確率論的ポロメカニクス解析は、2017年の韓国浦項（Pohang）M_w 5.5地震について有意な超過確率を予測する

人為的地震が重要な理由

2017年、マグニチュード5.5の地震が韓国の浦項市を揺るがし、建物に被害を与えました。この地震は自然の断層運動ではなく地熱エネルギー事業に関連していたため、科学者たちにとって衝撃でした。深部への流体注入のような人間の活動がどのようにしてこれほど強い地震を誘発しうるかを理解することは、周辺コミュニティの安全を損なうことなく低炭素エネルギーを拡大するために不可欠です。本研究は物理に基づく確率的手法を用い、地下の岩盤や応力について我々が（知らないことを含めて）持つ情報を前提に、浦項と同程度の地震が発生する確率はどれほどだったのかという単純だが重要な問いを投げかけます。

エネルギー事業が潜在的な断層を目覚めさせる仕組み

増強地熱システム（EGS）は、高圧の水を深部に注入して既存の割れ目を開き、水の循環を改善することで熱を取り出します。浦項では、この注入が地表に到達しない成熟した断層に近い花崗岩の深さ約4.2キロで行われました。加圧水が岩石に入ると、鉱物粒子間の微小な間隙の圧力が上昇し、岩体の応力の担い方がわずかに変化します。こうした微小な変化が断層上の摩擦抵抗を低下させ、滑りを許容することがあります。浦項では、主地震が注入井の近傍で発生したこと、そして断層面の正確な方位や応力状態が当時も現在も十分に特定されていなかったことを示す複数の証拠があります。

不確実性を確率予測に変える

これまでの多くの浦項地震の解析は、断層が破壊寸前に非常に近いと仮定して一つの「最良」地下モデルを再構築することに集中してきました。その場合、わずかな応力変化でも地震を引き起こしうると想定されます。しかし、現地観測値や地震データは、この断層がそのような単純な図式が示すほど脆弱であったとは示していません。本研究の著者らは一つのシナリオに賭ける代わりに、応力の方向と大きさ、断層の傾き、断層面の摩擦特性など重要な地下特性を不確定な量として扱います。次にモンテカルロシミュレーションと呼ばれる手法を用い、物理的に妥当ないくつものわずかに異なる地下の実現例を生成し、それぞれについて流体圧力がどのように広がるか、岩盤が力学的にどう応答するか、断層が滑るかどうか、そしてどれだけ滑るかを計算します。

注入に対する断層の応答をシミュレートする

膨大な試行を計算可能な範囲に収めるため、研究チームは数値モデルを多用する代わりに、注入が井戸周辺で間隙圧をどのように上昇させるか、そしてその変化が周囲の応力場にどう影響するかを記述する解析式を用います。断層が動く現実的な二つの様式を想定し、いずれも鉛直成分と横ずれ成分が混ざった斜めの滑りを含みます。基準ケースでは、岩盤や応力の平均的な特性を用いると、注入にもかかわらず断層は安定を保ちます――これは実際の地震の発生と明らかに矛盾します。不確定なパラメータを観測値や実験室試験で支持される範囲内で変動させると、ある実現例では微小で検出不能な地震しか起きない一方、他の実現例ではより大きな事象が引き起こされます。各実現例で滑った断層面積の大きさを地震モーメントに換算してマグニチュードに変換することで、起こりうる結果の完全な確率分布を構築します。

浦項の地震はどれほど起こりやすかったか？

シミュレーションの結果は、浦項に相当する条件下では理論的には誘発された最大の地震がマグニチュード7近くに達しうることを示しますが、そのような事象は非常にまれです。より重要なのは、特定のマグニチュードを超える確率の見積もりです。実際に起きた2017年の地震（M_w 5.5）と同程度の地震については、モデルは滑り様式の違いにより約7％から15％の超過確率を予測します。この範囲は、現地で観測された規模の小さい地震群から独立に推定された確率とよく一致します。解析はまた、注入前の断層の安全余裕（破壊にどれだけ近いか）と、その後に生じる地震の大きさとの明確な関連を示します。浦項では、断層の初期「安全余裕」が概ね0.1–0.2メガパスカル以下に落ちると、比較的小さなポロメカニカルな攪乱でも破壊につながりうることが示されました。

今後の地熱・地下資源開発にとっての意味

一般読者にとっての主要な要点は、浦項の地震が突発的な偶然でも地熱開発の必然でもなく、周辺断層がどれだけ臨界的に応力を受けているか、そしてそれらについてどれだけ把握しているかに依る定量化可能なリスクであるということです。本研究は、物理に基づくモデルと体系的な不確実性解析を組み合わせることで、注入が特定の規模の地震を誘発する確率を事前に推定することが可能であることを示しています。また、すでに破壊に近い断層は比較的小さな圧力変化であっても有害な地震を発生させうること、そして小規模地震の監視のみに依存する従来型の「トラフィックライト」システムでは不十分な場合があることを警告しています。代わりに、本研究で示されたような慎重な現地特性評価と適応的かつモデルに基づくリスク評価が、深部資源を安全かつ責任ある形で利用するために不可欠でしょう。

引用: Wu, H., Vilarrasa, V., Parisio, F. et al. Stochastic poromechanical analysis forecasts a notable exceedance probability for the 2017 Pohang, South Korea, M_w 5.5 earthquake. Commun Earth Environ 7, 236 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03268-7

キーワード: 誘発地震, 地熱エネルギー, 断層の安定性, 流体注入, 地震リスク