電磁プラズマ波の精密観測による地殻活動検知と短期地震予測法の確立

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04129
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 藤井 雅文 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (60361945)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 地球電磁気学 / 電磁波伝搬 / 地表面プラズマ波 / 地震発生確率 / FDTD解析 / 深層学習

研究実績の概要

本研究では、電磁気学および電子物理化学を基礎とする新しい原理による短期地震予測法を確立することを目標としている。地震の直前には地殻の岩盤に圧力が加わることにより、応力誘起された大量の電荷が岩石内部から放出される。そしてこれらが地表面に出現し滞留することで上空の電波によって励起されプラズマ振動する。これがさらに上空の電波伝搬に影響を与え、通常の状況では生じ得ない遠方への超長距離伝搬が引き起こされることが明らかになっている。
特に地殻活動に伴う電磁気現象を理論と実験観測の両面から考察し、地震の前に地殻に作用する応力の変動を精密な電波観測により広範囲に検知し、その観測精度を向上することにより地震の短期予測を実現することを目指している。
高感度低雑音の観測装置を用いて電磁波の観測を実施している。これまでに規模の大きな地震の数日前から前日にかけて、異常な電波伝搬現象を観測している。特に２０２２年３月１６日の福島沖M7.4の地震の直前に非常に明瞭な電磁波異常を観測した。この観測結果により、これまでの異常現象が地殻活動に由来するものであることを示すことが可能となり、地震前兆時に異常信号が観測可能かどうかの論争に終止符を打てる可能性が高まっている。
また、我々は地震予測の適中率と地震発生の予測率を評価しており、近年はそれぞれ９０％近い値を得ている。
さらに、観測データを深層学習により解析し異常信号から地震の発生を予測する研究を実施しており、高い精度で予測できる結果を得ている。これらの結果をすでにまとめて科学技術誌に投稿し、現在審査結果を待っている。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

これまでに観測データの自動集計システムを作成した。遠隔観測データを転送し、常に観測地点のデータを実時間表示可能となっている。蓄積された観測データを自動的に集計し、これを用いてこれまでの観測データを統計的に解析した結果、高い的中率と予測率を同時に得た。詳細は投稿中の論文に記載している。
２０２２年３月１６日の福島沖M7.4の地震の直前に得られた異常信号に類似する過去の異常信号を再評価した結果、地殻活動との関連性が強く示唆された。これらの信号につき深層学習を利用した解析と、それによる短期地震予測の可能性について、すでに種々のニューラルネットワークを用いて予測精度を評価している。

今後の研究の推進方策

これまでに得られた電磁波伝搬に関する異常現象の発生原理を明らかにするため、詳細な電磁波伝搬解析を実施する。超並列大型計算機を用い、地震発生地点付近の電波伝搬を有限差分時間領域法により解析し、地震前兆時と平常時の電波伝搬の違いを明らかにする。この結果から、観測地点の選定方法、電波の偏波方向など、精度の高い観測手法を構築する。
これまでに７年間の観測データを蓄積しており、これらを深層学習により解析し、より詳細に地震の発生と異常信号の関連性を明らかにする予定である。
より多くの観測地点を構築するため、用地の選定や信頼性の高い観測装置の開発を行う。

次年度使用額が生じた理由

投稿中の論文の掲載料および測定機の更新を来年度に延期したため。