AIが大型岩石実験で起こる人工地震の発生を予測〜断層のわずかな動きから発生予測へ〜

2025-11-07 京都大学

京都大学防災研究所の研究チームは、地震発生の物理過程を再現するメートルスケール岩石摩擦実験を行い、人工地震の発生時刻をAIで高精度に予測することに成功した。岩盤試料に応力を加えて人工的に断層すべりを起こす実験を繰り返し、加速度・音響放射など膨大なデータを機械学習モデルに学習させた結果、本震の数十秒〜数ミリ秒前に現れる微弱な前震信号(微小すべり)のパターンを捉え、発生時刻を高精度に推定できた。これはスケール換算で、実際の地震では発生の数十年〜数週間前の兆候を検知することに相当するという。さらに数値シミュレーションとの比較により、AIが断層内の応力蓄積と解放過程の物理的特徴を学習していることも確認された。研究は、地震予知研究におけるAI活用の新たな可能性を示し、防災・減災に向けた実用化の基盤となる。成果はNature Geoscience誌に掲載。

AIが大型岩石実験で起こる人工地震の発生を予測〜断層のわずかな動きから発生予測へ〜

<関連情報>

機械学習がメートル規模の実験室地震を予測 Machine learning predicts meter-scale laboratory earthquakes

Reiju Norisugi,Yoshihiro Kaneko & Bertrand Rouet-Leduc
Nature Communications  Published:30 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-64542-4

Abstract

In recent years, there has been a growing interest in utilizing machine learning (ML) to investigate the predictability of shear-slip failures, known as laboratory quakes, in centimeter-scale rock-friction experiments. However, the applicability of ML to larger-scale laboratory quakes and natural earthquakes, where important timescales vary by orders of magnitude, remains uncertain. Here, we apply an advanced ML approach to meter-scale laboratory quake data, characterized by accelerating foreshock activity manifesting as increasing numbers of tiny acoustic emission events. We demonstrate that a trained ML model, using a network representation of the event catalog, can accurately predict the time-to-failure of meter-scale mainshocks, from tens of seconds to milliseconds before the upcoming main quakes. These timescales correspond to approximately decades down to weeks in the context of large earthquakes. By comparing our results with a dynamic model of shear failures that replicates the experimental data, we suggest that tracking the evolution of shear stress on creeping fault areas, rather than nominal shear stress, indirectly through the acoustic emission events, enables ML to predict both numerical and laboratory quakes. These findings provide critical insights into fault conditions that may facilitate short-term forecasting of earthquakes in nature.

1702地球物理及び地球化学
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