GNSSを用いた壊滅的地震に先行する地殻ひずみの時空間発展

地震前に地面が呼吸するのを見守る

医師が患者のバイタルサインを監視するように、主要な地震の数年前から地殻がゆっくりと締まったり緩んだりする様子が見えたらどうだろうか。本研究は、衛星測位で捉えた地表の微妙な形状変化が、2024年の能登半島地震のような壊滅的地震に先立つ確かな警告パターンを示すかを問うものである。長期にわたるGPS類似の測定を地殻が伸び縮み・剪断される様子の地図に変換することで、地震が発生する前に陸地に特徴的なサインを残しているかを検証する。

微小な動きが隠れた応力を明かす仕組み

現代の航法衛星により観測点の位置は数ミリ単位で特定できる。日本はGEONETと呼ばれる世界でも最密のネットワークを整備しており、全国に千を超えるGNSS観測点が分布する。本研究は個々の観測点の移動だけを追うのではなく、複数の観測点が互いにどのように動くかに注目する。近傍の観測点を三角形の網に結び、橋梁や建築物の解析で使われる手法を応用することで、日々の位置変動を“地殻ひずみ”――地表がどれだけ引き伸ばされ、圧され、すべり変形しているかの指標――に変換する。

能登半島地震を詳しく見る

研究者たちは過去10年のうち3つの大きな日本の地震に焦点を当て、とりわけ2024年1月1日に発生したM7.5の能登半島地震を重点的に解析した。震源域周辺にGEONET観測点を結ぶ三角網を構築し、事象に至る約13年間の日々のひずみの推移を追跡した。各観測点の東西・南北・上下の通常の変位は概ね滑らかで目立った異常は見られなかった。2020年末以降に局所的な地震活動が活発化しても、変位曲線からは大規模破壊が差し迫っていることを示す明確な兆候はほとんど読み取れなかった。

膨張と収縮に見る警告の兆し

ひずみは全く異なる物語を語った。研究チームは膨張率（dilatation）として知られる特定のひずみ成分に注目した。これは面積がどれだけ拡大・収縮しているかを表す指標である。2020年12月頃から、後に能登震源となる近傍の三角形領域で数年にわたって持続する緩やかな膨張率の変化が観測された。ある場所は徐々に膨張し、別の場所は徐々に収縮し、将来の断層に近いほど強くなる明瞭な空間パターンを形成した。これらの数年トレンドに直線を当てはめると、膨張率が大きく変化した領域は後の破壊域と整合し、地震発生時に観測された最終的な変形パターンと大まかに一致した。つまり、差し迫った地震の位置や大きさの概略が進行中のひずみ場に“符号化”されていた可能性がある。

破断前の短期的な揺らぎ

緩やかな背景トレンドに加え、著者らは膨張率信号の「ノイズ化」度合いが時間とともにどう変化したかを検討した。各日の値を週ごとの移動平均と比較し、偏差の大きさを追跡した。数年間にわたり、これらの変動は概して季節変動を伴う比較的規則的な振る舞いを示し、夏にやや活発になる傾向があった。しかし能登主震の前年である2023年には、偏差が異常に大きくなる時期が二つの重要な出来事の周辺で現れた：5月のM6.5の前震と元日に起きたM7.5の本震だ。両地震の数週間前、特に震央に近い要素で膨張率の散らばりが長期の統計的範囲を大幅に超えて増大し、破壊に近づくにつれ地殻が短期的に「ガタガタ」していたことを示唆した。

他の最近の災害からの手がかり

能登が特異だったかどうかを確かめるため、研究は2016年の熊本地震と2018年の北海道胆振東部地震のひずみ履歴とも比較した。それぞれ異なる構造環境と深さで発生したが、いずれも将来の破壊域付近で数年にわたる地震特有の膨張率の蓄積を示した。緩やかな増加の持続時間や様式は地震の規模と相関するように見え、大きな地震ほどより長い期間にわたるゆっくりした変形が先行する可能性を示唆している。大規模地震が発生した領域とそうでない領域の違いは、これらのパターンが単なる背景雑音ではないことをさらに裏付けた。

将来の警戒にとっての含意

専門外の人向けの要点は、能登半島地震の際に地盤が何の前触れもなく突然破断したわけではないということだ。むしろ当該領域の地殻は数年間にわたり特徴的にゆっくりと変形しており、最大震動の数週間前には日々の変動が異常に活発になっていた。本研究は、これは短期の精密な予知法ではないとしつつも、広域で地殻ひずみ、特に膨張率を継続的に精密に監視することで、どこで大規模地震が起きやすくなっているか、どの程度の規模が予想されるか、そして場合によっては地殻がより高リスクの窓に入っている時期を識別する手がかりになる可能性を示唆している。密なGNSSネットワークと洗練されたひずみ解析により、地震学は地表が破断前に静かに“呼吸する”様子に基づいた実用的な早期警戒ツールへと一歩近づけるかもしれない。

引用: Kamiyama, M., Mikami, A., Sawada, Y. et al. Spatiotemporal evolution of crustal strains preceding destructive earthquakes using GNSS. Sci Rep 16, 9708 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38681-7

キーワード: 地震前兆, GNSS観測, 地殻ひずみ, 能登半島地震, ゆっくりすべり変形