日本地震予知学会2023年度学術講演会
2023.12.22 - 23, 電気通信大学 & オンライン

地震予知研究の発展方向を考える中川
目次

徹 （大阪学院大学名誉教授）

1. 地震予知研究の位置づけ、従来の地震研究#2, #32. 地震予知研究のあり方#4, #5, #6

地震予知システム確立の3段階、「前兆現象」を実証するには、有望な「前兆現象」（候補）を選択する観点

3. 注目する地震予知の２方法とその研究推進#7, #8, #9(1) 「地中の（直流）電場変動の観測」 （筒井稔（京都産業大学 名誉教授）、2022)
観測装置、実測事例 （形態1: 激しい±の変動、形態2: 平均電場の上昇と持続)==> (中川） 複数サイトによる実証プロジェクトの提案#10(2) 人工衛星による全球観測： 巨大地震の予知のために#11

4. 今後の課題#12

要望

地震予知研究の位置づけ：

情報

地震研究、地震予知研究、防災（減災）の対策
地震の研究

防災（減災）の対策

過去の地震の調査
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

長期：治山治水工事、防潮堤、都市計画、インフラ整備、防災管理体制

地震の物理の理解
プレート移動、 活断層の所在

地震の長期/中期予測
緊急地震速報防災（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

中期： 耐震/耐火建築、ハザードマップ、避難計画

短期地震予知注意報
直前地震予知警報

日常の防災意識、避難訓練。
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

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
力学的観測の限界
地震のプロセスの理解（仮説）

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）

地震の短期/直前予知には、どうすればよいだろうか？
種々の「異常現象」
動物の異常行動、地震雲、発光現象、・・・

種々の観測データ： 前震、地下水位、地中/地上/上空電磁波、人工衛星による観測予備的考察： 「前兆現象」：地震との関連性、観測可能性（高感度、低ノイズ、連続観測）
実測方法・実測装置の開発

実験科学のアプローチ
仮説 → 実験 → 実証

実測データの蓄積

データ解析
相関性

一サイトでの有望結果

実測結果の検討： 地震との相関性の判断、観測方法・装置の改良
複数サイト/装置での同時並行実測

地震との相関関係の実証

予知する地震の推測データ

地震予知の一方法の確立

実用化のための統合と検証
複数の予知方法の比較検討と統合

広域の観測ネットワーク

地震の多様性に応した予知方法

予知方法の実績・検証

地震予知システムの確立

地震短期/直前予知の「鍵」： 「前兆現象」を捉えて、相関関係を実証する現象Xが「前兆現象」であることの基本条件：
明確に観測（測定）できる。
種々の人工／自然起因の類似現象（ノイズ）から区別できる。
現象Xのいくらかの後（数週～数分後）に地震が起こるという、「相関関係」がある。

さらに具体的に要請される条件：
一つの地震に対して、現象Xが複数の場所や装置で、ほぼ同時同様に観測される。
震源に近いほど強く観測される。
多数の別の地震に対しても、同様に観測される。
現象Xを観測した地震について、その後に地震が起こった割合が高い（「空振り」が少ない）。

実用上、さらに、望ましい条件：
自動的で安定した、連続測定が可能である。
発生すると予知した地震の、時、所、大きさ（マグニチュード）などを、推定できること。

注意

地震は多様だから、前兆現象も多様。
現象Xの万能性を前提してはいけない。
地震のタイプに応じた複数の観測方法が必要。

最終的には、地震プロセスの理解に基づいた、「因果関係」の実証が必要有望な「前兆現象」を選択するための観点、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

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

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（10cmΦ）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

有望な観測法(1) 地中の垂直電場＋地上の水平電場 筒井稔（京都産業大学）(2022)
地上 8m, 2L = 5m

観測結果 筒井稔 (2022)

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。

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

観測結果

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

「地中電場の観測」を「地震（直前）予知の方法」として確立するために現段階の評価： 「地中電場の変動」現象を、極めて⾼いS/N⽐で、連続観測可能にした。
観測データは、複数の形態での挙動を精密に⽰し、地震との相関が強く⽰唆される。
提案：筒井名誉教授をサポートして、本⽅法を「地震（直前）予知の方法」として、確立しよう。
第１段階： 本件の実験サイト（装置）を複数（5‐6) 作り、同時並⾏観測する。
同時同様の観測結果 ==>有意の信号、信号源の位置と信号強度を推定できる。
⼀部で観測、他は無観測==> 信号源が近く局所的？信号に異⽅性？信号経路に減衰域？
⼀つだけで観測==> 近辺の⼈為的／⾃然的ノイズ？装置の不備？
第２段階： 観測データを解析/蓄積して、地震との相関関係を明確にする。
有意の観測データに対応する地震がある場合 ==> 相関データ‐‐‐‐‐ 〃 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ⾒つからない場合==> ⾮相関データ
相当規模の地震があったのに、有意の観測データがない場合==> 無観測データ
これらの解析から、観測データ（の挙動）と 地震のタイプ/規模/距離との相関が分かる。
第３段階： 観測データから、後の地震の時、所、規模、性質などを推定する⽅法を創る。
観測データのパターン ==> 時（何時間後など）; 多地点の信号到着時間差/強度==> 所；
信号強度と推定地震源の距離 ==> 規模を推定し、震度/被害を推定する。

有望な観測法(2) 人工衛星による成層圏/電離層の観測ねらい： 人工衛星を使って、全球規模で観測し、大規模地震を予知する。
大規模地震の観測機会は、各国では少ないが、地球規模では１桁多い。
大規模地震は被害甚大だから、予知し減災する意義が大きい。
大規模地震に対しては、局所的な観測法よりはるかに有効である。
現象： 圧電効果による地殻の電場変動が、地上/大気圏/電離層/成層圏へと伝搬し、これらの電気的性質を変える。
研究体制： 日本ではJAXAや産総研などが推進している。国のプロジェクト。
世界では、米・仏・中などが先行している。国際協力が有益/必要。
立場：

注目すべき方法だが、当学会が独自に進められる規模でない。
本発表の計画には含めない。

おわりに： 今後の課題
地震予知の研究の確実/迅速な推進が、近い将来の減災のために重要である。
日本地震予知学会としても、テーマや方針を討論・判断し、研究プロジェクトを立ち上げるとよい。
「地中電場の変動現象」は、地震の「前兆現象」として最有望で発展性がある。
当面の目標は、複数の観測サイトを作り、観測装置を設置し、観測データを解析して、地震の前兆現象であることを実証し、地震予知の一つの方法として確立すること。
研究プロジェクトは、複数年の研究計画を立て、研究協力者／協力グループを集め、研究資金を得る必要がある。
一足跳びの計画ではなく、科学的に成果を実証しつつ、資金についても人についても、地道に着実に獲得・拡大していくのがよい。