地震予測研究MAGAZINeについて

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研究テーマ

当サイトの地震予測に関しては以下の4つを研究テーマとし、
より確度の高い予測の実現を目指して研究しております。

①電磁気学的手法
国が有効性を認め、億単位の予算も出したことのある手法
②静穏化の異常
観測開始以降ほぼ全てのM6.5以上の地震で観測されている
③地殻変動
地震現象との関連性が認められている
④応力変化
既に発生した地震に伴う誘発地震の可能性を評価する

①電磁気学的手法

電磁気学的手法による地震予測研究は国でもその有効性が認められ、過去には億単位もの予算がついたことがあります。
科学技術庁の主導による五カ年計画の短期・直前地震予知研究プロジェクト「地震国際フロンティア研究」というもので、伊豆諸島の地電位差観測もこの予算で行われ、プロジェクト終了の前に異例ともいえる二度の外部評価を受けて、いずれも「継続する価値あり」との回答を得ました。
当然、その評価をもとに研究を継続する方針でしたが政治的な力が働いてかわかりませんが、なぜか研究は強制的に打ち切られてしまいました。

地下深くの高温・高圧状態にある岩石が圧縮力や引張力によって破壊されることで地震が起こるのですが、岩石が圧力を受けると圧電効果によって電磁波を発生させることがわかっています。
そして地中で発生した電磁波は地表まで伝搬し、上空まで達する可能性も考えられることが明らかになってきました。
このような事実からも電磁気学的手法は地震の前兆を捉えるのに有効である可能性は高いと考えられます。
また、TEC異常の観測もその1つで、東北地方太平洋沖地震の発生直前には、いわきの観測点を中心に広範囲で全磁力値が減少する異常な地磁気変動が見られました。
ただ、3月10日から3月12日の期間は磁気嵐により異常が観測されやすい状態であったこともあり、確実にこれらが地震の先行現象として発生したものであるとは言えません。
しかし、同様の異常は2004年のスマトラ・アンダマン地震や2010年のチリ地震、日本列島では1994年の北海道東方沖地震などにおいても見られています。

②静穏化の異常

実は大地震の前にはある特徴的なパターンが出現する可能性が高いということがわかっています。
大地震が起こる前には地震活動が減る、または増えるといったように、地震活動がそれまでと変化する可能性があることは昔から指摘されていました。
しかし、解析する範囲やマグニチュードなどの条件に結果が大きく左右されてしまうという問題がありました。
こうした条件の影響をなるべく抑えつつ、静穏化や活発化を際立たせる方法として、ある研究者によって開発されたのが「RTM法」と呼ばれるものです。
Rは距離、Tは時間、Mは規模を表していて、過去一定期間内の地震活動の推移を示す指標となります。
解析対象地点の近くで大きな地震が発生すると、RTMの値が大きくなり、地震活動度が静穏化すると小さくなります。
また、異常がないときはゼロとなります。
RTMの値は3つの値の積を計算しているため、その一つが正常ならば他が異常であっても結果はゼロとなります。

多くの事例解析に基づくRTM値の時系列変化の理想的な形は、ゼロ周辺を推移していた値があるときからマイナスとなり、ピークを迎え、回復に転じ、それがゼロに戻ったのちに地震が発生するというものです。
この場合、地震が発生するおおよその時間が数か月程度の精度で推定することができます。
発生場所は静穏化となったエリア周辺で発生することが多く、県単位から地方などのブロック単位程度で推定することができます。
そして、規模については静穏化が1年以上続くとM7クラスの地震が起きると考えられています。

では具体的な解析結果はどうなっているのかを見てみましょう。
まずは阪神淡路大震災を引き起こした兵庫県南部地震です。
この地震は1995年1月17日の午前5時46分に淡路島北部の野島断層付近を震源として発生したM7.3の大地震です。
この地震を解析すると、地震発生の約10か月前から静穏化が始まり、いったん収束に向かったものの再び静穏化に転じ、その後収束して地震発生に至っているということがわかりました。

ではそれよりも規模の大きな東北地方太平洋沖地震ではどうだったのでしょうか。
ちなみに東北地方太平洋沖地震は2011年3月11日午後2時46分に発生した、1000年に1度と言われるような巨大地震でM9.0でした。
兵庫県南部地震と比べると、地震のエネルギーは約1000倍近くなります。
そこで、この地震については解析範囲を日本だけに留まらず、米国地質調査所の地震カタログを用いて、北はカムチャッカから南はフィリピン、グアムまで拡大し、さらに過去40年間のデータをすべて使用したところ、震源域を含む広範囲での静穏化の異常が見えてきました。
2000年ぐらいから静穏化が始まり、2003年~2004年にかけてピークとなり、2006年ぐらいに収束しましたが、地震が発生したのはそれから5年後です。
さらに、このような静穏化は過去40年でこれだけでした。
前回の東日本大震災とも考えられる地震は紀元869年の貞観地震で、それからおよそ1100年が経過しています。
今回の異常は10年前から5年前ほどに出現しています。
地震の再来間隔を1000年としても、その99%の時間が経過した段階でこのような異常が出現しています。
10年というと誤差は大きいですが、実は破壊までの残された時間は再来間隔の1%の精度だったことになります。

このようにRTM法は前兆現象抽出に有力な方法であるということが言えますが、M9クラスの地震では、その発生時期の推定に5年から10年という大きな誤差が生じてしまいます。
そのため、この静穏化現象だけでは防災として有効な予測情報が得ることは難しいです。
そのため電磁気学的手法や地殻変動などの多角的な情報を重ね合わせて異常を抽出していくことが実用的な予測実現への道であると考えています。

また、1995年から2011年までに発生したM6.5以上の主な被害地震、13個についてこのRTM法で解析を行ったところ、前兆的な静穏化が確認できた地震は12個で、一切静穏化が確認できなかった地震はなんとわずか1個だけでした。
この13個の内、唯一、静穏化が見られなかったのは伊豆諸島三宅島噴火の際の地震だったんですが、噴火を伴わない単独での地震では、すべてにおいて静穏化が見られていたという結果になっています。
現在ではまだ静穏化収束後にいつ地震が発生する可能性が最も高くなるのか、そして地震の規模はどの程度の範囲で予測できるのかなど、はっきりとしたことは言えません。
また解析範囲や期間などをどう考えるかによっても結果が変わってくるため、これらの問題をどのように解決していくかが今後の課題となります。

③地殻変動

(東北地方太平洋沖地震発生前の地殻変動)
地震は地殻の岩盤が力を受けて割れるときに発生します。
日本列島の地下で地震が発生する部分は、だいたい地下15kmほどまでで、この層を「地震発生層」といいます。
それより下では水飴のように変形してしまうため、陸の地殻を形成する岩石は温度が350度を超えると地震は起きないと考えられています。

地震によって岩盤がズレ動いた状態を「断層」と言います。
断層は地震の規模が大きいほど拡大し、地震発生層を突き抜けて地表に割れ目が生じることがあります。
また、断層は一度動くと繰り返しズレ動く性質がありますので、周囲の岩石に比べて脆くなっています。
そのため地殻に力がかかると、歪みが蓄積し、限界を超えると脆い断層がズレ動き地震が発生します。
これが活断層で地震が発生する理由です。

巨大地震が起こるまでの間に日本のいたるところで噴火が起きます。
そして巨大地震やそれに伴う地殻変動などによって直接的に噴火が誘発されたりします。
東北地方太平洋沖地震のあと、確かに地震や噴火は相次いで発生しています。
しかし、それはほとんどがその巨大地震やそれに伴う地殻変動が直接的に誘発させたものです。

またすべての地震現象は「誘発地震」と言えます。
つまりすべての地震現象は何かしらの自然現象によって誘発されているものであるという考えです。
この誘発地震という言葉についても詳しく説明しておきたいと思います。
東日本大震災が発生したとき、まだ被害の全貌が明らかにならないうちに、長野県と新潟県の県境付近で最大震度6強を観測する地震があり、かなりの被害が生じたことは知っていますでしょうか?東北沖の巨大地震の衝撃が大きすぎたために、それ以外で発生した地震に関してはあまり人々の記憶に残ることはありませんでした。
しかし、このときの地震は過去に発生した新潟県中越地震とほぼ同程度の地震で、万が一、単独で発生していたとすると相当大きなニュースになっていたはずです。
これは東北沖の巨大地震によって日本列島の各地に生まれた、大きな岩盤のひずみが引き起こした誘発地震です。

それだけではなく、東日本大震災もその前に起きたM7の地震の誘発地震であり、そのM7の地震もその前に立て続けに発生していた中規模地震による誘発地震で、一番初めにはじまった小規模な地震も「地殻変動による誘発地震」だと言えます。
そして本震のあとに発生した余震も東北地方太平洋沖地震が引き起こした地殻変動による誘発地震だと言えます。
つまり、地球上で起こる地震はすべてが誘発地震と言えるんです。
どんなサイズの地震でも岩盤の中で複雑な破壊すべりを引き起こすので、周辺の岩盤にかかる力の状態を変えるため、次の地震が誘発される可能性を高めると考えられます。

④応力変化

地下の岩盤にはプレートの動きなどの影響を受け、様々な力が作用しています。
物体に外から力が加わる場合、それに応じて内部に力が発生します。
これを応力と言います。
断層を挟んで2つの岩盤が接し、それぞれの岩盤に異なる向きの力が加わると、岩盤は引っ張られたり、圧縮されたりして徐々にひずんでいきます。
その歪みが、ある限界を超えると岩盤は壊れやすい断層面に沿って破壊され、割れながら歪みを解消しようとする方向にズレ動きます。
これが地震現象です。

また、この岩盤への力の働き方は全て同じとは限りません。
そして当然、その力の働き方の違いによって断層のズレ動き方も変わってきます。
正断層、逆断層、横ずれ断層という違いが生まれるのはこのためです。
地震は被害を及ぼす恐ろしいものですが、人間の力では調べることのできない地下深部の応力の状態や、地震波が通過した経路の岩石の性質や状態について貴重な情報を提供してくれます。
地震を多数の地点で観測すると、その波形の空間分布の特徴から、どのような応力が作用して岩盤の破壊に至ったのかを知ることができます。

最近では、実は大きな地震が発生した後、それによる余震や誘発地震が起こりやすい方向がある程度決まっているという事がわかってきました。

例えば少し大きめの地震が発生したとします。
すると気象庁では「今後さらに大きな地震が発生することがありますので注意してください」と警告してくれますが、このとき、応力変化を調査することでその大きな地震が発生しやすい領域と、反対に起こりにくい領域がある程度わかります。

例えば破壊すべりによって引き起こされる変形は、場所によっては岩盤を圧縮し、別の場所では岩盤を膨張させます。
そのうち岩盤が圧縮される場所では地震が起こりにくくなることがわかってきました。
また、小さな破壊によっても地下の岩盤にかかる力を大きく変化させることもあり、それがきっかけで大きな動的破壊を発生させることもあります。
動的破壊というのは、数十秒で断層全体がずれていく過程のことをいいます。

いったん断層面のどこかでズレが起こると、あとは雪崩を起こすように短時間で断層の末端までズレがおよぶことがわかっています。
このことから、活断層を動かすためにはある程度の歪みが蓄積した状態で、それを連鎖的に破壊させるための小さなきっかけがあれば良いということが言えます。
当然、活断層沿いで地震活動が活発になればなるほど、そのリスクは高まります。

昔と比べて今の観測システムは非常に優秀で、より正確に地震現象を把握することが可能になっています。
そして、このような観測ができるようになってからは、ほとんどの大地震の前に前震活動と疑われる地震が記録されているのがわかります。
大地震の際に起こる破壊活動は、はじめはどれも小さな破壊からはじまると考えると当然のことだとも言えます。
常に日本列島の地下の応力変化の状態を把握することができれば、ある程度リスクの評価は可能であると考えております

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