カンピ・フレグレイの地震活動を説明する変形駆動型相互作用モデル

なぜこの不穏な火山が重要か

ナポリの西側に広がる巨大な火口カンピ・フレグレイは、ヨーロッパで最も人口密度の高い地域の地下に位置します。ここでは100年以上にわたり地盤がゆっくりと隆起と沈降を繰り返しており、時には1メートル以上変動することもあります。2005年以降は隆起と小規模地震の発生数がともに加速しています。住民や専門家が自然に抱く疑問は、これは差し迫った噴火の警告なのか、それとも長期にわたって活動する火山システムの“呼吸”に過ぎないのか、という点です。本研究は、地盤変形と地震の相互作用を物理的に結びつけるモデルを構築することで、この問題に取り組み、短期的な地震ハザード評価を改善することを目指します。

カンピ・フレグレイの落ち着かない地盤

歴史記録と現代的な観測は、カンピ・フレグレイのカルデラが少なくとも1905年以降、繰り返し隆起と沈降のサイクルを経験してきたことを示しています。主要な隆起期は1950年代初頭、1970年前後、1980年代初頭、そして2005年以降に生じました。地震はこれらの隆起期に集中する傾向がありますが、単純に隆起量に比例するわけではありません。地震の数は隆起率よりも速く増加し、有意な地震活動はしばしば地盤水準が以前の最高値を超えたときに始まります。この振る舞いは、材料力学で知られるカイザー効果（過去の最大応力を超えるまで材料が静かである現象）に似ています。しかし、カンピ・フレグレイで観測される挙動は厳密な「オン／オフ」閾値よりも緩やかであり、より微妙な物理過程が関与していることを示唆します。

滑る断層が過去の応力を記憶する仕組み

長期的なパターンを捉えるために、著者らはレート・アンド・ステート摩擦という枠組みを用いています。これは、断層の滑りが現在の応力と履歴の両方に依存することを記述する理論です。簡略化したモデルでは、浅部断層に作用する応力をカルデラ内のGPS局で測定された鉛直隆起に比例するとみなしています。この手法は自然に記憶性を取り込みます。モデルは1905年以降の全ての隆起履歴を追跡するため、過去の膨張期が今日の断層の滑りやすさに影響を与えます。適切なパラメータを用いると、レート・アンド・ステートモデルは世紀規模の全体傾向を再現し、かつ過去のピークを超えるまで地震活動が遅れて始まるという特徴を示します。これはカイザー効果のタイミングを模倣しつつ、より滑らかで加速する地震発生率の上昇を生み、観測とよりよく一致します。

地震がさらに地震を誘発するとき

数時間から数日の短い時間スケールでは、地震記録はまったく異なる様相を示します。孤立した主震とその後に続く整然とした余震列というより、カンピ・フレグレイでは濃密な地震群発がしばしば見られます。一見するとこれらの群発には明確な主震がないように思えますが、著者らは多くが隠れた余震の連鎖を含んでいることを示しています。最大規模の地震を中心に活動を重ね合わせると、主要な震動の直後に地震発生率が跳ね上がり、時間とともに余震特有の形で減衰することが分かります。誘発される地震の数は主震の規模とともに急速に増加します。このパターンは、群発挙動において地震同士の相互作用が重要な要素であることを示しており、クラスタが流体やその他の火山過程によって変調される場合でも成立します。

応力とクラスタリングを統合したハイブリッド観

変形だけでは短期の強いクラスタリングを説明できないため、本研究は二つのモデリング手法を組み合わせます。レート・アンド・ステートモデルは隆起に駆動される時間変動する「背景」地震率を提供し、その上に統計的な疫学型余震モデルを重ねて各イベントがさらに地震を誘発する様子を表現します。このハイブリッドモデルは7つのパラメータをもち、2005年以降に記録された数千の小地震を用いて校正されています。単純な代替モデルが失敗するところで成功し、地震活動の長期的な増加と断続的で群発的なクラスターの両方に適合し、20世紀中頃まで遡って過去の隆起期のタイミングと強度を再現します。注目すべきは、過去の応力を断層がどれだけ「記憶」しているかの現実的な推定も得られる点です。

モデルが示すリスクについて

実用性を試すために、研究チームはハイブリッドモデルを疑似予測的に運用しました。2020年を出発点とし、その時点で利用可能だった情報のみを用いて、次の1週間や1か月に発生する地震の数と最大規模を繰り返し予測しました。各予測窓について数千のシミュレーションシナリオを生成したところ、確率レンジはその後の観測（2025年半ばのM4.6を含む）を概ね包含しました。カンピ・フレグレイ周辺の住民や当局にとって、これは単一の地震や噴火を正確に予測するものではありません。代わりに、今後数週間から数か月の間にどの程度活発でどの程度強い地震活動が起こりうるかを、物理に基づいたより信頼できる形で推定する手段を提供し、この敏感な火山地域における短期ハザード評価の基盤を改善します。

引用: Hainzl, S., Dahm, T. & Tramelli, A. A deformation-driven earthquake interaction model for seismicity at Campi Flegrei. Commun Earth Environ 7, 244 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03296-3

キーワード: カンピ・フレグレイ, 火山性地震, 地盤隆起, 地震予測, 地震群発