2.地震・火山噴火の予測のための研究

 地震・火山現象の科学的な理解に基づき,地震発生や火山噴火の予測研究を進める。地震発生予測では,海域のプレート境界の固着状態や地震の発生履歴,数値シミュレーション等に基づいて,プレート境界地震の新たな長期予測手法を開発する。現行の活断層の活動履歴に基づく内陸地震の長期評価手法に対して,地殻変動や地震活動のデータを活用した新たな予測手法を提案する。また,地殻活動のモニタリングデータと物理モデルや統計モデルに基づく中短期的な地震発生予測手法を開発する。さらに,地震発生に先行する現象の発現メカニズムを解明するとともに,先行現象の統計的評価に基づいて大地震の発生確率を推定する手法を開発する。火山噴火予測では,多項目観測の継続を通じて,数ヶ月から数年スケールの火山活動の特性を明らかにすることで中期的な活動推移に対する定量的評価手法の研究を行う。噴火履歴データベースの活用や活火山下のマグマ生成率の推定により長期的な噴火ポテンシャルを評価する。また,噴火の準備段階,噴火,噴火の終息までの火山活動全体をそれぞれ独立した現象ではなく,相互に密接に関連する一連の活動と捉える火山活動推移モデルを構築する。推移モデルに現れる各事象の分岐条件をデータや理論に基づき明らかにすることにより,火山噴火の規模,推移,様式の予測精度の向上を目指す。

(1)地震発生の新たな長期予測

   海域のプレート境界で発生する巨大地震に関しては,史料・考古データ,地質データで得られる過去の地震の発生履歴や,陸域及び海域で得られている測地データに基づいて,プレート境界での滑りの時空間変化を定量的に把握することで,長期間の滑り遅れや地震モーメント蓄積量を推定し,数値シミュレーション等に基づいて巨大地震の発生予測手法を新たに構築する。内陸地震に関しては,測地データや地震活動データ,数値シミュレーション等に基づく新たな長期予測手法を開発し,現行の活断層の活動履歴に基づく長期評価手法と組み合わせることで長期予測手法の高度化のための研究を進める。また,従来の活断層評価などで想定されてきた内陸地震の震源断層モデルを近年の観測例に基づいて検証する。さらに,物理モデルに立脚した長期予測に向け,プレート境界とプレート内部を一つの力学的システムとして統合し,観測された地殻変動・応力状態を説明可能なレオロジー構造モデルを構築する。

ア.海溝型巨大地震の長期予測

○大学は,史料に記述された数百年間の有感地震の記録を活用して,大地震の発生前後の中・小規模の地震活動を抽出する。また,史料から推定された有感地震記録と,近代的な機器観測による中・小地震データとの比較を通して,大地震発生後の地震活動の特徴から大地震の規模推定を試みる。
○大学及び海洋研究開発機構は,日本列島を含む広範な領域を対象とした3次元のレオロジー構造モデルを構築し,観測された地殻変動・応力状態を最も良く説明するプレート間の固着状態の時空間変化を推定する。
○海上保安庁,大学及び海洋研究開発機構は,海溝沿いの巨大地震想定震源域や海溝軸近傍において,GNSS-音響測距結合方式等による海底地殻変動観測を実施し,プレート境界の固着状態を推定する。
○防災科学技術研究所及び海洋研究開発機構は,室内実験及び大規模シミュレーション等の成果に基づき,海溝型巨大地震の長期予測手法の高度化に資する地震発生モデルを構築する。
○大学及び海洋研究開発機構は,測地データや地震活動データ,大規模数値シミュレーション等に基づく新たな海溝型巨大地震の長期予測手法を開発する。


イ.内陸地震の長期予測

○大学は,測地データに基づいてひずみ集中域を特定することにより新たな内陸地震の長期予測手法を開発し,予測モデルを試作する。その際,定常的地震活動度や地震の規模別頻度分布などの地震活動データも予測モデルに取り込む。
○大学は,従来の活断層評価などで想定されてきた内陸地震の震源断層モデルを,地表地震断層の調査や地震波解析等から推定される震源過程の特徴に基づき検証する。また,プレート境界の固着状態や,断層セグメントの連鎖的破壊などの観測結果を取り入れた内陸地震の発生モデルを提案し,内陸地震の長期予測手法の高度化を図る。
○大学は,大地震発生前に取得可能な広域応力場や断層の幾何学的形状,古地震履歴,応力蓄積率などを考慮した物理モデルを構築し,数値シミュレーションを実行することで,動的破壊過程を含む地震の規模や発生時期及びそのばらつきを予測する手法を検討する。
○防災科学技術研究所及び海洋研究開発機構は,室内実験及び大規模数値シミュレーション等の成果に基づき,内陸地震の長期予測手法の高度化に資する地震発生モデルを構築する。

(2)地殻活動モニタリングに基づく地震発生予測

   陸域及び海域における地震・地殻変動等の観測データと,物理モデルに基づく数値シミュレーションや数理モデルとを比較することにより,様々な時定数で特徴づけられるプレート境界滑りの時空間変化を推定し,その予測に基づいて大地震の発生確率や地震発生可能性の相対的な高まりを評価する手法の構築を目指す。また,地震活動の時空間変化を高精度かつ迅速に把握する手法を高度化するととともに,地震活動データを用いた統計モデルに基づいて地震活動の予測実験を行い,その予測性能を統計的に評価する。さらに,過去の多様な地震活動や地殻変動等の履歴を整理して地震活動事象系統樹を作成することで,地震活動予測の新たな手法の開発を進める。

ア.プレート境界滑りの時空間変化の把握に基づく予測

○大学,防災科学技術研究所,海洋研究開発機構,産業技術総合研究所,気象庁及び国土地理院は,日本各地で発生する様々なスロー地震活動を観測し,それらの時空間変化を明らかにすることで,滑り現象の多様性と相互作用の理解を深める。さらに,繰り返し地震・微小地震の検出や海底地殻変動観測などプレート境界滑り現象の時空間変化をモニタリングする手法を高度化し,滑り速度が異なる現象間の相互作用を明らかにする。そして,これらの滑り現象のモニタリングと数値シミュレーション等に基づいて,プレート境界大地震の発生可能性の時間的変化を評価する手法を開発する。
○大学及び海洋研究開発機構は,測地データや地震活動データ等を用いて,プレート間の固着状態を逐次的にモニターする手法を開発し,固着状態の時空間変化に基づく地震発生予測手法の構築を目指す。
○大学及び海洋研究開発機構は,データ同化手法を地殻変動観測データに適用することで,ゆっくり滑りの時空間発展を予測する手法を開発する。
○気象庁,国土地理院,防災科学技術研究所,産業技術総合研究所及び海洋研究開発機構は,陸域及び海域の地震観測網等から得られるデータを逐次的に解析することで,プレート境界滑りを評価する指標を見いだし地殻活動の監視技術を高度化する。

イ.地震活動評価に基づく地震発生予測・検証実験

○大学は,地震活動の時空間変化を高精度かつ迅速に把握するための手法を開発する。逐次的に更新される地震活動データに地震活動の統計モデルを適用することで,地震発生確率の時空間変化を評価する手法を開発する。また,地表の荷重変化や潮汐等の応力擾乱に対する地震活動の応答を評価する。
○大学は,地球規模の広域な地震活動や,世界の様々な地域の地震活動の予測・検証実験を行うために,国際的な地震活動予測可能性共同実験(CSEP)に継続して参加する。世界標準の地震発生予測モデルや検証方法の改善,実験方法の改良にも貢献する。
○大学は,過去の観測データ・地震の発生履歴・文献資料等を収集し,海溝型巨大地震や内陸大地震の発生前・発生後の地殻活動等を整理することで,地震活動事象系統樹を作成する。さらに,大地震発生前後の特徴的な地震活動等の発現頻度等を把握し,地震発生予測手法の高度化に資する。

(3)先行現象に基づく地震発生の確率予測

 地震活動や電磁気現象などの中短期の地震先行現象の統計的評価に基づき,大地震の発生確率を推定する手法を開発する。また,地震先行現象のうち,統計的評価がなされていないものについては事例を蓄積しつつ統計的評価に着手する。さらに,機械学習等のデータ駆動科学の最新手法を取り入れることで,新たな先行現象の抽出及び統計的評価を行う。理論や室内実験等により,先行現象の発現メカニズムの解明も進める。
○大学は,従来から地震発生に先行する傾向があると示唆されている地震活動や電磁気現象などの現象に対して,過去のデータを用いて機械学習等のデータ駆動科学の最新手法を含む客観的手法で予測を行い,予測性能を統計的に評価する。
○大学及び海洋研究開発機構は,地震先行現象のうち物理的なメカニズムが推察されている現象について,理論や室内実験に基づき,そのメカニズムから期待される予測能力向上への効果について検討する。
○大学は,各種先行現象候補による客観的な手法に基づいた地震発生予測マップの作成と予測能力の定量的評価,類似する時間空間スケールをもつ先行現象による予測の合致度合の調査を実施する。また,海外の関連機関のデータも活用して国際共同研究を推進する。
○大学は,地震波形データの解析と室内の岩石破壊実験等を活用して,主破壊に先行する微小破壊の活動様式や発生機構を明らかにし,大地震の発生確率評価への適用可能性について検討する。

(4)中長期的な火山活動の評価

 火山噴火の予測を高度化するためには,多項目の調査・観測によって噴火履歴や火山活動の状態を把握し,噴火発生のポテンシャルやマグマの蓄積状態などを評価する必要がある。過去の長期的な活動の評価に関しては,史料・地質データ等に基づいて作成される噴火履歴データベースを活用して,噴火様式や規模,マグマの種類を明らかにするとともに,マグマ供給系の長期的な時間変化を検討する。さらに,物質科学的解析に基づいて,マグマ供給系の長期的な時間変化を推定し噴火活動のポテンシャル評価に活用する。また,数ヶ月から数年の中期的時間スケールの評価に関しては,地表観測や衛星観測など様々な手法を駆使して火山性地震,山体・地殻変形,地震波速度,地磁気,熱,火山ガス等のモニタリングを行い,火山の状態を把握する。さらに,新たなモニタリング技術及び解析手法の開発も進める。得られた多項目データの解析結果を用いて,中期的時間スケールの様々な火山現象と噴火発生の関係を定量的に評価する。

ア.火山噴火の長期活動の評価

○大学及び産業技術総合研究所は,長期的な噴火活動のポテンシャル評価を実施するために,火山に関する地質データベース等を活用しつつ,各噴火の様式,規模,噴出物に対する物質科学的検討及びマグマ供給系の長期的な時間変化の検討を行う。
○山梨県富士山科学研究所は,富士山を対象としてトレンチ調査を含む地質調査等を実施し,噴火年代,噴火推移,噴出量等の詳細な噴火データを収集する。それらの結果を基に噴火履歴の解明を進めることで,噴火事象系統樹の精緻化に取り組む。
○大学及び海洋研究開発機構は,南海トラフや九州南方などの海域において地球物理・地球化学的観測を実施し,海底で発生する火山噴火,地震や海底地滑りなど,海底で起こる現象に起因する災害の発生ポテンシャル・発生リスクの評価を行う。

イ.モニタリングによる火山活動の評価

○大学は,有珠山,十勝岳,吾妻山,阿蘇山等,数年から20年程度の間に噴火を含む火山活動の活発化が見られた国内外の火山を対象として,地震活動・地殻変動・比抵抗・地磁気・重力・熱・応力場等のモニタリングを行う。衛星画像によるリアルタイム火山観測システム等を活用し,観測網が十分に整備されていない火山も対象とする。各火山で得られた観測量の特性とその変化を抽出して火山同士の比較研究を進め,異常現象の検知手法を含む火山活動の評価手法を開発する。
○大学は,火山ガスによる火山活動モニタリング技術の高度化として,二酸化硫黄などの火山ガス放出量の測定に加え,ガス組成の測定を進め,火山内部の火山性流体挙動の解明を行う。また,アプローチの難しい離島火山や遠隔地の火山にも展開可能な火山ガスモニタリング技術の開発を行う。
○気象庁は,全国の常時観測火山を中心に地震観測,GNSS・傾斜計・SAR干渉解析等による地殻変動観測,全磁力観測,火山ガス・噴気温度観測を実施すると共に,過去の観測データも含めた解析を行う。これらにより,火山の地殻変動や火山ガス放出のモデル化など火山体内の物理・化学過程,火山活動の活発化や噴火に至る過程の解明を進め,観測データを用いた火山活動評価の高度化を図る。特に伊豆大島については,地殻変動観測に加え,重力観測,地表放熱量観測を実施し,地下のマグマ・揮発性成分収支モデルを構築することで,火山活動評価手法の高度化を進める。
○国土地理院は,GNSS・SAR干渉解析等の地殻変動観測を実施すると共に,火山活動評価の高度化のために,地殻変動源の詳細なモデル化を行い,その時間変化の推移も高精度に把握する。
○北海道立総合研究機構は,雌阿寒岳や十勝岳等を対象として,地殻変動や重力観測,噴気や温泉に対する地球化学的モニタリングを行う。また,過去の観測データの再解析も含めて,地殻変動や地震活動のメカニズムを総合的に検討することにより,火山体に発達する熱水系構造を把握する。

(5)火山活動推移モデルの構築による火山噴火予測

 先行現象の発現,噴火の発生,噴火規模の拡大・様式の変化などの推移,終息までを一連の火山活動推移とするモデルを構築する。推移モデルの構築にあたっては,噴火事象系統樹をさらに発展させ,各事象に先行して現れる物質科学的・地球物理学的データの相違点や共通点の整理,数理モデルの高度化を進める。また,次の事象に至るまでの時間や観測事象の時間変化率などを新たな指標として加える。さらに,地震活動の活発化や山体膨張等の先行現象が発現したにもかかわらず噴火に至らない噴火未遂現象や火山体から離れたやや広域の地殻活動変化にも着目し,過去の観測記録や文献調査等も活用する。火山活動推移モデルの基礎となる噴火事象系統樹については,その作成を継続すると共に作成手法の高度化と標準化を進める。
○大学は,火山活動推移モデルの構築を目指し,地球物理学的観測や物質科学的分析から得られる各種パラメータに基づいて噴火現象の分岐指標を整理し,分岐判定に対する論理的評価方法を開発するとともに,噴火準備過程から噴火終了までの火山活動推移の類型化を行う。特に,水蒸気噴火に対しては,浅部熱水系の時間発展に着目した数値シミュレーションと多項目観測データとを比較し,モデルの構築に活かす。
○大学は,桜島火山を対象として,火山ガス・マグマなどの火山性流体の貫入・噴出の量やその時間変化率などに着目し,噴火先行現象,噴火発生,噴火規模・様式の変化など,先行現象から噴火終息までの一連の活動推移をモデル化する。過去20年間の観測データ及び新たに取得する観測データの解析,過去の観測記録や文献調査による大正噴火・昭和噴火及び南岳活動期の物理量評価,噴出物の岩石・鉱物学的解析等を基に,大正噴火クラス(VEI=5)の大規模噴火の事象分岐条件も含め,火山活動推移モデルの構築を進め,火山噴火予測手法の高度化を進める。
○大学,産業技術総合研究所,山梨県富士山科学研究所及び防災科学技術研究所は,全国の主要な活火山を対象として,最新の調査結果及び先行研究の成果を基に,火山・噴火活動に関する事象系統樹を作成するとともに,山体構造や地質学的環境が火山活動に及ぼす影響のモデル化を行う。火山活動の活発化や噴火発生時には,現象の科学的解釈や今後進展しうる事象の分岐予測にこれらの成果を活用する。

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研究開発局地震・防災研究課

(研究開発局地震・防災研究課)