or a relative path from a working directory. The value of this parameter must be different from those of parameters pickfile_dir and trgfile_dir.	peakFreq_duration
large_amp_ratio_threshold	大振幅比率の閾値。大振幅比率が連続してこの値以上となる区間をシグナル区間とする。 A threshold value for the large amplitude ratio; a signal section is a section during which the large amplitude ratio is continuously greater than or equal to this value.	0.0よりも大きく1.0よりも小さな実数。 A real number greater than 0.0 and less than 1.0.	0.3
rmax	使用する観測点の震央距離の最大値(km)。 The maximum epicentral distance (km) of the stations to use.	正の実数。 A positive real number.	5.0
next_pickfile	解析対象の次に起きた地震のpickファイル名。このファイルに記録されている同一観測点でのP波到着時刻 (読み取り値と理論値の早い方) よりも前の時刻までを解析対象の地震のシグナル区間とする。 The name of a pick of an earthquake that occurred next the target earthquake. The signal section of the target earthquake is limited to the time before the picked and theoretical P-wave arrival times recorded in this file.	ファイル名を表す文字列。パラメータpickfile_dirで指定したディレクトリからの相対パスで与える (→通常はパスを含まないが、月の変わり目などで解析対象の地震と次の地震のpickファイルのディレクトリが異なる場合は「../」を使用する)。 A string that represents a file name, given as a relative path from the directory specified by parameter pickfile_dir. Therefore, the value of this parameter usually does not include a directory path. However, if the pick files for the target and next events are located in different directories, for example because of a change in month, use “../”.	省略時は次の地震のP波到着時刻を使用しない (→trgファイルの末尾までがシグナル区間となりうる)。 When this parameter is omitted, the P-wave arrival time of the next earthquake is not used, resulting in a signal section that may continue until the end of a trg file.
output_waveforms ⁽¹⁾	使用した波形(trgファイルから読み込んで平均値と線形トレンドを除去したもの) を出力するか否かの選択。 A choice of whether to output the waveforms used (waveforms read from a trg file and corrected for the mean and the linear trend).	yes 出力する。 Output. no 出力しない。 Do not output.	no
output_large_amp_ratios ⁽¹⁾	使用した大振幅比率の時系列データを出力するか否かの選択。 A choice of whether to output the time series data of large amplitude ratios.	yes 出力する。 Output. no 出力しない。 Do not output.	no
output_arrival_times ⁽¹⁾	使用したP波到着時刻の値(解析対象の地震および次の地震) を出力するか否かの選択。 A choice of whether to output the values of P-wave arrival times of the target and next earthquakes used.	yes 出力する。 Output. no 出力しない。 Do not output.	no
output_spectra ⁽¹⁾	シグナル区間のフーリエスペクトルを出力するか否かの選択。 A choice of whether to output the Fourier spectra of the signal sections.	yes 出力する。 Output. no 出力しない。 Do not output.	no

output_から始まるパラメータをyesにすると出力ファイルサイズが大きくなる。したがってこれらをyesにするのは少数のpickファイルを用いてプログラムのテストやサンプル図の作成を行いたい場合に限るべきであり、多数のpickファイルについてルーチン的に処理を繰り返すケースではこれらはnoのままにしておくことを推奨する。
Using yes for parameters beginning with output_ results in large output file size. Therefore, use of these options should be limited to a small number of pick files, for example to text the program or to create figures showing examples. In the routine operation in which many pick files are processed repeatedly, the values of these parameters should be kept no.

◆動作(Behaviour)

第1引数で指定したpickファイルに対応する地震についてピーク周波数と継続時間を「概要」で述べた2つの方法で求める。結果はパラメータoutputdirで指定したディレクトリの下に pickファイルと同じ名前のファイル(拡張子「.dat」を付ける)を作成し、その中にテキスト形式で出力する。出力ファイルの書式は以下の通りである。
Compute the peak frequency and duration of the earthquake corresponding to the pick file specified by the 1st argument using the two methods described in the “Outline” section. Output the results into a text file under the directory specified by parameter outputdir using the same file name as the pick file with an extension “.dat” appended. The format of the output file is as follows.

1行目には最終結果が以下の書式で出力される。
In the 1st line, the final results are written in the following format.

列 Column	値 Column
1	1つ目の方法で求めたピーク周波数(Hz) The peak frequency (Hz) determined by the 1st method.
2	1つ目の方法で求めた継続時間(s) The duration (s) determined by the 1st method.
3	1つ目の方法で使用した観測点数 The number of stations used in the 1st method.
4	2つ目の方法で求めたピーク周波数(Hz) The peak frequency (Hz) determined by the 2nd method.
5	2つ目の方法で求めた継続時間(s) The duration (s) determined by the 2nd method.
6	2つ目の方法で使用した観測点数 The number of stations used in the 2nd method.

2行目以降には以下の値が1つの観測点につき1行ずつ出力される。
In each of the 2nd and later lines, the results for each station are written in the following format.

列 Column	値 Column
1	観測点コード A station code
2	1つ目の方法で求めたピーク周波数(Hz) The peak frequency (Hz) determined by the 1st method.
3	1つ目の方法で求めたシグナル区間の先頭時刻(trgファイルの先頭を0とした秒) The time (s from the beginning of a trg file) of the beginning of a signal section determined by the 1st method.
4	1つ目の方法で求めたシグナル区間の末尾時刻(trgファイルの先頭を0とした秒) The time (s from the beginning of a trg file) of the end of a signal section determined by the 1st method.
5	2つ目の方法で求めたピーク周波数(Hz) The peak frequency (Hz) determined by the 2nd method.
6	2つ目の方法で求めたシグナル区間の先頭時刻(trgファイルの先頭を0とした秒) The time (s from the beginning of a trg file) of the beginning of a signal section determined by the 2nd method.
7	2つ目の方法で求めたシグナル区間の末尾時刻(trgファイルの先頭を0とした秒) The time (s from the beginning of a trg file) of the end of a signal section determined by the 2nd method.

列の区切りにはタブが用いられる。
Tabs are used to separate the columns.
求まらなかった値はnoneと出力される。
The values not determined are written as none.

パラメータoutput_waveforms, output_large_amp_ratios, output_arrival_times, output_spectra のいずれかをyesにした場合、パラメータoutputdirで指定したディレクトリの下に「pickファイル名_detail」の名前のサブディレクトリを作成し、その中に以下のファイルを出力する。
If one of the parameters output_waveforms, output_large_amp_ratios, output_arrival_times, and output_spectra is yes, a sub directory with the same name as the pick file followed by “_detail” is created under the directory specified by parameter outputdir. In this sub directory, the files listed below are created.

ファイル名 File name	出力されるデータ Output data	出力される条件 Cases where the files are created
観測点名_waveform.bseq A station name followed by “_waveform.bseq”	使用した波形 A waveform used	output_waveforms=yes
観測点名_large_amp_ratio.seq2 A station name followed by “_large_amp_ratio.seq2”	大振幅比率の時系列データ A time series data of large amplitude ratios	output_large_amp_ratios=yes
arrival_times.dat	使用したP波到着時刻のデータ。タブ区切りのテキストファイルであり以下の書式を持つ。 The P-wave arrival time data used. This is a text file and has the following format. The columns are separated by tabs. 第1列:観測点コード Column 1: Station code 第2列:解析対象の地震のP波到着時刻(データ無しの場合:「none」) Column 2: The P-wave arrival time of the target earthquake (“none” if the data is absent) 第3列:次の地震のP波到着時刻(データ無しの場合:「none」) Column 3: The P-wave arrival time of the next earthquake (“none” if the data is absent) 第4列:次の地震のP波到着時刻の種類 (読み取り値なら「picked」、震源から計算した理論値なら「theoretical」、データ無しなら「none」) Column 4: Data type of the P-wave arrival time of the next earthquake (picked, theoretical, or none)	output_arrival_times=yes
観測点名_spectrum_section1.imseq2 A station name followed by “_spectrum_section1.imseq2”	1つ目の方法で決定したシグナル区間のフーリエスペクトル The Fourier spectrum in a signal section determined by the 1st method	output_spectra=yes
観測点名_spectrum_section2.imseq2 A station name followed by “_spectrum_section2.imseq2”	2つ目の方法で決定したシグナル区間のフーリエスペクトル The Fourier spectrum in a signal section determined by the 2nd method	output_spectra=yes

◆使用例(Example)

mkdir peakFreq_duration/2506
for pickfile in picks/man/2506/??????.??????.???
do
pickfile=‘basename $pickfile‘
win_pickfile_peakFreq_duration $pickfile --pickfile_dir=picks/man/2506 --outputdir=peakFreq_duration/2506
done

◆検証(Validation)

このプログラムによって概ね妥当な結果が得られることは名古屋大学による御嶽山山頂域の地震活動の読み取りデータを用いて確認した。以下にその内容を述べる。
An over-all validity in the results obtained by this program was confirmed using pick data of Nagoya University for the seismicity in the summit region of Mt. Ontake. This validation is explained below.

まず前提として、イベントのピーク周波数を適切に求めるためにシグナル区間の決定が重要であることを図1に示す。この図では2つの観測点における同じ地震の波形を左に、フーリエスペクトル振幅を右に示している。青線がtrgファイルの波形全体を用いた場合、赤線が本プログラムで求めたシグナル区間の波形を用いた場合の結果である。このイベントでは2つの方法で求めたシグナル区間は一致した。スペクトル振幅が最大になる周波数(ピーク周波数)を矢印で示す。観測点NU.IMSでは波形に高周波ノイズが重なっており、 trgファイルの波形全体を用いるとピーク周波数が41.9 Hzと推定されてしまう。また観測点NU.FMIでは波形に低周波ノイズが重なっており、 trgファイルの波形全体を用いるとピーク周波数が0.3 Hzと推定されてしまう。この波形の中で注目する地震が赤色で示したものであり、そのピーク周波数は両観測点とも10 Hz前後である。この値は他の観測点での推定値とも整合的である。
As the premise, Fig. 1 shows the importance of using a signal section for estimating peak frequencies. The waveforms of the same earthquake at two stations are shown left, and their Fourier spectral amplitudes are shown right. The blue lines show the results from the entire waveforms in a trg file, whereas the red lines show the results from signal sections estimated by this program. The signal sections at each station derived by the two methods were identical in this event. Arrows indicate the frequencies where the spectral amplitudes are maximal (peak frequencies). The peak frequencies at stations NU.IMS and NU.FMI from the entire waveforms in a trg file were 41.9 Hz and 0.3 Hz, respectively. These results are obviously over- and under-estimates caused by high- and low-frequency noise that contaminated the waveforms. The red color in the waveforms shows the earthquake that we focus on in this example. Using only the waveforms in the red-colored time windows, the peak frequencies were estimated to be around 10 Hz at the two stations, consistent with the estimates from other stations.

図1. trgファイルの波形全体を用いるとピーク周波数の推定がうまく行かない例 (2024/07/31 00:38:10.924に御嶽山で発生した地震)。左は2つの観測点での波形、右はそれらの観測点でのフーリエスペクトル振幅とピーク周波数(矢印)。青線がtrgファイルの波形全体を用いた場合、赤線が本プログラムで求めたシグナル区間の波形を用いた場合の結果を表す。
Fig. 1. An example showing failed peak frequency estimates by using the entire waveforms in a trg file (an earthquake beneath Mt. Ontake at 2024/07/31 00:38:10.924). The left panel shows the waveforms at two stations, and the right panel shows the Fourier spectral amplitudes and peak frequencies (arrows) at these stations. Blue colors show the results from the entire waveforms in a trg file, and red colors show the results from the waveforms in a signal section determined by this program.

次に、このプログラムを用いて3つのイベントのシグナル区間、継続時間、ピーク周波数を求めた例を図2〜図4に示す。図2は火山構造性地震、図3は低周波地震、図4は微動の例である。これらのイベントではシグナル区間の推定結果は各観測点とも2つの方法で一致したため片方のみを示している。多くの波形ではシグナル区間の推定結果(赤線)は妥当であるが、図3のV.OHSP、図4のV.ONNH, NU.AMT, NU.NKY, NU.NGR1, V.OHSP においては不適切なシグナル区間が推定されてしまった。しかし各観測点での継続時間やピーク周波数の中間値をそのイベントに対する継続時間やピーク周波数の最終的な推定結果としているので不適切なシグナル区間の影響は低減できている。実際、火山構造性地震(図2)のピーク周波数は9.7 Hzと求まったのに対し、低周波地震(図3)のピーク周波数は2.8 Hzという結果が得られた。また、これらの地震の継続時間は数秒〜10秒程度であったのに対し、微動(図4)の継続時間は28.5 sと求まった。これらの値を用いれば火山構造性地震、低周波地震、微動を機械的に識別することが可能と思われる。
Figs. 2-4 show the signal sections, durations, and peak frequencies estimated by this program for three events; a volcano-tectonic (VT) earthquake in Fig. 2, a long-period (LP) event in Fig. 3, and a tremor in Fig. 4. Because the signal sections at each station estimated by the two methods were identical, only one of them is shown. The signal sections (red lines) were estimated properly in most waveforms, although they were not proper at station V.OHSP in Fig. 3 and stations V.ONNH, NU.AMT, NU.NKY, NU.NGR1, and V.OHSP in Fig. 4. The effects from these stations were reduced in the final estimation results of the durations and peak frequencies of the events by taking the medians of the values at individual stations. Indeed, the peak frequencies for the VT (Fig. 2) and LP (Fig. 3) events were estimated to be 9.7 and 2.8 Hz, respectively. While the durations of these events were around several to ten seconds, the duration of the tremor (Fig. 4) was estimated to be 28.5 s. Using these values, it is likely possible to automatically classify VT events, LP events, and tremors.

図2. 御嶽山の火山構造性地震(2024/10/02 22:55:09.952) に対するシグナル区間、継続時間、ピーク周波数の推定結果。青線がtrgファイルの波形全体、赤線がシグナル区間、矢印が解析に用いたP波到着時刻の手動読み取り値を表す。各観測点での継続時間とピーク周波数の推定結果を右に、その中間値(この地震に対する最終的な推定結果)を右下に示す。
Fig. 2. Results of estimations of signal sections, durations, and peak frequencies for a volcano-tectonic earthquake (2024/10/02 22:55:09.952) beneath Mt. Ontake. Blue lines show the entire waveforms in a trg file, red lines show the waveforms in the estimated signal sections, and arrows show manual P-wave arrival times used in the analysis. The estimated values of the duration and peak frequency at each station are shown right, and their medians (the final results for this event) are shown bottom right of the figure.

図3. 御嶽山の低周波地震(2024/12/10 15:47:54.169) に対するシグナル区間、継続時間、ピーク周波数の推定結果。
Fig. 3. Results of estimations of signal sections, durations, and peak frequencies for a long-period event (2024/12/10 15:47:54.169) beneath Mt. Ontake.

図4. 御嶽山の微動(2024/07/10 00:15:46.004) に対するシグナル区間、継続時間、ピーク周波数の推定結果。
Fig. 4. Results of estimations of signal sections, durations, and peak frequencies for a tremor (2024/07/10 00:15:46.004) beneath Mt. Ontake.

1つのtrgファイルに2つのイベントが含まれるケースを図5, 6に示す。この2枚の図においてtrgファイルの波形(青線)は共通であり、図5は1つ目のイベントの読み取りデータを用いた場合、図6は2つ目のイベントの読み取りデータを用いた場合の結果である。シグナル区間を1つ目の方法で推定すると片方のイベントの時間窓のみを含んだ結果となる(赤線)。それに対し、シグナル区間を2つ目の方法で推定した場合、両方のイベントをまたぐようにシグナル区間が推定される傾向にある (緑線; 赤線と重なる部分は下に隠れているが緑線は赤線の区間を包含する)。

図5. trgファイルに複数のイベントが含まれる例(2024/07/01 18:43:07.727の地震)。 1つ目の方法で推定したシグナル区間を赤線で、 2つ目の方法で推定したシグナル区間を緑線で示す。緑線は赤線の区間を包含し、両者が重なる部分では緑線が赤線の下に隠れている。これら2通りのシグナル区間を用いて推定した継続時間とピーク周波数を右に併記している。黒色の矢印は使用したイベントのP波到着時刻の読み取り値。灰色の矢印は次のイベントのP波到着時刻であり、読み取り値と震源位置から計算された理論値のうちの早い方を示している。
Fig. 5. An example of multiple events in a trg file (an earthquake at 2024/07/01 18:43:07.727). Red and green lines show the signal sections estimated by the 1st and 2nd methods, respectively. The section of the green line includes that of the red line; the green line is hidden beneath the red line in the overlapped window. The durations and peak frequencies estimated from the two signal sections at each station are shown right. The black arrows show the picked P-wave arrival times of the analyzed event. The gray arrows show the P-wave arrival times of the next event; an earlier one of the picked and calculated arrival times at each station.

図6. trgファイルを図5と共通にするもう1つのイベント(2024/07/01 18:43:10.034の地震) の読み取りデータを用いた場合の結果。
Fig. 6. Results from the pick data of the other event (an earthquake at 2024/07/01 18:43:10.034) that use the same trg file as the event shown in Fig. 5.

図7は1つのtrgファイルに4つの震源決定済みイベントが含まれるケースである。そのうちの2つ目の地震の読み取りデータを用いた場合の例を示している。 4つの地震の間ずっと大振幅比率が閾値を下回らなければ 2つ目の方法で求まるシグナル区間は4つの地震全てを含んだものとなる。今回の例では観測点NU.ONKがこのパターンを示している。しかし多くの観測点では地震間で大振幅比率が閾値を下回るため全ての地震を包含するシグナル区間とはなっていない。この例では1つ目の方法で求めたシグナル区間に基づく継続時間とピーク周波数は解析の対象とした1つの地震に対応し、意味のある量となっている。それに対し、2つ目の方法で求めたシグナル区間では包含する地震が観測点毎にばらばらであり、そこから得られる継続時間やピーク周波数は意味のある量とは言い難い。
Fig. 7 shows an example with four located earthquakes in a trg file; results from using the pick data for the 2nd earthquake are shown. If the large amplitude ratio is continuously greater than or equal to a threshold value, the signal section determined by the 2nd method consists of all four earthquakes; station NU.ONK shows this pattern in this example. However, the large amplitude ratio is smaller than a threshold value between earthquakes at most stations, resulting in the signal sections not including all earthquakes. In this example, the duration and peak frequency derived from the signal sections determined by the 1st method correspond to a single, analyzed earthquake and thus considered to be meaningful. On the contrary, the earthquakes included in the signal sections determined by the 2nd method are inconsistent among stations, resulting in useless measures of the duration and peak frequency derived from these sections.

図7. trgファイルに震源決定済みの地震が4つ含まれるケースでの解析結果。この例では4つの地震のうちの2つ目(2024/08/30 10:56:07.535)の読み取りデータを使用した。
Fig. 7. Results from the case of four located earthquakes in a trg file; the pick data for the 2nd earthquake (2024/08/30 10:56:07.535) was used in this example.

図7のような孤立的な地震の連発ではなく連続的な微動になると 2つ目の方法が威力を発揮する場合がある。図8がその例である。この例では微動の初動は読み取りが難しく、微動の途中で出現する目立つ波群を用いて震源決定が行われた。 1つ目の方法ではP波到着時刻の読み取り値から後ろの部分のみをシグナル区間とするのでそれよりも前の区間の振動は継続時間の評価に含まれない。それに対し、2つ目の方法ではP波到着時刻の読み取り値よりも前の時刻であっても大振幅比率が連続して閾値を超えていればシグナル区間に含める。したがってこの例のように初動ではない波群が震源決定に用いられたケースでは 2つ目の方法を用いる方がより微動のシグナル全体をカバーできる。
The 2nd method may not be useful in case of isolated swarm of earthquakes as in the case of Fig. 7, but may be useful in case of continuous tremor as in the case of Fig. 8. In this example, the first motion of the tremor was difficult to identify; instead, the hypocenter was determined using a phase that arrived during the tremor. The 1st method includes only the times after the picked P-wave arrival time into the signal section; therefore, the oscillation before the picked P-wave arrival time is not taken into account in the evaluation of the duration. On the contrary, the 2nd method evaluate large amplitude ratios back to times before the P-wave arrival time, resulting in a signal section that more completely cover the entire oscillation of the tremor.

図8. 2つ目の方法が威力を発揮する例(2024/10/20 07:12:39.740の微動)。この例では震源決定に用いられたP波到着時刻の読み取り値は振動開始時刻ではないので読み取り値よりも前の時刻をシグナル区間に含める2つ目の方法の方がより正確な継続時間を与える。
Fig. 8. An example where the 2nd method is useful (a tremor at 2024/10/20 07:12:39.740). In this example, the picked P-wave arrival times are not the start times of the oscillation. The 2nd method, which includes the times before the picked arrival times into the signal section, is useful to obtain more accurate estimates of durations in this case.

win_pickfile_peakFreq_durationコマンド マニュアル