情報科学を活用した地震調査研究プロジェクト（STAR-E プロジェクト）

長期から即時までの時空間地震予測とモニタリングの新展開

令和 5 年度
成果報告書

令和 6 年 5 月

文部科学省研究開発局
大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構
統計数理研究所

本報告書は、文部科学省の科学技術試験研究委託事業による委託業務として、大学共同利用機関法人情報・システム研究機構統計数理研究所が実施した令和5年度「情報科学を活用した地震調査研究プロジェクト（STAR-E プロジェクト）「 長期から即時までの時空間地震予測とモニタリングの新展開」」の成果を取りまとめたもので
す。

グラビア
テーマＡ：
地震活動クラスタリングでのマグニチュード独立性の検証

図 1．
（a）マグニチュード-時間プロットとマグニチュード閾値を変更した場合の標準化累積頻度曲線 (b)マグニチュード 3 以上のイベントにおけるマグニチュード対のバイ・スケ
ール経験変換(BEPIT)；ここでは、ポイントは単位正方形内にランダムに分布しており、パターンは認識できない (c) バイ・スケール経験変換(BEPIT)したマグニチュード対の差のヒストグラム
地震クラスタリングでの深度依存性の検証

図 2．
（a）深度応答カーネルは地震マグニチュードに依存: 再構築した ANSS カタログにおける余震深度の確率密度分布（本震の震源深度が 5km の場合）(b) 深さ毎の誘発地震の割合 (c) 深さの関数として、再構築したマグニチュード毎の余震生産性 (d) マグニチュー
ドの関数として、再構築した深さ毎の余震生産性i

テーマＢ：
能登半島地震 M7.6 地震直後の余震の検出率と真の ETAS 発生率

図 3．左上パネルの赤曲線は ｂ 値が一定、青曲線は σ 値の変化（能登半島周辺の観測網に比して余震域の広さが反映している）。左下のパネルの赤曲線は 50％検出率のマグニチ
ュードで、緑の曲線は 97.5%の検出率、青線は M≧2 の余震の検出確率で、いずれも昼夜の変化を捉えている。右側パネルの赤い曲線は ETAS モデルの真の強度（M≧2）で、上段は MLE 解で下段は最適 ABIC ベイズ MAP 解。細かく変動している青曲線（上段）と灰色曲線（下段）は観測検出された余震列の発生率変化、緑曲線は M≧2 余震の検出確率、青い
水平線は ETAS の背景活動率、紫の水平線は余震強度 K 値である。

ii

テーマＣ:
緊急地震速報の精度及び計算速度向上に資するベイズ感度公式を利用した観測点選択
手法

図 4．ノイズスペクトル推定の最適化の軌跡。左図が既存法(Whittle 尤度法)によるもの
で右図が提案法によるもの。最適化の軌跡が周波数領域の外れ値に頑健であることが確認できる。
ノイズスペクトルのロバスト手法の開発及び GNSS 観測点の選択に資する GNSS 観測点の特性

図 5．Brune のスペクトルモデルを用いた速度波形スペクトルのフィッティング結果。青
が既存手法(Whittle 尤度法)によるもので赤・オレンジ・緑が提案手法によるフィッティ
ング結果。(a),(b),(c)は最適化を行う際の初期値による結果の変化。(a)コーナー周波数と呼ばれるスペクトルの変化点を示すパラメータの初期値がシミュレーションの真値の0.1 倍の場合。(b)初期値が真値と同じ場合。(c)初期値が真値の 2 倍の場合。いずれの場合においても提案手法がより精度良くフィッティングできていることが分かる。

iii

テーマＤ:ETAS 予測を拡張 IPF 法の事前情報に活用

図 6．左上: ETAS モデルによる能登半島地震後の予想地震発生率。右上: 左上の予想地震発生率から計算した将来の震源位置の事前確率密度．左下と右下：北緯 37 度における上パネルの断面（経度と深さ）。

iv

はじめに
本プロジェクトは、多様で複雑な地震活動のもと、熊本地震列や東北沖前後の大地震、南海トラフ地震、1938 年福島沖大群発地震などのような、連発大地震発生の可能性を考慮した時空間 ETAS モデルなどによるオンラインの短期確率予測から即時把握を可能にし、地震動モニタリングを含む有益なモデルの開発・展開・実装を目的とする。緊急時に対応して臨時観測網を含む観測点の多量さや多種多様性を考えた、大地震後の臨時観測における各種観測網の配置設計を予測の観点から事前に機動的に最適化する自動化アルゴ
リズムを開発する。こうして発展した統計学の理論と手法を、日本の地震データや測地データの解析・予測に創造的に応用・発展させる。
時空間 ETAS モデルを始めとした長期・中期・短期の多項目の確率予測から想定された
地震学的シナリオの配分確率のもと、地震動予測や緊急観測網の機動的な展開や首都圏観測網などの効果的な利用を目指す。とくに予測を合わせ技（多項目複合確率予測）として確率利得を高め、オンライン予測で実装することを目指す。オンラインの確率予測の出力
は、緊急地震速報の事前シナリオに活用するとともに、システムの信頼性を向上させるための事前情報として使用し、また想定された地震学的シナリオの配分予測確率のもと地震動予測や緊急観測網の機動的な展開を目指す。
以上の成果の各種の予測出力（地図、画像、動画）の可視化手段を整備し、各種のデータがリアルタイムに使用可能な状況に備え、本研究プロジェクトの課題間の連携で、それぞれの専門分野の特長を最大限に活用し地震分野の発展と地震防災の対策に貢献をもたらす所存である。

v

目

次

はじめに ........................................................................................................................ v
目

次 ........................................................................................................................... vi

１．研究課題の概要 ...................................................................................................... １
２．研究成果の説明 ...................................................................................................... ２
２．１ テーマＡ：日本地域データ解析による地震活動モデリングと方法論の高度化 ２(1)

業務の内容 ........................................................................................................ ２(2)

令和 5 年度の成果 ............................................................................................. ３

２．２

テーマＢ：地震活動の予測システムの構築 .............................................. ３０(1)

業務の内容 .................................................................................................... ３０(2)

令和 5 年度の成果 ......................................................................................... ３２

２．３

テーマＣ：予測とモニタリングのための観測網情報統合最適化 ............... ４８(1)

業務の内容 .................................................................................................... ４８(2)

令和 5 年度の成果 ......................................................................................... ４９

２．４

テーマＤ：情報科学に基づいて即時地震動予測の高速化と高精度化 ........ ５６(1)

業務の内容 .................................................................................................... ５６(2)

令和 5 年度の成果 ......................................................................................... ５７

３．まとめ ................................................................................................................ ６３
４．活動報告 ............................................................................................................ ６４
５．むすび ................................................................................................................ ６７vi

１．研究課題の概要
連発大地震発生の可能性を考慮した短期確率予測および即時把握をするため、地殻変動
や地震動モニタリングを含む各種予測モデルの開発・展開・実装を目的とする。そのため
統計地震学や多変量時系列解析を含む統計科学の最新の高次元大容量の計算方法を活用して、地震発生の長期・中期・短期予測と即時把握とそれらの信頼度を与える。
先ず、時空間 ETAS モデルを震源データの不均質性などを克服し高度化し、地殻変化や地震活動の異常変化などを考慮し、長期・中期・短期といった異なる時間スケールの確率予測とそれらの複合的確率予測をオンライン・システムに実装する。リアルタイムの確率予
測の出力は、以下のように、緊急地震速報の事前シナリオの想定尤度に活用するとともに、システムの信頼性を向上させるための事前情報として使用できるようにする。
多様で複雑な地震活動のもと、連発大地震発生の可能性を考慮した時空間 ETAS モデルなどによるオンラインの短期確率予測から即時把握を可能にし、地震動モニタリングを含む必要なモデルの開発・展開・実装を目的とする。開発に際して重み付きグラフデータ解
析の知見等最新の機械学習手法を取り入れた高度化を図る。
緊急時に対応して臨時観測網を含む観測点の多量さや多種多様性を考えた、大地震後の臨時観測における各種観測網の配置設計を予測の観点から事前に機動的に最適化する自動化アルゴリズムを開発する。
各種の予測出力（地図、画像、動画）の可視化手段を整備し、震源の速報データなどがリアルタイムに使用可能な近未来状況に備える。
以上、研究目的は以下のように列挙される。
・背景地震活動度、地殻歪み蓄積率、活断層 BPT モデルのベイズ予測による永年・長期の確率予測の実装。
・時空間 ETAS モデルによるオンライン短期確率予測の実装。
・ETAS モデル「残渣解析」や GNSS 地殻変化データなどの異常解析データベースに基づく
中期予測の全国展開。
・事前に考えられるシナリオと時空間 ETAS モデルなどでのオンライン予測に対応した地震動予測や、連発地震のもとでの安定した高速高精度の緊急地震速報システムの実装。
・機動的予測・モニタリングのための地震計や測地計の最適な観測網情報統合の自動構築。
・各種統計地震学ベイズモデルの推定パラメータや予測の可視化、新規観測網配置最適化
ソフトウエアの開発、および即時地震動予測精度の可視化ソフトウエアの提供。

１２．研究成果の説明
２．１

テーマＡ：日本地域データ解析による地震活動モデリングと方法論の高度化
A-1 高次元 ETAS モデル
A-2 摩擦構成則に基づく応力と地震活動との定量的関係を用いることによる、背景地震活動と背景応力場の推定A-3 時空間的非定常・非一様性を調査する階層モデリングA-4 地殻変動異常現象の因果性の評価
A-5 地震活動の ETAS モデルからの乖離の異常と物理的解釈

(1)

業務の内容

(a) 業務の目的
多様な高次元・大容量データの解析に資するためマーク付き点過程をはじめとする
統計地震学や多変量時系列解析の最新の計算方法を活用して、地震発生の長期・中期・短期予測と即時把握とそれらの応用可能性を追求する。多様で複雑な地震活動のもと、連発大地震発生の可能性を考慮した高度化時空間 ETAS モデルなどによるオンラインの短期確率予測モデルの開発・展開につながることを目的とする。先ず、令和3 年度と 4 年度で従来の時空間 ETAS モデルを高度化する。令和 3 年度で震源データの不均質性などを克服する。
(b) 研究者の所属、氏名、研究実施期間、研究費等
所属機関・部局・職名

氏名

研究実施期間配分を受けた
研究費
28,292,308 円

統計数理研究所
庄 建倉
R5.4.1
統計基盤数理研究系～
教授
R6.3.31
県立広島大学岩田 貴樹
R5.4.11,000,000 円
大学教育実践センター～准教授
R6.3.31
注）配分を受けた研究費は、間接経費を含まない額。

間接経費
8,487,692 円

300,000 円(c) 5 か年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
1) 令和 3 年度 [実施業務の要約]
高次元 ETAS モ デ ル 、 背 景 地 震 活 動 、 お よ び 異 常 現 象 の モ デ ル 化 に つ い て は 、 地
震メカニズム解成分を含むモデルや全地球のモデルを作成し、これらに基づいた
異常現象解析についても検討することとした。
2) 令和 4 年度 [実施業務の要約]
時 空 間 ETAS モ デ ル を 断 層 破 壊 モ デ ル と 比 べ て 余 震 強 度 が 調 和 的 な 結 果 を 得 た 。
ま た 発 震 メ カ ニ ズ ム を 時 空 間 ETAS モ デ ル に 組 み 込 ん だ 。 そ し て 地 球 規 模 の 地 震 を
解 析 す る た め の 全 地 球 ETAS モ デ ル を 開 発 し た 。
3) 令和 5 年度 [実施業務の要約]
深 さ と 震 源 メ カ ニ ズ ム の 両 方 を 組 み 込 ん だ 高 次 元 時 空 間 ETAS モ デ ル と 重 み 付 き尤 度 に 基 づ く 非 ベ イ ズ カ ー ネ ル 型 ETAS モ デ ル を 実 装 し 、 背 景 地 震 活 動 と GNSS な２

どの異常現象の間の関係のモデリングを始め、群発地震の乖離活動および全球の地震活動の相対的静穏化や活発化などの各種の統計的異常現象を抽出した。
4) 令和 6 年度
背 景 地 震 活 動 、 乖 離 地 震 活 動 の 探 索 を 前 年 度 に 続 い て 取 り 組 み 、 GNSS と 地 震 活
動因果解析に取り組む。
5) 令和 7 年度
引 き 続 き GNSS 異 常 現 象 に よ る 地 震 活 動 因 果 解 析 に 取 り 組 む 。
(d) 令和 5 年度の業務の目的
1) A-1 高次元 ETAS モデル
深 さ と 震 源 メ カ ニ ズ ム の 両 方 を 組 み 込 ん だ 高 次 元 時 空 間 ETAS モ デ ル の ソ フ ト ウエ ア を 使 用 し 、 F-net 地 震 カ タ ロ グ デ ー タ を 使 っ た 解 析 ・ 予 測 を 試 み る 。
大地震の破壊域形状や震源メカニズムなどから余震配置への影響を考慮し、余震群の位置座標から断層形状を再構築して求める手法を日本の地震活動に適用し、オンラインで解析する予測試験を行う。
2) A-2 摩 擦 構 成 則 に 基 づ く 応 力 と 地震活動との定量的関係を用いることによる、背景地震活動と背景応力場の推定
摩擦構成則に基づく応力と地震活動との定量的関係を用いることにより、背景地震活動と背景応力場の推定および時空間モデルへの発展を目指す。
3) A-3 時空間的非定常・非一様性を調査する階層モデリング
背景地震活動度の解析と短期予測に応用されている時間および時空間の非定常・非一様性を表現する、「ベイズ的 ETAS モデル」及び「重み付き尤度に基づく非ベイズカーネル型モデル」の、2 つの異なったアプローチの予測性能を比較評価する。
4) A-4 地殻変動異常現象の因果性の評価
異常現象の因果性の評価及び外部変数入力の一端として、観測データに対し異常値診断法を適用し、地震発生予測において有意かどうかの検証を試みる。検証では、外部情報によって影響される予測モデルを作成するとともに、異常からの切迫性を示す応答関数を抽出する。
5) A-5 地 震 活 動 の ETAS モ デ ル か ら の 乖 離 の 異 常 と 物 理 的 解 釈
通常の地震活動の相対的静穏化・活発化や群発活動などの、モデルの非適合度などで、統計的異常現象を抽出し、ゆっくりすべりなどに起因する応力変化などの物理的解釈を試みる。
(2)

令和 5 年度の成果(a) 業務の要約
1) A-1 高次元 ETAS モデル
深 さ と 震 源 メ カ ニ ズ ム の 両 方 を 組 み 込 ん だ 高 次 元 時 空 間 ETAS モ デ ル の ソ フ ト
ウ エ ア を 作 成 し た 。 ETAS モ デ ル と 再 構 成 手 法 を 用 い て 、 母 地 震 と 子 地 震 の マ グ
ニチュード相関および地震クラスタリングの深度依存性を調べた。地震活動クラ３

スタリングでは、マグニチュード独立性の帰無仮説は棄却できない。欠測した余震を補正し、将来の地震活動への影響を評価することは、地震予測技術を開発する上で極めて重要な課題である。地震クラスタリングは深度依存性を示し、深度が深くなるほどクラスタリング効果が減少することが明らかになった。
2) A-2 摩 擦 構 成 則 に 基 づ く 応 力 と 地震活動との定量的関係を用いることによる、背景地震活動と背景応力場の推定
実際の背景応力（歪み）を入力とした地震活動モデルについて、地震発生時刻における応力変動レートのステップ的な変化がなるべく小さくなるような平滑化
拘束を課した上で，このモデルを実際の余震活動に適用した結果、摩擦構成則に基づく地震活動モデルを用いることで、大森・宇津公式で示される余震活動の時
間的なベキ減衰を再現することが出来ることが示された。
3) A-3 時空間的非定常・非一様性を調査する階層モデリング「重み付き尤度に基づく非ベイズカーネル型モデル」ソフトウエアをリリース
し 、 日 本 地 域 の 地 震 活 動 に 適 用 し た 。「 重 み 付 き 尤 度 に 基 づ く 非 ベ イ ズ カ ー ネ ル型モデル」により、日本地域の地震特性の空間変動が明らかになった。
4) A-4 地殻変動異常現象の因果性の評価
2013 年 に 中 国 の 廬 山 で 発 生 し た M7.3 の 地 震 の 前 後 に お け る 重 力 場 の 変 化 を 発見した。このような変化は、地殻とマントルの間の深部での物質移動、主に流体の移動によってよく解釈され、小規模な地震の震度の移動をよく説明できる。日本 の GNSS 観 測 速 度 の 変 化 と 、 ひ ず み エ ネ ル ギ ー な ど の 物 理 変 数 と の 間 に 正 の 相関関係があることが分かった。これは、カリフォルニア州の断層沿いの地震活動とクリープ速度の相関についても確認された。
5) A-5 地 震 活 動 の ETAS モ デ ル か ら の 乖 離 の 異 常 と 物 理 的 解 釈
球 面 ETAS モ デ ル に よ っ て 、 地 球 規 模 の 大 地 震 と 地 震 活 動 の 関 係 を 調 べ 、 相 対的静穏化や活発化などの各種の統計的異常現象を抽出した。世界の背景地震は過去 20 年 間 で 時 間 的 に 安 定 し て い る こ と が 分 か っ た 。 2011 年 の 東 北 地 方 太 平 洋 沖
地 震 と 2007 年 の ス マ ト ラ 島 沖 地 震 の 影 響 を 受 け て 、 全 地 震 数 と ク ラ ス タ ー 数 が変化した。地域によって大地震の影響を受ける度合いが異なる。地震を誘発する
こともあれば、地震の発生を抑制することもあることが明らかになった。

(b) 業務の成果
1) A-1 高次元 ETAS モデルa) 地震活動クラスタリングでのマグニチュードの依存性

４

地震予測性の問題には地震誘発におけるマグニチュード依存性の有無が深く関わっており、依存性が物理的なものなのか、あるいは余震の短期的な欠落に起因するものなのか、激しい議論が続いている。そこで２種類の地震カタログで依存性の有無について検証した。一方は数値モデルによって実際の地震の統計的特徴を保持しつつ生成した合成カタログを、他方はイタリアの Amatrice-Norcia (2016)シーケン
スの高解像度地震カタログを用い、確率的デクラスタリング法を用いて各地震の誘発系列を再構築し、完全マグニチュード以上の地震に限定した。これら両カタログ
で分析を行ったところ、マグニチュード依存性の仮説は棄却できることが分かった。

図 1 （a）マグニチュード-時間プロットとマグニチュード閾値を変更した場合の標準化
累積頻度曲線 (b)マグニチュード 3 以上のイベントにおけるマグニチュード対のバイ・スケール経験変換(BEPIT)；ここでは、ポイントは単位正方形内にランダムに分布しており、パターンは認識できない (c)バイ・スケール経験変換(BEPIT)したマグニチュード対の差のヒストグラムb) 地震クラスタリングでの深度依存性
3 次元 ETAS モデルをカリフォルニアの地震カタログに適用し、新たに本震マグニ
チュードのスケーリング効果を組み込んだ深さカーネルをモデルに導入した。その結果，新しいモデルではデータのフィッティングが改善され，かつ深度の増加に伴い余震の生産性が減少することが、確率的に再構築されたカタログによって分かった。これは、深さとともに断層結合が減少していること、あるいは地殻上部の地震断層がより活発であることが原因であると考えられる。

５

図 2 （a）深度応答カーネルは地震マグニチュードに依存: 再構築した ANSS カタログにおける余震深度の確率密度分布（本震の震源深度が 5km の場合） (b) 深さ毎の誘発地震の割合(c) 深さの関数として、再構築したマグニチュード毎の余震生産性 (d) マグニチ
ュードの関数として、再構築した深さ毎の余震生産性。
c) 震源メカニズムを組み込んだ ETAS モデルの実装
令和 4 年度は震源メカニズムを組み込んだ ETAS モデルを以下のように提案した。
𝜆 𝑡, 𝑥, 𝑦, 𝜙𝜅 𝑚 𝑔 𝑡𝜇 𝑥, 𝑦 𝜁 𝛥 𝜙, 𝜙 𝑥, 𝑦

𝑡 𝑓 𝑥

𝑥 ,𝑦

𝑦 ; 𝑚 𝜉 𝛥 𝜙, 𝜙:

上式において𝜙は震源メカニズムを表し、𝛥 𝜙 , 𝜙 はメカニズム𝜙 から𝜙 への回転角度を表し、𝜙 𝑥, 𝑦 は位置 𝑥, 𝑦 での基準震源メカニズムである。背景地震と誘発地震の両方の震源メカニズムの分布は、基準震源メカニズムに対する回転角密度で表すことができる。なお、背景地震の基準メカニズムは背景地震の地域平均メカニズムであり、誘発地震の基準機構は本震メカニズムであるという違いがある。各領域の平均震源メカニズムとし、誘発地震では本震のメカニズムを採用したモデルを実装した。計算の実装では、局所平均局所震源機構を得るために Kagan & Jackson(2014)によって提案された平滑化アルゴリズムを使用し、確率的再構築法を使用してζとξをノンパラメトリックに推定された。
2) A-2 摩 擦 構 成 則 に 基 づ く 応 力 と 地震活動との定量的関係を用いることによる、背景地震活動と背景応力場の推定
ETAS モデルを改良するものとして、「摩擦構成則」に基づく Dieterich モデルの導入に引き続き取り組んだ。ETAS モデルは地震活動を「クラスター成分」と「（比較的）長期の地震活動変化（トレンド）成分」とに分解して地震活動のモデリング
６

を行っているが、トレンド成分が Dieterich モデルで表し得るものとして時空間版
ETAS モデルへと拡張し、より現実的なモデリングを試みた。トレンド成分を支配す
る背景応力場の応力レート（単位時間あたりの応力変化）は 2 つの地震発生間においては一定とし、地震発生時にステップ状に変化し得るものとした。但し、応力レートは（ある程度）滑らかに変動とする平滑化条件を課す。そして、平滑化の強さについては先験的にいくつかの値を与えて応力レートの時間変動と ETAS モデルおよび Dieterich モデルのパラメータ推定を行った。推定アルゴリズムにはマルコフ連
鎖モンテカルロ法を用い、この推定手法を 1995 年兵庫県南部地震や 2004 年新潟県中越地震の余震データに適用した。その結果、平滑化の強さに依らず、図 3 に示すような余震活動の時間減衰などから想定されている対数的な応力の時間変化が得られた。

2004 Chuuetsu

100

60

50

40

0

0

20

Stress/Asigma

80

100

150

1995 Kobe

0

20

40

60

80

100

0

Elapsed time [day]

図3

20

40

60

80

100

Elapsed time [day]1995 年兵庫県南部地震（左）、2004 年新潟県中越地震（右）に対する背景応力の時間変化推定。ベイズ的な推定を行っており、赤線が事後分布平均（点線は誤差）、灰色線
はランダムサンプリングした 200 例を示す。
3) A-3 時空間的非定常・非一様性を調査する階層モデリング
条件付き強度のマルチンゲール特性に基づいて、以下の時空間点過程に対する
加 重 尤 度 を 設 計 し 、「重 み 付 き 尤 度 に 基 づ く 非 ベ イ ズ カ ー ネ ル 型 モ デ ル 」 ソ フ ト
ウエアをリリースした。
log 𝐿𝐿 𝑥, 𝑦

ℎ 𝑥

𝑥, 𝑦

𝑦 log 𝜆 𝑡 , 𝑥 , 𝑦

ℎ 𝜉

𝑥, 𝜁

𝑦 𝜆 𝑢, 𝜉, 𝜁 𝑑𝜉𝑑𝜁 𝑑𝑢ここでλは条件付き強度、h は重み関数であり、通常カーネル関数の形をとる 。 図 4(a)に 示 す よ う な 多 角 形 リ ン グ の ス テ ッ プ ワ イ ズ カ ー ネ ル 関 数 を 用 いて 、 日 本 地 域 の 地 震 活 動 に 対 す る ETAS パ ラ メ ー タ の 空 間 変 動 を 計 算 し た 。 解析
結果から、点過程に対する重み付き尤度推定量は、モデルが空間的、時間的、時空間的にどのように変化するかを探索する、すなわち、ETAS の各パラメータの最大重み付き尤度推定の空間的な変動は、テクトニクス地域によって異なる特徴を示した。例えば、火山帯においては𝑝パラメータが低いこと、ユーラシアプレート、フィリピンプレート、太平洋プレートの収束は、𝛼パラメータが低く、𝐴パラメータおよ７

び𝑝パラメータが高いことが特徴である。ETAS パラメータの空間変動が明らかになり、地域地震動の高分解能確率予測が可能となった。

図 4 (a) 気象庁カタログの地震位置と解析に使用したカーネル関数。最大重み付き尤度法を用いて推定された ETAS パラメータの空間変動：(b) 𝐴; (c) 𝛼; (d) 𝑝
4) A-4 地殻変動異常現象の因果性の評価
a) 2013 年の廬山地震の前後における重力場の変化によって明らかになった深部での物
質移動2013 年中国四川省芦山地震は、龍門山断層帯南部のブラインドスラスト断層で発生した。地上ハイブリッド繰り返し重力観測により、地表と深部の質量の再分布を調べることができる。ここでは、地震の約 2 年前に重力場の過渡的な上昇を、本震後に下降を発見した。見かけ密度の変化を抽出するために、時空間平滑性を持つベ
イズインバージョン法を採用した。震源域の南側での見かけ密度の増加は、地殻の物質移動に関係していると仮定する。この仮説に対処するため、密度が均一な円盤状の等価震源モデルを導入し、マルコフ連鎖モンテカルロシミュレーションによりモデルパラメータを推定した。その結果、この領域では流体拡散の足跡が見られ、その拡散速度は 10 m 2 s -1 であったことから、このような地殻深部の物質移動は流体拡散に起因する可能性があると結論した。

８

図 5 上段：BADI 法による中国芦山 MS7.0 地震前後の深部震源見かけ密度の累積変化。地
震前：a 2010.08-2011.03, b 2010.08-2011.10, c 2010.08-2012.05, d 2010.082012.10; 地震後：e 2010.08-2013.05, f 2010.08-2013.09; 灰色の点線は、見かけ密度がより正確に反転できる領域を示す。黒の点線は、見かけ密度が安定した変化傾向を示す
領域を示す。下段： MS7.0 芦山地震前の円盤型震源モデルと深部物質移動過程の模式
図。
b) 背景地震活動と断層クリープ率の空間的相関関係の検証
3 次元 ETAS モデルをカリフォルニアの地震活動に当てはめた後、新しいモデルから得られた背景地震活動率と調査地域の断層の長期すべり率を比較した。その結果、地震活動によって断層に蓄積されたひずみが部分的に解放されていることが示唆された。さらに、特に San Andreas 断層（SAF）の中部に沿った断層結合の遷移帯において、背景地震率と比較的高いクリープ率を示す断層セグメントとの間の相関が有意であった。以上の結果は、背景地震は中程度の結合比を持つ地域で多く発生していることを示唆する。

９図6(a) SAF 中部におけるクリープ率と背景地震率の関係。青と赤の曲線はそれぞれクリープ率と背景地震率を示す。クリープ率と背景地震率の値は 20km の移動窓で推定した。逆三角形は基準位置を示す。(b) SAF 中部に沿った背景地震率の分布。図の縦横比を調整するために y 軸を 3 倍に拡大した。表面クリープ率は Johnson et al.(2022)を参照
し、背景地震率はイベント/日/km2 単位である。基準点は SAF 北端とした。SJB: San
Juan Bautista; MR: Melendy Ranch; BW: Bitterwater; SC: Slack Canyon; PK:Parkﬁeld.
c) 地殻変動から推定されるせん断ひずみエネルギー変化と地震活動との空間的相関性の研究
Kreemer & Young (2022)によって，カリフォルニア地域における地震活動とひずみ速度の正の空間相関の存在が確立された。今回、日本内陸部のひずみ速度場として、最大せん断ひずみ速度、水平ひずみ速度の第 2 不変量、最大主水平ひずみ速度を推定した。せん断ひずみエネルギー密度変化率は(Saito et al., 2018)で提案された方法で評価することができる。その結果、最大せん断ひずみ率と背景地震数の空間的な相関は約 0.19 であることが分かった。対数スケールで確認すると、地震数とせん断ひずみエネルギーは非線形関係にある可能性がある。その結果、同じせん断ひずみエネルギーであっても地震発生回数に大きなばらつきがあること、地殻流体の影響を受けている可能性のある断層強度の空間的なばらつきがあることが分
かった。

１０

図7

(a)せん断ひずみエネルギー密度変化率(kPa/yr)、(b)せん断ひずみエネルギー密度

変化率と背景地震量の直線関係、(c)せん断ひずみエネルギー密度変化率と背景地震量の指数関係。(b)と(c)の中に，横軸はせん断ひずみエネルギー密度変化率（kPa/yr）を表す。
5) A-5 地 震 活 動 の ETAS モ デ ル か ら の 乖 離 の 異 常 と 物 理 的 解 釈a) 2024 年能登半島 M7.6 前後の地震の静穏活発化
2024 年 1 月 1 日に発生した「令和 6 年能登半島地震」（M7.6）では甚大な被害が発生した。震源域のほぼ中央部に相当する能登半島北部では、2020 年 12 月頃から地殻変動を伴う群発地震が継続的に発生し、2023 年 5 月 5 日には M6.5 地震が発生していた。この M6.5 地震の余震のデトレンド時空間分布から、余震活動の周辺部での拡散や M7.6 地震の直前で相対的な静穏化の部分が確認できる。本震直後の余震データの欠測を考慮して、カタログの地震の検出率をモデル化し推定して、能登半島 M7.6 や M6.5 地震などの余震(＋群発地震) のインバージョン結果を導いた。
前者は定常 ETAS モデル、後者は非定常 ETAS モデルが適合し、後者の背景確率は流体の貫入変化を示唆している。

１１

図8

2023 年 M6.5 地震（▲）から 2023 年 9 月までのデトレンドを M7.6 地震（△）まで延長した時空間図。延長部シャドーは相対的に活発した部分で、その時間帯について拡大したものが右側パネルと下側パネル。M7.6 地震（△）の直前に静穏化している。
b) 非定常 ETAS モデルによって検出された Pollino 山（イタリア）の流体によって誘発された群発地震
クーロン破壊応力（CFS）の変動は、地震活動の増減に重要な役割を果たしている。標準的な ETAS モデルが地震活動データに適切に適合しない場合、経験則からの乖離の可能性が検討される。このような乖離は、群発タイプの地震活動異常のよ
うな過渡的な地震現象から伝達される応力変化から生じる可能性がある。時間依存のバックグラウンド地震率は、CFS の変化や過渡的な地震強制の存在を検出するための指標となっている。イタリア・Pollino 山地震発生域における地震異常について検討した。この地震スワームの主要なプロセスはまだ議論中であるが、新しいテンプレートマッチングの高分解能カタログに非定常 ETAS モデルを適用した結果、背景地震度の異常によって示された断層内の流体上昇流がこのプロセスを引き起こしたという仮説を支持した。2 つの主要なイベントが発生した最も激しい局面では、地震性すべりと流体の相互作用がシーケンスを駆動した。

１２

図 9. a) 2010-2014 年 Pollino 地震列のテンプレートマッチング(TM)カタログ。使用された地震観測点（青い菱形）と、2 つの主要な地震 ML4.3（西側クラスター）、ML5.0（東側クラスター）、ポリーノ山地域は赤い四角で示す。b) テンプレートマッチング (TM)カタ
ログにおける時間の関数としてのマグニチュード。c) 全領域における推定された非定常
ETAS モデル。
c) 地球規模の相対的静穏化や活発化などの異常現象
地震活動モデリングに関する多くの研究が局所的な領域に焦点をあてている。地
球規模あるいは高緯度地域の地震発生を解析・予測するために、特に世界規模の遠隔地震相互作用に関連して、時空間 ETAS モデルを平面型から球面型に改編し、FORTRAN ソフトウエアパッケージ 3D-SETAS を実装し、公表した。3D-SETAS(球面ETAS,Xiong Z et al, 2023)モデルを世界規模の地震イベント(GMT カタログ Mw5.15以上)に当てはめることにより、背景地震動と世界規模の大地震によって誘発される地震群を分離した。その結果、マグニチュード 5.15 以上の地震の約 1/3 がトリ
ガー地震であり、世界の背景地震量は過去 20 年間定常的であることが分かった。
しかし、局所的には巨大地震によって背景地震動が調整されている。

１３

図 10 (a) 世界的な地震活動。(b)全球時空間 ETAS モデルで推定された Mw>=5.2 の背景地
震活動（イベント）の累積時間変化(右、中間の丸付き青線)。最上の黒線は全活動、最下の赤線はトリガー効果の地震の累積時間変化。 (c) 日本および(d) 伊豆-小笠原-ミクロ
ネシア地域における全地震（黒線）、背景地震（青線）、群発地震(赤線)の累積頻度。伊豆-小笠原-ミクロネシア地域の地震活動は 2011 年東北地方太平洋沖地震の影響を受けている。

引用文献
・ Xiong Z, Zhuang J (2023) SETAS: a spherical version of the space–time ETAS

model . Seismological Research Letters. doi:10.1785/0220220198
・ Kagan Y, Jackson D (2014) Statistical earthquake focal mechanism forecasts .
Geophysical Journal International. 197:620-629. doi:10.1093/gji/ggu015
・ Kreemer, C., Z. M. Young (2022). Crustal Strain Rates in the Western UnitedStates and Their Relationship with Earthquake Rates . Seismol. Res. Lett. .
93, 2990–3008, doi: 10.1785/0220220153
・ Saito, T., Noda, A., Yoshida, K., & Tanaka, S. (2018). Shear strain energychange caused by the interplate coupling along the Nankai Trough: An
integration analysis using stress tensor inversion and slip-deficit
inversion . Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 123, 5975–5986.
https://doi.org/10.1029/2018JB015839
１４

(c) 結論ならびに今後の課題
1) A-1 高次元 ETAS モデル
地震活動クラスタリングでは、マグニチュード独立性の帰無仮説は棄却できな
い。欠測した余震を補正し、将来の地震活動への影響を評価することは、地震予測技術を開発する上で極めて重要な課題である。地震クラスタリングは深度依存性を示し、深度が深くなるほどクラスタリング効果は減少する。
今後の課題としては、欠測した余震を補正し、将来の地震活動への影響を評価す
ることは、地震予測技術を開発する上で極めて重要な課題である。欠測余震の統計的推論を開発し、将来の地震発生確率への影響も評価したい。
2) A-2 摩 擦 構 成 則 に 基 づ く 応 力 と 地震活動との定量的関係を用いることによる、背景地震活動と背景応力場の推定
摩擦構成則に基づく地震活動モデルを用いることで、大森・宇津公式で示される
余震活動の時間的なベキ減衰を再現できることが分かった。後の課題としては、Dieterich モデルが持つ非線形性のため、周辺化尤度を計算することが困難である点を解決することである。
3) A-3 時空間的非定常・非一様性を調査する階層モデリング「重み付き尤度に基づく非ベイズカーネル型モデル」により、日本地域の地震特性の空間変動が明らかになった。今後の課題としては、「ベイズ的 ETAS モデル」との適用結果および予測性能を比較評価したいと考えている。
4) A-4 地殻変動異常現象の因果性の評価
重力観測にせよ GNSS 観測にせよ、地震活動と地殻物質の移動との相関は明確に検証されており、それは流体の侵入の結果であるという仮説である。GNSS データおよび重力データによる地殻変動異常に対して異常診断し、地震発生予測の共変量として有意かどうかを検討した。背景地震活動の異常の検証において、非定常 ETAS モデ
ルは決定的に重要なツールとして使用された。ETAS モデルの背景地震発生率項にANSS データや重力データをどのように組み込むかが次の課題である。
5) A-5 地 震 活 動 の ETAS モ デ ル か ら の 乖 離 の 異 常 と 物 理 的 解 釈
精度の高い逆解析を実装するため気象庁が作成したカタログの殆ど全ての地震を使用するため、先ずカタログの地震検出率をモデル化して推定する。欠測データがモデル推定および予測に与える影響を考慮し、真の地震発生率を計算する方法を開発した。実際の実装については、予測対象地域を限定して時間領域の非定常 ETAS モデルなどで、欠測地震カタログの克服による、能登半島 M7.6 や M6.8 地震などの本
震直後の予測法や群発地震のインバージョン解析結果を導いた。

１５

今後の課題としては、海域を含む日本全域の時空間検出率のモデル化を試み、本
震・余震型や群発型の地震活動を統計的に識別できる、時空間 ETAS モデルの実装を目指したい。
(d) 成果の論文発表・口頭発表等
1) 学会等における口頭・ポスター発表：計 62 件、うち海外計 18 件発表した成果（発表題目、 発表者氏名発表した場所

発表した

国内

主た

口頭・ポスター発表の別）（学会等名）

時期

・外

る成

の別

果

国外

○

Explaining both

Zhuang, J.

第 13 回 統 計 地 震

2024年

foreshock and the Båth学国際ワークシ

3月17日

Law using the ETAS

ョmodel (Oral)(StatSei13), 南ップ

方 科 技 大 学
(Southern
Universityof

ScienceandTechnology), 深圳, 中国
Recentprogressin

ETASmodelsofheterogeneous

Ogata, Y.

seismic

第 13 回 統 計 地 震

2024年

学国際ワークシ

3月17日

ョactivity (Invited)

ッ

国外

プ

(StatSei13), 南
方 科 技 大 学
(Southern
Universityof

ScienceandTechnology), 深圳, 中国
Spatial correlation of
the

shear

strainUeda, T.

第 13 回 統 計 地 震

2024年

学国際ワークシ

3月17日

energy change and theョnumber of declustered(StatSei13), 南

crustal earthquakes in

方 科 技 大 学

Japan (Oral)(Southernップ

Universityof

ScienceandTechnology), 深
圳, 中国
１６

国外

○

A study of changes in

第 13 回 統 計 地 震

2024年

global background and学国際ワークシ3 月 17 日 -clustering

seismicity

ョ

20日

over

last

(StatSei13), 南

theXiong, Z.

twodecades (Poster)

ッ

プ

国外

○

国外

○

国外

○

方 科 技 大 学
(Southern
Universityof

ScienceandTechnology), 深圳, 中国
Magnitude

correlation

Petrillo,

第 13 回 統 計 地 震

2024年

in

earthquake

G.*

学国際ワークシ

3月17日

Artifactandor reality? (Invited)J.

triggering:

Zhuang,ョップ(StatSei13), 南
方 科 技 大 学
(Southern
Universityof

ScienceandTechnology), 深圳, 中国
Statisticalmodeling

Guo, Y.*,第 13 回 統 計 地 震

2024年

of 3D Seismicity andZhuang, J.

学国際ワークシ

3月17日

its

correlation

with

and

ョ

fault

slips

along

H.

Major

FaultsZhang,ップ(StatSei13), 南in

方 科 技 大 学

California (Invited)(Southern
Universityof

ScienceandTechnology), 深圳, 中国
Aftershock

forecasts

Hainzl, S.*,第 13 回 統 計 地 震

2024年

based

incomplete

Kumazawa, T.

学国際ワークシ

3月18日

of

early

and

ョ

aftershocks:

ExampleY.

onrecords

Ogata,ップ(StatSei13), 南of the 2023 SE Türkiye

方 科 技 大 学

earthquake(Southern(Oral)

sequence

Universityof

ScienceandTechnology), 深
１７国外

圳, 中国Bayesian nonparametric
inferencefor

Epidemic
Aftershock

Niu, Y.

第 13 回 統 計 地 震

2024年

the

学国際ワークシ3 月 17 日 -

Type

ョ

20日

ッ

プ

Sequence(StatSei13), 南(ETAS) model (Poster)

方 科 技 大 学

国外

○

国外

○

国外

○

(Southern
Universityof

ScienceandTechnology), 深
圳, 中国
ChangesofglobalZhuang, J.*

AGU

Annual2023年

Meeting

2023,

12月14日MosconeCenterbackground

and

and

clustering

seismicity

Z.

duringpast

Xiong,

twenty(San Francisco,years (Poster)
Unveiling

the

of

CA)
EnigmaPetrillo,

AGU

Annual2023年

EarthquakeG.*

Meeting2023,

12月15日Triggering:

DebunkingandMosconeCenterMagnitude

Correlation

Zhuang,J.

(San Francisco,

Debates(Oral)CA)

Aftershock

forecasts

Hainzl, S.*,AGU

Annual

2023年

based

on

incomplete

Kumazawa, T.

Meeting

2023,

12月14日earthquake

catalogs:

andMosconeCenter

model

Y.

ETASI
application

to

2023

SE

Türkiyeearthquake

sequence

Ogata,

the

国外(San Francisco,CA)(Poster)Space-time

evolution

Kato, A.*,AGU

Annual2023年

aftershocks

Shiomi, K.,

Meeting

2023,

12月14日theYamamoto, Y.

MosconeCenterEarthquake Sequence inand(San Francisco,Southern

Nakagawa, S.

CA)

of

the

following

2023

Turkiye,(Poster)

１８

国外

○

Comparisonofstatistical seismicity

Nishikawa,

AGU

Annual

2023年

T.

Meeting

2023,

12月12日MosconeCentermodelsoflow-frequency

earthquakes(San Francisco,(LFEs)

and

CA)

its

implications

formechanisms

governing

国外

○

国内

○

国内

○

国内

○

the

LFE activity (Invited)
状態空間モデルを用いた

野村 俊一

時系列解析 (招待講演)

応用統計シンポ

2023年

ジ ウ ム 2023, オ

11月15日ンライン開催Detectionofinbackgroundglobalandchanges

庄 建倉*,

日 本 地 震 学 会

2023年

熊 子瑶

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

clustering会, パシフィコ

seismicity (口頭発表)

横浜アネックスホール

A hypocentral version

Yongbo Li*,

日 本 地 震 学 会

2023年

of

spherical

Jiancang

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

space-time ETAS model

Zhuang,会, パシフィコ(口頭発表)

Shi Chen

横浜アネックスtheホール
データ駆動型アプローチ

ウ ステファ

日 本 地 震 学 会

2023年

による地震理解の可能ン

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

性：他の情報学アプリケ会, パシフィコーションから学ぶ (招待横浜アネックス

講演)ホール

摩擦構成則に基づく背景

岩田 貴樹

日 本 地 震 学 会

2023年

応力場の時間変動推定

2023 年 度 秋 季 大

11月1日(ポスター発表)会, パシフィコ

国内

国内

横浜アネックスホール
DONET の 地 震 検 知 能 力 に

楠城 一嘉*,

日 本 地 震 学 会

2023年

関する研究 (ポスター発

山 本

2023 年 度 秋 季 大

11月1日

表)

朗,

会, パシフィコ

有吉 慶介,

横浜アネックス

堀川 博紀,

ホール

矢 田

揚 二

修 一

郎,
高橋 成実
１９

国内

○

静岡県伊東沖の地震活動

楠城 一嘉*,

日 本 地 震 学 会

2023年の解析 (口頭発表)

行竹 洋平,

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

熊澤 貴雄

会, パシフィコ

国内

横浜アネックスホール
2023 年 能 登 半 島 北 東 部

日 本 地 震 学 会

2023年

M6.5の地震直後の地震活

2023 年 度 秋 季 大

10月31日動について: 断層バルブ

会, パシフィコ

モデルとの関連 (口頭発

横浜アネックス表)ホール

低周波地震活動統計モデ

加藤 愛太郎

西川 友章

日 本 地 震 学 会

2023年

ルの比較－低周波地震活2023 年 度 秋 季 大

11月2日

動の発生メカニズムへの会, パシフィコ

示唆－ (口頭発表)

横浜アネックス

国内

○

国内

○

国内

○

国内

○

国内

○

国内

○

ホール
ETAS モ デ ル と AIC を 用 い

吉村 嶺*,

日 本 地 震 学 会

2023年

た群発地震検出手法の開西川 友章,

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

発の試み（序報） (口頭西村 卓也

会, パシフィコ発表)

横浜アネックスホール

日本列島下の地殻内「内三井 雄太

日 本 地 震 学 会

2023年

部摩擦係数」の分布推定

2023 年 度 秋 季 大

11月1日(口頭発表)

会, パシフィコ
横浜アネックス
ホール

ハイレートGNSSデータの新井 璃子,

日 本 地 震 学 会

2023年

ノイズ解析に基づくテン

三井 雄太

2023 年 度 秋 季 大

10月31日プレートマッチングおよ会, パシフィコ

び相対力指数の数値実験

横浜アネックス(口頭発表)

ホール

日本の地殻内地震におけ柴田 律也*,

日 本 地 震 学 会

2023年

る断層破壊伝播方向の特麻生 尚文

2023 年 度 秋 季 大

10月31日性 (ポスター発表)会, パシフィコ
横浜アネックスホール

２０

現在の地殻変動から推定

上田 拓*,

日 本 地 震 学 会

2023年

される日本でのせん断ひ

西村 卓也

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

ずみエネルギーの変化と会, パシフィコ

地殻内地震活動との空間

横浜アネックス

的相関関係 (口頭発表)

ホール

点過程モデルから見える

熊澤 貴雄*,

日 本 地 震 学 会

2023年

能登半島群発地震活動の尾形 良彦

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

時空間変動について (口会, パシフィコ

頭発表)

横浜アネックス

国内

○

国内

ホール
No

Evidenceof

Giuseppe

日 本 地 震 学 会

2023年
11月1日

Magnitude

Dependence

Petrillo*,2023 年 度 秋 季 大

inEarthquake

Jiancang会, パシフィコ

Zhuang横浜アネックス

Triggering (口頭発表)

国内

○

ホール
地震識別手法の高度化に

溜渕 功史

日 本 地 震 学 会

2023年

基づく地震動即時予測の2023 年 度 秋 季 大

10月31日改善と特異な地震活動の会, パシフィコ

解明 (招待講演)

横浜アネックス

国内

ホール
2011年東北地方太平洋沖

溜渕 功史*,

日 本 地 震 学 会

2023年

地震後の内陸地震活動と

木村 久夫,

2023 年 度 秋 季 大

11月1日

地殻変動の関係 (ポスタ

弘瀬 冬樹,

会, パシフィコ

ー発表)

山本 剛靖

横浜アネックス

国内

○

国内

○

国内

○

ホール
Constructing
empirical
function
waveformsofanHong Peng*,

日 本 地 震 学 会

2023年

envelope

Stephen Wu,

2023 年 度 秋 季 大

11月1日

seismic

Masumi会, パシフィコ

Yamada横浜アネックスfortheevaluation of EEW inホール

Japan (口頭発表)
十年前に相対的静穏化が松浦 律子*,

日 本 地 震 学 会

2023年

検出された北海道南東沖

石辺 岳男

2023 年 度 秋 季 大

11月2日の地震活動度の現在の状会, パシフィコ態 (口頭発表)

横浜アネックスホール

２１

2011 年 東 北 地 方 太 平 洋

三井 雄太，

日本測地学会第2023年

沖地震前の時期における

新井 璃子

140回講演会, 仙10月11-13

台市福祉プラザ日様 々 な ハ イ レ ー ト GNSS

国内

○

国内

○

国内

○

国内

○

国内

○

データのノイズ (ポスター発表)
ハイレートGNSSデータの新井 璃子,

日本測地学会第2023年

ノイズ解析に基づくテン

三井 雄太

140回講演会, 仙10月13日プレートマッチング数値

台市福祉プラザ

実験 (口頭発表)
駿河トラフ浅部における菊地 祐次，

日本測地学会第2023年

やや長期的なスロースリ

三井 雄太，

140回講演会, 仙10月11日ップイベントの検討

加納 将行

台市福祉プラザ

現在の地殻変動から推定

上田 拓，

日本測地学会第2023年

される日本でのせん断ひ西村 卓也

140回講演会, 仙10月12日(口頭発表)

ずみエネルギーの変化と台市福祉プラザ

地殻内地震活動との空間的相関関係 (口頭発表)
更新Hawkes過程のフィル

2023 年 度 統 計 関

2023年

タリングとその統計推論

連学会連合大会,

9月6日

手法 (口頭発表)京都大学

直下型大地震の確率予測

庄 建倉

尾形 良彦

について (口頭発表)

2023 年 度 統 計 関

2023年

連学会連合大会,

9月6日

国内

京都大学
スロー地震活動を組み込西川 友章*,

2023 年 度 統 計 関

2023年

んだ地震活動統計モデル

西村 卓也

連学会連合大会,

9月6日の構築：ニュージーラン

国内

京都大学

ド・ヒクランギ沈み込み帯への適用 (企画セッシ
ョン)
能登半島群発地震の時空

熊澤 貴雄*,

2023 年 度 統 計 関

2023年

間的活動推移の統計的特尾形 良彦

連学会連合大会,

9月4日

徴 (一般講演)A

京都大学

Bayesianparametric国内

methodnon-

牛 源源*,

2023 年 度 統 計 関

2023年

of

庄 建倉

連学会連合大会,

9月6日

estimating

thebackground

intensity

京都大学

of ETAS model (一般講
演)
２２

国内

On extending the ETAS

Zhuang, J.

model (招待講演)

10th

2023年

International

6月8日

Workshop

国外

○

on

Applied
Probability(IWAP2023),

Porto

PalaceHotel, テッサロ
ニキ, ギリシャ
Second-order

Niu, Y.

10th

2023年

smoothness prior over

International

6月9日

the

Delaunay

WorkshopinAppliedTessellation
Bayesiangeophysical

国外

onProbability

inversion (口頭発表)(IWAP2023),

Porto

PalaceHotel, テッサロ
ニキ, ギリシャ
Evaluating

earthquake

forecasting

庄 建倉

第7回 国際ワー

2023年

models

クショップ「地震5月24日with likelihood based

準 備 プ ロ セ ス 」：

marginal

and

観測、検証、モデconditional scores (招リ ン グ 、 予 測待講演)(IWEP7), 千 葉 大

国内

○

国外

○

国内

○

学
Includingstress

ISTerre2023年

point-

seminar,

5月25日

for

Institutseismic occurrence (口Sciences

頭発表)

Terre (ISTerre)relaxation
processinmodel

Petrillo, G.

des
de

la

グルノーブル,
フランス

(ハイ

ブリッド)
Evaluating

earthquake

forecasting

日本地球惑星科

2023年

models

学 連 合 2023 年 大

5月23日

with likelihood based

会, 幕張メッセ

marginal(ハ イ ブ リ ッ ド 開

andconditional scores (口

庄 建倉

催)

頭発表)
２３

時空間ETAS予測との比較

尾形 良彦

日本地球惑星科

2023年

による地震活動の多様な学 連 合 2023 年 大

5月22日

特性 (口頭発表)会, 幕張メッセ国内(ハ イ ブ リ ッ ド 開
催)
空間分解能向上のための岩田 貴樹

日本地球惑星科

2023年

応力空間パターン推定手

学 連 合 2023 年 大

5月25日

法の改良

会, 幕張メッセ(ポスタ ー 発

表)国内(ハ イ ブ リ ッ ド 開催)Spatial variability of

楠城 一嘉*,

日本地球惑星科

2023年

the

5月22日

response

Nagano
the

of

the

井筒 潤,

学 連 合 2023 年 大seismicity

to

鴨川 仁,

会, 幕張メッセ

Tohoku-oki

堀 高峰,(ハ イ ブ リ ッ ド 開

in

尾池 和夫

催)

analysis

楠城 一嘉*,

日本地球惑星科

2023年

earthquake

有吉 慶介,

学 連 合 2023 年 大

5月23日

山 本

会, 幕張メッセ

2011

earthquake,

Japan

国内

(口頭発表)
Preliminaryof
detection
probabilities

andcompleteness
for

the

Oceanfloor朗,(ハ イ ブ リ ッ ド 開

levels

堀川 博紀,

催)

Dense

矢 田

Network郎,

system for Earthquakes
andTsunamis

揚 二

国内

修 一

高橋 成実

(DONET)(ポスター発表)
HierarchicalSpace-

楠城 一嘉

日本地球惑星科

2023年

Time ETAS (HIST-ETAS)

学 連 合 2023 年 大

5月23日

モデルを用いたオンライ会, 幕張メッセン地震活動評価の実証実(ハ イ ブ リ ッ ド 開

験：序報 (ポスター発表)

催)

A preliminary analysis

楠城 一嘉*,

日本地球惑星科

2023年

ofactivity

行竹 洋平,

学 連 合 2023 年 大

5月26日

off the coast of Ito,

熊澤 貴雄

会, 幕張メッセ

seismic

Shizuoka (口頭発表)(ハ イ ブ リ ッ ド 開
催)

２４

国内

国内

○

A

comprehensive

加藤 愛太郎日本地球惑星科

2023年

earthquake catalog for*,

学 連 合 2023 年 大

5月25日

the 2020 seismic swarm

中川 茂樹,

会, 幕張メッセin the central Japan藤田 航平,(ハ イ ブ リ ッ ド 開(口頭発表)

市村 強,

催)

国内

○

国内

○

長尾 大道
Comparison

andimprovement

西川 友章

日本地球惑星科

2023年

of

学 連 合 2023 年 大

5月24日

statistical models for会, 幕張メッセ

activityof(ハ イ ブ リ ッ ド 開

frequency

earthquakes

low-

催)

(口頭発表)
能登半島群発地震の時空

熊澤 貴雄*,

日本地球惑星科

2023年

間的活動推移の統計的特尾形 良彦

学 連 合 2023 年 大

5月23日

徴

(ポスター発表)

国内会, 幕張メッセ(ハ イ ブ リ ッ ド 開
催)Globalbackgroundearthquakes have shown

熊 子瑶*,

日本地球惑星科

2023年

庄 建倉

学 連 合 2023 年 大

5月22日

a steady trend over the会, 幕張メッセ

past twenty years (口(ハ イ ブ リ ッ ド 開

頭発表)

催)

地震・スロースリップ・

三井 雄太*,

日本地球惑星科

2023年

スティックスリップの面

大庭 伸一,

学 連 合 2023 年 大5月22日

積－変位(A-D)関係

直井 誠,

会, 幕張メッセ

山田 卓司(ハ イ ブ リ ッ ド 開(ポスター発表)

国内

○

国内

○

国内

○

国内

○

催)
Deep

Mechanics

along

麻生 尚文*,

日本地球惑星科

2023年

the San Andreas Fault

麻生 未季,

学 連 合 2023 年 大

5月24日

through

Focal

Shelly会, 幕張メッセ

Low-

David,(ハ イ ブ リ ッ ド 開

Earthquakes

井出 哲

催)

日本のひずみ集中帯とそ

上田 拓*,

日本地球惑星科

2023年の周辺域での背景地震活

西村 卓也

学 連 合 2023 年 大5月23日

Mechanisms
Frequencyofnear Parkfield (口頭発表)

動度とひずみ速度の関係

会, 幕張メッセ性 (ポスター発表)(ハ イ ブ リ ッ ド 開
催)２５Second-order

牛 源源*,

日本地球惑星科

2023年

smoothness prior over

庄 建倉

学 連 合 2023 年 大

5月24日

the

Delaunay

会, 幕張メッセ

Tessellation

and(ハ イ ブ リ ッ ド 開

itsapplication to gravity

国内

催)

Bayesian inversion (口
頭発表)
Is

the

stressrelaxation

relevant

for

long

term

forecasting?

(口頭発

表)

Petrillo,

EGU

G.*,

Assembly

Zhuang, J.,

ウィーン, オー

and

ストリア

General

2023年

2023,

4月26日

国外

○

Lippiello,E.

Volcanism

of

Mount

Nanjo, K.*,

EGU

Fuji activated by the

Yukutake, Y.

Assembly

2011

and

ウィーン, オーKumazawa, T.

ストリア

Japaneselarge

earthquakes ( ポ ス タ ーGeneral

2023年

2023,

4月27日

国外

発表)
2) 学会誌・雑誌等における論文掲載：計 15 件、うち国外計 15 件

掲載した論文（発表題目） 発表者氏名発表した場所

発表した

国内

主た

（学会誌・雑誌等

時期

・外

る成

の別

果

名）
Adaptive estimation of

Iwata,

the

Gutenberg–Richterandb value using a state

K.Z.

space

model

D.

Sci Rep

2024年

国外

3月5日

Nanjo,

andparticle filtering
Li,

Y.,

Seismological

2024年

Model: A Case Study in

Zhuang,J.,

Research

2月28日

the

Shi C., Guo,

LettersA

3D

Spherical

ETAS

Alaska‐Aleutian

Region

Y.

国外

○

国外

○

and

Xiong, Z.
Residual

Analysis-

Based

Model

Shen, X. and

IEEE

2024年

Zhuang, J.

Transactions on

1月29日

Improvement for State

Emerging Topics

Space

in

Modelswith

Nonlinear Responses

Computational
Intelligence２６

Geophysical

2024年

Kumazawa, T.

Journal

1月5日

catalogs:

andInternational

model

Y.

Aftershock

forecasts

Hainzl,basedonincomplete

earthquake
ETASI
application

to

2023

TürkiyeSE

S.,

Ogata,

国外

theearthquake sequence
Includingrelaxation
processinstressPetrillo,

Geophysical

2023年

point-G.,

Journal

12月20日Lippiello,International

model

for

seismic occurrence

E.

国外

○

国外

○

国外

○

国外

○

国外

○

and

Zhuang, J.
Evaluating

theincompleteness

Geophysical

2023年

Petrillo, G.

Journal

12月8日

International,

Godano,C.,magnitude

using

an

and

unbiased

estimateof

Lippiello,

the b valueE.

Finding the number of

Buckby,J.,

Environlatent

Wang,

T.,

Stat

11月22日hiddenstatesMarkovusing

inmodelsinformation

Ecol

2023年

Fletcher, D.
et al.

criteria
Bayesian inversion for

Li,

H.,

Geophysical2023年

modeling

Chen,

S.,

Journal

11月20日International,

3D

density

structures
easternintheZhang,

B.,

margin

of

Li,

and

Bayan Har block and its

Y.

Zhuang, J.

tectonic implications
Petrillo, G.

Physical Review

2023年

Dependence

andLetters

10月12日Earthquake

J.

ofhiddenTamaribuchi

Earthearthquakes after the, K., Kudo,

Space2011 Tohoku earthquake

S., Shimojo,

byK.

VerifyingtheMagnitudein

Zhuang,Occurrence
Detection

automatic

hypocenter

andHirose, F.

determination combinedwith machine learning
２７

Planets

2023年
10月10日国外

Activated volcanism of

Nanjo, K.Z.,

Scientific

2023年

Mount Fuji by the 2011

Yukutake, Y.

Reports

6月29日

Japanese

and
2023年

large

earthquakes

Kumazawa, T.

Gravity field changes

Wang,

L.,

Communications

reveal

deep

mass

Chen,

S.,

Earth

transfer

beforeandZhuang,J.

Environment

after the 2013 Lushan

Zhang

B.,

earthquake

Shi,

W.,

&

国外

国外

○

国外

○

5月31日

Yang J. and
Hu W.
Incorporating
Foreshocks

inanPetrillo, G.

Applied

2023年

and

Sciences

4月13日

Epidemic-like

Lippiello,

Description of SeismicE.

Occurrence in Italy
Cluster-based

Nomura,foreshockanddiscrimination

model

with

time

flexible

S.

Ogata,

Progress

in

2023年

Earth

and

4月12日

国外

PlanetaryY.

Sciencehorizon and mainshockmagnitudes
Second-order

Niu,

Y.,

Spatial2023年

smoothness prior overZhuang,J.

Statistics

4月

the

Delaunay

and

in

Z.

Tessellation
Bayesian

Xiong,

geophysicalinversion

２８国外

(e) 特許出願、ソフトウエア開発、使用・標準等の策定
1) 特許出願
なし
2) ソフトウエア開発
名称
3D-SETAS

機能
3D 球面版 ETAS モデルによるデータフィッティングおよび地震カタログの確率的除群法（http://stare.ism.ac.jp/zhuang/software/3D-SETAS-main.zip）

ETAS-8pl

ETAS モデルの最 大 重 み 付 き 尤 度 推 定 （http://stare.ism.ac.jp/zhuang/software/etas8pl.tar.gz）3) 仕様・標準等の策定
なし

２９

２．２

テーマＢ：地震活動の予測システムの構築
B-1 ETAS による日本内陸部の短期予測の評価
B-2 欠損データの補完
B-3 ETAS による短期・リアルタイム予測と可視化
B-5 前震と b 値

(1)

業務の内容

(a) 業務の目的
連発大地震発生の可能性を考慮した時空間 ETAS モデルなどによるオンラインの
短期確率予測モデルの開発・展開・実装を目的とする。地震発生の長期・中期・短期予測と即時把握とそれらの信頼度を与える。
先ず、HIST-ETAS に基づく短期および長期予測を最初の３年程で実現し、令和 5
年度に震源データの不均質性などを克服した階層的時空間 ETAS（HIST-ETAS）モデ
ルを高度化し余震予測のオンライン化を実装する。そして、地殻変動や地震活動の異常変化などの把握を令和 5 年度以降追求し、これらを考慮し、長期・中期・短期といった異なる時間スケールの確率予測とそれらの複合的確率予測をオンライン・
システムに実装することを最終目的とする。逐次、リアルタイムの短期確率予測の出力を、以下のように、緊急地震速報の事前シナリオの想定尤度に活用するとともに、システムの信頼性を向上させるための事前情報として使用できるようにする。
(b) 研究者の所属、氏名、研究実施期間、研究費等
所属機関・部局・職名

氏名

研究実施期間統計数理研究所・
名誉教授

尾形 良彦

静岡県立大学
グローバル地域センター
特任准教授

楠城 一嘉

R5.4.1～R6.3.31R5.4.1～R6.3.31

配分を受けた研究費
テーマＡ（統数研配分）の額に含まれる
1,000,000 円

間接経費
同左

300,000 円(c) ５か年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
1) 令和 3 年度 [実施業務の要約]
M4 以 上 の 内 陸 直 下 型 地 震 の 短 期 ・ 長 期 予 測 モ デ ル を 作 成 し た 。 さ ら に 、 沖 合 も含む時空間確率予測を偏りなく実施するための地震カタログのデータ欠測補完のモデルの作成に取り組んだ。並びに、既存の各前震確率予測手法の比較のための
確率予測評価法を検討した。
2) 令和 4 年度 [実施業務の要約]
ド ロ ネ ー 平 面 分 割 に 基 づ く 階 層 時 空 間 モ デ ル （ HIST-PPM） ソ フ ト ウ エ ア を 公 開した。これによって、各種の予測出力の可視化（地図、画像、動画）を準備し、地震活動がリアルタイムに使用可能な近未来状況に備える。内陸地震の長期予測を目的として日本内陸のバックグラウンド地震を評価した。
３０

3) 令和 5 年度 [実施業務の要約]
統 計 数理研究所が所有する「可視化装置ワークステーション」の撤去により、空間的予測や評価が実施不可能になって、やむなく、研究室ワークステーション取得
済みのデータを用いて、時間領域に限定して、日本内陸部の短期予測とその評価を行うこととした。また本震直後の余震データの欠測という深刻な問題の統計的克服などに取り組み、今回の成果を次年度の時空間 ETAS モデルに関する計画に繋げることとした。
4) 令和 6 年度
オ ン ラ イ ン 短 期 予 測 や 前 震 確 率 予 測 と 実 装 の 可 視 化 ・ 情報共有を目指し、 異 常現象による中期予測による確率利得の計算法を追求する。
5) 令和 7 年度
HIST-ETAS モ デ ル の 短 期 ・ 中 期 予 測 と 前 震 確 率 予 測 の オ ン ラ イ ン 実 装 、 各 種 異常 現 象 に よ る 中 期 予 測 、 長 期 予 測 を 合 わ せ て 複 合 予 測 し 、 可 視 化 ・ 情報共有する。
(d) 令和 5 年度の業務の目的
1) B-1 ETAS による日本内陸部の短期予測の評価
標準の時空間 ETAS モデルと階層ベイズ的時空間 ETAS(HIST-ETAS)モデルに基づき、日本内陸部の短期予測確率を算出する。その予測性能を情報利得（対数尤度）で評価する。
2) B-2 欠損データの補完
狭い空間的領域における本震直後の余震活動や活発な群発地震のデータ欠測率を考慮した非定常 ETAS モデルを作成し推定する。これを考慮して、計算プログラムを作成し、地震活動の発生要素に関わる逆解析を達成する。
3) B-3 ETAS による短期・リアルタイム予測と可視化
緊急地震速報における事前情報提供のために、続発する地震発生率を時間領域に限定した定常 ETAS モデルで大地震直後の余震欠測を考慮した短期予測を行う。これを日本内陸部において可視化することによって、自動または半自動のオンライン予測システムの導入を目指す。
4) B-5 前震と b 値
中小地震の地震群で群内における先行地震同士の時空間パターンの統計的識別に基づいて格段に大きな地震が将来起こる確率予測の素案を提案したが、拡張案として、オンライ
ンで事後少しでも大きなマグニチュードの地震が発生する確率を予測するモデルを作成する。そして、実際に起きた地震マグニチュード列の有意性を評価する。
なお、マグニチュード時系列は、通常 G-R 則に依り、定常かつ独立であるが、実際に非定常・非独立であるマグニチュード頻度モデルの高度化を検討する。G-R 則の b 値や前震の統計的識別を通して非定常・非独立性を導入した事前予測可能性を追求し、評価を試み
る。

３１

(2)

令和 5 年度の成果(a) 業務の要約
1) B-1 ETAS による日本内陸部の短期予測の評価
標準の時空間 ETAS モデルと階層ベイズ的時空間 ETAS(HIST-ETAS)モデルに基づき、日本内陸部の短期予測確率の予測性能を情報利得（対数尤度）で、リアルタイ
ムで地震データが追加されるごとに、各モデルを時間ないし空間的に評価・比較した。
2) B-2 欠損データの補完
狭い空間的領域における本震直後の余震活動や活発な群発地震のデータ欠測率を考慮した非定常 ETAS モデルを作成し推定した。これを考慮して、計算プログラムを作成し、地震活動の発生要素に関わる逆解析を達成した。
3) B-3 ETAS による短期・リアルタイム予測と可視化
緊急地震速報における事前情報提供のために、HIST-ETAS モデルを用いて、続発する地震発生率を準リアルタイムで空間的予測をする仕組みを作成した。これを全国的に可視化し、自動でオンライン予測するシステムの導入を目指した(図 1,2)。
具体的には(図 1 上段)、Hi-net 自動処理震源リストと気象庁の一元化震源リストをもとに 1973 年以降から今日までの地震を含んだ統合震源リスト(入力データ)のファ
イルを作成する(図 1 上段の左の箱)。次に、入力データを HIST-ETAS モデル(Ogata,2011)に入力して明日の地震発生率を算出した。
また、定 常 ・ 非 定 常 E T A S モ デ ル の 時 間 領 域 解 析 と し て 、 今 年 度 に 発 生
し た 、 M6.5 お よ び M7.6 能 登 半 島 の 余 震 活 動 を 含 む 群 発 地 震 活 動 、 ト カ
ラ列島および鳥島近海の群発地震活動など、データの複雑な不完全性を克服した結果を導いた。
4) B-5 前震と b 値
中小地震の地震群で群内における先行地震同士の時空間パターンの統計的識別に基づいて格段に大きな地震が将来起こる確率予測の素案を提案したが、拡張案として、オンラインで事後少しでも大きなマグニチュードの地震が発生する確率を予測するモデルを作成した。そして、最近までの M4 以上の地震カタログによる予測実験から、日本全域で進行中の地震活動について、少しでも大きな地震が起きる予測確率を、想定マグニチュードや 30 日以内の切迫性ごとにオンラインで計算した。これによって地震クラスター内のマグニチュード列の確率予測が ETAS モデルの予測に有用に働くかの可能性を試せる。
(b) 業務の成果
1) B-1 ETAS による日本内陸部の短期予測の評価

３２

標準の時空間 ETAS モデルと階層ベイズ的時空間 ETAS(HIST-ETAS)モデルに基づき、日本内陸部の短期予測確率の予測性能を情報利得（対数尤度）で、リアルタイ
ムで地震データが追加されるごとに、各モデルを時間ないし空間的に評価・比較した。階層ベイズ的時空間 ETAS(HIST-ETAS)モデルに基づき、ここ 5 年間の日本内陸部データに関して、(1) 時空間 ETAS モデル、(2) HIST-ETAS-mK モデル、および(3) HIST-ETAS-５pa モデルの時空間短期予測を実施した。これらの予測について評価を実施し精度を比較したところ、地域性を最も多く特徴づけた HIST-ETAS-５
parameter モデルが概ね最も良い予測を与えた。

図1

宇津明治カタログと JMA カタログ 1926～2018 年データで学習した３つの時空間

ETAS モデルの評価スコア。最近 5 年間の内陸部データに対する３種類の時空間 ETAS モデル（1.Original 時空間 ETAS，2.HIST-ETAS-mK、3.HIST-ETAS-5pa）の内陸部一様モデルに対する時空間短期予測結果の情報利得（左側パネル, 上段は通常時間で累積、下段は地震の順番で累積）と空間位置におけるモデルの情報利得差(score)の比較（中央・右側パネル）。
具体的には、３つの時空間 ETAS モデルは何れも内陸部で一様ポアソンモデルよりも良い結果となった。３つの時空間 ETAS モデルの中では、M7.6 能登半島地震まで、地域性が特徴づけられた HIST-ETAS-5pa モデルが概ね全国的に最も良い予測を与えた。しかし、内陸部の限られた地域、特に能登半島地震の余震域に関しては、全国均一の時空間 ETAS モデルの方が優れている。
標準時空間モデルと比べた空間図において、地域的に能登半島、山形県沖、福島
県浜通りなどのスコアは赤△でマイナスのスコアになった。この結果から、[1]1923
年以来の能登半島地域での M4 クラス以上の地震活動の記録で、1993 年 M6.6 能登半
島沖, 2007 年能登半島地震以前は活動が見られていない。[2] 他の地域でも最近ま３３で殆ど無かったことに起因すると考えられる。これは m と K 依存の HIST-ETAS モデルの評価で、能登半島の北端と南端での精度が認められる。
これらから導かれる短期予測についての重要な示唆は、準リアルタイムのパラメ
ータのデータ同化が不可欠である。
2) B-2 欠損データの補完
精度の高い逆解析を実装するため気象庁が作成したカタログの殆ど全ての地震を使用するため、先ずカタログの地震検出率をモデル化して, 欠測データがモデル推定および予測に与える影響を考慮し、真の地震発生率を計算する方法を開発した。
実際の実装については、予測対象地域を限定して時間領域の非定常 ETAS モデルなど
で、欠測地震カタログの克服による、能登半島 M7.6 や M6.8 地震などの本震直後の予測法や群発地震のインバージョン解析結果を導いた。
欠測データを考慮して、精度の高い逆解析を実装するため、先ずカタログの地震の検出率をモデル化して推定する。
モデル推定および予測に与える影響を考慮し、真の地震発生率を計算する方法を開発した。
2023 (R5) 年度に発生した、能登半島 M7.6 や M6.8 地震などの、本震直後の余震や群発地震のインバージョン解析結果を導いた。

図2

能登半島地震 M7.6 地震の余震活動の検出率と真の ETAS 発生率。左上パネルの赤曲

線は ｂ 値が一定、青曲線は σ 値の変化（能登半島周辺の観測網に比して余震域の広さが反映している）。左下のパネルの赤曲線は 50％検出率のマグニチュードで、緑の曲線は97.5%の検出率、青線は M≧2 の余震の検出確率で、いずれも昼夜の変化を捉えている。右側パネルの赤い曲線は ETAS モデルの真の強度（M≧2）で、上段は MLE 解で下段は最適
３４

ABIC ベイズ MAP 解。細かく変動している青曲線（上段）と灰色曲線（下段）は観測検出された余震列の発生率変化、緑曲線は M≧2 余震の検出確率、青い水平線は ETAS の背景活動率、紫の水平線は余震強度 K 値である。
3) B-3 ETAS による短期・リアルタイム予測と可視化
地震発生率を緯度経度 0.1 度 x0.1 度の間隔でマグニチュード(M)6 以上の地震が 1日以内におきる発生率を計算し、緯度、経度、地震発生率のリスト(出力データ)のファイルを作成する(図 3 上段の中の箱)。そして、将来的に予測精度を検証することを念頭において入力と出力のファイルを保存する(図 3 上段の右の箱)。この一連の処理を毎日定時に自動で実行する。同様に、気象庁の速報震源リストと気象庁の一元化震源リストを使用する仕組みを作成した(図 3 下段)。ただし、この仕組みでは出力データをもとに地震発生率を地図化して、地図を X(旧ツイッター)の非公開
アカウントに投稿するオプション、パスワード付きホームページに地図をアップロ
ードし閲覧可能にするオプション、緊急地震速報における事前情報提供を念頭に入れて出力データのファイルを外部サーバーにアップロードするオプションを追加した(図 3 下段の右の箱)。図 4 に地震発生率の地図の例と X に投稿された地図が表示されているスマートフォンの画面の例を示す。

図3

HIST-ETASモデルを用いて準リアルタイムで地震発生率を予測する仕組みを示すフロ

ーチャート。

３５

図4

HIST-ETAS モデルを用いて準リアルタイムで地震発生率を予測した結果を示す例。

ここでは、1973 年から 2024 年 2 月 9 日までのデータに基づき、2024 年 2 月 10 日の地震発生率を空間的予測する地図(中央の図)及び、X に投稿された地図が表示されているスマートフォンの画面(右の図)を示す。
4) B-5 前震と b 値
中小地震の地震群で群内における先行地震同士の時空間パターンの統計的識別に基づいて格段に大きな地震が将来起こる確率予測の素案を提案したが、拡張案として、オンラインで事後少しでも大きなマグニチュードの地震が発生する確率を予測するモデルを作成した。そして、最近までの M4 以上の地震カタログによる予測実験から、日本全域で進行中の地震活動について、少しでも大きな地震が起きる予測確率を、想定マグニチュードや 30 日以内の切迫性ごとにオンラインで計算した。これによって地震クラスター内のマグニチュード列の確率予測が ETAS モデルの予測に有用に働くかの可能性を試せる。

３６

図5

前震型の予測と評価。気象庁カタログ M≧４地震のクラスターの学習モデルを 2023

年から確率予測（中央パネルは最近一月）した評価（左側パネル）

図6

G-R 則の b 値を通して非定常・非独立性を導入した事前予測可能性を追求し、評価を試みた例の 1 つ目。北海道・東北沖の地震活動に基づく b 値を使用した。低 b 値を含む
領域は、ETAS モデルから有意に乖離し穏化が起きている領域に含まれる(右図)。2009 年頃から北海道東方沖で静穏化が始まったと松浦(2019)は指摘したが、静穏化が未だ終了していないとみる方が妥当であることを本研究の結果は示している。北海道東方沖の丁寧な３７監視が課題であるとする従来の提案(堀, 2019; 松浦, 2019)を改めて支持する結果である。
東北地震 (震源域)

熊本地震 (日奈久断層の中央部)
既往研究2

b値

b値

既往研究1

熊本地震
のタイミング

東北地震のタイミング

M

M

時間[年]

時間[年]

黒線: 新方法で計算したb値 (粒子フィルタを使用)
赤線: 旧来方法で計算したb値

図7

G-R 則の b 値を通して非定常・非独立性を導入した事前予測可能性を追求し、評価を試みた例の 2 つ目。東北地震と熊本地震の震源域における b 値を使用した。東北地震の調査から、震源域で高かった力が地震により解放され, 未だ地震前の状態に戻っていないことを発見した(左図)。これは、大〜巨大地震が今後いつ再発しても不思議ではないとする先行研究(Tormann et al, 2015)の指摘は当たらないことを示す。一方、熊本地震の調査から、日奈久断層の中央部では力の状態が高いまま維持していることを発見した(右図)。更に高い力がかかる場合、力に耐えきれずに破壊が始まり、未だ活動していない同断層の南部へ破壊が進展する可能性もあり得るので、同断層の監視体制の強化が必要であると提案した既往研究(Nanjo et al., 2019)を支持する。
引用文献
・ 楠城一嘉, 北海道・東北沖の地震サイズ分布(b値)の時空間変化, 地震予知連絡会
会報, 111, 549-553, 2024.
・ 堀高峰, 北海道東方沖の地震活動の相対的静穏化を受けた他の物理量変化の検討,
地震予知連絡会会報, 101, 507-510, 2019.
・ D. Iwata, K. Z. Nanjo, Adaptive estimation of the Gutenberg-Richter bvalue using a state space model and particle filtering, Scientific Reports,
4(1), 4630, 2024.
・ 松 浦 律 子 , 北 海 道 東 方 沖 の 相 対 的 地 震 活 動 度 の 静 穏 化 と 現 状 , 101, 475-483,
2019.
・ 楠城一嘉, 北海道・東北沖の地震サイズ分布(b値)の時空間変化, 地震予知連絡会
会報, 111, 549-553, 2024.
・ Nanjo K. Z, Izutsu J, Orihara Y, Kamogawa M, Nagao Y, Changes in seismicity
pattern due to the 2016 Kumamoto earthquakes identify a highly stressedarea on the Hinagu fault zone, Geophys Res Lett, 46(16), 9489–9496, 2019.
３８

・ T. Nishikawa, T. Matsuzawa, K. Ohta, N. Uchida, T. Nishimura, S. Ide, The
slow earthquake spectrum in the Japan Trench illuminated by the S-net
seafloor observatories, Science, 365, 808–813, 2019.
・ Y. Ogata, Significant improvements of the space-time ETAS model forforecasting of accurate baseline seismicity. Earth Planets and Space, 63,
217–229, 2011.
・ Tormann, T., Enescu, B., Woessner, J. et al. Randomness of megathrustearthquakes implied by rapid stress recovery after the Japan earthquake,
Nature Geoscience, 8, 152–158, 2015.
(c) 結論ならびに今後の課題
1) B-1 ETAS による日本内陸部の短期予測の評価
地域性を最も多く特徴づけた HIST-ETAS-５parameter モデルが概ね最も良い予測を与えた。しかし、内陸部の限られた地域、特に能登半島地震の余震域に関しては、全国均一の標準時空間 ETAS モデルが優れている。これは学習期間の同地域での地震活動の記録が最近まで殆どなかったことに起因すると考えられる。
今後の課題としては、海域を含む日本全域の長期および短期予測を実施したい。
とくに短期予測については、準リアルタイムの HIST-ETAS モデルのパラメータのデータ同化がほぼ常に繰り返されることが不可欠であるが、たとえば能登半島地震などの事例について、HIST-ETAS モデルの予測精度向上につながるかの検証確認をしたい。
2) B-2 欠損データの補完
精度の高い逆解析を実装するため気象庁が作成したカタログの殆ど全ての地震を使用するため、先ずカタログの地震検出率をモデル化して推定する。欠測データがモデル推定および予測に与える影響を考慮し、真の地震発生率を計算する方法を開発した。実際の実装については、予測対象地域を限定して時間領域の非定常 ETAS モデルなどで、欠測地震カタログの克服による、能登半島 M7.6 や M6.8 地震などの本
震直後の予測法や群発地震のインバージョン解析結果を導いた。
今後の課題としては、海域を含む日本全域の時空間検出率のモデル化を試み、本
震・余震型や群発型の地震活動を統計的に識別できる、時空間 ETAS モデルの実装を目指したい。
3) B-3 ETAS による短期・リアルタイム予測と可視化
余震欠測の甚だしい本震直後の準リアルタイム予測を実装する手がかりを得た。
今後の課題としては、直後で安定したリアルタイム空間確率予測を実装するロバス
トな推定方式をどのように保障するかの実験が課題である。これを全国的に可視化することによって、自動または半自動のオンライン予測システムの導入を目指す。

３９

今後の課題としては、海域を含む日本全域の時空間即時予測とその評価を実施したい。
4) B-5 前震と b 値
通常マグニチュード時系列は、Gutenberg-Richter 則に依り、定常かつ独立であることが仮定されている。従来 ETAS モデルでもこれが仮定されて様々な実験結果が出されているが、地震クラスター内の統計的識別に基づいた前震確率系列のマグニ
チュード頻度モデルを採用した場合、これによって HIST-ETAS モデルのオンライン
予測精度の向上が見られるかを時空間的に検討したい。
(d) 成果の論文発表・口頭発表等
1) 学会等における口頭・ポスター発表：計 40 件、うち海外計 4 件

発表した成果（発表題目、 発表者氏名発表した場所

発表した

国内

主た

口頭・ポスター発表の別）（学会等名）

時期

・外

る成

の別

果

国外

〇

国外

〇

Recent progress in

Ogata, Y.

第 13 回 統 計 地 震

2024年

ETAS models of

学国際ワークシ

3月17日

heterogeneous seismicョ

activity (Invited)(StatSei13), 南ップ

方 科 技 大 学
(Southern
Universityof

ScienceandTechnology), 深圳, 中国
Aftershock

forecasts

Hainzl, S.*,第 13 回 統 計 地 震

2024年

based

incomplete

Kumazawa, T.

学国際ワークシ

3月18日

of

early

and

ョ

aftershocks:

ExampleY.

onrecords

Ogata,ップ(StatSei13), 南of the 2023 SE Türkiye

方 科 技 大 学

earthquake(Southern(Oral)

sequence

Universityof

ScienceandTechnology), 深
圳, 中国

４０

Aftershock

forecasts

Hainzl, S.*,AGU

Annual

2023年

based

on

incomplete

Kumazawa, T.

Meeting

2023,

12月14日earthquake

catalogs:

andMosconeCenter

model

Y.

ETASI
application

to

2023

SE

Türkiyeearthquake

sequence

Ogata,

国外〇(San Francisco,

the

CA)

(Poster)
状態空間モデルを用いた

野村 俊一

時系列解析 (招待講演)

応用統計シンポ

2023年

ジ ウ ム 2023, オ

11月15日国内

ンライン開催Detectionofinbackgroundglobalandchanges

庄 建倉*,

日 本 地 震 学 会

2023年

熊 子瑶

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

clustering会, パシフィコ

seismicity (口頭発表)

横浜アネックス

国内

ホール
A hypocentral version

Yongbo Li*,

日 本 地 震 学 会

2023年

of

spherical

Jiancang

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

space-time ETAS model

Zhuang,会, パシフィコ(口頭発表)

Shi Chen

横浜アネックス

the

国内

ホール
系統的な欠測を伴う地震

尾形 良彦*,

日 本 地 震 学 会

2023年

カタログから実際の活動

熊澤 貴雄

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

率変化の推定

(口頭発

国内

〇

国内

〇

国内

〇

会, パシフィコ表)

横浜アネックスホール

DONET の 地 震 検 知 能 力 に

楠城 一嘉*,

日 本 地 震 学 会

2023年

関する研究 (ポスター発

山 本

2023 年 度 秋 季 大

11月1日

表)

朗,

会, パシフィコ

有吉 慶介,

横浜アネックス

堀川 博紀,

ホール

矢 田

揚 二

修 一

郎,
高橋 成実
静岡県伊東沖の地震活動

楠城 一嘉*,

日 本 地 震 学 会

2023年の解析 (口頭発表)

行竹 洋平,

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

熊澤 貴雄

会, パシフィコ
横浜アネックスホール
４１

低周波地震活動統計モデ

西川 友章

日 本 地 震 学 会

2023年

ルの比較－低周波地震活2023 年 度 秋 季 大

11月2日

動の発生メカニズムへの会, パシフィコ

示唆－ (口頭発表)

横浜アネックス

国内

ホール
ETAS モ デ ル と AIC を 用 い

吉村 嶺*,

日 本 地 震 学 会

2023年

た群発地震検出手法の開西川 友章,

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

発の試み（序報） (口頭西村 卓也

会, パシフィコ

発表)

国内

横浜アネックスホール

日本列島下の地殻内「内三井 雄太

日 本 地 震 学 会

2023年

部摩擦係数」の分布推定

2023 年 度 秋 季 大

11月1日(口頭発表)

会, パシフィコ

国内

横浜アネックス
ホール
ハイレートGNSSデータの新井 璃子,

日 本 地 震 学 会

2023年

ノイズ解析に基づくテン

三井 雄太

2023 年 度 秋 季 大

10月31日プレートマッチングおよ会, パシフィコ

び相対力指数の数値実験

横浜アネックス(口頭発表)

ホール

駿河トラフ浅部における菊地 祐次*,

日 本 地 震 学 会

2023年

やや長期的なスロースリ

三井 雄太，

2023 年 度 秋 季 大

10月31日ップイベントを網羅的に

加納 将行

会, パシフィコ

検出する試み (ポスター

横浜アネックス

発表)ホール

日本の地殻内地震におけ柴田 律也*,

日 本 地 震 学 会

2023年

る断層破壊伝播方向の特麻生 尚文

2023 年 度 秋 季 大

10月31日性 (ポスター発表)

国内

国内

〇

国内

会, パシフィコ
横浜アネックスホール

現在の地殻変動から推定

上田 拓*,

日 本 地 震 学 会

2023年

される日本でのせん断ひ

西村 卓也

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

ずみエネルギーの変化と会, パシフィコ

地殻内地震活動との空間

横浜アネックス

的相関関係 (口頭発表)

ホール

点過程モデルから見える

熊澤 貴雄*,

日 本 地 震 学 会

2023年

能登半島群発地震活動の尾形 良彦

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

時空間変動について (口会, パシフィコ

頭発表)

横浜アネックス
４２

国内

国内

〇

ホール
地震識別手法の高度化に

溜渕 功史

日 本 地 震 学 会

2023年

基づく地震動即時予測の2023 年 度 秋 季 大

10月31日,改善と特異な地震活動の会, パシフィコ

解明 (招待講演)

横浜アネックス

国内〇

ホール
2011年東北地方太平洋沖

溜渕 功史*,

日 本 地 震 学 会

2023年

地震後の内陸地震活動と

木村 久夫,

2023 年 度 秋 季 大

11月1日

地殻変動の関係 (ポスタ

弘瀬 冬樹,

会, パシフィコ

ー発表)

山本 剛靖

横浜アネックス

国内

ホール
十年前に相対的静穏化が松浦 律子*,

日 本 地 震 学 会

2023年

検出された北海道南東沖

石辺 岳男

2023 年 度 秋 季 大

11月2日の地震活動度の現在の状会, パシフィコ態 (口頭発表)

横浜アネックス

国内

ホール
2011 年 東 北 地 方 太 平 洋

三井 雄太，

日本測地学会第2023年

沖地震前の時期における

新井 璃子

140回講演会, 仙

10 月 11-13

台市福祉プラザ日様 々 な ハ イ レ ー ト GNSS

国内

データのノイズ (ポスター発表)
ハイレートGNSSデータの新井 璃子,

日本測地学会第2023年

ノイズ解析に基づくテン

三井 雄太

140回講演会, 仙10月13日プレートマッチング数値

国内

台市福祉プラザ

実験 (口頭発表)
駿河トラフ浅部における菊地 祐次，

日本測地学会第2023年

やや長期的なスロースリ

三井 雄太，

140回講演会, 仙10月11日ップイベントの検討

加納 将行

台市福祉プラザ

現在の地殻変動から推定

上田 拓，

日本測地学会第2023年

される日本でのせん断ひ西村 卓也

140回講演会, 仙10月12日

国内(口頭発表)

ずみエネルギーの変化と

国内

台市福祉プラザ

地殻内地震活動との空間的相関関係 (口頭発表)
直下型大地震の確率予測について (口頭発表)

尾形 良彦

2023 年 度 統 計 関

2023年

連学会連合大会,

9月6日

京都大学

４３

国内

〇

スロー地震活動を組み込西川 友章*,

2023 年 度 統 計 関

2023年

んだ地震活動統計モデル

西村 卓也

連学会連合大会,

9月6日の構築：ニュージーラン

国内

〇

国内

〇

国内

〇

国内

〇

国内

〇

国内

〇

国内

〇

京都大学

ド・ヒクランギ沈み込み帯への適用 (企画セッシ
ョン)
能登半島群発地震の時空

熊澤 貴雄*,

2023 年 度 統 計 関

2023年

間的活動推移の統計的特尾形 良彦

連学会連合大会,

9月4日

徴 (一般講演)

京都大学

常時地震活動・余震活動

三井 雄太

2023 年 度 統 計 関

2023年から探る日本列島下の応連学会連合大会,

9月6日

力状態

京都大学

(企画セッション)
時空間ETAS予測との比較

尾形 良彦

日本地球惑星科

2023年

による地震活動の多様な学 連 合 2023 年 大

5月22日

特性 (口頭発表)会, 幕張メッセ(ハ イ ブ リ ッ ド 開催)Spatial variability of

楠城 一嘉*,

日本地球惑星科

2023年

the

5月22日

response

Nagano
the

of

the

井筒 潤,

学 連 合 2023 年 大seismicity

to

鴨川 仁,

会, 幕張メッセ

Tohoku-oki

堀 高峰,(ハ イ ブ リ ッ ド 開

in

尾池 和夫

催)

analysis

楠城 一嘉*,

日本地球惑星科

2023年

earthquake

有吉 慶介,

学 連 合 2023 年 大

5月23日

山 本

会, 幕張メッセ

2011

earthquake,Japan(口頭発表)
Preliminaryof
detection
probabilities

andcompleteness
for

揚 二

朗,

(ハ イ ブ リ ッ ド 開

levels

堀川 博紀,

催)

Dense

Ocean

矢 田

floor

Networksystem郎,

forEarthquakes

the

and

修 一

高橋 成実

Tsunamis (DONET) (ポス
ター発表)
HierarchicalSpace-

楠城 一嘉

日本地球惑星科

2023年

Time ETAS (HIST-ETAS)

学 連 合 2023 年 大

5月23日

モデルを用いたオンライ会, 幕張メッセン地震活動評価の実証実(ハ イ ブ リ ッ ド 開

験：序報 (ポスター発表)

催)
４４

A preliminary analysis

楠城 一嘉*,

日本地球惑星科

2023年

ofactivity

行竹 洋平,

学 連 合 2023 年 大

5月26日

off the coast of Ito,

熊澤 貴雄

会, 幕張メッセ

seismic

Shizuoka (口頭発表)

国内〇(ハ イ ブ リ ッ ド 開
催)A

comprehensive

加藤 愛太郎日本地球惑星科

2023年

earthquake catalog for*,

学 連 合 2023 年 大

5月25日

the 2020 seismic swarm

中川 茂樹,

会, 幕張メッセin the central Japan藤田 航平,(ハ イ ブ リ ッ ド 開(口頭発表)

市村 強,

催)

国内

長尾 大道
Comparison

andimprovement

西川 友章

日本地球惑星科

2023年

of

学 連 合 2023 年 大

5月24日

statistical models for会, 幕張メッセ

activityof(ハ イ ブ リ ッ ド 開

frequency

earthquakes

low-

国内

催)

(口頭発表)
能登半島群発地震の時空

熊澤 貴雄*,

日本地球惑星科

2023年

間的活動推移の統計的特尾形 良彦

学 連 合 2023 年 大

5月23日

徴

(ポスター発表)

国内会, 幕張メッセ(ハ イ ブ リ ッ ド 開
催)

地震・スロースリップ・

三井 雄太*,

日本地球惑星科

2023年

スティックスリップの面

大庭 伸一,

学 連 合 2023 年 大5月22日

積－変位(A-D)関係

直井 誠,

会, 幕張メッセ

山田 卓司(ハ イ ブ リ ッ ド 開(ポスター発表)

国内

催)
Deep

Mechanics

along

麻生 尚文*,

日本地球惑星科

2023年

the San Andreas Fault

麻生 未季,

学 連 合 2023 年 大

5月24日

through

Focal

Shelly会, 幕張メッセ

Low-

David,(ハ イ ブ リ ッ ド 開

Earthquakes

井出 哲

催)

日本のひずみ集中帯とそ

上田 拓*,

日本地球惑星科

2023年の周辺域での背景地震活

西村 卓也

学 連 合 2023 年 大5月23日

Mechanisms
Frequencyof国内

near Parkfield (口頭発表)

動度とひずみ速度の関係

会, 幕張メッセ性 (ポスター発表)(ハ イ ブ リ ッ ド 開
催)
４５

国内

〇

Volcanism

of

Mount

Nanjo, K.*,

EGU

Fuji activated by the

Yukutake, Y.

Assembly

2011

and

ウィーン, オーKumazawa, T.

ストリア

Japaneselarge

earthquakes ( ポ ス タ ーGeneral

2023年

2023,

4月27日

国外

〇

発表)
2) 学会誌・雑誌等における論文掲載：計 5 件、うち国外計 5 件

掲載した論文（発表題目） 発表者氏名発表した場所

発表した

国内

主た

（学会誌・雑誌等

時期

・外

る成

の別

果

国外

〇

国外

〇

名）
Adaptive estimation of

Iwata, D.

theGutenberg–Richterandb value using a state

K.Z.

space

model

Sci Rep

2024年
3月5日

Nanjo,

andparticle filtering
Aftershock

forecasts

Hainzl, S.,

Geophysical

2024年

based

on

incomplete

Kumazawa, T.

Journal

1月5日

earthquake

catalogs:

andInternational

model

Y.

ETASI
application

to

2023

TürkiyeSE

Ogata,

theearthquake sequencehiddenTamaribuchi

Earthearthquakes after the, K., Kudo,

Space

10月10日2011 Tohoku earthquake

S., Shimojo,

byK.

Detectionofautomatic

hypocenter

Planets

2023年

国外

and

Hirose, F.

determination combinedwith machine learning
Activated volcanism of

Nanjo, K.Z.,

Scientific

2023年

Mount Fuji by the 2011

Yukutake, Y.

Reports

6月29日

Japanese

and

large

earthquakes

Kumazawa, T.

Cluster-based

Nomura, S.

Progress

in

2023年

foreshock

and

Earth

and

4月12日

discrimination

model

with

time

flexibleY.

Ogata,

Planetary
Sciencehorizon and mainshockmagnitudes
４６

国外

〇

国外

〇

(e) 特許出願、ソフトウエア開発、使用・標準等の策定
1) 特許出願
なし
2) ソフトウエア開発
なし
3) 仕様・標準等の策定
なし

４７

２．３

テーマＣ：予測とモニタリングのための観測網情報統合最適化
C-1 ノイズ情報及び予測情報を利用した動的観測点統合法
C-2 逆解析のための観測点統合・選択法の開発
C-3 地震活動度・予測情報を利用した最適設計

(1)

業務の内容

(a) 業務の目的
緊急時に対応して臨時観測網を含む観測点の多量さや多種多様性を考えた、大地震
後の臨時観測における各種観測網の配置設計を予測の観点から事前に機動的に最適化する自動化アルゴリズムを開発する。最初の２年程でデータの質が観測点によって異なる状況での逆解析のため客観的な観測点の重み選択や外れ値処理法を開発する。同時に、開発した観測点選択法をテーマ D における PLUM 法に組み込み、緊急地震速報の精度を高めることを検討する。高度化に際して重み付きグラフデータ解析の知見等
から最新の機械学習手法の成果を取り入れた高度化を図る。令和 5 年度以降は静的な選択から動的な選択への拡張の検討・新規観測網配置の提案を行う。
(b) 研究者の所属、氏名、研究実施期間、研究費等
所属機関・部局・職
氏名
研究実施期間名
統計数理研究所矢野 恵佑
R5.4.1
統計基盤数理研究系～
准教授
R6.3.31

配分を受けた研究費
テーマＡ（統数研配分）の額に含まれる

間接経費
同左(c) ５か年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
1) 令和 3 年度 [実施業務の要約]
GNSS デ ー タ か ら SSE を 検 出 す る た め に 、 い わ ゆ る ℓ1-ノ ル ム に 基 づ い て の ト レ
ン ド フ ィ ル タ リ ン グ 手 法 を 開 発 し 、 四 国 西 部 の GNSS デ ー タ へ の 適 用 に よ り 従 来 から 知 ら れ て い る ゆ っ く り 滑 り （ SSE） に 加 え て 、 12 個 の 新 し い SSE を 発 見 し た 。
さらに、開発手法内で利用している情報量規準の振る舞いによる逆解析用観測点
統合選択法について議論した。
2) 令和 4 年度 [実施業務の要約]
GNSS デ ー タ か ら SSE を 検 出 す る た め に 、 ℓ -ノ ル ム に 基 づ い て の ト レ ン ド フ ィ ル
タ リ ン グ 手 法 を 開 発 し 、 西 四 国 直 下 の 12 個 の 未 知 の SSE を 発 見 し た 。
3) 令和 5 年度 [実施業務の要約]
テーマ D と連携し、緊急地震速報の精度及び計算速度向上に資する観測点選択
手法の検討を行った。ベイズ感度公式を利用することで動的な観測点選択が行えることを確認し、手法の基礎を完成させ、いくつかの数値実験での検証を行った。次に、東北大課題と連携し、ノイズスペクトルのロバスト手法の開発及びその 実 デ ー タ へ の 適 用 特 に GNSS 観 測 点 の 選 択 に 資 す る GNSS 観 測 点 の 特 性 の 把 握 を行った。最後にテーマ A と協同し複数のカタログの地震マグニチュードを統合のベイズ的な推定手法を提案し、論文化を行った。
４８4) 令和 6 年度
前年度に引き続き逆解析用観測点統合選択法及び動的観測点統合選択法の開発を進める。加えて、新規最適設計に取り組む。
5) 令和 7 年度
前年度までの研究で開発した手法群を提供する。
(d) 令和 5 年度の業務の目的
1) C-1 ノイズ情報及び予測情報を利用した動的観測点統合法
観測点情報を統合することでイベント検知精度や予測精度を高めることができるため、動的観測点選択法を用いた緊急地震速報の精度向上化の検討を行う。
2) C-2 逆解析のための観測点統合・選択法の開発
観測点情報として時系列のスペクトル特性に着目し、ノイズスペクトルのロバ
ス ト 手 法 の 開 発 及 び そ の 実 デ ー タ へ の 適 用 特 に GNSS 観 測 点 の 選 択 に 資 す る GNSS
観測点の特性の把握を行う。
3) C-3 地震活動度・予測情報を利用した最適設計
昨年度に引き続きテーマ A と協同し、複数のカタログの地震マグニチュードを統合のベイズ的な推定手法の提案・論文化を行う。
(2)

令和 5 年度の成果(a) 業務の要約
1) C-1 ノイズ情報及び予測情報を利用した動的観測点統合法
令和 4 年度に引き続き、緊急地震速報の精度及び計算速度向上に資する観測点選
択手法の検討をテーマ D と連携し行った。ベイズ感度公式を利用することで動的な観測点選択が行えることを確認し、手法の基礎を完成させ、いくつかの数値実験での検証を行った。
2) C-2 逆解析のための観測点統合・選択法の開発
東北大課題と連携し、ノイズスペクトルのロバスト手法の開発及びその実データへの適用、特に GNSS 観測点の選択に資する GNSS 観測点のスペクトル特性の把握を行った。開発手法が Whittle 尤度法などの従来手法よりも頑健であることを示し、1996 年から 2023 年までの 1000 点近くの GNSS データ(F5 解)に適用した。
3) C-3 地震活動度・予測情報を利用した最適設計
テーマ A と協同し複数のカタログの地震マグニチュードを統合のベイズ的な推定手法を提案し、論文化を行った。
(b) 業務の成果
1) C-1 ノイズ情報及び予測情報を利用した動的観測点統合法

４９

テーマ D と協同し緊急地震速報である拡張 IPF 法における動的観測点選択の最適化を検討した。昨年度に利用を検討したベイズ感度公式に基づく観測点選択法(Ibaand Yano, 2023,2022)において時間変化する尤度関数を利用することで、動的な観測点選択法に拡張できることに気づき、時間変化する尤度関数を用いたベイズ感度公式の手法の検討を行った。ベイズ感度公式に基づく観測点選択法は、事後分布の形状を Kullback—Leibler divergence の意味で変化させないような観測点を同定する手法であり、既存の観測点選択手法と比べて尤度に基づき観測点ごとのノイズレ
ベルや異なる計測情報を統合した選択や動的な選択が行える点が特徴である。時間変化する尤度関数を取り込むことで、観測点の重要度の時間変化を追うことができるようになる。

図 1

動的観測点選択：色が濃い観測点ほど重要度が高いことを示す。波面付近の観測点の重要度が上がり、その内側はカバレッジをよくするように分布していることがわかる。

2) C-2 逆解析のための観測点統合・選択法の開発
東北大課題と連携し、ノイズスペクトルのロバスト手法の開発及びその実データへの適用、特に GNSS 観測点の選択に資する GNSS 観測点のスペクトル特性の把握を行った。開発手法は二つのスペクトル密度𝑆 , 𝑆に対して以下で定義される spectral
Rényi divergence に基づきスペクトルパラメータを推定する：
𝐷

𝑆 :𝑆 ≔

12 1𝛼

log 𝛼𝑆 𝑓1

𝛼 𝑆 𝑓

𝛼 log 𝑆 𝑓1

𝛼 log 𝑆 𝑓

𝑑𝑓.

この手法は特に観測スペクトルに周波数領域での外れ値(モデルに考慮していない
シャープなスペクトルピーク等)の存在に対して頑健にスペクトルパラメータを推定することができる。理論的に、開発手法が Whittle 尤度法などの従来手法よりも頑健であることを示した(Takabatake and Yano, 2023)。さらに、東北大課題と連携し1996 年から 2023 年までの 1000 点近くの GNSS データ(F5 解)に適用した。

５０

図 2

ノイズスペクトル推定の最適化の軌跡。左図が既存法(Whittle 尤度法)によるもの

で右図が提案法によるもの。最適化の軌跡が周波数領域の外れ値に頑健であることが確認
できる。

図3

Brune のスペクトルモデルを用いた速度波形スペクトルのフィッティング結果。青

が既存手法(Whittle 尤度法)によるもので赤・オレンジ・緑が提案手法によるフィッティ
ング結果。(a),(b),(c)は最適化を行う際の初期値による結果の変化。(a)コーナー周波数と呼ばれるスペクトルの変化点を示すパラメータの初期値がシミュレーションの真値の0.1 倍の場合。(b)初期値が真値と同じ場合。(c)初期値が真値の 2 倍の場合。いずれの場合においても提案手法がより精度良くフィッティングできていることが分かる。
3) C-3 地震活動度・予測情報を利用した最適設計
異なる地震観測網から取得した地震マグニチュードの統一的なカタログを作成するため、ノイズと予測情報を考慮した動的観測点統合法を開発し、論文投稿を行なった。
提案手法では、各観測点から得られた地震マグニチュードの情報をガウス分布として扱い、その平均として未知の真のマグニチュード、分散として観測ノイズに関連する分散を取り入れた。そして、真のマグニチュードに一様な事前分布を仮定したベイズ的な枠組みを利用して真のマグニチュードの事後確率密度分布を導き出す。
提案手法の効果を検証するために、真のマグニチュードが既知の合成カタログを用いて頑健性のテストを行った。その後、イタリアの地震観測網から得られたデータに対して提案手法を適用し、観測データの統合を行った。同手法は、機械学習手５１

法やその他の地震観測網データを統合することで新たなアプローチとしても活用可能であり、その活用可能性の検討を行った。
引用文献
・ Tabakatake, T. and Yano, K (2023) Towards a robust frequency-domain
analysis: Spectral Rényi divergence revisited, arXiv:2310.06902
・ Yano K, Kano M (2022)

trend filtering-based detection of short-term slow

slip events: Application to a GNSS array in southwest Japan. Journal ofGeophysical Research: Solid Earth, 127:e2021JB023258
・ Iba Y, Yano K (2023) Posterior covariance information criterion forweighted inference. arXiv:2106.13694, accepted at Neural Computation.
・ Iba Y, Yano K (2022) Posterior covariance information criterion for

arbitrary loss functions. arXiv:2206.05887(c) 結論ならびに今後の予定
C-1 においてはテーマ D と共同し引き続き手法開発を行う。その際、動的に提示された観測点の重要度を実用的にどのように使うかの検討を注意深く行う。C-2 においては得られた F5 解のスペクトル特性をもとに逆解析の精度向上に資する観測点選
択・統合の検討を行う。C-3 においてはテーマ A 及び B で得られる ETAS による予測情報を統合し手法の改良の検討を行う。
(d) 成果の論文発表・口頭発表等
1) 学会等における口頭・ポスター発表：計 12 件、うち海外計 2 件

発表した成果（発表題目、 発表者氏名発表した場所

発表した

国内

主た

口頭・ポスター発表の別）（学会等名）

時期

・外

る成

の別

果

Towards Estimating

Minson,AGU

Annual2023年

Seismic Hazard Across

S.E.*,

Meeting

2023,

12月14日an Area (Oral)

Wu, S.,

MosconeCenterYano, K.,

(San Francisco,

Cochran,E.S

CA).,
Parker, G.A.
andBaltay,

A.

５２

国外

GNSS速度ベクトルのクラ矢野 恵佑*，

日 本 地 震 学 会

2023年

スタリングによる地殻ブ

高橋 温志，

2023 年 度 秋 季 大

11月2日

ロック の同 定:平行移 動

加納 将行

会, パシフィコとオイラーベクトル推定

横浜アネックスに基づくアプローチ (口

ホール

国内

○

国内

○

国内

○

国内

◯

国内

○

国内

○

国内

○

頭発表)
平行移動とオイラーベク

矢野 恵佑，

日本測地学会第2023年

ト ル 推 定 に 基 づ く GNSS高橋 温志，

140回講演会, 仙10月12日速度ベクトルのクラスタ

加納 将行

台市福祉プラザ

西南日本のプレート境界

田中 優介，

日本測地学会第2023年

すべり・ブロック運動の加納 将行，

140回講演会, 仙

10 月 11-13

時空間発展の推定・分離

太田 雄策,

台市福祉プラザ日

精度評価

西村 卓也，

リングによる地殻ブロックの同定 (口頭発表)(ポスタ ー 発

表)

矢野 恵佑

スペクトル密度に対する矢野 恵佑*,

2023 年 度 統 計 関

2023年

ダイヴァージェンスにつ高畠 哲也

連学会連合大会,

9月5日

いて: 確率分布間のダイ

京都大学

ヴァージェンスからの新
たな視点 (口頭発表)
非線形回帰および一般化

奥戸 道子*

2023 年 度 統 計 関

2023年

線形モデルへのベイズ拡

矢野 恵佑

連学会連合大会,

9月7日

張推定量の応用 (口頭発

京都大学

表)
データ同化断層すべりモ

加納 将行*,

2023 年 度 統 計 関

2023年

ニタリングシステムに向矢野 恵佑,

連学会連合大会,

9月6日

けた測地データ解析の革田中 優介,

京都大学

新（企画セッション）

中川 亮,
福嶋 陸斗

A

Bayesianparametricmethodnon-

牛 源源*,

2023 年 度 統 計 関

2023年

of

庄 建倉

連学会連合大会,

9月6日

estimating

thebackground

intensity

京都大学

of ETAS model (一般講演)５３

Second-order

Niu, Y.

10th

2023年

smoothness prior over

International

6月9日

the

Delaunay

WorkshopinAppliedTessellation
Bayesiangeophysical

国外

○

国内

○

on

Probability

inversion (口頭発表)(IWAP2023),

Porto

PalaceHotel, テッサロ
ニキ, ギリシャ
最小情報従属モデルを用矢野 恵佑*,

日本地球惑星科

2023年

いた混合ドメインデータ

清 智也

学 連 合 2023 年 大5月22日の依存関係の解析：震源会, 幕張メッセ

深さと初動発震機構解の(ハ イ ブ リ ッ ド 開

依存関係解析への適用

催)(ポスター発表)
日本のひずみ集中帯とそ

上田 拓*,

日本地球惑星科

2023年の周辺域での背景地震活

西村 卓也

学 連 合 2023 年 大5月23日

動度とひずみ速度の関係

会, 幕張メッセ性 (ポスター発表)(ハ イ ブ リ ッ ド 開

国内

催)Second-order

牛 源源*,

日本地球惑星科

2023年

smoothness prior over

庄 建倉

学 連 合 2023 年 大

5月24日

the

Delaunay

会, 幕張メッセ

Tessellation

and(ハ イ ブ リ ッ ド 開

itsapplication to gravity

国内

○

催)

Bayesian inversion (口頭発表)2) 学会誌・雑誌等における論文掲載：計 2 件、うち国外計 2 件

掲載した論文（発表題目） 発表者氏名発表した場所

発表した

国内

主た

（学会誌・雑誌等

時期

・外

る成

の別

果

国外

○

名）
DetectionofhiddenTamaribuchi

Earthearthquakes after the

, K.,

Space

2011 Tohoku earthquake

Kudo, S.,

by

Shimojo, K.

automatic

hypocenter

anddetermination combined

F.

Hirose,with machine learning
５４

Planets

2023年
10月10日Second-order

Niu, Y.,

Spatial2023年

smoothness prior overZhuang, J.

Statistics

4月

the

Delaunay

And

in

Z.

Tessellation
Bayesian

Xiong,

geophysicalinversion(e) 特許出願、ソフトウエア開発、使用・標準等の策定
1) 特許出願
なし
2) ソフトウエア開発
なし
3) 仕様・標準等の策定
なし

５５

国外

○

２．４

テーマＤ：情報科学に基づいて即時地震動予測の高速化と高精度化
D-1 ETAS 地震予測を事前情報に活用
D-2 最適な観測網情報に基づく拡張 IPF 法の開発
D-3 拡張 IPF 法と PLUM 法のハイブリッド化

(1)

業務の内容

(a) 業務の目的
このテーマでは、連発大地震発生の可能性を考慮した短期確率予測および即時把握をするため、地殻変動や地震動モニタリングを含む各種予測モデルの開発・展開・実装を目的とする。そのため統計地震学や多変量時系列解析を含む統計科学の最新の高次元大容量の計算方法を活用して、地震発生の長期・中期・短期予測と即時把握とそ
れらの信頼度を与える。最初の 2 年半は ETAS 地震予測と最適な観測網情報の導入を集中し、最後の 2 年半は新しい緊急地震速報アルゴリズムの高速化、最適化、と結果の可視化に注力する。
(b) 研究者の所属、氏名、研究実施期間、研究費等
所属機関・部局・職名

氏名

研究実施期間配分を受けた
研究費
1,500,000 円

京都大学防災研究所
山田 真澄
R5.4.1
地震防災部門
～准教授
R6.3.31
統計数理研究所
ウ・ステ
R5.4.1
テーマＡ（統
先端データサイエンスファン～
数研配分）の研究系 准教授
R6.3.31
額に含まれる
注）配分を受けた研究費は、間接経費を含まない額。

間接経費
450,000 円
同左(c) ５か年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
1) 令和 3 年度 [実施業務の要約]
ETAS 地 震 予 測 を 事 前 情 報 へ の 活 用 を 検 討 し た が 、 今 年 度 は リ ア ル タ イ ム で のETAS 予 測 が 得 ら れ て い な い た め 、 代 わ り に IPF 法 の 適 用 範 囲 を 調 べ 、 新 し い 事 前
情報の導入の準備を検討した。
2) 令和 4 年度 [実施業務の要約]
IPFx 法 を 改 良 し 、 台 湾 中 央 気 象 台 の 地 震 波 観 測 デ ー タ を 用 い て 良 好 な 検 証 を 行った。
3) 令和 5 年度 [実施業務の要約]
緊急地震速報の精度と速度を向上させるために、ETAS モデルを緊急地震速報の事前情報として導入することを試みた。結果として、一部の地震事例では緊急地震速報の初期精度が向上したことが確認された。さらに、気象庁震度に基づく緊急地震
速報の新たな評価基準を開発し、地域の最大揺れの超過確率の計算法を開発した。
4) 令和 6 年度
拡張 IPF 法と PLUM 法のハイブリッド化を完成させて、緊急地震速報の予測結果を可視化するシステムの開発を着手する。
５６

5) 令和 7 年度
ETAS 地震予測と最適な観測網情報の導入を成功した上で、網羅的な地震データを使って、改善した緊急地震速報を評価する。そして、緊急地震速報の予測結果を可視化して、情報共有システムを構築する。
(d) 令和 5 年度の業務の目的
1) D-1 ETAS 地震予測を事前情報に活用
震源推定精度改善のため、テ ー マ A と B の 成 果 と な る ETAS 地 震 活 動 モ デ ル を 緊
急地震速報の事前情報として導入する。導入に当たっては、リアルタイムで得られ る ETAS 時 空 間 予 測 の デ ー タ が 必 要 と な る た め 、 デ ー タ の 入 手 方 法 に つ い て の 調
査 を 行 う 。 ま た 、 ETAS 時 空 間 予 測 デ ー タ を ど の よ う な 形 で 事 前 情 報 に 統 合 で き る
か 検 討 を 行 い 、 緊 急 地 震 速 報 の 拡 張 IPF 法 へ の オ フ ラ イ ン で の 試 験 導 入 を 行 う 。
2) D-2 最適な観測網情報に基づく拡張 IPF 法の開発
緊急地震速報の警報時間を最大化するため、テーマ C のベイズ感度解析手法を導入して、できるだけデータ量が少なく、かつ情報量の多い観測点を選択する。
3) D-3 拡張 IPF 法と PLUM 法のハイブリッド化
現在日本で運用されている緊急地震速報には、震源を推定して日本全国の揺れを 推 定 す る IPF 法 と 、 予 測 地 点 周 辺 の 地 震 計 か ら サ イ ト の 揺 れ を 直 接 予 測 す る
PLUM 法 の 2 つ の 結 果 が 使 わ れ て い る 。 こ れ ら の 異 な る 手 法 を 統 合 す る た め 、 IPF
法の予測信頼度を定量化する新しい評価基準の構築を行う。
(2)

令和 5 年度の成果(a) 業務の要約
緊急地震速報の精度と速度を向上させるために、ETAS モデルを緊急地震速報の事前情報として導入することを試みた。結果として、一部の地震事例では緊急地震速報の初期精度が向上したことが確認された。さらに、気象庁震度に基づく緊急地震速報の新たな評価基準を開発し、地域の最大揺れの超過確率の計算法を開発した。
(b) 業務の成果
1) D-1 ETAS 地震予測を事前情報に活用
テーマ A と B の成果となる ETAS 地震活動モデルを緊急地震速報の事前情報として導入できるよう、予備実験を行った。ETAS 時空間予測を計算するため、リアルタイ
ムで得られる地震カタログが必要となる。本年度は、気象庁が作成する一元化震源カタログを毎日自動的にダウンロードし、ETAS 時空間予測を計算するプログラムを
テーマ A とテーマ B、東京大学地震研究所との共同研究により作成した。
また、ETAS 時空間予測データを緊急地震速報の事前情報に統合する手法について検討を行った。ETAS 時空間予測データは、翌日にある閾値以上の地震が何個発生するかを予測値として提供する。この予測値を元にして、ベイズ推定のサンプリングを行った。ETAS 予測は 0.1×0.1 度のグリッド毎に提供される。この予測値のヒス５７トグラムを調べたところ、最も大きな値は 0.01～0.5、おおむね 10%のグリッドが0.0001 以上であることが分かった。そのため、0.0001 以上のグリッドには重みづけを行い、それ以下の場合は一様分布とした。この確率密度関数に従って、震源予測の元となる粒子サンプリングを行った。
2011 年東北地方太平洋沖地震と 2024 年能登半島地震のデータを用いて、オフラ
インの試験を行った。能登半島地震のデータでは、震源推定開始直後の観測点分布が良く、ETAS 予測を利用してもほとんど推定に影響を及ぼさないことが分かった。
しかしながら、東北地方太平洋沖地震のように、震源が沖合で観測点分布に偏りがある場合には、ETAS 予測が震源推定の向上に役立つ可能性があることが分かった。

図1

図 2

ETAS 予測を拡張 IPF 法の事前情報に利用する概念図

2011 年東北地方太平洋沖地震と 2024 年能登半島地震について、ETAS 予測の有無による震源予測の比較

５８

2) D-2 最適な観測網情報に基づく拡張 IPF 法の開発
C-1 との共通の成果であるため、2.3 (2) 令和 5 年度の成果の項を参照。
3) D-3 拡張 IPF 法と PLUM 法のハイブリッド化
a) ハイブリッド化のための震度に基づく予測評価手法の開発
緊急地震速報の予測評価手法を改良するため、リアルタイム震度波形の包絡線の予測式（距離減衰式）の構築を行った．予測式は通常，最大振幅値を推定するが，本研究の特色は震度波形の包絡線を推定する点である．まず、功刀ほか(2013)で提案されたリアルタイム震度フィルタを加速度波形に適用し、リアルタイム震度波形の包絡曲線を求めた。この観測波形に様々な数学的関数を検討し，観測された包絡線を最もよく説明する関数を選択した．予測式から推定される包絡線と観測された包絡線を比較することで，最大振幅の到来を待つことなく，P 波到達後の早い段階
で震源パラメータの精度を評価することができる。

図3

上下動加速度記録（上）と、リアルタイム震度の包絡曲線。4 つの数学的関数をフィッティングしている。
b) 新しい速報システムの応用問題：地域の最大地震動の超過確率の計算法
現在の緊急地震速報は、単一の場所で事前設定された閾値を超える最大地面加速度の確率に基づいている。しかし、緊急対応を考える際には、ある一地点ではなく有限な領域内の最大地面加速度を考慮することが重要となる。この問題は統計学のエクスカーション確率推定またはレアイベントサンプリング問題として定式化できる。
５９

対象領域 D と領域 X 内のランダムフィールド f（例えば、既知の有限な領域内の最大地面加速度）が与えられた場合、我々は f が与えられた閾値を超える失敗確率（エクスカーション確率）を計算したいと考えている。ランダムフィールドがガウス過程であると仮定すると、以下の式で失敗確率を書くことができる：

連続空間を扱うことは挑戦的なので、X を n 個の有限設計点に離散化することもでき、方程式は以下のようになる：

理想的には、離散化された失敗確率は n が無限になるにつれて連続したものに収束する。
本年度には、米国カリフォルニア州のベイエリアにおけるシンプルなケーススタ
ディを US Geological Survey との共同研究で構築した。我々は、失敗確率の推定に使用できる 4 つの異なるアルゴリズム（モンテカルロサンプリング、重要度サン
プリング、サブセットシミュレーション、オイラー近似法）を比較した。それぞれの方法は、失敗確率の異なる範囲において、正確性と計算時間の間で異なるトレードオフを持っている。

図4

地域の最大地震動の超過確率の計算法の概念図

引用文献・ 㓛刀 卓, 青井 真, 中村 洋光, 鈴木 亘, 森川 信之, 藤原 広行, 震度のリアル
タイム演算に用いられる近似フィルタの改良, 地震
p.223-230, https://doi.org/10.4294/zisin.65.223
６０

第2輯, 2012, 65 巻, 3 号,

(c) 結論ならびに今後の予定
本年度は、緊急地震速報の精度と速度を向上させるために、ETAS モデルを緊急地
震速報の事前情報として導入することを試みた。結果として、一部の地震事例では緊
急地震速報の初期精度が向上したことが確認された。さらに、気象庁震度に基づく緊急地震速報の新たな評価基準を開発し、地域の最大揺れの超過確率の計算法も確立した。
ETAS 予測を緊急地震速報に活用することにより、地震発生時の迅速かつ正確な情報提供が可能になり、災害対策の効果的な実施に寄与することが期待される。一部の事例では基本な ETAS モデルを用いて緊急地震速報の精度向上を確認したが、次年度は最新の ETAS モデルの導入を検討し、より広い範囲の地震事例で緊急地震速報の精度向上を目指す。さらに、今年度構築した震度の包絡線の数学的関数を震源パラメー
タで回帰し，震度の包絡線予測モデルを構築する。
地域の最大揺れの超過確率の計算法の改善については、失敗確率の推定に使用でき
る 4 つの異なるアルゴリズム（モンテカルロサンプリング、重要度サンプリング、サブセットシミュレーション、オイラー近似法）を組み合わせて最適な計算手法を調査し、実際の地震早期警報システムで実用的に使用できる効率的で正確なアルゴリズムを推定する予定である。
(d) 成果の論文発表・口頭発表等
1) 学会等における口頭・ポスター発表：計 8 件、うち海外計 3 件

発表した成果（発表題目、 発表者氏名発表した場所

発表した時

国内

主た

口頭・ポスター発表の別）（学会等名）

期

・外

る成

の別

果

国外

○

国外

○

Towards
Estimating
Seismic Hazard Acrossan Area (口頭)IPFx:
extended
integrated
particlefiltermethodforearthquake
early
warningandapplication
totheinternational networks(ポスター)

Minson, S.E.+
Wu, S.,
Yano, K.,
Cochran,E.S.,
Parker, G.A.
andBaltay,A.
Yamada, M.+

AGU
AnnualMeeting 2023,
MosconeCenter(San
Francisco,
CA)

2023年

AGU
AnnualMeeting 2023,
MosconeCenter(San
Francisco,
CA)

2023年

６１

12月14日

12月12日Constructinganempirical
functionofwaveforms

Peng, H.+

AGU

Annualenvelope

Meeting,seismic

Francisco

for

San

2023年

国外

〇

国内

○

国内

○

国内

○

国内

○

国内

○

12月12日theevaluation of EEW in
Japan (ポスター)
データ駆動型アプローチ

日本地震学会,2023年

による地震理解の可能

パシフィコ横11月2日

性：他の情報学アプリケ

浜アネックスーションから学ぶホール

複数地震はどこまで分離可能か

ウ ステファン

山田 真澄

(口頭)

日本地震学会,2023年

パシフィコ横11月1日

浜アネックスホール
Constructing
empirical
functionofwaveforms

an日本地震学会,2023年

envelope

パシフィコ横

11月1日

seismic

浜アネックス

forPeng, H.+

the

ホール

evaluation of EEW in
Japan (ポスター)
2023年トルコ・シリア地

日本地球惑星2023年

震の強震記録への緊急地

科学連合, 幕

5月23日

震速報の手法の適用

張メッセ

Constructing
empirical
functionofwaveformsan山田 真澄+

日本地球惑星2023年

envelope

科学連合, 幕

5月24日

seismic

張メッセ

forPeng, H.+theevaluation of EEW inJapan
2) 学会誌・雑誌等における論文掲載：計 0 件、うち国外計 0 件なし(e) 特許出願、ソフトウエア開発、使用・標準等の策定
1) 特許出願
なし
2) ソフトウエア開発
なし
3) 仕様・標準等の策定
なし
６２

３．まとめ
先ず全体的な研究課題の計画を遂行するための計算機環境と組織的な研究体制を保持し、4 テーマで成果を得ることができた。具体的には、以下の通りである。
テーマＡでは、震源深度と震源機構といった地震カタログの構成要素をより多く取り入れた ETAS モデルの開発を、昨年度に引き続き行った。こうした要素の取り込みは震源
物理学の理解において重要である。ETAS の最大加重尤度推定法に関しても継続して議論を行った。取り込むべき地震カタログの構成要素に関する今年度の発見として、以下のよ
うな地震度のクラスタリングに関する発見が挙げられる：地震のクラスタリング効果は深さとともに減少し、本震-余震の誘発ペア間のマグニチュード依存性を示す証拠はない。
さらに、ETAS モデルを改良する要素として、「摩擦構成則」を導入した非線形 ETAS モデルを提案した。その他にも、非地震性の地球物理観測量については、背景地震活動と地殻ひずみ場の速度との相関を見出した。重力観測・微小地震観測の両方が地下地殻物質の移動を示しており、大地震の準備過程における流体の重要な役割を示唆している。総合すると、本年度は、地震物理学の知見を取り入れた ETAS モデルの改良及び改良に資する構成要素の特定を行った。次年度以降は、これらの改良をもとに、特に AI 学習技術の駆使も検討しつつ、予測およびデータ解析を行う。
テーマＢでは、連発大地震発生の可能性を考慮した短期確率予測および即時把握をするため、確かな複合的確率予測をオンライン・システムに実装することを究極の目的としている。今年度ではベースライン短期予測として、下限マグニチュードが十分大きい地震に対する、HIST-ETAS に基づく日本周辺の予測システムの原型案を構成した。さらに、その予測精度の評価について、内陸に限ってＭ≧４地震の短期予測の評価を実施した。前震型の予測が良い成績であったことから、G-R 型予測に替えて、前震型マグニチュードの識
別予測を組み込んだ ETAS 予測が、どの程度より良い精度を望めるかは、時空間領域で追求する価値がある。実際には、予測の精度を上げるためには下限マグニチュードを小さく取らなければならない。そのためには大きな地震の直後に生じる余震の欠測問題がある
が、時間領域の ETAS モデルのではあるが今回の成果でその突破口を作った。局所的な余震活動の予測に活かしていくと伴に、これを時空間領域のモデルでも適用させることが来年度以降の課題になる。
テーマＣでは、以下の 3 つのサブテーマに取り組んだ。まず、令和 4 年度に引き続き、
緊急地震速報の精度及び計算速度向上に資する観測点選択手法の検討をテーマ D と連携し行った。ベイズ感度公式および時間変化する尤度関数を利用することで動的な観測点選択が行えることを確認し、手法の基礎を完成させ、いくつかの数値実験での検証を行った。
次に、東北大課題と連携し、Spectral Rényi divergence に基づくノイズスペクトルのロバスト手法の開発及びその実データへの適用、特に GNSS 観測点の選択に資する GNSS 観測
点のスペクトル特性の把握を行った。開発手法が Whittle 尤度法などの従来手法よりも頑健であることを理論的に示し、1996 年から 2023 年までの 1000 点近くの GNSS データ(F5解)に適用した。最後に、テーマ A と協同し複数のカタログの地震マグニチュードを統合の
６３

ベイズ的な推定手法を提案し、論文化を行った。
テーマＤは、テーマ A と B と連携して ETAS モデルを緊急地震速報の事前情報として導入することを試みた。一部の地震事例では緊急地震速報の初期精度が向上したことが確認された。さらに、テーマ C との連携により、効率のよい観測点選択手法の開発を行った。
緊急地震速報の警報時間を最大化するため、テーマ C のベイズ感度解析手法を導入して、できるだけデータ量が少なく、かつ情報量の多い観測点の選び方を検討した。また、気象庁震度に基づく緊急地震速報の新たな評価基準を開発し、地域の最大揺れの超過確率の計算法を開発した。
テーマ間の共同成果として、今年度はテーマ間での共同の成果があがった。具体的にはテーマ A と B からは ETAS のモデリングと予測における ANSS データの利用について、テーマ A と C からは地震カタログの均質化について、テーマ B と D からは緊急地震速報のための ETAS 事前分布の導入について、テーマ C と D からは緊急地震速報の決定ルールについてであった。2024 年度もテーマ間の連携を強化することを目標としている。目標達成のために本プロジェクトの全メンバーはワークショップを催して交流を深め、上記の成果をあげるとともに、研究進捗の効率性、アウトプットの価値を評価し、今後数年間の研究進捗を円滑にするための計画を策定した。

４．活動報告＜会議開催実績＞(1) 統計地震学セミナー
統計数理研究所（立川市）またはオンラインにて以下の通り開催し、研究の進捗を議論・共有、プロジェクト全体の進め方や次のステップの計画を議論した。
第 89 回

2023 年 6 月 16 日 Peng, Zhigang （ School of Earth and Atmospheric

Sciences, Georgia Institute of Technology, Atlanta, USA ・ 教 授 ） What can‘ missing’

events

tell

us

about

earthquake

statistics

andphysicalmechanism of earthquake triggering?
第 90 回 2023 年 8 月 29

Hsieh, Ming-Che (謝 銘 哲 ) （ 台 湾 国 立 中 央 大 学 地 震 災

害・リ ス ク 評 価 管 理 セ ン タ ー (E-DREaM) ・副 研 究 員 ）Seismic Hazard Assessment for
Metropolises and Sciences Parks in Taiwan: Analyzing Ground Motions Using
Deterministic and Probabilistic Methods. オ ン ラ イ ン
第 91 回

2023 年 10 月 3 日 Guan, Yongtao （ Department of Management Science,

School of Business Administration, University of Miami, USA ・ 教 授 ） Group
Network Hawkes Process. オ ン ラ イ ン
第 92 回 2023 年 11 月 7 日※ 「 STAR-E お よ び 日 伊 共 同 プ ロ ジ ェ ク ト の 研 究 進 捗 状 況に関するワークショップ」との共同開催
６４

李 永 波 (Li, Yongbo)（ 中 国 地 震 局 地 球 物 理 研 究 所 ・大 学 院 生 ）A Three-Dimensional
Spherical

Epidemic-Type

Aftershock

Sequence(3D-SETAS)

Model

and

Its

Application in the Alaska Region (Li, Y.*, Zhuang, J. and Chen, S.)王 志 峰 (Wang, Zhifeng) （ 中 国 地 質 大 学 (武 漢 )・大 学 院 生 ）Bayesian inversion

for finite fault earthquake source models and uncertainty analysis (Wang,
Z.*, Zhuang, J. and Wang, D.)司 政 亜 (Si, Zhengya) （ 中 国 地 震 局 地 球 物 理 研 究 所 ・大 学 院 生 ）Bayesian merging
of earthquake magnitudes determined by multiple seismic networks (Si, Z.*,
Zhuang, J., Gentili, S., Jiang, C. and Wang, W.)
朴 健 (Piao, Jian) （ 北 京 大 学 , 中 国 ・ 大 学 院 生 ）On the spatial response

kernel in the ETAS model (Piao, J.*, Zhuang, J. and Zhou, S.)
毛 寧 (Mao, Ning) （ 中 国 地 震 局 地 球 物 理 研 究 所 ・ 大 学 院 生 ）Extraction of

secularfunctionvariation

signals

geomagnetic stations

andestimationoftransferfrom(Mao, N.* and Chen, S.)

彭 鴻 (Peng, Hong) （ 統 計 数 理 研 究 所 ・特 任 研 究 員 ） Constructing an empiricalenvelope function of seismic waveforms for the evaluation of EEW in Japan
Petrillo, Giuseppe （ 統 計 数 理 研 究 所 ・ 特 任 助 教 ）Decoding the Puzzle ofEarthquake Magnitude Dependency
Guo, Yicun (郭 一 村 ) （ 中 国 科 学 院 大 学 ・助 教 ）Detection and Characterizationof Earthquake Swarms in Nankai and Its Association With Slow Slip Events
Gentili, Stefania （ イ タ リ ア 国 立 海 洋 学 と 実 験 地 球 物 理 学 研 究 所 ・ 研 究 員 ）Aftershock

forecasting

by

the

NESTOREmachinelearning

algorithm:

applications to Italy, Slovenia, California, Greece and some preliminary
results on Japan(Gentili, S.*, Chiappetta, G., Petrillo, G., Brondi, P.,

Zhuang, J. and Di Giovambattista, R.)
牛 源源(Niu, Yuanyuan) （ 総 合 研 究 大 学 院 大 学 ・ 大 学 院 生 ） Nonparametric

Bayesian inference for ETAS model (Niu, Y.* and Zhuang, J.)
第 93 回

2024 年 1 月 30 日 上 田 拓 （ 京 都 大 学 防 災 研 究 所 ・ 特 定 研 究 員 (学 振 PD) /統計数理研究所リスク解析戦略研究センター 地震予測解析プロジェクト ・外来研
究 員 ） Spatial correlation of the shear strain energy change and the numberof declustered crustal earthquakes in Japan. オ ン ラ イ ン .
※セミナー終了後、研究テーマリーダーミーティングを実施。
(2) 第 13 回 統計地震学国際ワークショップ（StatSei13）
第 13 回統計地震学国際ワークショップ(Statsei13) が 2024 年 3 月 16-20 日、中国・深圳 南方科技大学コンベンションセンターにて開催された。プロジェクトリーダーの庄建倉 教授 (Zhuang, Jiancang; 国際組織委員会成員), 統計数理研究所尾形良彦名誉教授が出席・発表。庄 建倉 教授は CORSSA チュートリアル、尾形良彦名誉教授は基調講演
６５

を行った。
(3) STAR-E 勉強会
STAR-E プロジェクトの 5 つの課題の共通勉強会に参加した。当プロジェクト当番として、以下の報告を行った。
令和 5 年度第 5 回 STAR-E 勉強会

2024 年 2 月 7 日

オンライン

・西川友章（京大）
Comparison of statistical low-frequency earthquake activity models
・Giuseppe Petrillo（統数研,

現在 University of Naples）

Does an earthquake tend to trigger earthquakes of similar magnitudes?
※勉強会の前、各STAR-Eプロジェクト代表者ミーテイングを実施。
(4) 緊急地震速報に関するワークショップ
2024 年 1 月 22 日～23 日 東京大学地震研究所 共同利用研究集会「固体地球科学的諸現象の即時解析・即時予測とその利活用：更なる高度化と新たな展開」を開催した。（担
当：小寺祐貴（気象研究所、研究協力者）
https://wwweic.eri.u-tokyo.ac.jp/viewdoc/SOKUJI-yosoku/2023.html＜アウトリーチ活動＞
・ WEB による公開
活動内容、成果の解説、ソフトウエアとそれらのマニュアル、データベース、本プロジ
ェクトを理解するための有用な基本情報など、アウトリーチを鋭意務めている。そのため WEB サイト https://star-e.ism.ac.jp/index.html を設けて統計数理研究所の関係
プロジェクトの 1 つとしてリンクされている。また文部科学省の STAR-E プロジェクトのホームページからもリンクされている。
・ 楠城 一嘉 特任准教授(静岡県立大学)、熊澤 貴雄 特任准教授(統計数理研究所)、尾形良彦 特任研究員(統計数理研究所 名誉教授)が第 241 回地震予知連絡会定例会にて、
北海道・東北沖の地震活動と能登半島群発地震に関する招待講演を行った。詳細は【プレスリリース】北海道・東北沖と能登半島の活発な地震活動に関する最新知見（https://www.ism.ac.jp/ura/press/ISM2023-08.html）
・ 山田 真澄 准教授 (京都大学防災研究所) が、日本地震学会主催『地震学夏の学校 2023』
講師として講演を行った。
その他の独自のアウトリーチも ISM-STAR-E のコアメンバーで検討したい。
＜記事等＞
・ 西川友章氏（京都大学防災研究所）が地震学会の若手学術奨励賞と論文賞をダブル受賞
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・ ウ・ステファン准教授が「令和 5 年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞 」を受賞・ 尾形良彦 特任研究員（名誉教授）が日本のベスト数学者 2023 年ランキングで 14 位にランクイン
・ 【プレスリリース】富士山直下地震のデータ処理からマグマ活動を監視する新手法を開発（https://www.ism.ac.jp/ura/press/ISM2023-02.html）

５．むすび
以上のように、各テーマにおいてそれぞれの研究課題を推進し、十分な成果・進捗が得られ、順調に研究が進展しているといえる。令和 5 年度中に、各テーマ間と他の STAR-E プ
ロジェクトの研究課題との連携についても継続した。令和 6 年度では、課題全体で議論し今後の方針を検討することが重要である。そのためにも、各参加機関および協力機関のよ
り一層の研究推進が必要不可欠であるが、これまでの進捗を見る限り、今後も十分な成果が出るであろうと期待している。
本研究プロジェクトについては、気象庁一元化震源カタログ、防災科学研究所 F-net データ、ハーバード大学 GCMT データ、国土地理院 GNSS データ、台湾中央気象台の地震波観測データ、イタリア国立火山学地球物理研究所 ISIDE カタログ、国立研究開発法人建築研究所の宇津歴史被害カタログを使用した。

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