観測と情報理論を用いた地震動予測式の評価：北東チベット高原への適用

なぜ人々と場所に重要なのか

地震は単に地面を揺らすだけでなく、数百万人が依存する都市、ダム、ライフラインの安全性を試す。活断層が縦横に走る北東チベット高原では、限られた近代的観測記録しかないにもかかわらず、将来の地震でどの程度強く揺れるかを評価しなければならない。本研究は、データが乏しくリスクが高いこうした地域で、どの数学的な予測式が最も信頼できるかを判断する方法を探るものである。

活動的なアジアの一角

北東チベット高原は、インドがユーラシアに押し込む諸地殻ブロックが出会う地点に位置する。領域は主要な断層網に切られ、過去一世紀において中国で最も強い地震のいくつかを含む、中程度から大規模の地震を多数発生させてきた。中国の電力供給に大きく寄与する一連の大型水力ダムなど重要インフラが直接被害を受ける位置にあり、設計や耐震改修のために計画者は地震規模、震源距離、断層の種類、地盤条件を揺れの強さに変換する地震動予測式に依存している。しかし、この地域の過去の多くの地震では強震観測装置がほとんど設置されておらず、複雑な地形に対してどの既存式が実際に有効かは明らかでなかった。

科学者は通常どうやって予測式を評価するか

十分な観測がある場合、研究者は予測式を直接的に評価する。各モデルが予測する揺れを計測値と比較し、観測と予測の差を誤差統計で要約する。これが残差解析と呼ばれる手法である。本研究では、2022年の門源（Menyuan）横ずれ地震と2023年の積石山（Jishishan）逆断層地震という二つの最近の事象から得た新しいデータセットを用い、中国や周辺向けに広く使われる五つの予測式に対してこのアプローチを適用した。門源地震では五つとも全体的な揺れの水準をとらえたが、地域特化で作られた一つのモデルが最も一致が良かった。一方、積石山ではどのモデルも特に強い揺れに対して苦戦し、別の式が上位に立った。ランキングは事象ごとに変わり、あるタイプの地震で成功したからといって別のタイプでも成功するとは限らないことが示された。

モデル自身に隠された情報を使う

本領域では大規模で良好に記録された地震が稀なため、研究は情報理論に基づく手法にも目を向けた。この方法は各観測点での直接比較に依存する代わりに、地震を取り巻く広い領域で各式が生み出す揺れの統計的パターンに着目する。これらのパターンを確率分布として扱うことで、あるモデルを他のモデルより重視したときに失われる情報量を定量化し、それを各式に置く信頼度を示す重みへと変換する。まずこの枠組みを先の二つの近年の地震で試し、残差解析と大まかに一致するかを確認したうえで、観測記録が存在しない1920年と1927年の二つの歴史的大地震にも適用した。

二つの視点が共に示すこと

情報理論の視点から見ると、いくつかの傾向がより明瞭になった。四つの地震を通じて、ある地域特化の予測式が一貫して最も高い重みを受け、二つの式が意味のあるが小さめの寄与を示し、残り二つは繰り返し低く評価された。これらの順位は歴史事象に対しても安定しており、直接観測が乏しい場合でも頑健な性能を見分けられることを示唆する。一方、古典的な残差解析は、モデルの成功が破壊が主に横ずれか上方突き上げか、断層が地殻をどのように切るか、黄土のような軟らかい表層の厚さが高原の異なる部分でどうかといった詳細に強く依存することを際立たせた。言い換えれば、残差は事象ごとの特徴を照らし出すのに対し、情報理論は長期的な信頼性を強調する。

将来の安全に対する意味

専門外の読者に向けた主なメッセージは、特に地質が入り組み近代的記録が少ない地域では、地震動に対する単一の万能式は存在しないということである。二つの異なる評価法を組み合わせることで、実用的な方針が示される：データが豊富な場合は残差を用いて各式が特定の地震でどのように振る舞うかを確認し、情報理論に基づく重みを用いて性能の良い式を混合して、多様なシナリオに対してより安定した総合予測をつくる。こうした二重の戦略は、今日の北東チベット高原の地震ハザード推定を導くとともに、データが乏しくとも地面が動き続ける他の地震多発地域にも適用可能である。

引用: Yang, Y., Ismail-Zadeh, A. & Wu, J. Assessment of ground-motion prediction equations using observations and information theory: application to the Northeastern Tibetan Plateau. npj Nat. Hazards 3, 32 (2026). https://doi.org/10.1038/s44304-026-00196-6

キーワード: 地震ハザード, 地震動予測, チベット高原, 地震リスク, 情報理論