火山活動の評価のためのミュオグラフィと地盤変動の統合モニタリングに向けて

László Oláh,  Hiroyuki K. M. Tanaka
Toward joint muography and ground deformation monitoring for volcanic unrest assessment
J. Appl. Phys. 138, 060701 (2025)
https://doi.org/10.1063/5.0275038


　ハンガリーのウィグナー物理学研究センターのLászló Oláh高エネルギー地球物理学グループリーダーと東京大学地震研究所は、宇宙線に含まれるミュー粒子を用いた地球内部透視技術であるミュオグラフィと衛星データを組み合わせることで、ミュオグラフィを組み込んだ火山活動指数を世界で初めて提示しました。この統合的なアプローチは、噴火の原因を特定に繋がり、中期的なハザード評価の改善に役立つことが期待されています。

　
　火山活動指数（VUI）は、過去の火山活動レベルと比較した火山活動の強度を半定量的に評価するために導入された活動指数です。VUIは、通常観測される活動レベルと比較した活動のレベルとして定義されます。VUI 自体は噴火予測ツールではなく、複雑で大規模な監視データを社会に伝える役割を持ち、特にハザードレベル評価に適用されるイベントツリーモデルへの入力情報を提供します。世界で最も活発な火山の一つである桜島火口直下で測定された月次ミュオグラフィデータ、隣接する2つの火口周辺で測定されたSARデータ、そして両火口で収集された気象庁のガス観測データを利用して、2018年9月から2023年7月までの期間に観測された密度、地表の隆起沈降、および火山ガス流量を定量的に関連付けました。

　この表では、3種類の監視データレートが最大に達した時点（2019年9月～2020年12月）で、軽微な活動（VUI 2）が設定されました。VUI 2は、噴火頻度が最も高かった期間と関連付けられています。無視できるほどの活動 (VUI 1) と無活動(VUI 0) は、それぞれ VUI 2 に対して直線的に設定されました。この指標は確率論的ハザードモデルに組み込むことで、噴火予測とリスク軽減戦略の改善に役立つことが期待されます。

　
　本研究成果は、米国物理学協会AIPが発行する雑誌「Journal of Applied Physics」に2025年8月14日（現地時間）に掲載されました。また、本雑誌のFeatured Article (Journal’s Best)に選出されただけでなく、AIPが発行する全体の論文の中で最も顕著な研究成果のみを特集するScilight (Science Highlight)にも選出されました。


Toward joint muography and ground deformation monitoring for volcanic unrest assessment
https://www.aip.org/scilights/cosmic-rays-provide-penetrating-insight-into-volcanic-activity

Cosmic rays provide penetrating insight into volcanic activity
https://www.aip.org/scilights/cosmic-rays-provide-penetrating-insight-into-volcanic-activity

第30回サイエンスカフェ(ハイブリッド)開催報告

サイエンスカフェを地震火山観測研究推進協議会と広報アウトリーチ室の共同で、2025年8月4日にハイブリッドで開催いたしました。

30回目となる今回は、「噴火過程の科学的理解と火山情報」というテーマで開催し、碓井勇二 火山活動評価解析官（気象庁）および相澤広記准教授（九州大学）を迎え、加藤尚之教授の司会のもと、新燃岳を例に火山情報の根拠となる観測データについてや、火山の構造や噴火のメカニズムについて紹介がされました。


<地震・火山噴火予測研究のサイエンスカフェ >
地震や火山噴火に関する研究の成果は、予測の基礎となることが期待されています。これまでの研究から、地震や火山噴火のメカニズムへの理解は深まってきました。また、今後発生する可能性のある地震や火山噴火を指摘することもある程度はできます。しかし、規模や発生時期についての精度の高い予測はまだ研究の途上です。このサイエンスカフェでは、地震・火山噴火の予測研究の現状について研究者と意見交換を行い、研究者・参加者双方の理解を深めることを目的とします。

SegPhase：階層型ビジョントランスフォーマーを用いた日本における地震観測網向け到達時刻ピッキングモデルの開発

加藤慎也, 飯尾能久, 長尾大道, 片尾浩, 澤田麻沙代, 冨阪和秀
SegPhase: development of arrival time picking models for Japan’s seismic network using the hierarchical vision transformer
Earth Planets Space 77, 118, doi: 10.1186/s40623-025-02249-y, 2025

　
　地震発生時に最初に到達するP波や、続いて到達するS波の到達時刻を正確に読み取ることは、震源の特定や地震活動の理解において重要です。これまでは人間が目視で波形を確認して読み取る方法が主流でしたが、観測網の高密度化とデータ量の増加に伴い、自動読取り技術の重要性が高まっています。

　
　近年、深層学習に基づく自動読取り手法が急速に発展しており、従来の統計的手法よりも高い検出性能を示すことが報告されています。本研究では、より高精度な到達時刻の検出を目指して、新たなモデル「SegPhase」を開発しました。

　
　SegPhaseは、地震波形データに対して、P波やS波の初動のような局所的な特徴と、ノイズや初動後に続くコーダ波のような大局的な特徴の両方を同時に捉えることができるモデルです。従来広く用いられてきたConvolutional Layerは、波形のごく限られた時間範囲における特徴抽出には優れていましたが、時間的に離れた情報を関連付けることは困難でした。これに対してSegPhaseは、局所的な特徴に加え、大局的な特徴を抽出・統合的に処理できる構造を持ち、両者を関連付けながら学習を行うことで、P波やS波の到達時刻をより精度高く検出できるようになりました。さらにSegPhaseは、学習を通じて波形中の重要な時間領域を自動的に特定し、その注目度を「Attention map」として可視化できる、説明可能性の高いモデルでもあります。本モデルの大きな特徴は、P波やS波のような明瞭な信号だけでなく、コーダ波やノイズといった曖昧な信号にも柔軟に注目できる点にあります。図1(a)は、SegPhase内部の異なる層（Layer）や注意の向け方（Head）ごとに、モデルがどの時間帯の波形に注目しているかを示しており、SegPhaseが波形全体から多様な特徴を抽出していることが視覚的に確認できます。また図1(b)は、それら複数の情報を統合し、SegPhaseが最終的にどの時間領域を重視して判断しているかを示したものです。ここでは特にP波やS波の初動付近に強い注目が集まっており、SegPhaseが重要な信号を的確に捉えていることがわかります。これらの可視化結果は、SegPhaseが局所的かつ大局的な情報をバランスよく活用することで、到達時刻の検出精度を高めていることを裏付けています。

　
　さらに、SegPhaseは従来の代表的な深層学習モデルと比較して、P波およびS波の到達時刻の検出精度の両面で優れた性能を示しました。これらの結果は、SegPhaseが単なる精度向上にとどまらず、地震波形の理解に新しい枠組みをもたらす可能性を示しており、今後の高精度地震検出技術の発展に大きく寄与することが期待されます。

図1　SegPhaseによる地震波形の注目領域の可視化。
この図は、地震波形の中でAIが「どこを重要だと判断しているか」を色で示したものです。赤い部分ほど、AIが注目している（＝重要だと判断している）ことを表しています。上部（a）のパネルでは、AIモデルの中の「異なる層（Layer）」や「注意する視点（Head）」ごとに、どの時間帯に注目しているかを示しています。下部（b）の図は、それらすべての注目情報をまとめた「全体としてAIがどこを注目したか」を示しています。色の濃さ（黄色～赤）は、「注目の強さ」を表しています。赤い部分は、AIが特に強く注目している時間帯です。

【研究速報】2025年7月30日08時25分頃のカムチャツカ半島付近の地震

ウェブサイト立ち上げ：2025年7月30日
最終更新日：2025年8月1日


2025年7月30日08：25頃にカムチャッカ半島付近で起き、現在も津波警報が気象庁より発出されています。（7月30日15：30時点）
この地震について、こちらで情報を随時更新してまいります。


＊報道関係の皆さまへ：図・動画等を使用される際は、「東京大学地震研究所」と、クレジットを表示した上でご使用ください。また、問い合わせフォームより使用した旨ご連絡ください。

掲載日：2025/08/01

カムチャツカ半島沖地震：津波シミュレーションとDART観測データの比較

（災害科学系研究部門：染矢 真好 大学院学生(D1)、古村孝志 教授
地球計測系研究部門：三反畑 修 助教、綿田 辰吾 教授）

概要

  • 2025年7月30日に発生したカムチャツカ半島沖地震について、USGSの断層モデルを用いて津波シミュレーションを行った。
  • 日本沿岸では、震源からの直接波に続き、天皇海山列で散乱された波が遅れて到達する様子が確認された。これらは津波警報などの解除に影響を及ぼす可能性がある。
  • シミュレーション結果とDARTの観測データを比較すると、遠地津波の到達時刻が理論値より遅れる現象が見られた。こうした遅れは、海底の弾性変形などの効果をシミュレーションに取り入れることで説明可能であることを確認した。

2025年7月30日、日本時間8時25分ごろにカムチャツカ半島沖で発生した地震について、津波が太平洋を横断する過程を数値シミュレーションにより再現し、実際の観測データと比較を行った。以下に震源とDARTの海底津波計の位置を示す。

まず、アメリカ地質調査所（USGS）が遠地地震波から推定した有限断層モデル（https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000qw60/finite-fault　現時点はVer. 3が公開されているが、計算にはVer.2を用いた）を用い、Okada (1985) に基づき海底の鉛直変位を計算した。この変位を初期条件として、津波シミュレーションライブラリJAGURS（Baba et al, 2015）を用いて津波の伝播を線形長波方程式を用いて評価した。時間刻み幅は1秒とし、地震発生から24時間後までの津波の伝播を計算した。断層破壊の進行や立ち上がり時間を考慮せず、瞬時に海面変動が発生すると仮定した。

使用した水深データは、GEBCO 2024の15秒角グリッドを60秒角に間引いたもので、ネスティングは行わず単一のグリッド系を用いた。シミュレーションは東大情報基盤センターのスパコンシステムWisteria-aにおいて、MPI（4ノード・16プロセス）とOpenMP（18スレッド）によるハイブリッド並列計算により実施し、計算時間は約50分であった。

以下に示すアニメーションは、太平洋を横断する津波のシミュレーション結果であり、黒三角はDART観測点を表している。なお、t=1,000分以降に北米大陸西岸で確認できる大振幅の波は、実際の津波ではなく、シミュレーションの不安定性に起因する人工的なものである。 日本沿岸では、震源から直接到達する津波に加え、天皇海山列で散乱された波が遅れて到達する様子が確認できる。また、ソロモン諸島付近で反射した波が北方へ戻る様子も確認できる。このように遅れて到達する波は、津波警報などの解除に影響を及ぼす可能性がある。

続いて、各地点での最大波高を可視化した図を以下に示す。津波の伝播には明瞭な指向性があり、全方位に等しく伝播するのではなく、特に震源断層に対して垂直方向（南東方向）に大振幅の津波が広がる様子が分かる。

最後に、DARTでの観測波形とシミュレーション結果を比較した。DARTデータはUNESCO/IOCのウェブサイト（https://www.ioc-sealevelmonitoring.org/ ）から取得し、次数15の多項式で潮汐成分を近似・除去したものを表示している。なお、観測・計算ともにフィルタリング処理は施していない。

DARTシステムは2004年のスマトラ島沖地震を契機に整備され、2010年のチリ地震や2011年の東北地方太平洋沖地震では、津波が太平洋を横断する様子を明瞭に観測した。これらのイベントでは、震源から数千km離れた観測点で津波の到達が理論値よりも数十分遅れることが報告されている。その後の研究で、従来の津波評価では無視されていた海底の弾性変形、海水の密度成層などの副次的効果を考慮することで、到達の遅れを説明できることがわかった（Watada et al. 2014など）。これらの効果を反映したシミュレーション手法はAllgeyer & Cummins（2014）によって開発され、JAGURSにも実装されている。 今回の津波においても、DART観測波形（黒）と線形長波方程式に基づくシミュレーション結果（副次効果を含まない、赤）を比較すると、遠距離観測点において計算波形が先行する傾向が確認された。

一方、副次効果を考慮したAllgeyer & Cumminsの手法を用いることで、到達時刻の予測精度は向上し、観測波形との時間的なズレは軽減された。

それでもなお、いくつかの観測点では位相の差異が残っており、これは今回のシミュレーションでUSGSの最新版断層モデル（Ver.3）ではなくVer.2を使用したこと、および断層破壊の進行や立ち上がり時間を考慮していないことが要因と考えられる。今後、これらの効果を取り入れたシミュレーションを行うことで、さらなる精度向上が期待される。

参考文献：

  • Okada, Y. (1985). Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space, Bull. Seism. Soc. Am., 75, 1435-1154. doi:10.1785/BSSA0750041135
  • Baba, T., Takahashi, N., Kaneda, Y., Ando, K., Matsuoka, D., & Kato, T. (2015). Parallel implementation of dispersive tsunami wave modeling with a nesting algorithm for the 2011 Tohoku tsunami. Pure and Applied Geophysics, 172(12), 3455-3472. doi:10.1007/s00024-015-1049-2
  • Watada, S., Kusumoto, S., & Satake, K. (2014). Traveltime delay and initial phase reversal of distant tsunamis coupled with the self‐gravitating elastic Earth. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 119(5), 4287-4310. doi:10.1002/2013JB010841
  • Allgeyer, S., & Cummins, P. (2014). Numerical tsunami simulation including elastic loading and seawater density stratification. Geophysical Research Letters, 41(7), 2368-2375. doi:10.1002/2014GL059348

掲載日：2025/07/30

W-phase解析結果 (モーメントテンソル解)

世界中で観測された，この地震による地震波の記録からW-phase(Ｐ波とＳ波との間にある，超長周期の実体波)を取り出し，Kanamori and Rivera (2008)の方法で解析した モーメントテンソルインバージョンによるメカニズム解になります．モーメントマグニチュードは，8.86と求まっています．

（日本列島モニタリング研究センター：鶴岡 弘 准教授）

Screenshot

参考文献：
Kanamori, H. and L. Rivera (2008): Source Inversion of W phases: speeding up seismic tsunami warning, Geophys. J. Int., 175, 222-238.

第１０４９回地震研究所談話会開催のお知らせ

下記のとおり地震研究所談話会を開催いたします。

対面での開催を再開しておりますので、地震研究所へお越しいただければ幸いです。

なお、お知らせするZoom URLの二次配布はご遠慮ください。また、著作権の問題が

ありますので、配信される映像・音声の録画、録音を固く禁じます。

 　　　　　　　　　　　　　　　記

　　　　　　　　　日　　時：　令和7年7月25日(金)　午後1時30分～

　　　　　　　　　場　　所：　地震研究所1号館2階　セミナー室

　　　　　　　　　　　　　　　Zoom Webinarにて同時配信　

1. 13:30-13:45

演題：レーザー伸縮計を用いたひずみ観測網による超広帯域地殻活動観測【所長裁量経費成果報告】

著者：新谷昌人・〇高森昭光、勝間田明男（富山大）、大久保慎人（高知大）、伊藤武男（名古屋大）、高橋弘毅（東京都市大）、板場智史（産総研）、鷲見貴生（国立天文台）、横澤孝章（東大宇宙線研）

2. 13:45-14:00

演題：複数セグメントの断層ジオメトリと複雑なすべり分布の同時ベイズ推定：2024年能登半島地震への応用

著者：○中尾　魁・市村　強、宗包 浩志・小林知勝（国土地理院）、堀　高峰（海洋開発研究機構）、藤田航平

要旨：本研究では複雑なすべりを伴う地震を対象に断層ジオメトリと地震時すべり分布を同時にベイズ推定する手法を開発した。発表では推定手法、及び、2024年能登半島地震を対象とした解析例を紹介する。

3. 14:00-14:15

演題：能登半島珠洲市若山川沿いに現れた断層露頭が示す地表変状の活動履歴【所長裁量経費成果報告】

著者：○白濱吉起、廣瀬健大朗(富山大)、小川智史（富山大、現大日本ダイヤコンサルタント株式会社）、永田秀尚（有限会社風水土）、安江健一（富山大）、石山達也

4. 14:15-14:30

演題：地震学×表現者の新たな可能性〜マイクラ地震学をきっかけとして〜

著者：○竹尾明子、戸島麻貴（デジタルハリウッド大学）

要旨：自然現象としての地震を柔軟な視点から若年層へアウトリーチするため、Minecraftゲームによる表現を含めた様々な展開を検討している。本講演ではその概略を説明するとともに、新規参入者を募集し、また、アドバイスを求める。

5. 14:30-14:45

演題：2025年トカラ列島近海の地震活動

著者：○加藤愛太郎、八木原寛・平野舟一郎・中尾　茂（鹿児島大学）、酒井慎一

○発表者

※時間は質問時間を含みます。

※既に継続参加をお申し出いただいている方は、当日Zoom URLを自動送信いたします。

※談話会のお知らせが不要な方は下記までご連絡ください。

〒113－0032　東京都文京区弥生1－1－1　

東京大学地震研究所 共同利用担当

E-mail：k-kyodoriyo(at)eri.u-tokyo.ac.jp

※次回の談話会は令和7年9月12日(金)　午後１時30分～です。

金曜日セミナー（2025年7月25日）内田 直希（地震火山研究連携センター）

タイトル：前弧ダイナミクスの解明と地震火山データベースの実現に向けて

 

要旨：
東北日本におけるS-netの構築は、地震テレメータの開始(1975-)、H-netの展開(2000-)に次ぐ観測上の大きな前進と言える。本セミナーの前半では、このS-netと機械学習を活用した、新しい地震カタログの構築と、得られた地震活動の解釈について紹介する。さらに、前弧のダイナミクスと地震活動との関係についても議論する。後半には、現在、地震火山連携センターにて進めている地震火山データベースおよび解析プラットフォームの構築について、その構想を紹介する。

【2025年9月20日(土)開催】地震研究所一般公開・公開講義

一般公開・公開講義を9月20日(土)に開催いたします。

●一般公開　開催時間：10:00～15:00、会場：東京大学地震研究所
●公開講義　開催時間：15:00～17:00、会場：東京大学弥生講堂一条ホール
詳細はhttps://www.eri.u-tokyo.ac.jp/panko/をご覧ください。

公開講義の事前予約登録を開始しました。会場での聴講をご希望の方は、上記サイトから公開講義登録フォームにてお申込みください。先着250名です。

【共同プレスリリース】プレートから上昇する水が巨大地震の破壊拡大を止め、直下型地震を引き起こす？-東日本太平洋側の地震帯の発見が示す地震のメカニズム-

【発表のポイント】

  • 海底地震観測網を含む大量の波形データに人工知能（AI）深層学習（注1）モデルを適用し、東日本太平洋下で従来の約6 倍の数の地震を検出しました。それにより、北海道〜関東で沈み込む太平洋プレートから鉛直上方に伸びる「前弧地震帯」を発見しました。
  • 前弧地震帯は、プレートの脱水とその水の上昇を示します。上昇した水がプレート境界の固着を弱め、スロースリップを引き起こすことで、プレート境界での大地震の破壊拡大を食い止めていると考えられます。
  • さらに上昇した水は浅い断層での地震を誘発し、 直下型地震の帯を形成します。特に関東地方では、この前弧地震帯が陸域下に入り込み、首都直下の活発な地震活動に関わっている可能性があります。

【概要】
　地下深くでプレートから供給され、地表へと上昇する“水”が、巨大なプレート境界地震の広がりを止める一方で、直下型地震を引き起こす可能性があることを明らかにしました。東北大学大学院理学研究科の鈴木琳大郎大学院生（研究当時）と内田直希准教授（研究当時。現在東京大学地震研究所教授）らの研究グループは、深層学習モデルを用いた大量の地震波形解析により、東日本の太平洋沿岸海域〜関東地方下に「前弧地震帯」を発見しました。この地震帯は、従来よりも浅い場所でのプレートからの脱水を示し、そこから上昇する水の経路となっています。深さ約35-75km のプレートから出た水は、その直上のプレート境界断層を潤滑し、プレート境界巨大地震のすべり域の拡大を抑制する一方、約35km より浅い地震を活性化させていると考えられます。前弧地震帯は、巨大地震と直下型地震の両方に深く関わる“水みち”であり、将来発生するこれらの地震の姿の予測に向けた重要な手がかりとなります。
本研究成果は日本時間2025年7月11日（金）午前4時に、科学雑誌Scienceのオンライン版に掲載されました。
　※本研究は、内田教授が東北大学に在籍していた当時の研究成果です。

これにつきまして、東北大学よりプレスリリースがされました。
詳細：https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/07/press20250711-01-plate.html（東北大学HP）

金曜日セミナー（2025年7月11日）山谷 里奈（海半球観測研究センター）

Title: Advancing centroid moment tensor analysis for offshore earthquakes: progress and future perspectives

 

Abstract:
Focal mechanisms of earthquakes are essential for understanding seismic processes and the stress field. In previous studies, centroid moment tensor (CMT) analysis of offshore earthquakes has primarily relied on onshore seismic networks located far from the earthquake source region. With the deployment of offshore seismic networks, azimuthal station coverage has significantly improved, offering the potential to improve the stability of CMT solutions. However, seismograms obtained by offshore stations are complex due to strong heterogeneity in subsurface structures and the effects of seawater. Therefore, incorporating three-dimensional (3-D) structural heterogeneity into the CMT analysis is important. This presentation introduces CMT analyses using the S-net offshore stations. The results include thrust events consistent with subduction processes, as well as outer-rise earthquakes concentrated at depths around 20 km. These findings suggest that improved azimuthal station coverage and the use of 3-D seismic velocity structure models contribute to stable CMT solutions. Moreover, we demonstrate that incorporating Rayleigh waves converted from Scholte waves improves constraints on shallow offshore earthquakes occurring in regions with thick seawater layers, such as outer-rise events. This approach notably enhances the accuracy of depth estimates, deepening our understanding of the mechanisms of outer-rise earthquakes. The presentation will conclude with a discussion on future directions.