日本TRIZ協会 第20回 TRIZシンポジウム2024
2024. 8.29-30 早稲田大学 西早稲田キャンパス

地震短期予知の研究に TRIZの考え方を導入する
中川徹 （大阪学院大学名誉教授）

目次

1. はじめに： 地震（予知）研究の背景
2. 地震予知研究の位置づけ
3. 筒井の方法 (2022.12)
4. 地震予知研究の方策を考える (1) 準備検討段階
5. 地震予知研究の方策を考える (2) 開発段階（実験、測定、分析）
6. 地震予知研究の方策を考える (3) 公的認知と実用の段階
7. おわりに： まとめと今後

1. はじめに： 地震（予知）研究の背景
日本は地震による大規模な災害にしばしば襲われてきた。
日本地震学会が1880年に創設され、戦前・戦後を通じて、地震観測網が広範・高度に開発され、海溝型および内陸型の地震の歴史的経過、分布、機構などが随分と明確になった。
地震予知の研究も行われ、中～大規模地震の（地域を指定した）長期／中期予測が確率論的に出されるようになっている。
しかし、阪神・淡路大震災(1995年)、東日本大震災（2011年）の地震は「想定外」で、全く予知できなかった。
このため、日本地震学会と政府は、「地震の短期／直前予知は現在の技術では到底不可能である。
今後、短期地震予知研究に重点を置かず、地震の観測と解析に重点を置き、地震の基本的理解に務める」と宣言した。

はじめに（続)： 地震予知研究の背景
それでもやはり国民の大多数は、「地震の短期予知を可能にし、人的／物的／社会的被害を減少させたい」 と願っている。
そこで「日本地震予知学会」が2014年に設立された。
私も2015年2月に加入した。 正会員70名未満の弱小学会。
電磁気的現象に注目することが、当初からの方向。
しかし、最近まで有効な方法の目処が立たず、暗中模索。
2022年12月に、筒井稔が、地中電場の変動の観測例を報告。
私はその素晴らしさを理解し、有効性を確信した。
==> 私は、筒井の方法を支援・発展させるべく、研究プロジェクトを興すことを地震予知学会内で提唱し、実用技術にまで高めることを大目標にして活動を始めた。

要望

2. 地震予知研究の位置づけ：
2A. 地震研究、地震予知研究、防災（減災）の対策

情報

地震の研究

防災（減災）の対策

過去の地震の調査

長期：治山治水工事、防潮堤、地震計ネットワークによる観測
測地衛星による地殻移動の観測

地震の長期/中期予測
緊急地震速報ハザードマップ、避難計画

防災（減災）の願望と備え

地震予知の研究
種々の「異常現象」「前兆現象」の観測と実証
地震の短期/直前予知

防災管理体制中期： 耐震/耐火建築、地震の物理の理解
プレート移動、 活断層の所在

都市計画、インフラ整備、

短期地震予知注意報

日常の防災意識、避難訓練。

直前地震予知警報

各種災害の注意報/警報の希望、地震の短期直前予知の願望

2B. 地震の研究（従来の地震学）

過去の地震の調査
断層、堆積物、古文書
地震計ネットワークによる観測
高感度地震計ネットワークによる観測
強震計ネットワークによる観測
地震波の解析→ リアルタイム解析→ 詳細解析（震源域、マグニチュード、地震プロセス、測地衛星による地殻移動の観測
多地点の相対移動の経時測定、ストレスの蓄積

地震の物理の理解
プレート境界と地殻構造、プレート移動、活断層の所在と歴史経過
ストレスの蓄積の評価
地震のプロセスの理解（仮説）

力学的観測の限界

緊急地震速報震源、マグニチュード、震度（地域別）予想、津波の警報
緊急避難に有効（間に合わないことも）
地震の長期/中期予測
確率論的予測被害想定（ハザードマップ）
短期/直前予知ができない（地震学会＆政府は予知研究を忌避）2C. 地震予知研究の状況： 暗中模索の中に明確な光明
根本の困難・ 地震エネルギ―（歪み）の蓄積は 数千年～数十年
一方、破壊（地震）は一瞬（数秒～数分）
・ 震源の物理的状況が、個別的・複雑・未解明である。
・ 破壊（地震）のプロセス（発端→核の破壊→進展...)が未解明。
・ 破壊に伴う現象（特に前兆現象、力学的・電磁気的など）が未解明。

前兆現象の模索・ 動物の異常行動、異常な雲、発光、... ==> 客観的測定が不足
・ 地上での電磁波などの観測 ==> ノイズが多く不明瞭、・ 電離層の異常の地上からの観測 ==> 情報が間接的、ノイズ多く不明瞭

最新の成果

・ 筒井稔（京都産業大)(2022.12）地中の垂直電場の変動を、連続測定：
地震の1.5hr前～9hr後に、明瞭(S/N ≥ 30)で微細構造を示す信号を観測。
・ 神山真ら(東北工大)(2023.12）地殻の歪の異常(3年～3月前）を観測（衛星データ
・ 日置幸介(北大)(2023.12）電離層全電子数の局所的増大を観測（10～100分前）

希望

これらを発展させると、20年後(?)に「地震直前予知警報」を実現できる地中の垂直電場を高感度で連続観測し、震源域での電場の地震前後の変動を、地殻内の電気信号として遠隔で捉える。
地震の二次効果としては直接的、震源域での現象の平均化したものを観測→ 直流成分の信号が大きい

ノイズを減らし、S/N比を上げる：
線形ダイポール型DC電場センサー（100m）
紀伊半島南端の小島の神社の一隅に設置
地下150mのボアホール（20cmΦ）内差動増幅器も恒温の地下20mに設置。
=> ノイズは 0.5μV/m で定常的信号は１秒間隔で連続観測、PCに記憶。

地上の水平（東西／南北）電場の観測同じ敷地内の地上8mに設置。長さ2L = 5m。
地中センサーと同時並行で連続観測。

地中垂直電場 観測装置

地中の垂直電場の観測

地上東西・南北電場観測装置

3. 筒井の方法(2022.12) : 3A. 実験方法： 地中の垂直電場＋地上の水平電場
地上 8m, 2L = 5m

2021年4月～7月の2ヶ月半 稼働。２形態の貴重な結果を得た。

３B. 観測結果 (1)
形態１： 2021年5月1日 観測08:50から46分間、激しい±の変動
10:27 スパイク信号（同時刻に地震あり。
宮城沖 M6.8)

地上電場データ：
08:50～と19:00～
激しい±の変動（地中観測と同様）

地上東西・南北電場

19:00から68分間、激しい±の変動

地中垂直電場

地中電場データ：
ノイズは定常的:

激しい±の変動

10:27 信号変動微弱
日中： 電離層電場の緩やかな日周変化時

時

3C. 観測結果 (2) 形態２： 2021年5月6日 観測 平均電場の上昇と数時間の持続
地中電場データ：
地中垂直電場

05:25から平均電場が+2μV/m まで上がり、約5時間持続。
ほぼ0電位で約3時間持続、地上電場データ：
8時～17時に、地中電場の変動に相当する変動を観測。

地上東西・南北電場

13:30 急上昇+2μV/m（同時刻に地震あり。
紀伊水道 M3.7)
その後約6時間かけて0電位に戻った。

他原因のノイズ多し。
時時

4. 地震予知研究の方策を考える (1)準備検討段階
4A. 準備検討段階の概要(a) 従来の地震学の力学的／測地学的観点では、地震という破壊現象のタイミングを予期できない。
何らかの予兆の観測が必要である。
(b) 予兆現象の種々の可能性を考え、実測・実験により選択していく。
(c) 岩盤内で圧電効果により起こる電磁気学的な種々の現象が大きな鍵である。
力学的技術から電磁気学的技術への転換は、TRIZが奨める方向。
(d） 岩盤内での電磁気現象の種々の伝搬形態と付随効果を考える。
(e) 信号の検出場所（地中、地表、空中、観測衛星など）の選択が重要。
現象の種類や混入ノイズが異なる。

4B. 短期地震予知のための前兆現象に対する要件 (Requirements)(0) 根本要件：（各種の地震に対して）現象Xが地震と関係し、地震によって引き起こされ、短時間の後に地震が発生すること、...
==> 広範な観測・解析の後でないと、確認できない。
(Ⅰ) 基本要件： 高いS/N比で、明確に観測・測定できること。
==> 測定法／測定装置を開発する必要がある。（一つの観測サイトで）(Ⅱ) 確認要件： 多くの地震について、複数サイトで同様に観測でき、予知したように地震が発生することを確認できること。
==> 複数の観測サイトでデータを蓄積し、地震との相関を確認する。
(Ⅲ) 実用要件： 測定が自動的／安定的／連続的に行え、地震発生の予知方法（いつ、どこで、どの規模で）が得られること。
==> 信頼できる技術システムを作り、実験データを徹底的に解析する。
(Ⅳ) 高度要件： システムとして統合し、地震からの因果関係を証明できること==> 地震学、特に地震発生プロセスについて、高度な研究が必要。
(Ⅴ) 社会的要件： 短期地震予知／警報システムを信頼できる形で運用する。
==> 学界、社会、政府などから認知／承認されることが必要。

4C. 種々の「前兆現象」とその観測法： 選択のための観点、考察
地震 ＝ プレート間／断層間の移動圧力による破壊現象
二次的効果

基本は力学的現象

効果は小、震源が大規模

力学的現象の観測

電気的現象（圧電効果）

エネルギー蓄積は 数千年～数十年
破壊は 数分～数秒

磁気的、電磁気的現象

その他
種々の現象

現象の多様性と広域伝搬。
多様で高感度の測定法

電磁気学的現象の観測

水平/上
下移動

圧力/
歪

前震

地中の（垂直）電場

地上の（水平）電場

測地
衛星

圧力計/歪計

地震計

垂直電極
連続観測

地上の東西/南北アンテナ 電磁波の連続観測、多様な周波数 反射の測定

人工衛星による全球観測

観測は容易で、高感度。
しかし、ノイズが多い。

大規模地震に対して有望破壊のタイミングを予知するのが困難
精度向上

信号は直接的
S/N比が大局所的予知情報

地上の電磁波電離層の電気的性質

成層圏の電気的性質

世界規模の予知情報5. 地震予知研究の⽅策を考える(2) 開発段階 実験、測定、分析）
5A. 開発段階（実験、測定、分析、体系化 ）の概要
(f) （I) まず 1サイトの観測 を繰り返し、地震との相関性を見る。
(g) (Ⅱ) 次に、複数サイトでの並行観測により、相関性を確認する。
(h) (Ⅲ) さらに多数の観測で、この前兆を示す地震のタイプを判定し、予知する地震の場所・時・大きさなどを推定する方法を創る。
これらができて初めて、一つの技術システムになる。
(h) (Ⅳ) 異なる前兆現象の観測法をも統合して、より広範で確実な技術体系を創る。

5B. 開発段階の （I) ： 単一観測サイト段階の 研究課題
（I - 1) 観測対象とする「前兆現象（候補）」を選ぶ（I - 2) 「前兆現象（候補）」の観測・測定方法を考える（I - 3) 観測施設、観測サイト、観測装置などを設営／開発する。
（I - 4) 試験観測を開始し、信号の感度を上げ、ノイズを除去・分離する。
（I - 5) 測定データの取得・記録・転送・蓄積・図示などのシステムを作る。
（I - 6) 全測定データを図示し、有意の信号を見つけ、地震との相関を検討する。
（I - 7) 地震との相関ケース、非相関ケース、非観測ケースを明確にする。
（I - 8) 実験法、観測データ、地震との相関分析、成果・考察をまとめて、学会報告する。
（I - 9) この研究を総括し、改良、方向転換、次段階への進展などを判断・実行する。

5C. 単一サイト段階の事例： 筒井稔（2022) の研究プロセスと成果(I - 1) 前兆現象（候補） として、「（遠隔の）震央からの（直流）電場の変動」を選ぶ(I - 2) 「地中の穴で、垂直の直流電場の変動を連続測定する」 （震源からの直接ルート）(I - 3) 紀伊半島南端のサイトで、地下150m、長さ100mのセンサーを、開発設置した。
(I - 4) 大規模センサー、ノイズの少ない地域と地中、各種フィルターで、非常に高いS/N比を実現。
信号の飛来方向を知る実験法も欲しい。

(I - 5) 1秒間隔での連続測定、デジタル記録、PC保存を実現。データ転送未実現。図示ソフト実現。
(I - 6) 顕著な一群の信号（2形態あり）を観測（高S/N、明瞭な微細構造）、地震との相関が明瞭。
(I - 7) 相関ケース2件を発表。それ以外の相関／非相関／非観測のケースは言及なし。未発表。
(I - 8) 実験法、観測データ、地震との相関の証明、などを学会発表ずみ。非常に顕著な成果。
(I - 9) 総括： 実験設備にときどきトラブルがある。孤軍奮闘中。
方法としては、非常に優れた成果を出している。
次段階（複数サイトでの同時並行観測）にぜひ進むのがよい。共同研究体制が必要。

5E. 事例. 筒井の方法を複数サイトで実施する計画の課題
最大の課題は、筒井の方法の 第2、第3、...サイトを造り、共同研究すること。
まず、この方法の意義と将来性を理解して、共同研究する研究グループを得る。
研究グループの近傍で、ノイズが少なく、保守しやすい観測サイトを選定する。
サイトに、深いボアホールを造り、センサーや観測設備を設置する。
これらの設備に多額の費用を要する。（研究ポストと人件費ももちろん必要）
複数サイトからの観測データを集約し、共同で使用するソフトシステムの構築が必要。
ノウハウの伝授・継承と、共同で研究する体制が必要。
これらすべてのために、研究プロジェクトを興し、財源を獲得し、運営する必要あり。
これらの準備態勢が整えば、前記の一般論(5D) の研究課題はすべて順調に進展できる。
（Ⅱ- 1) 複数（5～6）の観測サイトを造り、並行して運用する。
（Ⅱ- 2) データを解析/蓄積して 地震 との相関性を検証する。
（Ⅱ- 3) 予期する地震の 発生時間／場所／規模（マグニチュード）の推定法を創る。
（Ⅱ- 4) 上記の推定法を（過去と現在の）実測地震データに適用・テストする。

5D. 開発段階の （Ⅱ) 複数観測サイトでの開発段階の 研究課題（一般論）（Ⅱ- 1) 複数（5～6）の観測サイトを造り、並行して運用する。
同様の信号を同時に観測 ==> 有意な信号 → 位置と大きさを推定。
一部サイトで信号を観測、他サイトで無観測 ==> 局所的な地震？異方性？減衰領域？
一つのサイトだけに信号 ==> 周辺に人工/自然ノイズ？機器の不備？
（Ⅱ- 2) データを解析/蓄積して 地震 との相関性を検証する。
有意な信号に対応する地震が存在する場合 ==> 相関ケース
有意な信号に対応する地震が存在しない場合 ==> 非相関ケース
かなりの大きさの地震に対して信号が観測されない場合 ==> 非観測ケース（Ⅱ- 3) 予期する地震の 発生時間／場所／規模（マグニチュード）の推定法を創る。
信号のパターン ==> 発生時間を推定（数時間後など）、地震のタイプの推定も。
複数地点での信号の受信方向、受信時間と強さの違い ==> 場所を推定、信号の強さ ==> 規模(マグニチュード)/被害を推定。
（Ⅱ- 4) 上記の推定法を（過去と現在の）実測地震データに適用・テストする。
信号受信開始後の、どのタイミングでどのように判断するのが良いか？
推定法（＝地震短期予知方法）をさらに改良し、信頼性と有用性を高める。

5F. (Ⅲ) 一つの方法を技術システムとして確立・展開する段階（例： 筒井の方法を全国規模で展開し、技術システムとして確立する）
前段の「複数サイトでの実験・検証」をパスした方法を、展開・実験する。
学界（地震学会など）で認められる努力をし、科研費などの予算措置を得ることが望ましい。
全国をカバーするように観測サイトを配置する。約40サイト。150～200㎞程度の間隔。
研究拠点を、全国で10拠点程度、作る。
（例： 札幌、仙台，つくば、千葉、東京、名古屋、京都、広島、福岡、沖縄）
研究拠点は、複数の研究者、複数の実働技術者を持ち、担当地域の観測サイトの設営、運用・保守、データの管理と分析、研究などを行う。

各サイトの観測データは、各研究拠点を通じて、プロジェクト本部にリアルタイムに集められ、図示、分析、監視，緊急注視などを行う。これらの結果は、全研究拠点にフィードバックされる。
この段階で、次のような点を検証・明確化・確立するべきである。
(Ⅲ- 1) この前兆観測と地震との相関関係の明確化、相関／非相関／非観測ケースの整理。
(Ⅲ- 2) 地震のタイプ別でのこの前兆観測の有効性、特徴的なパターン、予測方法の明確化。
(Ⅲ- 3) 予知地震の推定法（どこで、いつ、どの規模）を作成・検証・確立する。
(Ⅲ- 4) この予知方法の特長・有効性・汎用性・信頼性の把握。この方法の限界の認識。

5G. (Ⅳ) 他の方法を統合して、地震短期予知警報システムを確立する。
（例： 筒井の方法を、神山の方法、日置の方法などで補強する）
項⽬ ╲ ⽅法

神⼭の⽅法

筒井の⽅法

⽇置の⽅法

検出する事象局所地域の地殻の歪DC垂直電場の変動

イオン層の全電⼦数（TEC)の変動

検出⽅法

測地衛星のGEONETデータの三⾓メッシュ解析

地下150mの竪⽳。
DCダイポールセンサ

GNSS（移動）衛星と地上局の交信を解析

地震のタイプ

すべてのタイプ

電磁現象を伴う地震（ほぼすべて）電磁現象を伴う地震（ほぼすべて）

検出地震の範囲全国。地上観測点のメッシュ範囲。海溝型に弱い。

全国と周辺。各サイトから 全世界。地上観測点の近傍遠距離も。海溝型も検出可。 どこでも。海溝型に少し弱⾼感度。⼤・中規模地震。 い。⼤規模地震 M≥7向き。

異常検出の時間範囲3年前〜3⽉前。（以後継続的）。直前を予知しない。

数時間前から。継続した微細構造の信号。地震の瞬間も検出。

地震の100〜10分前から継続。
微細構造なく、地震の瞬間を検出しない

時間分解能

毎⽇1回。(より短時間にできるが有意でない)

毎秒1回、連続デジタル計測。微細構造も顕著1分程度。微細構造なし。

検出感度
S/N有意、明瞭。

⾼いS/N (30以上も）。
M6.8の地震（距離750km),
M3.8の地震（距離100km)

信号が通常の３〜30%増。
ノイズは0.5%程度。増加判断のアルゴリズムが必要。

6. 地震予知研究の方策を考える(3)(Ⅴ) 公的認知と実用の段階(i) 学界・社会の認知を得て、全国規模でこの技術体系を実装する。
技術体系は、必要・適切・有効なものから逐次拡充する。
地震の長期／中期予測、地震解析、地震プロセスの研究などと連携して進める。
中規模地震を予知した場合、事前情報を関係機関にのみ知らせ、事後に公開する。
大規模被害地震を予知した場合は、1-2時間前に、緊急地震予知警報を発表する。
数年以上の運用と実地検証の中で、技術体系を改良し、次段階の準備をする。

（ｊ） 公的な地震予知警報体制を確立する。
学術的・公的な議論を経て、公的な制度として（気象庁から(?)) 発表する。
地震予知注意報（数日～1日前）と、地震予知緊急警報（数～半時間前）を運用する。

(k) これらの過程で、国際協力をし、世界的実装の可能性を探る。

6. おわりに： まとめと今後地震予知の研究は、今まで暗中模索の段階にあった。
日本の地震学会と政府は、地震予知は不可能だと考え、予知研究を忌避している。
その中で、日本地震予知学会内で、つい最近画期的な研究発表があった。
特に、筒井稔の地中の垂直DC電場の連続測定の結果は貴重である。
紀伊半島南端の観測サイトで、宮城沖のM6.8の地震を捉え、1.5時間前から9時間後まで、S/N30以上で、微細構造を示す、明瞭な信号を得た。
現在は一つのサイトでの孤軍奮闘の研究であるが、この方法の意義を理解し協力する研究者たちで、5～6か所の観測サイトを並行運用すれば、地震との相関関係を実証し、地震がどこで、いつ、どの規模で発生するかを、1～2時間前に予知できるであろう。
観測と実証をくりかえして、順次体制を強化し、学会や社会の認知を拡大していくことにより、20年後の将来には、「地震短期予知注意報」と「地震直前予知警報」を公的に運用できるであろうと信じる。
本研究はすべて、TRIZの考え方と、実験科学のアプローチに基づくものである。
地震予知の実現のために、皆さんをはじめ、多くの人々の理解と協力をお願いしたい。