VAN方式

VAN法は、 1981年にこの法を説明した論文^{[1] [2]}の著者であるP. Varotsos 、K. Alexopoulos、K. Nomicosにちなんで名付けられ、低周波の電気信号、いわゆる「地震電気信号」（SES）を測定し、Varotsosと数人の同僚は、この方法によってギリシャの地震を予測することに成功したと主張した。 ^{[3] [4]}この方法自体と予測の成功を主張した方法は、どちらも厳しく批判されている。^{[5] [6] [7]} VANの支持者は批判に反応したが、批判者は意見を撤回していない。^{[8] [9]}

2001 年以来、VAN グループは「自然時間」と呼ぶ概念を導入し、前兆現象の分析に適用しています。当初は SES に適用され、ノイズと区別して、差し迫った地震の可能性と関連付けます。検証 (「SES 活動」として分類) の場合、予測の時間パラメータを改善するために、SES 活動に関連する地域のその後の一般的な地震活動に自然時間分析がさらに適用されます。この方法では、地震の発生を重要な現象として扱います。^{[10] [11] [12] [13]}

2006年以降、VANはSES活動に関連するすべての警報がarxiv.orgに投稿され公開されていると述べている。そのような報告の1つは、1983年から2011年の間にギリシャで発生した最も強い地震の2週間前の2008年2月1日に投稿された。この地震は2008年2月14日に発生し、マグニチュード(Mw)は6.9であった。VANの報告は、 2008年2月10日の新聞Ethnosの記事でも取り上げられた。 ^{[14] [15] [16] [17]}しかし、ゲラシモス・パパドプロスは、VANの報告は混乱を招き曖昧であり、「VANの予測が成功したという主張はどれも正当化されていない」と不満を述べたが^[18]、この不満は同じ問題で回答された。^[19]

この方法による地震の予測は、地震電気信号（SES）の検出、記録、評価に基づいています。これらの電気信号は、1 Hz以下の基本周波数成分と、地震のマグニチュードに比例する対数振幅を持ちます。^{[20] VAN支持者によると、SESはプレートテクトニクスの力によって引き起こされる}応力を受けている岩石から放出されます。報告されている電気信号には3つのタイプがあります。^[4]

• 大地震の直前に発生する電気信号。このタイプの信号は、例えば1995年の神戸地震の6.5時間前に記録されました。 ^[21]
• 大地震の少し前に発生する電気信号。
• 地震が発生する少し前に地球の電界が徐々に変化すること。

SES を説明するためにいくつかの仮説が提案されています。

• 応力関連現象：地震電気信号は、おそらく一部の鉱物、特に石英の圧電挙動、または応力やひずみによる結晶欠陥の挙動に関連する効果に起因すると考えられます。地震活動と呼ばれる一連のSES（大地震の前に記録される）は、地震の数週間から数か月前に機械的応力が臨界値に達すると現れることがあります。^{[2] [22]}鉱物が高応力下で電気信号を発生させ、それが破壊につながることは、実験室実験で確認されています。^[23]
• 熱電現象：一方、中国の研究者は磁鉄鉱の熱電効果を利用したメカニズムを提案した。^[24]
• 地下水現象: SES の発生には地下水の存在が関係する 3 つのメカニズムが提案されている。電気運動効果は、間隙水圧の変化時の地下水の動きと関連している。^[25]地震ダイナモ効果は、地震波が変位を生み出す際に、地磁気に対する地下水中のイオンの動きと関連している。円偏波は地震ダイナモ効果の特徴であり、人工地震と自然地震の両方で観測されている。^[26]ラドンの放出とそれに続く地下水中の物質のイオン化によって引き起こされるラドンのイオン化効果も活発である可能性がある。ラドンの主な同位体は放射性で半減期は 3.9 日であり、ラドンの核崩壊は空気に対してイオン化効果があることが知られている。多くの出版物では、強い地震の数週間前にいくつかの活発な断層の近くでラドン濃度が上昇することが報告されている。^[27] しかし、ラドン異常と地震現象の間に強い相関関係があることは実証されていない。^[28]

電気運動効果は数十または数百キロメートル離れた場所での信号検出と一致する可能性がありますが、他のメカニズムでは伝播を考慮するために 2 番目のメカニズムが必要です。

• 断層に沿った信号伝達：あるモデルでは、断層帯への地下水の浸入または鉱物のイオン特性によって引き起こされる電気伝導率の増加により、地震電気信号は構造断層に沿って比較的低い減衰で伝播します。 ^[29]
• 岩石回路：欠陥モデルでは、電荷キャリアと正孔の存在は、広範囲の回路を形成するものとしてモデル化することができる。^[30]

地震電気信号は、増幅器とフィルターを備えた一対の電極（南北方向と東西方向）を地面に挿入したステーションで検出されます。信号はその後、アテネのVAN科学者に送信され、記録され、評価されます。現在、VANチームは9つのステーションを運営していますが、過去（1989年まで）は最大17のステーションを運営することができました。^[31]

VANチームは、マグニチュード5以上の地震を、不確実性0.7単位のマグニチュードで、半径100km以内、数時間から数週間の時間枠で予測できたと主張した。いくつかの論文がこの成功率を確認し、統計的に有意な結論につながった。^[32]たとえば、1984年1月1日から1995年9月10日までの間にギリシャでM 5.5以上の地震が8回発生し、VANネットワークはそのうち6回を予測した。^[33]

VAN法は日本でも使用されているが^[13]、初期の試みではギリシャで達成されたのと同等の成功は「困難」であった。^[34]フランスでの地震電気信号の予備調査では有望な結果が得られた。^[35]

2001 年以来、VAN チームは、今後の地震の時刻の推定精度の向上に取り組んできました。この目的のために、彼らは自然時間の概念を導入しました。これは、イベントの順序に基づいてプロセスに重みを付ける時系列分析手法です。^[10]各イベントを特徴付ける 2 つの用語は、「自然時間」χとエネルギーQです。χはk / Nとして定義されます。ここで、kは整数 ( k番目のイベント)、Nは データの時系列内のイベントの総数です。関連する用語p _{k は}、比率Q _k / Q _totalであり、放出されるエネルギーの割合を表します。彼らは、エネルギー項p _kにさらに重みを付ける「自然時間の変動」である重要な項κを導入しました。

${\displaystyle \kappa =\sum _{k=1}^{N}p_{k}(\chi _{k})^{2}-{\bigl (}\sum _{k=1}^{ N}p_{k}\chi _{k}{\bigr )}^{2}}$

どこでそして${\displaystyle \textstyle \chi _{k}=k/N}$${\displaystyle \textstyle \ p_{k}={\frac {Q_{k}}{\sum _{n=1}^{N}Q_{n}}}}$

彼らの現在の方法では、κ = 0.070 の場合に SES が有効であるとみなされます。SES が有効であるとみなされると、2 回目の分析が開始され、電気ではなく地震イベントが記録され、領域はベン図として分割され、重なり合う長方形ごとに少なくとも 2 つの地震イベントが示されます。長方形領域のκの分布がκ = 0.070 で最大になると、重要な地震イベントが差し迫っており、数日から 1 週間程度で発生するため、レポートが発行されます。^[36]

VANチームは、2001年から2010年にかけて北緯36度から北緯41度、東経19度から東経27度の地域で発生したマグニチュードMw>6.0の7つの主震のうち、1つを除いてすべて自然時間解析によって事前に特定され報告された関連するSES活動によって分類できたと主張している。さらに、彼らは、マグニチュードMw>6.4のこれらの主震のうち4つの発生時刻が「数日から1週間程度という狭い範囲」で特定されたと主張している。^[37]これらの報告はarXivに保管されている論文に挿入され、新しい報告が作成されてそこにアップロードされる。^[38] 例えば、1983年から2011年の間にギリシャで発生したマグニチュード6.9の最も強い地震に先立つ報告書は、その約2週間前の2008年2月1日にarXivで公表されました。^[14]更新されたVAN法の説明は、2011年にシュプリンガー社から出版された「自然時間分析：時間の新しい見方」という本にまとめられています。^[39]

自然時間解析では、SES活動と地震の物理的なつながりは次のようになるとも主張している。地震発生は相変化（臨界現象）であり、新しい相が本震発生であるとの見方をとると、前述の分散項κは対応する秩序パラメータである。^[39]数か月以内に発生する地震の平均数に匹敵する数の地震イベントを含むウィンドウに対して計算されたκ値は、ウィンドウが地震カタログ内をスライドするときに変動する。VANチームは、これらのκ変動は本震発生の数か月前に最小値を示し、さらにこの最小値は対応するSES活動の開始と同時に発生し、異なる地球物理学的観測量（電気測定、地震活動）の独立したデータセットで2つの前駆現象が同時に出現することが文献で初めて観測されたと主張している。^[40]さらに、VANチームは、1984年1月1日から2011年3月11日のマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震の発生までの日本の地震カタログの自然時間分析により、このような明確なκ変動の極小値は、マグニチュード7.6以上のすべての大地震の前に現れたと主張している。これらの極小値のうち最も深いものは、2011年1月5日、つまり東北地方太平洋沖地震発生のほぼ2か月前に発生したと言われている。^[41]最後に、VANチームは、日本地域を小さなエリアに分割することにより、いくつかの小さなエリアは、日本全体をカバーする大きなエリアとほぼ同時にκ変動の極小値を示し、そのような小さなエリアは、差し迫った大地震の実際の震源から数百キロメートル以内に密集していると述べています。^{[42] [43]}

歴史的に、地震の予測における VAN 法の有用性は議論の的となってきた。VAN 法の古い概念に対する肯定的批判と否定的批判は、1996 年にサー・ジェームズ・ライトヒルが編集した「VAN の批判的レビュー」にまとめられている。^[44]この統計手法の批判的レビューは、1997 年に UCLA の YY ケーガンによって出版された。^[45]これらの批判は、2001 年に VAN グループによって導入された時系列分析法よりも前のものであることに注意されたい。批判の主なポイントは次のとおりである。

批評家は、研究者がパラメータを変更し続けるため（ゴールポストを動かす手法）、VAN法は仮説の妥当性の統計的検定が不足しており、それが妨げになっていると述べている。 ^[46]

VANは、アテネの記録局でSESと7時間後にギリシャ全土で発生したマグニチュード2.9以上の地震との間に1対1の相関関係の完璧な記録を観測したと主張している。^[47]しかし、マックス・ウィス氏は相関関係に使用された地震のリストは虚偽であると述べた。VANは記事の中で地震のリストはアテネ国立天文台（NOA）の速報のものであると述べたが、ウィス氏は、実際に速報に記載されている地震の37％（最大のものを含む）が、VANが主張を発表するために使用したリストに含まれていなかったことを発見した。さらに、VANが発生したと主張した地震の40％は、NOAの速報には含まれていなかった。^[48] 1987年1月1日から1989年11月30日までのM > 4.0のVANによる予測成功の22の主張の偶然の相関の確率を調べたところ^[49]、74%が誤りで、9%が偶然の相関、14%は相関が不確かであることがわかりました。統計学では仮説検定を肯定的に受け入れるために必要とされるレベルは一般的に95%ですが、85%を超える確率で相関したイベントはありませんでした。^[50]

VANは、NOAの調査結果に関するワイス氏の分析に対して、批判は誤解に基づくものだと述べた。^[51] VANは、ワイス氏が提案した計算を理想的な地震予測方法に適用すると、確率値が1より大きいというパラドックスが生じると述べた。^[52]他の独立した評価では、VANは統計的に有意な結果を得たと述べている。^{[32] [33]}

主流の地震学者は、VANの反論に納得していない。2011年にICEFは、VANが主張する楽観的な予測能力は検証できないと結論付けた。^[53]ほとんどの地震学者は、VANは「完全に誤りであることが証明された」と考えている。^[54]

しかし、上田らは2011年にこの手法の使用を支持した。^[55] 2018年にVANグループは、イベント同時発生分析（ECA）^[56]や受信者動作特性（ROC）^[57]などの最新技術を用いてこの方法の統計的有意性を再検討し、SESが偶然をはるかに超える前兆情報を示していると解釈した。^[58]

地殻における SES の伝播特性の分析により、VAN が報告した振幅の信号が小地震によって生成され、震源と受信局の間の数百キロメートルにわたって伝送されることは不可能であることが示された。^[59] 事実上、そのメカニズムが圧電性または結晶変形の電気充電に基づいており、信号が断層に沿って伝わる場合、VAN が主張する地震のいずれも SES に先行して SES を生成したことはない。VAN は、SES 伝播特性のこのような分析は、地球の水平層という単純化されたモデルに基づいており、地殻には不均一性があるため、実際の状況とは大きく異なると回答した。たとえば断層は周囲の媒体よりも電気的にかなり伝導性が高いことを考慮すると、震源と受信局の間の 100 キロメートル程度の距離で伝送された電気信号は、VAN が報告したものに匹敵する振幅を持つと VAN は考えている。^[29]

VAN の発表は、気象による地電流や人工信号による電磁干渉(EMI)など、彼らが測定する磁気電界の変化の多くの強力な原因を排除する問題に対処していないため、さらに弱体化しています。 ^[要出典] 1 つの重要な論文 (Pham ら 1998) は、VAN グループが使用する SES と軍事基地から発信されるデジタル無線送信との相関関係を明確に示しています。^[60]その後の論文で、VAN は、軍事データベースのデジタル無線送信機から発生するこのようなノイズは、VAN が開発した基準に従うことで、真の SES と明確に区​​別できると述べています。^[61] 2002 年にギリシャで Pham らが行ったさらなる研究では、SES のような「異常な過渡電気信号」を特定人間の発生源まで追跡し、そのような信号は VAN が SES を識別するために使用する基準では除外されないことがわかりました。^[62]

2003年、統計物理学の最新手法、すなわちトレンド除去変動解析（DFA）、マルチフラクタルDFA、ウェーブレット変換により、SES信号は人為的発生源が生成したものと明確に区​​別されることが明らかになった。前者の信号は非常に強い長距離相関を示すのに対し、後者の信号はそうではないからである。^{[63] [64]} 2020年に発表された研究^[65]では、地震活動の秩序パラメータκ1の変動の最小値の統計的有意性を、地域レベルと世界レベルの両方で強い地震の前兆として、イベント同時発生解析により調べた。結果は、これらの最小値が確かに統計的に有意な地震前兆であることを示している。特に、地域研究では、時間差は、これらの最小値がSES活動の開始と同時に発生するという発見^[40]と完全に一致することが判明しており、したがって後者の前兆信号と人為的発生源が生成したものとの区別は明らかである。

最後に、地震予測方法の要件の 1 つは、予測が有用であるためには、妥当な時間枠、震源、マグニチュード内で今後の地震を予測する必要があることです。予測があいまいすぎると、実行可能な決定 (特定の地域の住民を一定期間避難させるなど) を下すことができません。実際には、VAN グループは 1980 年代に一連の電報を発行しました。同じ期間に、この手法では大地震も見逃されました。^[32] 「Mb ≥ 5.0 の地震の場合、予測された地震数と総地震数の比率は 6/12 (50%) であり、予測の成功率も 6/12 (50%) で、確率は 4 倍増加しています。信頼度レベル 99.8% では、予測エリアでの地震活動が高いなどの地域要因を考慮した地震発生のランダム モデルによってこの成功率を説明できる可能性は否定できます」。この研究は、「SES予測の統計的検討により、予測成功率が高く、高い確率でイベントを予測したことが判明した。これは、少なくともマグニチュードMs≥5のイベントについては、SESとその後の地震の間に物理的なつながりがあることを示唆している」と結論付けている。^[32]初期のVAN法による予測は世間の批判を招き、誤報に伴うコストは悪意を生み出した。^[66] 2016年、ギリシャ物理学者連合はVANに関する研究に対してP. Varotsosにギリシャ大統領賞を授与した。^{[67] [68]}

2020年に更新されたVAN法のレビューでは、偽陽性が多発しており、予測プロトコルとして使用できないと述べられています。^[69] VANグループは、具体的な推論における誤解を指摘して回答しました。^[70]

• 地震予知
• 地震学
• 地震電磁気学

• Nature の議論。個々の地震の確実な予測は現実的な科学的目標でしょうか?
• VAN地震予測法。
• P. Varotsos の書誌 (「VAN」論文の主な情報源)。