[論文レビュー] "Short-term time prediction" of large EQs by the use of "Large Scale Piezoelectricity" generated by the focal areas loaded with excess stress load

C. Thanassoulas|ArXiv.org|Jun 2, 2008

Advanced MEMS and NEMS Technologies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、破断の直前に応力がかかる焦点領域で発生する大規模な圧電信号を検出することにより、大規模な地震の短期的予測手法を提案している。表面電極を用いて地震前電位勾配の時間微分を測定し、岩石破壊力学を適用することで、ギリシャおよびトルコにおける4つの主要な地震について、地震発生時刻を高い精度で予測しており、モデルの予測能力を検証している。

ABSTRACT

In this work, it is demonstrated that the Earth's preseismic electric field, which is registered by a pair of electrodes in contact to the ground surface at certain distance from the epicentral area, corresponds to the gradient of the total field generated in the focal area as a function of time and distance from it. The original form of the generated preseismic field follows closely the theoretical piezoelectric potential form. The later is obtained after integration in time of the original registered potential grad data values. Consequently, the time of occurrence of the imminent earthquake (collapsing of the rock formation) is estimated by the classical laws of rock fracturing based on theoretical Rock Mechanics. The methodology has been tested on the grad potential data, registered in Greece, before four large EQs which took place in the regional area as follows: Izmit, Turkey EQ (M = 7.8R, 17th August, 1999), Milos, Greece EQ (M = 5.6R, 21st May, 2002), Kythira Greece EQ (M = 6.9R, 8th January, 2006) and Methoni, Greece EQ (M = 6.7R, 14th February, 2008). The obtained results prove the validity of the postulated methodology.

研究の動機と目的

• 地震前電気的信号を用いて大規模地震の短期的予測手法を開発すること。
• 応力がかかる岩石構造内に生じる大規模圧電効果が、地震破壊の信頼できる予兆として機能するかどうかを調査すること。
• 測定された電位勾配の時間微分が、近い将来の岩石破壊と相関しているという仮説を検証すること。
• 観測された圧電電位の変化に基づいて、古典的岩石破壊力学則を適用して破壊時刻を推定すること。
• 東地中海地域における4つの顕著な歴史的地震の実測データを用いて、予測モデルを検証すること。

提案手法

• 地震発生地域から離れた場所に配置された電極ペアを用いて、地球表面での地震前電位勾配を測定する。
• 理論的には、焦点領域における応力誘起圧電電荷生成の速度を反映するとされる、電位信号の時間微分（勾配）を記録する。
• 理論的形態としての応力負荷による圧電電位に従うものと仮定し、時間および距離関数として観測された電位勾配をモデル化する。
• 測定された電位勾配データを時間積分して、合計圧電電位を再構築し、理論的期待値と一致させる。
• 再構築された圧電電位データに基づいて、古典的岩石破壊力学則を適用し、破壊時刻を推定する。
• 推定された破壊時刻と既知の大規模地震の実際の発生時刻を比較することで、予測を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 応力がかかる岩石構造内で発生する大規模圧電信号が、大規模地震の信頼できる予兆として使用可能かどうか。
• RQ2 測定された地震前電位勾配の時間微分が、断層の近い破壊時刻と相関しているかどうか。
• RQ3 再構築された圧電電位が、岩石力学および圧電現象の理論的予測にどの程度一致するか。
• RQ4 古典的岩石破壊力学則を観測された圧電電位データに適用した場合、破壊時刻を正確に予測できるか。
• RQ5 提案手法が、実際の大規模地震の発生時刻をどの程度の精度で予測できるか。

主な発見

• 地表で測定された地震前電界は、焦点領域における応力負荷による理論的圧電電位の形とよく一致している。
• 測定された電位勾配データの時間微分は、理論的圧電電位の変化率と一致しており、信号の物理的根拠が確認された。
• 電位勾配データを時間積分することで再構築された合計圧電電位は、理論的期待値と一致している。
• 再構築された電位データに基づいて岩石破壊力学則を適用して推定した破壊時刻は、実際の地震発生時刻と非常に近い。
• 本手法は、イズミット（M=7.8）、ミロス（M=5.6）、キチラ（M=6.9）、メトニ（M=6.7）の4つの主要地震の発生時刻を、高い時間的精度で正確に予測できた。
• 結果から、大規模圧電現象を短期的地震予測の物理的メカニズムとして用いる有効性が示された。